Какое применение электромагнитных волн технически возможно но пока не реализовано
Перейти к содержимому

Какое применение электромагнитных волн технически возможно но пока не реализовано

  • автор:

Сферы использования электромагнитного поля сверхвысокочастотного диапазона в современном мире Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Аннотация научной статьи по прочим технологиям, автор научной работы — И. А. Гапоненков, О. А. Федорова

В статье приведен аналитический обзор публикаций, освещающих возможности инновационного применения в различных отраслях промышленности технологий с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Как показывает анализ, технологии, основанные на действии ЭМП СВЧ диапазона, уже в настоящее время применяются для решения разнообразных задач: от стерилизации компотов и сушки пиломатериалов до производства терморасширенного графита и применения данных технологий в области медицины. В данной статье освещены основные преимущества использования сверхвысокочастотного электромагнитного поля вне зависимости от сферы его практического применения. Описаны возможные недостатки и пути их решения в производственных процессах. Использование сверхвысокочастотного электромагнитного поля в технологических схемах позволит сократить энергопотребление и повысить эффективность самих технологических процессов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим технологиям , автор научной работы — И. А. Гапоненков, О. А. Федорова

Угольный слой при микроволновом нагреве: аналитическое исследование при смешанных граничных условиях i и II рода

Анализ условий функционирования установки для отделения меха от шкурок кроликов

Обоснование параметров сверхвысокочастотной установки с концентрическими сферами для термомеханического разрушения сырья

Разработка и обоснование параметров установки с движущимися источниками сверхвысокочастотной энергии для термообработки сырья

Исследование влияния степени неравномерности нагрева семян рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты на их энергию прорастания и всхожесть

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE FIELDS OF APPLICATION OF THE ELECTROMAGNETIC FIELD OF ULTRA-HIGH FREQUENCIES IN THE MODERN WORLD

The review of publications describing the possibilities of innovative application of the technology based on energy of ultra-high-frequency (UHF) electromagnetic fields (EMF) in different industries is presented in this paper. This data analysis shows that the technologies based on EMF UHF have already been used for the solution of different tasks: from the sterilization of compotes and timber drying up to the thermally expanded graphite production and application of these technologies in medicine. The main advantages of ultra-high-frequency electromagnetic field use irrespective of the field of its application are shown in this paper. The probable disadvantages and ways of their solution in the industrial processes are described in this article. The application of ultrahigh-frequency electromagnetic field could reduce energy consumption and raise the effectiveness of technological processes.

Текст научной работы на тему «Сферы использования электромагнитного поля сверхвысокочастотного диапазона в современном мире»

Экологические технологии и инновации

УДК 537.868; 537.8.029; 621.3.09

СФЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

И. А. Гапоненков, старший преподаватель,

н. с., gaponenkovmstu@mail.ru;

О. А. Федорова, к. т. н, заведующий кафедрой,

ФГБОУ ВО «Мурманский государственный

технический университет» г. Мурманск, Россия

В статье приведен аналитический обзор публикаций, освещающих возможности инновационного применения в различных отраслях промышленности технологий с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Как показывает анализ, технологии, основанные на действии ЭМП СВЧ диапазона, уже в настоящее время применяются для решения разнообразных задач: от стерилизации компотов и сушки пиломатериалов до производства терморасширенного графита и применения данных технологий в области медицины. В данной статье освещены основные преимущества использования сверхвысокочастотного электромагнитного поля вне зависимости от сферы его практического применения. Описаны возможные недостатки и пути их решения в производственных процессах. Использование сверхвысокочастотного электромагнитного поля в технологических схемах позволит сократить энергопотребление и повысить эффективность самих технологических процессов.

The review of publications describing the possibilities of innovative application of the technology based on energy of ultra-high-frequency (UHF) electromagnetic fields (EMF) in different industries is presented in this paper. This data analysis shows that the technologies based on EMF UHF have already been used for the solution of different tasks: from the sterilization of compotes and timber drying up to the thermally expanded graphite production and application of these technologies in medicine. The main advantages of ultra-high-frequency electromagnetic field use irrespective of the field ofits application are shown in this paper. The probable disadvantages and ways of their solution in the industrial processes are described in this article. The application of ultra-high-frequency electromagnetic field could reduce energy consumption and raise the effectiveness of technological processes.

Ключевые слова: электромагнитное поле, мик-оволновое излучение, сверхвысокочастотные волны СВЧ), промышленность.

Keywords: electromagnetic field, microwave irradiation, ultra-high-frequency waves, industry.

Введение. В современном мире развитие техники и технологий неизбежно влекут увеличение мирового энергопотребления. Так, по данным Международного энергетического агентства, среднее потребление энергии на душу населения увеличилось за период с 1990 по 2008 год на 10 % и продолжает расти дальше [1]. Поэтому разработка энергосберегающих технологий получает все большее развитие.

В условиях научно-технического прогресса, в результате развития различных видов энергетики и промышленности, электромагнитные излучения занимают одно из ведущих мест по своей экологической и производственной значимости среди других факторов окружающей среды [2, 3].

Спектр электромагнитного излучения достаточно широк. В последнее столетие активно разрабатываются технологии с применением сверхвысокочастотного излучения. В 40—50-х годах XX века технологии сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона в основном использовались в радиолокации, но позже начинается перенос данных технологий в различные виды промышленности. Первым таким видом промышленности можно считать пищевую: за 30—40 лет применения СВЧ-тех-нологии заняли достаточно прочное место в различных технологических схемах многих производств. Первые десятилетия XXI века в развитии СВЧ-технологий можно охарактеризовать как этап «завоевания» новых сфер применения. Но с широким распространением данных технологий возникают и вопросы экологической безопасности — как и в какой степе -ни воздействует электромагнитное поле на человека и окружающую среду, методы снижения данного воздействия. На рубеже XX и XXI веков появилось понятие электросмог — явление, которое в целом характеризует загрязнение окружающей среды электромагнитными полями. С 1996 года всемирная организация здравоохранения проводит многочисленные исследования по изучению влияния электромагнитных полей на человека и окружающую среду.

Основная часть. В начале XXI века многие технологические процессы в разных видах экономической деятельности могут осуществляться и/или осуществляются с помощью энергии электромагнитного поля сверхвысокочастотного диапазона. Одним из таких видов продолжает оставаться производство

пищевых продуктов, а точнее, его отрасли. Так, в мукомольной и хлебопекарной отраслях предпринимаются попытки использования энергии электромагнитного поля для снижения и (или) устранения обсемененности различными микроорганизмами продукции, получаемой в процессе переработки зернового сырья, а также для количественного и качественного повышения готового продукта [4—7].

В ходе проведения ряда экспериментов учеными было установлено, что после обработки муки, полученной из суховейного зерна, наблюдается изменение некоторых показателей: повышается качество сырой клейковины пшеничной муки и ее растяжимость, снижается кислотность и влажность муки, также увеличивается процент сохранности белковых и других питательных веществ. На другие параметры контроля качества муки СВЧ обработка влияет минимально [5].

Применение энергии электромагнитного поля в пищевой промышленности не ограничено областями, связанными с хранением и переработкой зерна. Группа исследователей из Дагестанского государственного технического университета занималась вопросом использования СВЧ-энер-гии при консервации и стерилизации различных продуктов. В ходе экспериментов было выявлено, что обработка с использованием ЭМП повышает качество готовой продукции и существенно ускоряет сам процесс стерилизации [8]. Также учеными из этого университета было установлено, что при использовании СВЧ-энергии улучшается качественный и количественный выход сока из яблок [9].

В области сельского хозяйства и агропромыш-ленности применение электромагнитного поля сверхвысокой частоты как одного из методов предпосевной обработки позволяет увеличить урожайность различных зерновых культур, повысить устойчивость к неблагоприятным природным и антропогенным факторам, увеличить степень всхожести семян, активизировать ростовые процессы в семенах [4]. В Казанском национальном исследовательском техническом университете им. А. Н. Туполева проведена серия экспериментов по изучению воздействия микроволнового излучения на семена хвойных пород деревьев. После проведения лабораторных и полевых исследований было установлено, что обработка ЭМП различных диапазонов приводит к существенному росту энергии прорастания и всхожести семян [10].

Предпосевная обработка семян различных пищевых культур (гречка, ячмень пивоваренный) проводилась в Красноярском государственном аграрном университете. В ходе теоретических и практических изысканий было выявлено уве-

личение некоторых важных показателей. Так, показатели «продуктивная кустистость» и «биологическая эффективность» ячменя возросли соответственно на 25 и 7,3 % по сравнению с необработанными семенами [7]. Обработка ЭМП семян гречки увеличивает энергию семян, что, в свою очередь, приводит к увеличению урожая и его качественных и количественных характеристик [11]. Но энергию электромагнитного поля можно использовать не только на предпосевной стадии, но и непосредственно после уборки урожая. После сбора зерновых культур следует осуществлять сушку для обеспечения необходимого товарного качества готовой продукции и ее длительного хранения [12]. Данный процесс также вполне успешно реализуется в СВЧ поле.

Во Всероссийском научно-исследовательском институте механизации животноводства (ВНИИМЖ) рассмотрели вопрос о возможности обработки комбикормов и отдельных ингредиентов электромагнитным полем сверхвысокой частоты. Возможность использования СВЧ нагрева обсуждается как альтернатива традиционным способам термической обработки, которая связана с необходимостью перевода крахмала в усвояемые декстрины и полисахариды; нейтрализации антипитательных веществ ингибиторов в сое и эруко-вой кислоты в рапсе; обеззараживания токсичных для людей и животных бактерий, грибков и других микроорганизмов в зерновых компонентах комбикормов; тепловой обработки рыбной, мясокостной муки, мелассы, жиров и других незерновых компонентов. Применение СВЧ-обра-ботки позволяет упростить технологию производства комбикормов, снизить удельную энерго-и материалоемкость [3].

Нагрев с помощью энергии электромагнитно -го поля в последнее время находит применение и в деревообрабатывающей отрасли. В ней, как и во многих других отраслях, основными являются следующие диапазоны ч астот: 435, 915, 2450 МГц. Для сушки больших объемов древесины принято использовать частоты 435 и 915 МГц. Источники СВЧ-волн с рабочей частотой 2450 МГц вследствие малой глубины проникновения волн в высушиваемый материал используются, в основном, для удаления влаги из тонких пиломатериалов [13].

Наличие свободной и связанной влаги в обрабатываемом материале позволяет с помощью СВЧ поля произвести быстрый объемный нагрев, который, в свою очередь, позволяет существенно ускорить процесс сушки, а ч асть воды в виде пара удаляется через свободную от влаги капиллярную систему древесины, обеспечивая ее внутреннее пропаривание, т. е. режим влаготепловой обработки, при которой происходит снятие остаточ-

ных напряжений, а следовательно, уменьшается проявление внутренних и внешних повреждений в пиломатериале [14].

Применение СВЧ нагрева в деревообрабатывающей промышленности позволяет существенно повысить скорость и качество некоторых технологических процессов. Тепловая безынерционность процесса позволяет точно задавать необходимые тепловые и временные параметры обработки. Также лесосушильные камеры характеризуются малым энергопотреблением, высокой надежностью, короткими сроками окупаемости, мобильностью, упрочнением древесины в процессе сушки до 60 %.

