авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Биотехнические основы и математическое моделирование создания качественного аэроионного состава газовой среды обитаемых герметичных объектов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АРГУНОВА АННА МИХАЙЛОВНА

БИОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОЗДАНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО АЭРОИОННОГО СОСТАВА ГАЗОВОЙ СРЕДЫ ОБИТАЕМЫХ ГЕРМЕТИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность: 05.26.02 “Безопасность в чрезвычайных ситуациях”

(авиационная и ракетно-космическая техника)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации Институте медико-биологических проблем Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Строгонова Любовь Борисовна

Научный консультант:

доктор биологических наук

Новикова Наталия Дмитриевна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Зорина Нина Георгиевна

кандидат технических наук

Хабаровский Николай Николаевич

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт машиностроения

141070, Московская область, г. Королев, ул. Пионерская, д.4

Защита диссертации состоится « 17 » октября 2007 года в 10.00 часов

на заседании диссертационного совета Д002.111.02 при ГНЦ РФ-ИМБП РАН по адресу:

123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, д.76а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ-Института медико-биологических проблем РАН.

Автореферат разослан « 14 » сентября 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук Назаров Н.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Опыт многолетней эксплуатации длительно функционирующих космических объектов свидетельствует о том, что по мере увеличения продолжительности полета все большее значение приобретает санитарно-гигиеническое и экологическое состояние среды обитания.

Создаваемые и поддерживаемые в космическом объекте условия искусственной среды обитания, адекватные потребностям человека являются благоприятными для жизнедеятельности большинства известных микроорганизмов. При этом биоконтаминация воздушной среды, оснащения и оборудования обитаемых отсеков протекает с высокой интенсивностью в условиях непрерывной работы сменяющихся экипажей на борту, при осуществлении грузопотока (доставки с Земли заменяемого оборудования, расходуемых материалов и т.п.). В этих процессах могут участвовать патогенные для человека бактерии и микроорганизмы - биодеструкторы, способные негативно влиять на работу приборов и систем жизнеобеспечения [Новикова Н.Д., 2001, 2003]. Кроме того, развитие микроорганизмов на поверхности материалов представляет определенную опасность для здоровья людей, поскольку бактерии и грибы, повреждающие материалы, могут вызывать различные заболевания у космонавтов [Кашкин П.Н., Некачалов В.Я., 1963; Тутельян В.А., Кравченко Л.В., 1985].



Как показал опыт эксплуатации российских орбитальных станций (ОС), комплекс систем обеспечения газового состава позволяет формировать и поддерживать необходимые условия среды обитания. Так, в настоящее время, в условиях пилотируемого полета с положительным эффектом используется установка обеззараживания воздуха (УОВ) «Поток 150 МК», способная очистить от микроорганизмов воздушную среду даже при наличии высокой исходной микробной нагрузки [Наголкин А.В. и др., 2004]. Однако следует отметить, что в связи с постоянным возрастанием количества экспериментов на борту и увеличением числа доставляемых грузов, а также в аспекте будущих межпланетных полетов, необходимо включение в состав системы биологической очистки воздуха дополнительных средств поддержания оптимальной и биопозитивной санитарно-микробиологической обстановки. Кроме того, при длительной работе УОВ «Поток 150 МК» в пробах воздуха обнаруживается присутствие озона, что вносит существенные ограничения по времени в режимы ее эксплуатации [Балашов Е.В. и др., 1996]. Поэтому необходимо повышать качество воздушной среды гермообъекта.

Вместе с тем реализованная в настоящее время система по обеспечению микробиологической безопасности оказалась недостаточно эффективной в отношении рисков, обусловленных жизнедеятельностью микроорганизмов на поверхностях конструкционных материалов интерьера и оборудования ОС [Дешевая Е.А., 1999].

Кроме возникновения медицинских и технологических рисков, связанных с жизнедеятельностью микроорганизмов, в последнее время особую значимость приобрела задача поддержания экологического баланса, обеспечивающего безопасность среды обитания во внутреннем объеме космического объекта.

Эталоном биологически полноценной среды обитания для человека является земная среда [Вернадский В.И., 1926], для формирования которой в замкнутом объеме необходимо создание систем жизнеобеспечения на основе биологических методов. Воздушная атмосфера, в которой пребывают участники космического полета (КП), проходит многократные циклы регенерации. После искусственной регенерации воздух сохраняет свои основные «макроскопические» свойства, но утрачивает некоторые микропримеси, к которым относятся в первую очередь легкие аэроионы и аэрозоли, что отрицательно сказывается на экологическом балансе внутри космического корабля.

