Зі збільшенням тривалості космічних польотів медики поставили питання про необхідність спостереження за вагою космонавтів [2].
Перехід в інше середовище проживання неодмінно веде до перебудови організму, в тому числі і до перерозподілу в ньому потоків рідини [2].
В невагомості змінюється потік крові - з нижніх кінцівок значна її частина надходить до грудної клітки і голови [2].
Стимулюється процес зневоднення організму і людина втрачає у вазі [2].
Однак втрата навіть п'ятої частини води, яка становить у людини 60-65 %% вельми небезпечна для організму [2].
Тому медикам знадобився надійний прилад, для постійного моніторингу маси тіла космонавтів в польоті і при підготовці до повернення на Землю [2].
Звичайні «земні» ваги визначають не масу. а вага тіла - тобто силу тяжіння. з якою воно тисне на прилад [2].
В невагомості такий принцип неприйнятний - і порошинка, і контейнер з вантажем, при різній масі, мають рівний - нульова вага [2].
При створенні вимірювача маси тіла в невагомості інженерам довелося використовувати інший принцип [2].
Принцип дії массметра
Просте гармонійне рух в системі вантаж-пружина без загасання
Вимірювач маси тіла в невагомості побудований за схемою гармонійного осцилятора.
Як відомо, період вільних коливань вантажу на пружині залежить від його маси [2]. Таким чином система осцилятора перераховує на масу період коливань спеціальної платформи з розміщеним на ній космонавтом або яким-небудь предметом [1].
Тіло, масу якого треба виміряти закріплюють на пружині таким чином, щоб воно могло здійснювати вільні коливання уздовж осі пружини.
Період T цих коливань пов'язаний з масою тіла M співвідношенням:
де К - коефіцієнт пружності пружини.
З формули видно, що період коливань не залежить ні від амплітуди, ні від прискорення вільного падіння.
Массметр з іншого ракурсу
Виглядає як «стілець» прилад складається з чотирьох частин: майданчики для розміщення космонавта (верхня частина), підстави, яке кріпиться до «підлозі» станції (нижня частина), стійки і механічної середній частині, а також електронного блоку вимірювання показань [3].
Розмір приладу: 79,8 х 72 х 31,8 см [3]. Матеріал: алюміній, гума, скло органічне [3]. Вага пристрою - близько 11 кілограмів [2].
Верхня частина пристрою, на яку грудьми лягає космонавт, складається з трьох частин [3]. До верхньої майданчику прикріплений прямокутний лист оргскла [3]. З торця площадки на металевому стрижні висувається упор для підборіддя космонавта [3].
Нижня частина приладу є подковообразное підставу, до якого прикріплена механічна частина приладу і блок вимірювання показань [3].
Механічна частина складається з вертикальної циліндричної стійки, за якою зовні на підшипниках переміщається другий циліндр [3]. Зовні на рухомому циліндрі є два маховика зі стопорами для фіксації рухомої системи в середньому положенні [3].
Зверху до торця рухомого циліндра за допомогою двох трубчастих кронштейнів прикріплена фігурна майданчик для тіла космонавта, що визначає свою масу [3].
На нижній половині рухомого циліндра прикріплені дві рукоятки, що мають на кінцях курки, за допомогою яких стопора рухомий системи утапліваются в рукоятках [3].
Внизу на зовнішньому циліндрі встановлена підставка для ніг космонавта, що має два гумових ковпачка [3].
Усередині циліндричної стійки рухається металевий шток, забитий одним кінцем у верхній майданчику; на протилежному кінці штока встановлена тарілка, по обидва боки якої прикріплені дві пружини, що встановлюють рухому систему приладу в середньому положенні при знаходженні в умовах невагомості [3]. У нижній частині стійки закріплений магнітоелектричний датчик, що фіксує період коливання рухомої системи [3].
Датчик автоматично враховує тривалість періоду коливань з точністю до тисячної частки секунди [2].
Як показано вище, частота коливань «стільця» залежить від маси вантажу. Таким чином космонавту досить трохи погойдатися на таких гойдалках, і через деякий час електроніка порахує і видасть результат вимірювань.
Для вимірювання маси тіла космонавта достатньо 30 секунд [2].
Згодом виявилося, що «космічні ваги» значно точніше, ніж медичні, якими користуються в побуті [2].
Валентин Лебедєв описує процедуру зважування в «Щоденнику космонавта» (1982) наступним чином [4]:
Перший раз доводиться зважуватися в космосі. Зрозуміло, що звичайні ваги тут працювати не можуть, так як немає ваги. Наші ваги на відміну від земних незвичайні, вони працюють на іншому принципі і є коливається платформу на пружинах.
Перед зважуванням опускаю платформу, стискаючи пружини, до фіксаторів, лягаю на неї, щільно притискаючись до поверхні, і фіксується, группирую тіло, щоб не бовтався, обхоплюючи профільний ложемент платформи ногами і руками. Натискаю спуск. Легкий поштовх, і відчуваю коливання. Частота їх висвічується на індикаторі в цифровому коді. Зчитую його значення, вичитав код частоти коливання платформи, заміряних без людини, і по таблиці визначаю свою вагу. Вийшло 74 кг.
Прилад для вимірювання маси тіла космонавта був створений не пізніше 1976 року в ленінградському спеціальному конструкторсько-технологічному бюро «Біофізприлад» (СКТБ «Біофізприлад») [3].
Перший массметр був встановлений на орбітальній станції «Салют-5» [2] [3].
Першими випробувачами приладу в умовах реальної невагомості стали космонавти Борис Волинов і Віталій Жолобов [2] [3].
В процесі перших випробувань виявилося, що вага Волинова в Жолобова на борту станції збігся, хоча перед польотом різниця становила майже десять кілограмів [2]. Управління польотом припустило, що це помилка «космічних ваг» [2]. Однак інженери розібралися, що інструкція з експлуатації приладу складена не зовсім ясно [2]. Після того, як космонавти скористалися відправленими на «Салют» роз'ясненнями, прилад став показувати результати точніше, ніж звичайні земні ваги [2].
Розроблений СКТБ «Біофізприлад» вимірювач маси діяв багато років в умовах невагомості на борту орбітальних станцій «Салют» і «Мир» [3] [1].
Модернізований варіант вимірника маси поставлений на Міжнародну космічну станцію [1].