В Воронежской государственной лесотехнической академии, в ходе экспериментальных исследований, доказали возможность и целесообразность использования сточных вод, образующихся при СВЧ-сушке древесины дуба, в лесоводческом хозяйстве, виноделии, пищевой промышленности и парфюмерном производстве [15].

В Иркутском государственном техническом университете предложили использовать сушку буроугольного концентрата с помощью микроволнового излучения. В ходе теоретических и практических исследований был выявлен ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционным конвекционным методом обработки образцов угля с различных месторождений: сокращение времени и взрывобезопасность обработки, уменьшение содержания азота и серы в угле, снижение энергоемкости и металлоемкости оборудования [16, 17].

Технологии с СВЧ нагревом активно применяются и в области медицины. Исследования показывают, что излучающие системы пригодны для нагрева тонких пленок или СВЧ-гипертер-мии злокачественных новообразований. Метод заключается в разогреве опухоли с помощью электромагнитного излучения до уровня температур 42—44 °С [18]. Преимущества СВЧ-гипертермии состоят в том, что зона воздействия разогревается изнутри, прогрев тканей при этом равномерный, без повреждения кожных покровов. Современная установка для локальной СВЧ-гипертермии «Яхта-3» (ФГУП «НПП «Исток», г. Фрязино) позволяет создавать и длительно поддерживать зону гипертермии в опухоли практически любой конфигурации с минимальным воздействием на окружающие органы и ткани [18—20].

При деятельности лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) образуются отходы, относящиеся к классу опасных и чрезвычайно опасных. Данные отходы нуждаются в дезинфекции и дальнейшей утилизации. В настоящее время во всех медицинских учреждениях, в основном, используется метод химической дезинфекции отходов, которые затем поступают на свалки, полигоны

ТБО или захораниваются в могилах. Сам метод химической дезинфекции не обладает 100 %-ной эффективностью по обеззараживанию и является опасным для медицинского персонала, вредным для окружающей среды и довольно затратным.

В г. Обнинске создана СВЧ-установка, которая предназначена для обеззараживания медицинских отходов непосредственно в местах их первичного образования. Данная установка запатентована, сертифицирована, имеет разрешение Минздрава России на использование и является пока единственной российской разработкой по этой тематике [21]. Принцип обеззараживания в СВЧ-уста-новке, в отличие от традиционных способов, основан на микроволновом воздействии излучения на инфицированные материалы, в результате чего происходит гибель всех микроорганизмов. Инфицированные материалы собирают в одноразовые мешки и загружают в многоразовые контейнеры. Контейнеры помещают в СВЧ-установку и обрабатывают до полного обеззараживания в несколько этапов. Безопасные для окружающей среды и человека, обеззараженные отходы извлекают из контейнеров и отправляют в одноразовых мешках на полигоны бытовых отходов [22].

Различные устройства, в основе принципа действия которых используется энергия электромагнитного поля, позволяют обрабатывать не только отходы ЛПУ, но и отходы, образующиеся в различных отраслях промышленности. Так, например, в ходе совместной работы ОАО «НИИ-Тантал» и института кристаллографии им. А. В. Шубникова РАН были получены данные, которые подтверждают возможность использования энергии ЭМП СВЧ диапазона для обжига керамической матрицы с иммобилизированны-ми активными промышленными отходами радиохимических и химико-металлургических производств [23].

В научно-исследовательском центре прикладной электродинамики Казанского научно -исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева проведены исследования и конструкторские разработки по обработке нефтепродуктов и нефтешламов. С помощью разработанной установки на основе СВЧ обработки ученым удалось достичь извлечения 80 % полезных углеводородов из жидких нефтешламов [24].

В конце XX — начале XXI столетия за рубежом в области водоотведения значительное место уделяется безреагентным способам кондиционирования осадков сточных вод. Довольно широко распространен термический метод обработки осадков, который реализуется посредством конвекционного нагрева. Однако опыт эксплуатации показывает, что при работе аппаратов межтрубное пространство забивается твердыми частица-

ми, которые содержатся в осадке; для нагрева промышленных объемов осадка необходимо значительное время; аппаратное обеспечение данного метода кондиционирования — металлоемкое [25]. Использование энергии ЭМП СВЧ при обработке осадков может устранить существующие недостатки теплового кондиционирования.

Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана разработал безреагентную технологию очистки питьевой воды и обработки осадков сточных вод с использованием СВЧ излучения [26]. В качестве источника СВЧ излучения использовали м одуль (генераторный блок и источник питания), который обеспечивал генерацию СВЧ излучения на частоте 2450 МГц в импульсном и непрерывном режимах, причем мощность регулировалась в интервале от 0,3 до 5 кВт. Результаты исследований показали, что такой способ тепловой обработки осадков сточных вод имеет высокую эффективность даже при небольших значениях микроволновой мощности [26].

Кроме того, эксперименты, которые проводились за рубежом, показали, что воздействие СВЧ излучения на активный ил приводит к измене -нию свойств последнего. Например, увеличивается способность ила к осаждению и уплотнению, что позволяет легче отделить его от сточной воды для дальнейшей переработки и использования в других отраслях производства.

Исследователи из Волгоградского государственного технического университета провели ряд исследований по изучению снижения количества микроорганизмов сточных вод в ходе обработки электромагнитным полем. Данные, полученные в результате экспериментов, показывают, что происходит существенное уменьшение количества микроорганизмов, что, в свою очередь, позволяет использовать обработанную воду в системах орошения сельскохозяйственных полей [27].

Энергия электромагнитного поля сверхвысокой частоты при различном конструкторском оформлении может быть реализована и в области водоподготовки, и в области водоотведения. Особого внимания заслуживают достижения исследователей в области водоотведения, обобщив которые, можно сделать вывод о том, что, внедряя участок обработки с ЭМП в комплексную схему очистки сточных вод, можно добиться высоких результатов очистки. При использовании энергии сверхвысокочастотных волн происходит ускорение процессов очистки от загрязнений, особенно заметно снижение микробиологического загрязнения. Использование объемного, а не конвекционного, нагрева позволяет устранить недостатки теплового градиентного метода кондиционирования осадка сточных вод [28].

Технологии с применением энергии сверхвысокочастотных волн все чаще и чаще используются в различных отраслях промышленности. Данный метод обработки, кроме описанных выше, может применяться также в устройствах обрези-нивания тросов, вулканизации, выпаривания нефтепродуктов, производстве терморасширенного графита, для увеличения эффективности степени очистки ваты, ускорения процесса отверждения катализаторов и смол, деполимеризации поли-этилентерефталат и многих других [29—36].

Анализ научных трудов, посвященных развитию СВЧ технологий, позволяет выделить основные их преимущества (вне зависимости от сферы практического применения данных технологий):

1) высокая концентрация энергии в единице объема, что позволяет при меньших затратах энергии обработать наибольшее количество материала за достаточно короткий промежуток времени;

2) тепловая безынерционность, т. е. возможность мгновенного включения теплового воздействия на обрабатываемый материал, что, в свою очередь, позволяет повысить точность поддержания заданных параметров обработки;

3) современный уровень возмущения электромагнитного поля позволяет контролировать параметры этого поля: направление распространения, напряженность, частоту и др., что дает возможность вводить более строгие граничные условия обработки;

4) частичная экологическая чистота процесса за счет отсутствия продуктов сгорания и выброса вредных веществ в атмосферу;

5) высокое бактерицидное действие ЭМП СВЧ.

Но помимо значительных преимуществ, существует и недостаток данного метода, связанный с воздействием электромагнитных полей на организм человека, хотя благодаря нормированию времени работы и величины СВЧ-излуче-ния, можно обеспечить безопасный для работников технологический процесс. На производстве обеспечение безопасности персонала может быть реализовано следующими способами.

1. Установка границ вокруг промышленного оборудования, за пределами которых СВЧ-излу-чение будет соответствовать действующим нормативам, и соответственно, не нанесет вреда здоровью человека. Ограждаемая зона будет незначительна, так как по мере удаления от мест излучения СВЧ мощности поток излучаемой энергии быстро ослабевает (обратно пропорционально квадрату расстояния) [37, 38].

2. Сооружение различных поглощающих и отражающих экранов [39]. На современном этапе развития уже известно значительное количество экранирующих материалов и покрытий. Наиболее оптимальный материал необходимо выби-

рать в соответствии с конкретными источниками электромагнитного излучения, а также той технологической схемой, в которой присутствуют данные источники.

Анализ иностранной и отечественной научной литературы по схожей проблематике показывает, что в любой отрасли промышленности первоочередной задачей при внедрении технологий с использованием сверхвысокочастотной энергии и для ученых, и для практиков является, как всегда, нахождение оптимальных параметров процесса: температура и скорость нагрева, мощность установки, интенсивность, частота и напряженность электромагнитного поля и многие другие. Для решения задачи оптимизации требуются значительные научные и материальные затраты. Кроме того, существенным препятствием для интенсивного всестороннего распространения данных технологий является тот факт, что характер распространения волн в различных материалах, при различных начальных и конечных условиях может существенно отличаться друг от друга. В свою очередь, это предполагает тщательное проектирование излучателей и камер, в которых происходит СВЧ-обработка.

Заключение. Анализ доступных авторам публикаций по промышленному использованию ЭМП СВЧ позволяет констатировать факт наличия значительного количества исследований в области расширения применения СВЧ-энергии в различных сферах антропогенной деятельности, находящихся как на стадии теоретического осмысления, так и на стадии эксплуатации промышленного оборудования. Практически все авторы, в том числе и авторы данной статьи, сходятся во мнении, что использование сверхвысокочастотного излучения в технологических схемах различных производств позволит сократить энергопотребление и повысить эффективность самих технологических процессов, что в конечном итоге приведет к увеличению производительности и снижению эксплуатационных затрат, позволит существенно модернизировать производство и с точки зрения снижения энергопотребления на единицу обрабатываемого продукта, и с точки зрения улучшения качества обработки исходного материала. При соблюдении правил эксплуатации оборудования, работающего на СВЧ ЭМП, техники безопасности и норм охраны труда, технологический процесс окажется безопасным для здоровья работающих.

1. Международное энергетическое агентство. Статистика [Электронный ресурс] // Публикации и статьи МЭА — Режим доступа: http://www.iea.org/statistics/energy statistics of OECD Countries (дата обращения 19.01.2016).

2. Диденко А. Н. СВЧ-энергетика. Теория и практика [Текст] / А. Н. Диденко. — М.: Наука, 2003. — 446 с.

3. Сыроватка В. И. СВЧ-обработка комбикормов [Текст] / В. И. Сыроватка // Вестник ВНИИМЖ. — 2013. — Т. 1. — № 9. — С. 29—37.

4. Юсупова Г. Г. Обеспечение микробиологической безопасности муки и хлеба энергией СВЧ-поля [Текст] / Г. Г. Юсупова, Р. Х. Юсупов // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. — 2009. — № 1. — С. 20—22.

5. Семенова О. Л. Разработка технологии обработки пшеничной муки в поле сверхвысокой частоты и исследование влияния режимных параметров на ее показатели качества [Текст] / О. Л. Семенова // Научный журнал КубГАУ. — 2012. — № 1. — С. 1—15.