Решение проблемы улучшения качества воздуха на борту пилотируемой космической станции, и тем самым повышение безопасности КП, должно решаться путем формирования биологически позитивной для человеческого организма воздушной среды. Таким образом, очевидна необходимость совершенствования методов и средств обеспечения микробиологической чистоты и улучшения качества воздушной среды обитаемых отсеков космических аппаратов, в том числе основанных на методах естественной самоочистки.

В результате исследований, проведенных в Московском авиационном институте, было разработано устройство для обеззараживания воздуха «Галоингалятор» модель ИГК-02 [Патент РФ № 2209093, 2003], позволяющее создавать в замкнутых помещениях воздушную среду, эквивалентную атмосфере соляных пещер. Известно, что одним из основных факторов микроклимата естественных подземных полостей и некоторых, искусственно пройденных горных соляных выработок является отсутствие аллергенов и патогенных микроорганизмов, и, что особенно важно, высокая объемная концентрация легких отрицательных аэроионов [Торохтин М.Д., 1987]. Работа прибора связана с выходом массы активного вещества из аппарата и насыщением до определенных значений газовой среды помещения. Прибор является источником аэрозоля, содержащего мелкодисперсные частицы KCl и отрицательно заряженные аэроионы. Прибор «Галоингалятор» позволяет снижать уровни микробной обсемененности воздушной среды и поддерживать их в пределах величин, регламентируемых SSP 50260 MORD для Международной космической станции. Использование прибора «Галоингалятор» в гермообъектах может способствовать, с одной стороны формированию качественной, биопозитивной для человека воздушной среды, содержащей полезные отрицательные аэроионы, а с другой стороны будет оказывать подавляющее действие на рост и размножение микроорганизмов, тем самым, предотвращая появление экстремальной ситуации на борту пилотируемого космического объекта.

Экспериментальные и теоретические (с использованием математического моделирования) исследования процессов продуцирования микросолей естественного происхождения являются актуальной научной задачей, так как позволят сформировать качественную, биологически позитивную воздушную среду на борту пилотируемой космической станции, что приведет к повышению уровня безопасности и надежности космических полетов.

Цель исследования

Обеззараживание воздушной среды и улучшение ее качественного состава на основе продуцирования микросолей естественного происхождения в целях обеспечения безопасности обитаемых герметичных объектов.

Задачи исследования

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

  1. Сравнительный анализ современных методов обеззараживания воздуха;
  2. Математическое моделирование и анализ процессов продуцирования микросолей естественного происхождения в воздушную среду гермообъекта для инактивации микроорганизмов;
  3. Определение механизмов инактивации микроорганизмов под воздействием воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор»;
  4. Экспериментальная оценка эффективности работы прибора «Галоингалятор» по обеззараживанию воздушной среды гермообъектов;
  5. Экспериментальное обоснование и медицинская оценка воздействия на человека воздушного потока, продуцируемого новым биотехническим методом.

Материалы исследования

  1. Результаты лабораторных исследований основных характеристик воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор»;
  2. Результаты микробиологических исследований по очистке воздушной среды гермообъекта для уменьшения грибковых и бактериальных образований в рамках эксперимента «Воздух и комфорт»;
  3. Результаты исследований по определению эффективности воздействия воздушного потока, создаваемого прибором «Галоингалятор», на микроорганизмы, обнаруживаемые на борту пилотируемых космических аппаратов;
  4. Результаты медицинского исследования влияния воздушной среды, создаваемой прибором «Галоингалятор», на организм человека, проводимого с целью анализа теоретически обоснованного предположения об активации иммунной системы;
  5. Результаты исследования по оценке эффективности применения прибора «Галоингалятор» при лечении и профилактике респираторных заболеваний и при функциональном снижении гемоглобина крови.

Методы исследования

При решении поставленных задач использовались:

  1. Методы математического моделирования;
  2. Численные методы математического анализа и математической статистики;
  3. Сравнительный анализ результатов расчетов и экспериментальных данных;
  4. Экспериментальные методы исследования эффективности обеззараживания воздушной среды гермообъекта;
  5. Экспериментальные методы исследования влияния воздушной среды, создаваемой прибором «Галоингалятор», на организм человека.

Научную новизну работы определяют:

  1. Теоретически обоснованная математическая модель процессов продуцирования микросолей естественного происхождения в воздушную среду гермообъекта, для инактивации микроорганизмов;
  2. Экспериментальные данные о влиянии воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор» на уровень микробной обсемененности в герметичном замкнутом объекте с участием испытателей;
  3. Медицинские данные о действии микросолей естественного происхождения на микроциркуляторное русло человека.