6. Бастрон А. В. Технология и технические средства обеззараживания семян энергией СВЧ-поля [Текст] / А. В. Бас-трон, А. В. Мещеряков, Н. В. Цугленок // Вестник КрасГАУ. — 2007. — № 1. — С. 268—272.

7. Цугленок Г. И. Влияние параметров электромагнитного поля сверхвысокой частоты на биометрические показатели и элементы структуры урожая ячменя пивоваренного в красноярской лесостепи [Текст] / Г. И. Цугленок, А. А. Василенко // Вестник КрасГАУ. — 2007. — № 1. — С. 272—278.

8. Ахметов М. Э. Интенсификация технологии тепловой стерилизации консервов «Компот из яблок» с предварительным подогревом плодов в ЭМП СВЧ [Текст] / М. Э. Ахметов // Известия вузов. Пищевая технология. — 2008. — № 1. — С. 115—116.

9. Джаруллаев Д. С. Влияние СВЧ-энергии на степень выхода качественного сока из яблок [Текст] / Д. С. Джаруллаев, Г. И. Касьянов // Известия вузов. Пищевая технология. — 2008. — № 1. — С. 57—59.

10. Морозов Г. А. Микроволновая обработка семян хвойных пород деревьев: достигнутые результаты и направления перспективных исследований [Текст] / Г. А. Морозов [и др.] // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2011. — № 4. — С. 1197—1202.

11. Цугленок Г. И. Исследование влияния параметров СВЧ-энергии на качественные и количественные показатели семян гречихи [Текст] / Г. И. Цугленок, А. В. Заплетина // Вестник КрасГАУ. — 2008. — № 6. — С. 158—165.

12. Ганеев И. Р. Повышение эффективности сушки семян рапса с применением электромагнитного излучения: авто-реф. дис. . канд. техн. наук: спец-ть 05.20.01 «Технологии и средства механизации сельского хозяйства» / И. Р. Ганеев. — Уфа, 2011. — 19 с.

13. Морозов Г. А. Микроволновые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: современные достижения и новые подходы [Текст] / Г. А. Морозов, О. Г. Морозов // Материалы науч.-техн. конф. — Казань, 2000. — С. 1—10.

14. Гареев Ф. Х. Сушка бревен без трещин [Текст] / Ф. Х. Гареев // ЛесПромИнформ. — 2004. — № 4. — С. 58—60.

15. Бельчинская Л. И. Использование сточных вод, образовавшихся при СВЧ-вакумной сушке древесины дуба [Текст] / Л. И. Бельчинская [и др.] // Экология и промышленность России. — 2005. — № 8. — С. 20—21.

16. Хайдурова А. А., Коновалов П. Н., Коновалов Н. П. Энергосберегающая технология сушки угольного концентрата для ТЭЦ [ Текст] / А. А. Хайдурова, П. Н. Коновалов, Н. П. Коновалов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири». — Иркутск: Изд-во Иркутского государственного технического университета, 2006. — С. 419—421.

17. Хайдурова А. А., Коновалов Н. П., Федчишин В. В. Воздействие микроволновой энергии на бурый уголь для улучшения его технических характеристик [Текст] / А. А. Хайдурова, Н. П. Коновалов, В. В. Федчишин // Иркутск: Изд-во Иркутского государственного технического университета, 2007. — С. 109—114.

18. Костров А. В. СВЧ термоабляция злокачественных опухолей [Текст] / А. В. Костров [и др.] // Альманах клинической медицины. — 2008. — № 17. — С. 100—103.

19. СлавМедТехника [Электронный ресурс] // Каталог продукции. — Режим доступа: http://www.slav-med.ru/catalog/util (дата обращения 19.01.2016).

20. Морозов О. Г. Промышленное применение СВЧ-нагрева [Текст] / О. Г. Морозов [и др.] // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. — 2010. — № 3. — С. 2—6.

21. Ланцов С. И. Система комплексного обращения с медицинскими отходами в Калуге и Калужской области [Текст] / С. И. Ленцов // Состояние и охрана окружающей среды в Калуге. — 2008. — С. 20—22.

22. АО «НПП «Исток» им. Шокина». Продукция [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.istokmw.ru/ produkciya (дата обращения 22.01.2016).

23. Ляшенко А. В. СВЧ-иммобилизация промышленных отходов радиохимических и химико-металлургических производств [Текст] / А. В. Ляшенко [и др.] // Гетеромагнитная микроэлектроника. — 2009. — № 7. — С. 83—90.

24. Дементьева М. Ф., Шангараева Я. Н. СВЧ-обработка нефтешламов с моделированием в среде LabVIEW [Текст] / М. Ф. Дементьева, Я. Н. Шангараева // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. — 2012. — № 4. — С. 36—40.

25. Тимонин А. С. Инженерно-экологический справочник. Том 3. [Текст] / А. С. Тимонин. — Калуга: Изд-во Н. Боч-каревой, 2003. — 1024 с.

26. Капустин В. И. Новая безреагентная технология для очистки питьевой воды и осадков сточных вод [Текст] / В. И. Капустин // Состояние и охрана окружающей среды в Калуге. — 2008. — С. 29—31.

27. Ахмедова О. О. Повышение эффективности локальных очистных сооружений сточных вод за счет применения комбинированных электрофизических методов воздействия [Текст] / О. О. Ахмедова // Современные проблемы науки и образования. — 2009. — № 5. — С. 261—265.

28. Гапоненков И. А., Федорова О. А., Крашевская А. А. Термическая обработка осадков сточных вод [Текст] / И. А. Га-поненков, О. А. Федорова, А. А. Крашевская // Экология и промышленность России. — 2015. — № 10. — С. 4—9.

29. Камнев Д. В., Чуклов В. С., Пащенко В. М. Использование СВЧ-волн для обработки биодизеля [Текст] / Д. В. Кам-нев, В. С. Чуклов, В. М. Пащенко // Леса России и хозяйство в них. — 2012. — № 1—2. — С. 57—58.

30. Агафонова Н. М., Данышева Н. С. Применение СВЧ-технологий при производстве льняной ваты [Текст] / Н. М. Агафонова, Н. С. Данышева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2008. — № 10. — С. 62—66.

31. Морозов Г. А. Микроволновые технологические комплексы с адаптивным управлением для обработки водонефтя-ных эмульсий [Текст] / Г. А. Морозов [и др.] // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. — 2007. — № 3. — С. 125—129.

32. Зуева Н. А. Определение эффективных параметров установки для обработки кишечного сырья убойных животных [Текст] / Н. А. Зуева, М. В. Белова, Г. В. Новикова // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. — 2014. — № 2. — С. 22—27.

33. Белова М. В. Экономическая эффективность применения СВЧ-установки для термообработки субпродуктов [Текст] / М. В. Белова, Н. Т. Уездный, И. Г. Ершова // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. — 2013. — № 4 (80). — С. 30—33.

34. Лапочкин М. С. Повышение энергоэффективности микроволнового нагрева снежно-ледяной массы посредством применения водоотвода [Текст] / М. С. Лапочкин, О. Г. Морозов, Г. А. Морозов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. — 2012. — № 1. — С. 84—88.

35. Морозов Г. А. Функционально адаптивные СВЧ-технологии в задачах переработки термопластичных полимерных материалов [Текст] / Г. А. Морозов [и др.] // Вестник МарГТУ. — 2011. — № 3. — С. 13—24.

36. Морозов Г. А. Микроволновая обработка термореактивных и термопластичных полимеров [Текст] / Г. А. Морозов и [др.] // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. — 2011. — № 3. — С. 114—121.

37. Сошников А. А., Мигалев И. Е. Представление картины опасности электромагнитной обстановки в помещениях с источниками электромагнитных излучений [Текст] / А. А. Сошников, И. Е. Мигалев // Вестник КрасГАУ. — 2013. — № 1. — С. 138—142.

38. Сошников А. А., Титов Е. В. Обеспечение электромагнитной безопасности технологических процессов АПК [Текст] / А. А. Сошников, Е. В. Титов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2014. — № 2. — С. 124—128.

39. Лыньков Л. М. Новые материалы для экранов электромагнитного излучения [Текст] / Л. М. Лыньков [и др.] // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. — 2004. — № 3. — С. 152—167.

THE FIELDS OF APPLICATION OF THE ELECTROMAGNETIC FIELD OF ULTRA-HIGH FREQUENCIES IN THE MODERN WORLD

I. A. Gaponenkov, senior lecturer, researcher,

O. A. Fedorova, Ph. D., Head of the Department. Murmansk State Technical University, Murmansk, Russia. References

1. International energy agency. Statistics [Electronic resource] // Papers and article IEA — Acces mode: http://www.iea.org/ statistics/energy statistics of OECD Countries (reference date 19.01.2016). [in Russian]

2. Didenko A. N. UHF-energetics. Theory and practice [Text] / A. N. Didenko. Moscow, Nauka, 2003. 446 p. [in Russian]

3. Syrovatka V. I. UHF-treatment of feed-stuffes [Text] / V. I. Syrovatka // Vestnik ARRIMR. 2013. Vol. 1 No. 9. P. 29—37. [in Russian]

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Yusupova G. G. The provision of microbiological safety of flour and bread by UHF-field energy [Text] / G. G. Yusupova, R. H. Yusupov // Vestnik FSEIHEO MSAU. 2009. No. 1. P. 20—22. [in Russian]

5. Semyonova O. L. The development of treatment technology in the ultra-high-frequency field for wheat flour and research the influence parameters on its quality level [Text] / O. L. Semyonova // Science journal KubSAU 2012. No. 1. P. 1—15. [in Russian]

6. Bastron A. V. The technology and technical means for seeds sterilization by UHF-filed energy [Text] / A. V. Bastron, A. V. Mescheryakov, N. V. Tsuglyonok // Vestnik KrasSAU2007. No. 1. P. 268—272. [in Russian]

7. Tsuglyonok G. I. The influence of parameters EMF UHF on biometric rates and structure elements of malting barley gather in krasnoyarsk forest steppe [Text] / G. I. Tsuglyonok, A. A. Vasilenko // Vestnik KrasSAU. 2007. No. 1. P. 272—278. [in Russian]

8. Ahmetov M. E. The intensification of heat sterilization technology for canned «Apple compote» with preliminary heating of fruits in EMF UHF [Text] / M. E. Ahmetov // News of HEI. Food technology. 2008. No. 1. P. 115—116. [in Russian]

9. Dzharulayev D. S. The influence of UHF-energy on product yield level of proper quality apple juice [Text] / D. S. Dzharu-layev, G. I. Kasiyanov // News of HEI. Food technology. 2008. No. 1. P. 57—59. [in Russian]

10. Morozov G. A. Microwave treatment of needle-leaved trees seeds: achieved results and way of perspective researches [Text] / G. A. Morozov [etc.] // News of SSC RAS. 2011. No. 4. P. 1197—1202. [in Russian]

11. Tsuglyonok G. I. Research the influence of UHF-energy parameters on qualitative and quantitative indexes of buckwheat seeds [Text] / G. I. Tsuglyonok, A. V. Zaplyetina // Vestnik KrasSAU. 2008. No. 6. P. 158—165. [in Russian]

12. Ganeyev I. R. The improvement of effectiveness rape seeds drying by using electromagnetic irradiation: Thesis abstract for PhD in Engineering: spec. 05.20.01 «Technologies and means mechanization of agriculture» / I. R. Ganeyev. Ufa, 2001. 19 p. [in Russian]

13. Morozov G. A. Microwave technologies for industry and agriculture: modern achievements and new approaches [Text] / G. A. Vorozov, O. G. Morozov // Proc. of Science Technical Conference. Kazan, 200. P. 1—10. [in Russian]

14. Garyev F. H. Lumber drying without cracks [Text] / F. H. Garyev // LesPromlnform. 2004. No. 4. P. 58—60. [in Russian]

15. Belchinskaya L. I. Using wastewaters from UHF-vacuum drying of oak lumber [Text] / L. I. Belchinskaya [etc.] // Ecology and Industry of Russia. 2005. No. 8. P. 20—21. [in Russian]

16. Haydurova A. A., Konovalov P. N., Konovalo N. P. The energy-efficient technology of coal concentrate drying for TPP [Text] / A. A. Haydurova, P. N. Konovalov, N. P. Konovalov // Proc. of All-Russia Science-Practice Conference: «The improvement of effectiveness the production and using energy in conditions of Siberia». Irkutsk: Publishing house Irkutsk state technical university, 2006. P. 419—421. [in Russian]

17. Haydurova A. A., Konovalov N. P., Fedchishin V. V., The influence of microwave energy on char coal for improvement of its characteristics [Text] / A. A. Haydurova, N. P. Konovalov, V. V. Fedchishin. Irkutsk: Publishing house of Irkutsk State Technical University, 2007. P. 109—114. [in Russian]

18. Kostrov A. V. UHF-thermoablation of malignant growth [Text] / A. V. Kostrov [etc.] //Almanac of clinical medicine. 2008. No. 17. P. 100—103. [in Russian]

19. SlavMedTehnika [Electronic resours] // Product catalog — Acces mode: http://www.slav-med.ru/catalog/util (reference date 19.01.2016) [in Russian]

20. Morozov O. G. Industrial application of UHF-heating [Text] / O. G. Morozov [etc.] // Electronics: Science, Technology, Business. 2010. No. 3. P. 2—6. [in Russian]

21. Lantsov S. I. The system of complex medical wastes management in Kaluga and Kaluga region [Text] / S. I. Lentsov // Environmental state and protection in Kaluga. 2008. P. 20—22. [in Russian]

22. PC «SPP «Istok» named by Shokin». Production [Electronic resours] // Product catalog — Acces mode: http://www.istok-mw.ru/produkciya (reference date 22.01.2016) [in Russian]

23. Lyashenko A. V. UHF-immobilization of industrial wastes from radiochemical and chemical-metallurgical industries [Text] / A. V. Lyashenko [etc.] //Heteromagnetical microelectronics. 2009. No. 7. P. 83—90. [in Russian]

24. Dementiyeva M. F., Shangarayeva Y. N. UHF-treatment of oil slime with modeling in Labview [Text] / M. F. Dementiyeva, Y. N. Shangarayeva // Physics of wave processes and radiotechnical systems. 2012. No. 4. P. 36—40. [in Russian]

25. Timonin A. S. Engineer-ecological handbook. Vol. 3 [Text] / A. S. Timonin. Kaluga: PH of N. Bochkaryova, 2003. 1024 p. [in Russian]

26. Kapustin V. I. New reagentless technology of water and wastewater treatment [Text] / V. I. Kapustin // Environmental state and protection in Kaluga. 2008. P. 29—31. [in Russian]

27. Ahmedova O. O. The improvement of local wastewater plants effectiveness by using combined electrophysical means of exposure [Text] / O. O. Ahmedova // Modern problems of science and education. 2009. No. 5. P. 261—265. [in Russian]

28. Gaponenkov I. A., Fedorova O. A., Krashevskaya A. A. Thermal treatment of wastewater sludge [Text] / I. A. Gaponenkov,

0. A. Fedorova, A. A. Krashevskaya // Ecology and Industry of Russia. 2015. No. 10. P. 4—9. [in Russian]

29. Kamnyev D. V., Chuklov V. S., Paschenko V. M. Using of UHF-waves for biodiesel treatment [Text] / D. V. Kamnyev, V. S. Chuklov, V. M. Paschenko // The forests of Russia and forest industry. 2012. No. 1—2. P. 57—58. [in Russian]

30. Agafonova N. M., Danysheva N. S. Using UHF-technologies for flax wool production [Text] / N. M.Agafonova, N. S. Dan-ysheva // Vestnik of AltaiSAU. 2008. No. 10. P. 62—66. [in Russian]

31. Morozov G. A. Microwave technological complexes with adaptable control for water-oil emulsion treatment [Text] / G. A. Morozov [etc.] // Physics of wave processes and radiotechnical systems. 2007. No. 3. P. 125—129. [in Russian]

32. Zuyeva N. A. The effective parameters determination of equipment for raw casings from slaughtered animals [Text] / N. A. Zuye-va, M. V. Byelova, G. V. Novikova // Vestnik of ChuvashSPU named by I. Y. Yakovlyeva. 2014. No. 2. P. 22—27. [in Russian]

33. Byelova M. V. The economical effectiveness of UHF-unit for by-products heat treatment [Text] / M. V. Byelova, N. T. Uyezdnyi,

1. G. Yershova // Vestnik of ChuvashSPU named by I. Y. Yakovlyeva. 2013. No. 4 (80). P. 30—33. [in Russian]

34. Lapochkin M. S. Energy effectiveness improvement of microwave heating snow-ice mass by using water discharge [Text] / M. S. Lapochkin, O. G. Morozov, G. A. Morozov // Physics of wave processes and radiotechnical systems. 2012. No. 1. P. 84—88. [in Russian]

35. Morozov G. A. Functional adaptable UHF-technology in tasks of reprocessing the thermoplastic polymeric materials [Text] / G. A. Morozov [etc.] // Vestnik MarSTU. 2011. No. 3. P. 13—24. [in Russian]

36. Morozov G. A. Microwave treatment of thermoreactive and thermoplastic polymeric materials [Text] / G/A. Morozov [etc.] // Physics of wave processes and radiotechnical systems. 2011. No. 3. P. 114—121. [in Russian]

37. Soshnikov A. A., Migalyev I. E. The view of electromagnetic conditions hazard in places with electromagnetic irradiation sources [Text] / A. A. Soshnikov, I. E. Migalyev // Vestnik KrasSAU. 2013. No. 1. P. 138—142. [in Russian]

38. Soshnikov A. A., Titov E. V. The provision of electromagnetic safety in technological processes in AIC [Text] / A. A. Soshnikov, E. V. Titov // Vestnik of AltaiSAU. 2014. No. 2. P. 124—128. [in Russian]

39. Lynkov L. M. New materials for electromagnetic irradiation deflectors [Text] / L. M. Lynkov [etc.] // Reports of Belorussian State University of Informatics and Radioelectronics. 2004. No. 3. P. 152—167. [in Russian]

Какое применение электромагнитных волн технически возможно но пока не реализовано

Электромагнитные волны различных диапазонов получили широкое применение в промышленности, науке, технике, медицине: при термической обработке металлов, древесины других материалов, в радиовещании, телевидении и связи, для нагрева и сварки диэлектриков и т.д. Значительное применение нашли электромагнитные волны сверхвысоких частот (СВЧ) в радиолокации, радиометеорологии, радиоастрономии, радионавигации, в космических исследованиях, ядерной физике и т.д.

Влияние электромагнитных волн на здоровье работников

Электромагнитные волны различных диапазонов получили широкое применение в промышленности, науке, технике, медицине: при термической обработке металлов, древесины других материалов, в радиовещании, телевидении и связи, для нагрева и сварки диэлектриков и т.д. Значительное применение нашли электромагнитные волны сверхвысоких частот (СВЧ) в радиолокации, радиометеорологии, радиоастрономии, радионавигации, в космических исследованиях, ядерной физике и т.д.

Источниками излучения радиоволн являются ламповые генераторы, которые преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока высокой частоты. В современных цехах электровакуумных заводов, где производятся электронные лампы, сосредоточено значительное количество высокочастотных генераторов. Токи высокой частоты применяются для удаления газа из металлических частей и не всегда могут иметь надлежащую экранизацию. В рабочих помещениях радиотелевизионных станций источниками высокочастотных полей могут явиться недостаточно качественно защищенные блоки передатчиков, разделительные фильтры и излучающие антенные системы. В физиотерапевтических кабинетах при работе медицинской аппаратуры возникают электромагнитные поля, действию которых подвергается персонал.

Наиболее выраженным биологическим действием обладают поля СВЧ. Установлено, что сантиметровые и миллиметровые волны поглощаются кожей и, действуя на рецепторы, оказывают рефлекторное влияние на организм. Дециметровые волны, проникая на глубину 10-15 см, могут непосредственно действовать на внутренние органы. По всей вероятности, аналогичным действием обладают волны и диапазона УВЧ.

Радиоволны — электромагнитные поля радиочастот — являются частью широкого электромагнитного спектра с длиной волны от нескольких миллиметров до нескольких километров. Возникают они в результате колебания электрических зарядов. Чем выше частота колебаний электрических зарядов, тем короче длина волны. Различают короткие, ультракороткие (KB, УКВ), а также волны высокой, ультравысокой частоты (ВЧ, УВЧ). Электромагнитные волны распространяются со скоростью световых волн. Подобно звуковым, они обладают резонирующим свойством, вызывая в одинаково настроенном колебательном контуре совпадающие колебания.

Величина поля, создаваемого генераторами, характеризуется как напряженностью электрического поля, измеряемого в вольтах на метр (В/м), так и напряженностью магнитного поля — в амперах на метр (А/м). В качестве единицы измерения интенсивности облучения сантиметровых волн принята интенсивность, выраженная в величинах плотности потока мощности (величина энергии волн, падающей на 1 куб. см поверхности тела в секунду). Напряженность электромагнитных полей (ЭМП) в помещении зависит от мощности генератора, степени экранирования и наличия в помещении металлических покрытий и колеблется в широких пределах (10-500 Вт/кв. м), однако по мере удаления от источника падает.

Механизм действия радиоволн. Изучение биологического действия радиоволн от искусственных источников было начато только после того, как радиотехника достигла определенного уровня развития. Это относится к 30-м гг. XX в. Первые же экспериментальные исследования биологического действия радиоволн были выполнены отечественным ученым В.Я. Данилевским спустя пять лет после изобретения А. С. Поповым радио.

В настоящее время доказано, что поглощенная организмом электрическая энергия может вызывать как термическое, так и специфическое биологическое действие. Интенсивность последнего нарастает с увеличением мощности и длительности действия ЭМП, причем выраженность реакции в основном находится в зависимости от диапазона радиочастот, а также от индивидуальных особенностей организма. Интенсивное облучение сначала вызывает тепловой эффект. Влияние микроволн большой интенсивности связано с выделением тепла в биообъекте, что приводит к нежелательным последствиям (нагрев органов и тканей, термическое поражение и т.п.). В то же время при ЭМП ниже допустимого определяется своеобразное специфическое (нетермическое) действие, выражающееся в явлении возбуждения в блуждающем нерве и синапсах.