Практическая значимость

  1. Применение прибора «Галоингалятор» в тракте очистки и регенерации атмосферного воздуха межпланетного пилотируемого космического корабля позволит сформировать качественную, биопозитивную для человека воздушную среду;
  2. На основе проведенных медицинских исследований прибор «Галоингалятор» внедрен в практику лечения и профилактики пациентов физиотерапевтического отделения ГВКГ ВВ МВД России.

Личный вклад автора заключается в выполнении основного объема теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая разработку теоретических моделей, методик экспериментальных исследований, проведение медицинских экспериментальных исследований, анализ и оформление результатов в виде публикаций и научных докладов.

Положения, выносимые на защиту

  1. Разработанная математическая модель процессов продуцирования микросолей естественного происхождения для инактивации микроорганизмов позволяет анализировать уровень микробной обсемененности воздушной среды гермообъекта;
  2. Результаты микробиологических исследований по очистке воздушной среды гермообъектов, в том числе проводимых с участием испытателей, свидетельствуют о четко выраженном антимикробном действии прибора «Галоингалятор» на бактерии и грибы, формирующие микроэкосферу замкнутого объема;
  3. Данные медицинских исследований подтверждают положительное влияние микросолей естественного происхождения на организм человека;
  4. Управление качеством воздушной среды на борту длительно действующего орбитального или межпланетного космического объекта позволит повысить качество жизни и безопасность космонавта в полете.

Исследования выполнены в рамках плановых научно-исследовательских программ ГНЦ РФ-Института медико-биологических проблем РАН, Московского авиационного института (Аэрокосмического факультета), Федерального управления «Медбиоэкстрем» и Федерального космического агентства «Роскосмос».





Реализация и внедрение результатов исследования

Проведено внедрение в практику лечения и профилактики пациентов физиотерапевтического отделения Главного военного клинического госпиталя ВВ МВД России нового метода и прибора «Галоингалятор» для насыщения воздуха аэроионами и аэрозолями лекарственных веществ в замкнутом объеме.

Разработанный прибор принят в наземный эксперимент, моделирующий пилотируемый полет на Марс «Марс-500».

Апробация работы

Основные результаты и положения докладывались и обсуждались на:

V и VI конференциях молодых ученых и специалистов, аспирантов и студентов, посвященных Дню космонавтики (Москва, 2006, 2007 гг); ХIII конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2006 г); 5-ой Международной конференции «Авиация и космонавтика» (Москва, 2006 г).

Публикации по теме диссертации

По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, и выводов. Главы диссертации содержат постановку задачи исследования, описание теоретических и экспериментальных исследований.

Библиография содержит 120 наименования (99 отечественных, 21 зарубежное).

Материалы изложены на 133 страницах машинописного текста, иллюстрированы 38 рисунками и 32 таблицами.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование актуальности проблемы создания аэроионного состава газовой среды в герметичных обитаемых объектах, цель работы, сформулированы задачи, показана научная новизна и практическая значимость результатов исследования, основные положения, выносимые на защиту диссертации.

В первой главе на основе аналитического обзора литературных источников, описана общая характеристика микробного сообщества, формирующегося в обитаемых отсеках космического объекта. Рассмотрены основные источники формирования микроэкосферы кабин пилотируемых космических объектов и характеристики микробиологических рисков, специфичных для условий космического полета (рисунок 1) [Новикова Н.Д. и др., 2001г.]. Основным фактором передачи микроорганизмов между членами экипажа во время пребывания в гермообъекте является воздушная среда. В рамках исторического обзора описаны методы обеззараживания и борьбы с микробиологическими загрязнениями на борту космических объектов.

Проанализированы основные современные методы и средства обеззараживания воздушной среды в присутствии человека такие как: ультрафиолетовое излучение, ионизация, озонирование, ультразвук, а так же метод поверхностной модификации материалов. Отмечено, что существующие методы имеют ограничения и противопоказания по использованию в объектах с присутствием людей (таблица 1).

В качестве одного из перспективных методов обеззараживания воздушной среды обосновано применение микросолей естественного происхождения. Исследуемая воздушная среда оказывает положительное воздействие на организм человека.

Микробиологический фактор в-0Рисунок 1 Микробиологический фактор в условиях космического полета.

На основании проведенного сравнения характеристик различных методов и средств обеззараживания воздуха в присутствии людей представляется актуальным и перспективным изучение механизмов инактивации микроорганизмов под воздействием микросолей естественного происхождения.

Во второй главе приведено математическое моделирование процессов продуцирования микросолей естественного происхождения в воздушную среду гермообъекта для инактивации микроорганизмов

Для создания математической модели необходимо провести определение механизмов инактивации микроорганизмов под воздействием воздушной среды, продуцируемой прибором «Галоингалятор».

Таблица 1

Некоторые методы обеззараживания воздушной среды.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.