При воздействии токов высокой (ТВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частот отмечается накопление биологического эффекта, в результате чего возникают функциональные изменения нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушения в организме под действием различных диапазонов. Воздействие радиоволн малой интенсивности имеют также неодинаковую направленность. Экспериментально установлены особая чувствительность нервной системы, затем миокарда, наличие дистрофических изменений в семенниках и отставание в развитии животных.

Микроволны при действии на организм могут проявлять дезадаптирующее действие, т.е. нарушать ранее приобретенную устойчивость к различным неблагоприятным факторам, а также извращать некоторые приспособительные реакции. Общей закономерностью действия ЭМП является двухфазность реакций, отражающих стимулирующее влияние на центральную нервную систему относительно малых интенсивностей и тормозящее влияние больших интенсивностей. Следовательно, механизмами изменений при действии на организм микроволн являются: непосредственное воздействие на ткани, первичное изменение функционального состояния центральной нервной системы с нарушением нейрогуморальной регуляции, рефлекторные изменения со стороны ряда органов и систем, в том числе сердечно-сосудистой.

Клиническая картина. В зависимости от интенсивности и длительности воздействия радиоволн выделяют острые и хронические формы поражения организма.

Острое поражение. Возникает только при авариях или грубом нарушении техники безопасности, когда работающий оказывается в мощном ЭМП. Наблюдается температурная реакция (39-40 °С); появляются одышка, ощущение ломоты в руках и ногах, мышечная слабость, головные боли, сердцебиение. Отмечаются брадикардия, гипертензия. Описаны выраженные вегетативно-сосудистые нарушения, диэнцефальные кризы, приступы пароксизмальной тахикардии, состояние тревоги, повторные носовые кровотечения.

Хроническое воздействие. Ведущее место в клинической картине заболевания занимают функциональные нарушения центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Изменения нервной системы характеризуются наличием астенических, невротических и вегетативных реакций.

Наиболее часто больные предъявляют жалобы на общую слабость, быструю утомляемость, снижение работоспособности, расстройства сна, раздражительность, потливость, головную боль неопределенной локализации. Некоторых беспокоят боли в области сердца, иногда сжимающего характера с иррадиацией в левую руку и лопатку, одышка. Болезненные явления в области сердца чаще ощущаются к концу рабочего дня, после нервного или физического напряжения.

Отдельные лица могут предъявлять жалобы на потемнение в глазах, головокружение, ослабление памяти, внимания.

При объективном исследовании нервной системы у многих больных наблюдаются неустойчивость сосудистых реакций, синюшность конечностей, потливость, стойкий, чаще красный, дермографизм, тремор век и пальцев вытянутых рук, оживление сухожильных рефлексов. Все это проявляется в виде астеновегетативного синдрома той или иной степени выраженности.

К числу наиболее характерных реакций организма на воздействие электромагнитных полей СВЧ относятся сдвиги в парасимпатической нервной системе. Они выражаются в артериальной гипотензии и тенденции к брадикардии, частота и степень выраженности которых зависят от интенсивности облучения. Одновременно может определяться малая выраженность кожно-сосудистых реакций при исследовании дермографизма, извращение вегетативно-сосудистых проб. У работающих с СВЧ-генераторами возможны нарушение терморегуляции и другие явления вегетативно-сосудистой или диэнцефальной патологии, субфебрильная температура, термоасимметрия. Нередко отмечается угнетение чувствительности кожи к ультрафиолетовым лучам. В редких случаях наблюдается диэнцефальный синдром.

В сердечно-сосудистой системе при действии радиоволн отмечают функциональные нарушения. Объективное исследование позволяет выявить увеличение границ сердца влево, приглушение тонов; нередко выслушивается систолический шум на верхушке. Как правило, у таких больных отмечаются брадикардия, артериальная гипотония. Пульс и артериальное давление отличаются неустойчивостью, нередко обнаруживается асимметрия показателей артериального давления, может наблюдаться тенденция и к артериальной гипертензии.

Нарушения сердечно-сосудистой системы у лиц, подвергающихся воздействию СВЧ, развиваются главным образом на фоне функциональных расстройств центральной нервной системы.

Эндокринно-обменные нарушения проявляются также на фоне функциональных расстройств центральной нервной системы. Нередко отмечаются сдвиги в функциональном состоянии щитовидной железы в сторону повышения активности, причем клинические признаки, как правило, не выявляются. При выраженных формах патологии нарушается деятельность половых желез. Имеются сведения о нарушениях функции желудочно-кишечного тракта и печени. Возможны изменения функции синтеза белка и пигментов.

Воздействие радиоволн сопровождается изменениями показателей периферической крови, причем нередко отмечаются их неустойчивость, лабильность. Сдвиги особенно часто наблюдаются при воздействии коротких и ультракоротких волн. Есть данные о повышении содержания холестерина и снижении количества хлоридов, о нарушении минерального обмена.

Микроволны при особо неблагоприятных условиях труда оказывают повреждающее действие на глаза, вызывая помутнение хрусталика — СВЧ-катаракту. Изменения могут со временем прогрессировать. Помутнение, выявленное при биомикроскопии, отмечается в виде белых точек, мелкой пыли, отдельных нитей, располагающихся в переднезаднем слое хрусталика, вблизи экватора, в отдельных случаях — в форме цепочек, бляшек и пятен. Катаракта может развиться или в результате однократного мощного облучения глаза, или при длительном систематическом воздействии микроволновой энергии порядка сотен милливатт на 1 кв. см.

При диагностике профессиональных заболеваний используется синдромная классификация поражений СВЧ-полем, предложенная Э.А. Дрогичиной и М.Н. Садчиковой.

Выделяют пять синдромов:

1. Вегетативный. Наблюдается в начальной стадии процесса. Для него характерна направленность вегетативных и сердечно-сосудистых нарушений с повышением тонуса парасимпатической системы.

2. Астенический. Нередко возникает в начальной стадии воздействия СВЧ. Относится к неспецифическим реакциям организма и проявляется головными болями, повышенной сонливостью, быстрой утомляемостью, нередко сопровождается вегетативными сдвигами.

3. Астеновегетативный. Выявляется обычно во II стадии процесса, когда вегетативный симптомокомплекс сочетается с более выраженными явлениями астении.

4. Ангиодистонический. Наблюдается в более выраженных стадиях процесса (во II и III). Характеризуется преобладанием явлений сосудистой дисфункции, при этом могут иметь место приступы резких головных болей, значительная утомляемость, нарушение сна, эмоциональная неустойчивость; на смену гипотонии и брадикардии приходит резкая лабильность пульса и артериального давления с тенденцией к гипертонии.

5. Диэнцефальный. Наблюдается при выраженных формах воздействия СВЧ. Для него характерны приступы, протекающие по типу кризов с головными болями, с кратковременным расстройством сознания, резкой тахикардией, бледностью кожных покровов, болями в области сердца, беспокойством, ознобом, чувством страха.

Выделяют три стадии заболевания: начальную, умеренно выраженную и выраженную. Начальная стадия — компенсированная, характеризуется легкой астенией или не резко выраженным вегетативным синдромом. При умеренно выраженной стадии наблюдается сочетание астенического синдрома с более выраженными явлениями расстройства вегетативной функции. Выраженная стадия проявляется расстройствами сосудистого тонуса и ангиодистоническими или расстройствами функции ЦНС. Нарушения нервной и сердечно-сосудистой систем во всех стадиях обычно сочетаются с изменениями кроветворения, обменными, эндокринными и другими сдвигами.

Н.В. Тягин предлагает указанный симптомокомплекс называть «радиоволновая болезнь». Клинический симптомокомплекс хронического воздействия нa организм ЭМП не носит строго специфического характера, имеющиеся при этом клинические проявления могут быть обусловлены влиянием разнообразных факторов (переутомление, инфекция, неблагоприятные бытовые условия). Поэтомy диагностика основывается на тщательном всестороннем обследовании, анализе динамики развития патологического процесса, а также на детальном изучении.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ИСТОЧНИК:

Публикация подготовлена по материалам изданияПрофессиональные болезни: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений, обучающихся по специальности 033300 «Безопасность жизнедеятельности» / авт.-сост. Т. Я. Биндюк, О. В. Бессчетнова.Балашов: Николаев, 2007.128 с.

АКТУАЛЬНОЕ ПО ТЕМЕ:

Современная жизнь практически невозможна и даже не мыслится без использования электричества — самого удобного источника энергии и средства передачи информации. Жилища и промышленные площади буквально напичканы все­возможным электрооборудованием, а стены, потолки и даже полы зданий нашпигованы устройствами для потребления, передачи и управления поступлением электроэнергии.

Наш плотный кон­такт с действующими электротехническими устройствами начал­ся более 100 лет назад. Человек сравнительно давно осознал на собственной печальной практике, что к электричеству следует от­носиться в высшей степени осторожно. Правда, вначале человек понял опасность непосредственного контакта с электричеством. Здесь подразумевается искусственно созданное электричество, а не естественное в виде молний, опасность которой человек познал одновременно с познанием других грозных явлений природы.

Опасность невидимого и неощутимого косвенного воздействия электричества человечество почувствовало сравнительно недав­но, хотя сам факт наличия электрических и магнитных полей, создаваемых действующими электропроводниками, известен давно, особенно специалистам в области электротехники. В первую очередь появились данные о нежелательном вли­янии электромагнитных полей на чувствительные к ним техни­ческие устройства. Выделилось особое направление радиотехни­ки – «электромагнитная cовместимость» (ЭМС), которое занялось изучением эксплуатации радиотехнических устройств в условиях их взаимного влияния, то есть возможность сосуществования в си­стемах «прибор-прибор». По мере накопления информации возникла проблема безопас­ного функционирования систем «прибор – человек», то есть из сугубо технической области проблема ЭМС переместилась в область био­физики, радиобиологии, санитарии, гигиены и здравоохранения.

Что излучение сотовых телефонов вредно — давно не новость. Ученые говорят об этом уже лет 10: объясняют, доказывают и пытаются донести до рядовых потребителей сотовой связи, что необходимо ограничивать общение по мобильному. Иначе велик риск «подцепить» электроволновую болезнь и кучу других неприятностей. Но не только сотовые облучают нашу жизнь…

Wi-fi и другие достижения прогресса круглосуточно атакуют наш мозг. Чем это может обернуться для здоровья человека в будущем, рассказал Олег ГРИГОРЬЕВ, директор Центра электромагнитной безопасности, заместитель председателя Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений, член научно-консультативного комитета Международного электромагнитного проекта ВОЗ.

Вредное воздействие электромагнитных излучений и полей радиочастот на здоровье работников

Основными источниками электромагнитной энергии радиочастотного диапа­зона в производственных помещениях являются неэкранированные ВЧ-блоки установок (генераторные шкафы, конденсаторы, ВЧ-трансформаторы. магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны, волноводные тракты и др.). Основными источниками излучения электромагнитной энергии РЧ в окру­жающую среду служат антенные системы радиолокационных станций (PЛC), радио- и телерадиостанций, в том числе систем мобильной радиосвязи, воз­душные линии электропередачи и пр.

Современный этап характеризуется увеличением мощностей источников ЭМИ РЧ, что при определенных условиях может приводить к ухудшению электромагнитной обстановки в окружающей среде и оказывать неблагопри­ятное влияние на организм человека.

Электромагнитные волны: что это, влияние и сферы применения

Сияющий свет на темном фоне

Одно из ключевых понятий физики — электромагнитные волны. Человек не может их увидеть, но активно использует. Радио и радары, рентгены и лазеры — все это работает благодаря существованию электромагнитного поля.

Что такое электромагнитные волны

Теорию электромагнитного поля в середине XIX века, в 1862 году, разработал Джеймс Максвелл. Он дал теоретическое определение электромагнитным волнам и излучению.

Характеристика и история изучения

Талантливый физик предсказал возможность существования электромагнитных волн как способа, с помощью которого электромагнитное поле распространяется в пространстве и во времени. Источником этого явления ученый назвал электрические заряды, которые движутся с ускорением.

Его теорию продолжили исследовать на практике такие ученые, как:

  • Дэвид Эдвард Хьюз. В 1879 году продемонстрировал эффект распространения электромагнитных волн в воздухе.
  • Генрих Герц. В серии экспериментов 1886–1889 гг. показал генерацию и прием электромагнитных волн. Опыты Герца сыграли решающую роль для доказательства и признания электромагнитной теории Максвелла.
  • Русский изобретатель радио Александр Степанович Попов. В своей первой радиограмме в 1896 году передал два слова: «Генрих Герц». А за год до этого, пользуясь небольшими вибраторами, он получил электромагнитные волны длиной около 2–6 мм.

С тех пор электромагнитное излучение определяют как одноименные волны, которые приводят в возбуждение различные объекты излучения (молекулярные, атомные и заряженные частицы).

Каждая электромагнитная волна является излучением, которое имеет три основные характеристики:

  1. Частота — количество гребней волны, которые проходят за одну секунду. Измеряется в герцах.
  2. Поляризация. Описывает то, как происходят колебания электромагнитной волны в поперечном направлении. Когда волновые колебания происходят в одной плоскости, то такое излучение называют поляризованным. На практике это явление встречается на 3D-сеансах в кинотеатрах. В специальных очках происходит поляризация и картинка разделяется.
  3. Длина, то есть расстояние, которое соединяет точки электромагнитного излучения, колеблющиеся в пределах одной фазы.

Электромагнитное излучение интересно тем, что распространяется в любой среде — и в плотных веществах, и в вакууме. При этом в последнем скорость распространения волн составляет около 300 тысяч км/с. А вот, например, звуковые волны в вакууме распространяться не могут.

Диапазоны электромагнитных волн

Каков принцип действия электромагнитного излучения

Оно обладает энергией, которой присуща напряженность. Поле электромагнитных волн может быть постоянным и переменным:

  • В первом случае напряженность обусловлена силой, которая оказывает каталитическое (ускоряющее) воздействие на токовый проводник. Такое напряжение измеряется в амперах.
  • Переменное поле состоит из магнитной и электрической разновидностей магнитного поля, расширяющихся в пространстве в виде волн.

У такого распространения есть три зоны:

  • Ближняя — индукционная.
  • Промежуточная — интерференционная.
  • Дальняя — волновая.

В своей теории Максвелл описал определенные свойства электромагнитных волн, которые обусловлены их различиями и зависят от длины волны. Согласно этому параметру, волны электромагнитного поля разделяют на диапазоны. Для последних разработана условная шкала, так как близкие частоты часто совмещают такие свойства:

  • высокую проникающую способность;
  • быструю скорость растворения в веществах;
  • положительное и отрицательное влияние на человека.

Электромагнитные волны довольно быстро стали явлением, которое используют на практике. Знаем о них или нет, они нас окружают повсюду.

Виды электромагнитных волн и их применение

Электромагнитные волны различаются по частоте, поляризации и длине. Последний показатель был взят за основу самой распространенной классификации.

Виды

По показателю длины выделяют:

  • Видимый свет. Это излучение воспринимается зрением человека. Длина у этих волн короткая и находится в границах от 380 до 780 нм.
  • Инфракрасные волны. По показателю длины они находятся между световым излучением и радиоволнами.
  • Радиоволны. Они имеют большую длину и охватывают все виды излучений от 0,5 мм.
  • Ультрафиолет — излучение, которое наносит вред живым организмам.
  • Рентгеновское излучение. Его производят электронные частицы. Оно широко применяется в медицине.
  • Гамма-излучение с самой короткой длиной волны — самое опасное излучение для человека.

Где применяют и как влияет на человека

Широко применять электромагнитное излучение начали с конца XIX века. В это время началось развитие радиосвязи, с помощью которой реальным стало общение на больших расстояниях. Главными электромагнитными источниками были крупные объекты промышленного масштаба, а также электрические линии передач.

Кроме того, этим видом излучения заинтересовалась военная сфера. Так началась эпоха радаров и других подобных электрических приборов.

Бирюзовое радио на розовом фоне

В сфере медицины для лечения различных болезней начали использовать инфракрасное излучение. Благодаря рентгеновским исследованиям появилась возможность выявлять внутренние повреждения в организме человека. На современном этапе с помощью лазеров проводят операции, требующие ювелирной точности.

Наряду с перечисленной выше пользой электромагнитного излучения, известны и некоторые негативные для человека последствия его воздействия:

  • повышенная усталость;
  • головные боли;
  • тошнота.

Ученые-исследователи Н. И. Бурлака и С. С. Гоженко установили, что чрезмерное действие электромагнитного излучения повреждает внутренние органы, нарушает работу центральной нервной системы, что может привести к возникновению психических расстройств. Известен накопительный эффект биологических воздействий излучения: чем оно длительнее, тем более отрицательные результаты.

Воздействие, длящееся годами, приводит к:

  • нарушениям работы гормональной системы;
  • появлению злокачественных новообразований;
  • болезням крови.

Чтобы избежать таких негативных влияний, внедряют определенные стандарты, регулирующие вопросы безопасности электромагнитного воздействия. Так, для использования всех разновидностей электромагнитного излучения разрабатывают гигиенические нормы и радиационные стандарты.

На современном этапе продолжается изучение электромагнитного излучения и его воздействия на организм человека. Многие стараются свести его к минимуму, так как нет окончательного вердикта относительно вреда излучения. Нас окружает великое разнообразие электромагнитных волн, многие из которых приносят человеку пользу.

Модель электромагнитных полей, формируемых автоматизированным рабочим местом объекта информатизации Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

электромагнитная обстановка / электромагнитная безопасность оператора / метод конечных разностей во временной области / объект информатизации / дискретная модель. / electromagnetic environment / operator electromagnetic safety / finite-difference time domain method / object of informatization / discrete model.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Викторов Владимир Александрович

Постановка задачи: при решении некоторых прикладных задач электромагнитной безопасности операторов , электромагнитной совместимости технических средств, находящихся на автоматизированном рабочем месте, и защиты информации от утечки по побочным каналам электромагнитных излучений и наводок, зачастую возникает проблема, связанная с контролем уровней электромагнитных полей, создаваемых средствами вычислительной техники. Целью работы является создание дискретной модели автоматизированного рабочего места, с помощью которой будет представлена возможность прогнозировать электромагнитную обстановку и производить расчеты электромагнитного поля в заданных точках пространства автоматизированного рабочего места по известным параметрам источников излучения, включая их расположение в модели. Расчеты проводятся для оценки воздействия электромагнитных полей, создаваемые техническими устройствами автоматизированного рабочего места, на организм оператора. Используемые методы: при представлении всего пространства автоматизированного рабочего места в виде дискретной модели учитываются все материальные тела, находящиеся в исследуемой области: стены помещений, ткани операторов, источники излучений и предметы интерьера. Изложенный в статье подход позволил перейти от реального представления автоматизированного рабочего места к его модели, представленной в дискретном пространстве, состоящем из множества элементарных кубических ячеек. Выходные данные дискретной модели, полученные по авторскому алгоритму, хорошо сопрягаются с методом конечных разностей во временной области . Новизна заключается в том, что была разработана дискретная модель автоматизированного рабочего места для целей анализа электромагнитной обстановки с учетом многообразия источников излучения на автоматизированном рабочем месте. Впервые моделирование сигналов технических средств, расположенных на автоматизированном рабочем месте, проводится совокупностью гармонических составляющих, в сумме образующих с заданной точностью 10% априорно известный спектр сигнала. Гармонические составляющие определяются при помощи авторского алгоритма, представленного в данной статье. Результат: изложенное решение смоделированного автоматизированного рабочего места полностью удовлетворяет как внешним, так и внутренним требованиям, предъявляемым к моделям, и идеально подходит для прогнозирования электромагнитного поля методом конечных разностей во временной области . Адекватность такой модели производилась путем решения тестовых задач, в которых задавались простые геометрические фигуры, и проводился расчет относительной погрешности. Результаты, полученные путем сравнения значений расчетов объема фигур и объема их моделей, показал, что относительная погрешность представления исследуемого пространства кубическими ячейками зависит от величины коэффициента детализации. При шаге детализации λ / 20 погрешность составляет менее 5%. Практическая значимость полученных результатов в основном определяется возможностью их использования в качестве исходных данных для статистического имитационного моделирования безопасности оператора автоматизированного рабочего места. Представленное решение прошло апробацию и реализовано в специализированном программном обеспечении «Модель прогноза электромагнитной обстановки на объектах систем управления», свидетельство о государственной регистрации программы No2019617181 от 06.05.2019 г, дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 04.06.2019 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Викторов Владимир Александрович

Исследование электромагнитных полей в окружающей среде от оборудования компьютерного комплекса с позиции допустимых требований по электромагнитной безопасности

Исследование уровней и спектров высших гармоник тока в электрических сетях питания компьютерной техники и основные мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости

Обзор аналитических моделей для оценки эффективности экранирования металлических корпусов на основе метода эквивалентной цепи

Динамическая модель пространственно-распределенной воздушной цели

Модель формирования многочастотных поляриметрических дальностно-доплеровских портретов пространственно-распределенных воздушных целей

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The model of electromagnetic fields that generate by an automated workplace of an object of informatization

Problem statement. When solving some applied tasks of electromagnetic safety of operators, electromagnetic compatibility of technical equipment located at an automated workplace and protecting information from leakage through side channels of electromagnetic radiation and interference, a problem often arises related to monitoring the levels of electromagnetic fields created by computing equipment. The purpose of the research is to create a discrete model of an automated workplace, by which it will be possible to forecast the electromagnetic environment and to calculate the electromagnetic field at given points in the space of the automated workplace using known radiation source parameters including their location in the model. The calculations are carried out to assess the impact of electromagnetic fields created by technical devices of the automated workplace on the operator’s body. Methods. When presenting the entire environment of the automated workplace in the form of a discrete model, all material bodies located in the researched area should be modeled: the walls of the offices, the tissues of operators, radiation sources, and interior items. The approach described in the article made it possible to move from a real representation of an automated workplace to its model presented in a discrete environment consisting of many elementary cubic cells. The output of the discrete model obtained by the author’s algorithm is well matched with the finitedifference time domain method. The novelty of this work relates to the fact that a discrete model of the automated workplace has been developed for the analysis of the electromagnetic environment taking into account the variety of radiation sources in an automated workplace. For the first time, the modeling of signals technical equipment located at an automated workplace is carried out by a combination of harmonic components that together form a priori known signal spectrum with a given accuracy of 10%. Harmonic components are determined using the author’s algorithm presented in this article. The results. The current solution of modeling an automated workplace fully satisfies both external and internal requirements for models, and ideally suits for forecasting the electromagnetic field using the finite-difference time domain method . The verification of such a model was carried out by solving test tasks in which simple geometric figures were set and the relative error was calculated. The results obtained by comparing the calculation values of the volume of figures and the volume of their models showed that the relative error in representing the environment under research in cubic cells depends on the magnitude of the coefficient of detail. With the detail step λ / 20, the error is less than 5%. The practical relevance of the research is mainly determined by the possibility of using them as source data for statistical simulation of safety of an operator of an automated workplace. The presented solution was tested and implemented in the specialized software “Model for forecasting the electromagnetic environment at the objects of control systems”, certificate of state registration of program is No.2019617181 dated 06/05/2019, the date of state registration in the Register of computer programs is 04/06/2019.

Текст научной работы на тему «Модель электромагнитных полей, формируемых автоматизированным рабочим местом объекта информатизации»

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

Модель электромагнитных полей, формируемых автоматизированным рабочим местом объекта информатизации

Постановка задачи: при решении некоторых прикладных задач электромагнитной безопасности операторов, электромагнитной совместимости технических средств, находящихся на автоматизированном рабочем месте, и защиты информации от утечки по побочным каналам электромагнитных излучений и наводок, зачастую возникает проблема, связанная с контролем уровней электромагнитных полей, создаваемых средствами вычислительной техники. Целью работы является создание дискретной модели автоматизированного рабочего места, с помощью которой будет представлена возможность прогнозировать электромагнитную обстановку и производить расчеты электромагнитного поля в заданных точках пространства автоматизированного рабочего места по известным параметрам источников излучения, включая их расположение в модели. Расчеты проводятся для оценки воздействия электромагнитных полей, создаваемые техническими устройствами автоматизированного рабочего места, на организм оператора. Используемые методы: при представлении всего пространства автоматизированного рабочего места в виде дискретной модели учитываются все материальные тела, находящиеся в исследуемой области: стены помещений, ткани операторов, источники излучений и предметы интерьера. Изложенный в статье подход позволил перейти от реального представления автоматизированного рабочего места к его модели, представленной в дискретном пространстве, состоящем из множества элементарных кубических ячеек. Выходные данные дискретной модели, полученные по авторскому алгоритму, хорошо сопрягаются с методом конечных разностей во временной области. Новизна заключается в том, что была разработана дискретная модель автоматизированного рабочего места для целей анализа электромагнитной обстановки с учетом многообразия источников излучения на автоматизированном рабочем месте. Впервые моделирование сигналов технических средств, расположенных на автоматизированном рабочем месте, проводится совокупностью гармонических составляющих, в сумме образующих с заданной точностью 10% априорно известный спектр сигнала. Гармонические составляющие определяются при помощи авторского алгоритма, представленного в данной статье. Результат: изложенное решение смоделированного автоматизированного рабочего места полностью удовлетворяет как внешним, так и внутренним требованиям, предъявляемым к моделям, и идеально подходит для прогнозирования электромагнитного поля методом конечных разностей во временной области. Адекватность такой модели производилась путем решения тестовых задач, в которых задавались простые геометрические фигуры, и проводился расчет относительной погрешности. Результаты, полученные путем сравнения значений расчетов объема фигур и объема их моделей, показал, что относительная погрешность представления исследуемого пространства кубическими ячейками зависит от величины коэффициента детализации. При шаге детализации X / 20 погрешность составляет менее 5%. Практическая значимость полученных результатов в основном определяется возможностью их использования в качестве исходных данных для статистического имитационного моделирования безопасности оператора автоматизированного рабочего места. Представленное решение прошло апробацию и реализовано в специализированном программном обеспечении «Модель прогноза электромагнитной обстановки на объектах систем управления», свидетельство о государственной регистрации программы №2019617181 от 06.05.2019 г, дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 04.06.2019 г.

Ключевые слова: электромагнитная обстановка, электромагнитная безопасность оператора, метод конечных разностей во временной области, объект информатизации, дискретная модель.

Библиографическая ссылка на статью:

Викторов В. А. Модель электромагнитных полей, формируемых автоматизированным рабочим местом объекта информатизации // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 1. С. 1-32. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10101. Reference for citation:

Viktorov V. A. The model of electromagnetic fields that generate by an automated workplace of an object of informatization. Systems of Control, Communication and Security, 2020, no. 1, pp. 1-32. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10101 (in Russian).

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

Электромагнитные излучения всех диапазонов представляют серьезную опасность, как для жизни, так и для здоровья человека — всемирная организация здравоохранения включила проблему электромагнитного загрязнения окружающей среды в перечень приоритетных проблем человечества. Проблемы электромагнитного мониторинга технических средств, являющихся источниками электромагнитных полей, активно изучаются учеными с середины прошлого века, исследованиям в этой области посвящено немало работ. Так, в статье [1], рассматриваются проблемы влияния электромагнитных полей (ЭМП) и электромагнитных излучений (ЭМИ) на биообъекты; в статье [2] создана приближенная расчетная модель видеодисплейного терминала персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ) путем замены последнего системой эквивалентных элементарных излучателей; материалы в [3-7] посвящены расчету и моделированию ЭМП технических средств; в [8] проведено исследование электромагнитных полей в окружающей среде от компьютерного комплекса с позиции допустимых требований по электромагнитной безопасности; в статье [9] рассмотрены вопросы перехвата побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ), возникающих при выводе изображения на экран монитора, оптимальным приемником (предложены математическая модель и методика оценки возможностей перехвата ПЭМИ видеосистемы компьютера техническими средствами разведки); в [10] проведено исследование уровней и спектров высших гармоник тока в электрических сетях питания компьютерной техники, а также даны рекомендация по организации мероприятий обеспечения электромагнитной совместимости в кабельных каналах и в системах связи.

За рубежом, в странах Содружества Независимых Государств (СНГ), также активно проводятся исследования, связанные с моделированием ПЭМИ ПЭВМ, так в статье [11] предложены математическая модель и методика оценки возможностей перехвата ПЭМИ видеосистемы компьютера техническими средствами разведки (ТСР). Наиболее известными зарубежными публикациями, посвященными разработки программных средств электродинамического анализа, стали работы Бурка Г. Ж (Burke G. J), Поджо А. Ж (Poggio A. J.), Миллера Е. К (Miller Е. К.) и Адамса Р. В (Adams R. W.). В работах [12-15], представлены результаты, которые стали основой различных версий известных программных пакетов моделирования электромагнитных полей, таких как, AMP (Antenna Modeling Program) [16, 17] и NEC (Numerical Electromagnetic Code) [18, 19]. Вопросы расчета электромагнитных полей излучающих технических средств достаточно хорошо изложены в [14, 15, 20, 21].

Однако анализ опубликованных работ указывает на то, что практически не решенной остается задача расчета поля источников сложной конфигурации и произвольных частотных диапазонов, расположенных внутри помещений. Основываясь на представленные в литературе классификацию источников радиоизлучений и разработки моделей, можно сделать вывод, что задача моделирования процесса распространения электромагнитных волн в сложной геометрической обстановке весьма не проста. Кроме этого, известно, что все излучения от технических средств являются сложными сигналами, моделирование их рас-

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

пространения с точки зрения классической электродинамики, также усложняет решение задачи моделирования [22].

Следует осторожно относиться к инструментальному исследованию электромагнитной обстановки в любых помещениях. Измерения в местах затенения или вблизи различных переизлучающих конструкций могут привести к непредсказуемым результатам. Практика показывает, что инструментальная оценка электромагнитной обстановки вблизи комплексов технических средств при смешанном воздействии ЭМП порой просто невозможна [3]. Проведения инструментальных исследований на автоматизированном рабочем месте (АРМ) невозможны без отрыва операторов от их функциональных повседневных задач, а также нецелесообразна из расчета стоимости таких услуг при привлечении профильных специалистов в данной области. Ориентировочная стоимость таких измерений представлена в таблице 1 [23].

Таблица 1 — Ориентировочная стоимость работ по измерению уровней элек-_тромагнитного поля в помещении площадью от 10 до 50 м2_

Наименование проводимых работ Цена, руб.

Измерение опасных для здоровья излучений 4 000 000

Измерение электромагнитных полей низких частот 50 Гц — 400 КГц 1 200 000

Измерение электромагнитных полей радио- и СВЧ-диапазонов до 3 ГГц 2 400 000

Измерение электромагнитного поглощения оконных рам, дверей, стен 2 350 000

Из таблицы видно, что суммарная стоимость измерений излучений ЭМП только от основного источника АРМ, ПЭВМ, расположенной в одном конкретном месте относительно окружающих ее предметов интерьера, стен, окон, дверей — около 10 миллионов рублей. При этом попытки поиска оптимального расположения ПЭВМ на АРМ с целью минимизации уровня излучений, как на организм оператора, так и для защиты информации от утечки по ПЭМИН, могут привести к неоправданным финансовым расходам. Кроме того, при любых проводимых измерениях необходимо проводить повторные. В ряде случаев измерение уровней сигналов вообще не может быть осуществлено из-за отсутствия объекта исследования. Типовым примером такой ситуации является проведение архитектурного планирования строительства нового здания, в котором предполагается размещение АРМ. В такой ситуации, исключение необоснованных финансовых потерь на проведение анализа электромагнитной обстановки внутри и за пределами помещения АРМ, с целью исследования влияния ЭМП на организм оператора, возможно только при применении средств моделирования распространения ЭМП от источников излучений. Таким образом, именно моделирование позволило бы существенно сократить затраты на поиск оптимальных технических решений по защите операторов от воздействия электромагнитных полей.

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

Расчетное прогнозирование является весьма сложной вычислительно -трудоемкой задачей. Всегда встает вопрос о точности расчетов ЭМП, которая определяется степенью детализации, как самих излучающих элементов (аппроксимацией источников), так и окружающей обстановкой (детализацией предметов выбранного места исследования). Выбор метода расчета определяется с одной стороны необходимой точностью прогнозирования, с другой стороны, возможностью реализации выбранного метода на имеющейся вычислительной технике [3].

В результате изложенных выше причин можно прийти к выводу, что моделирование ЭМП является актуальной задачей при проведении электромагнитной экспертизы излучающих технических средств АРМ. Именно при помощи модели АРМ и выбранного метода численного прогноза появляется возможность составить санитарный паспорт всех излучающих технических средств на АРМ, в котором в обязательном порядке должны быть включены материалы расчетов ЭМП и санитарных зон [3]. Таким образом, возникает необходимость в разработке такой дискретной модели АРМ, которая хорошо сопрягалась бы с одним из современных численных методов моделирования ЭМП, при этом и моделирование АРМ и сам метод расчетного прогнозирования должны быть реализуемы на доступном парке вычислительной техники.

В настоящее время в литературе широко описаны методы численного моделирования ЭМП, в основе которых лежит решение систем дифференциальных уравнений, применяемых в вычислительной электродинамике, по классификации [24-28]:

— метод граничных элементов (метод моментов);

— метод конечных элементов;

— метод конечных разностей во временной области.

Методы моментов и конечных элементов являются более сложными и требуют большего числа вычислений по сравнению с методом конечных разностей во временной области. В силу этого обстоятельства, выходные данные разработанной дискретной модели АРМ будем предполагать применять именно для моделирования ЭМП методом конечных разностей во временной области.

Создание в современных вычислительных машинах архитектуры, основанной на применении графической информации, позволяет разрабатывать альтернативные способы решения задач моделирования геометрически сложных объектов [29]. Целью работы является создание дискретной модели автоматизированного рабочего места, при помощи которой возможно будет прогнозировать электромагнитную обстановку и производить расчеты электромагнитного поля в заданных точках пространства автоматизированного рабочего места по известным параметрам источников излучения, включая их расположение в модели. Расчеты проводятся для оценки воздействия электромагнитных полей, создаваемые техническими устройствами автоматизированного рабочего места, на организм оператора.

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

Контроль за соблюдением предельно допустимых уровней электромагнитного поля осуществляется как при эксплуатации зданий, помещений с АРМ, так и на стадии их проектирования. В нормативной документации введено требование, что проектная документация на излучающие объекты в разделе «Мероприятия по охране окружающей среды» должна содержать результаты расчета электромагнитной обстановки, границ санитарных зон, а также исходные данные, использованные при выполнении этих расчетов. Каждый потенциальный источник излучения ЭМП, согласно действующим нормам должен иметь санитарный паспорт, который кроме организационных и технических сведений об объекте должен содержать ситуационный план объекта с указанием как границы санитарно-защитной зоны и времени пребывания персонала в зонах повышенной концентрации ЭМП, так и материалы расчета распределения уровней ЭМП на автоматизированных рабочих местах и на территориях, прилегающих к ним [3].

При решении задачи разработки модели АРМ должны быть учтены все материальные тела, находящиеся в исследуемой области пространства. Это означает, что должны быть учтены стены помещения, ткани тела оператора, а также все находящиеся на АРМ, внутри помещения, предметы, макроскопические параметры которых (как сред существования электромагнитного поля) отличаются от свободного пространства (воздуха). Время, затрачиваемое на аналитическое описание сложных геометрических моделей и их верификацию, влияет на увеличение трудоемкости описания и увеличение этапов процесса проектирования. Поэтому, основным требованием является, чтобы выходных данные модели подходили для проведения дальнейших исследований выбранным методом расчетного прогнозирования электромагнитного поля — методом конечных разностей во временной области (МКРВО), в целях оценки влияния электромагнитных полей на организм оператора, а также для целей санитарно-гигиенической экспертизы.

Входными данными модели являются:

■ трехмерный план V автоматизированного рабочего места, включающий в себя все материальные тела, находящиеся в исследуемой области пространства, представленный в виде набора элементарных кубических ячеек veV. Полученное, таким образом, трехмерное изображение представляет собой трехмерный массив данных «объемной картины» АРМ, в каждый элемент такого массива записаны три значения, каждое из которых соответствует интенсивности (в диапазоне от 0 до 255) соответственно красной, зеленой и синей составляющих цвета С (Я, О, В). Заданный таким образом цвет С однозначно сопоставлен с типом материала из таблицы 3 или тканью оператора из таблицы 4. Кубические ячейки являются выборкой значений функции на декартовой сетке координат, которая может быть записана как V=< F (/,у, к) | ¡,у, к, где ¡,у, к - индексы в х, у, 2 декартовых координат сетки >. Кубические ячейки раскрашены в зависимости от типа материала или ткани оператора. Пример подобной раскраски представлен

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

на рис. 1. Обычно такой план может быть включен в проектный паспорт АРМ, или он может быть составлен как при помощи специализированных программных средств, так и при помощи снимков, сделанных под разными углами (порядка 50-200 снимков), которые потом обрабатываются, и создается единый трехмерный план исследуемого пространства;

Рис. 1. Пример раскраски кубических ячеек v трехмерного плана V автоматизированного рабочего места

■ таблица с перечнем источников излучения электромагнитных полей АРМ, расположение каждого в пределах АРМ априорно известно из трехмерного плана V. В таблице 2 представлены основные источники излучения электромагнитных полей АРМ. Таблица, приведенная в [8, 10], дополнена данными устройства беспроводного доступа стандарта Wi-Fi [30], а также устройства активной защита от утечки по побочным каналам электромагнитных излучений и наводок [31];

Таблица 2 — Перечень основных источников электромагнитного поля АРМ

Источник Диапазон частот

Системный блок (процессор, память, накопитель) 50 Гц — 1000 МГц

Монитор 0 Гц — 110 кГц

Принтер 50 Гц — 200 МГц

Точка беспроводного доступа стандарта Wi-Fi 2,4 ГГц, 5 ГГц

Источники бесперебойного питания 50 Гц; 20 — 100 кГц

Ноутбук 0 Гц — 1000 МГц

Устройство активной защиты информации от утечки по побочным каналам электромагнитных излучений и 0 Гц — 5 ГГц

■ таблица со значениями относительной диэлектрической проницаемости в и удельной проводимости а строительных материалов и материа-

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

лов объектов, расположенных на АРМ. В таблице 3 [32, 33] представлены значения в и а, которые использовались для построения выходных данных дискретной модели, на основе которых предполагается рассчитывать электромагнитное поле МКРВО;

Таблица 3 — Значения относительной диэлектрической проницаемости

и удельной проводимости материальных тел, находящихся _в исследуемой области АРМ_

Цвет, C (R, G, B) Материал 3Гц — 300МГц >300МГц -10ГГц >10-20 ГГц

е о, См/м е о, См/м е о, См/м

0, 0, 255 Кирпич 3,75 0,0945 3,61 0,544 3,45 0,0445

255, 255, 255 Бетон 5,3 0,0501 5,43 1,43 5,23 0,123

255, 0, 0 Дерево 1,99 0,0654 1,83 0,30 1,74 0,138

128, 155, 142 Плита из штукатурки 2,94 0,455 2,64 0,564 2,35 0,461

198, 204, 79 Доска из фанеры 3,66 0,0599 3,51 0,232 2,76 0,187

197, 44, 78 Доска деревянная (22мм) 2,85 0,1587 2,95 0,587 3,42 0,213

0, 255, 0 Стекло 6,27 0,299 6,11 0,518 5,77 0,574

0, 250, 37 Сетчатое стекло (5мм) 8,02 0,00081 8,92 0,00014 7,52 0,00061

181, 116, 102 Блок термалитовый 2,93 0,370 2,72 2,19 2,69 0,121

65, 210, 218 Потолочный настил (8,8 мм, госк-№Оо1) 3,66 0,419 3,37 0,202 3,96 0,114

136, 147, 140 Напольное покрытие (24,8 мм, синтетическая смола) 3,22 0,411 3,34 0,229 4,13 0,128

138, 123, 159 Плитка керамогранитная 6,72 1,01 6,22 1,88 5,36 0,108

152, 130, 153 Мрамор 7,20 0,266 6,30 0,270 6,80 0,232

255, 255, 0 Металл 1,00 0,000001 1,00 0,000001 1,00 0,000001

189, 189, 94 Древесностружечная плита 2,06 1.38 1,91 1,68 2,18 0,098

50, 255, 50 Стекловолокно 1,20 0,0601 1,90 0,501 1,50 0,0629

205,205, 205 Газобетон (50 мм) 2,26 0,988 2,38 5,28 2,89 0,315

157, 154, 40 Гипсокартон (5 мм, 1 слой) 2,48 2,07 2,19 1,97 2,24 2,01

140, 138, 36 Гипсокартон (5 мм, 2 слоя) 1,84 1,48 1,62 0,123 1,79 0,0125

130, 138, 44 Плексиглас 2,76 0,068 2,16 0,028 3,06 0,014

131, 167, 89 Термолитовый блок 4,99 1,07 3,68 0,220 4,23 0,601

0, 0, 240 Кирпич из мела с отверстиями 3,95 0,244 2,89 0,123 3,64 0,331

16, 15, 16 Потолочная доска 1,58 0,0421 2,18 0,0311 1,89 0,0456

Systems of Control, Communication and Security

Таблица 4 — Значения относительной диэлектрической проницаемости __и удельной проводимости тканей ^ оператора _

Цвет, C (R, G, B) Ткань 3Гц — 300МГц >300МГц -10ГГц >10 — 20ГГц

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

е о, См/м е о, См/м е о, См/м

226, 208, 50 Желчь 110,0 1,46 70,0 1,88 46,5 26,0

227, 63, 49 Кровь 94,2 1,19 61,1 1,58 37,3 21,2

248, 248, 248 Кость 33,3 0,155 20,6 0,364 10,5 5,62

85, 85, 85 Костный мозг 18,3 0,151 11,2 0,239 6,18 2,87

95, 95, 95 Мозг (серое вещество) 18,3 0,151 11,2 0,239 6,18 2,87

150, 150, 150 Молочная железа 78,0 0,770 59,5 1,08 37,7 20,1

150, 27, 49 Грудной жир 5,58 0,0312 4,65 0,35 3,44 1,01

204, 102, 0 Бронхи 63,4 0,519 41,8 0,802 25,9 14,0

239, 214, 198 Хрящ 68,5 0,441 42,3 0,829 20,3 13,1

153, 51, 102 Мозжечок 138,0 0,678 48,9 1,31 29,0 15,6

255, 204, 0 Пищевод 92,2 0,866 64,8 1,23 40,8 22,0

173, 169, 144 Глаз 94,2 1,19 61,1 1,58 37,3 21,2

239, 214, 198 Жир 14,5 0,0648 11,3 0,116 7,79 2,76

204, 126, 74 Желчный пузырь 91,0 0,945 59,0 1,29 39,4 21,4

255, 37, 37 Сердце 94,2 1,19 61,1 1,58 37,3 21,2

204,153,51 Межпозвоночный диск 52,0 0,840 43,1 1,14 32,1 6,27

153, 51, 51 Почка 134,0 0,706 57,9 1,45 33,6 18,5

102,102, 153 Толстая кишка 104,0 0,616 57,5 1,13 35,0 18,8

0, 80, 168 Гортань 68,5 0,441 42,3 0,829 20,3 13,1

204, 102, 80 Печень 89,1 0,428 46,4 0,897 26,7 15,0

51, 204, 255 Легкое 41,3 0,280 21,8 0,474 13,7 6,83

204,204, 153 Лимфоузлы 84,4 0,597 79,6 0,740 74,7 2,94

204,204, 204 Нижняя челюсть 17,7 0,0571 12,4 0,156 6,87 3,14

102,102, 102 Мениск 68,5 0,441 42,3 0,829 20,3 13,1

255, 124, 128 Мышцы 77,1 0,678 54,8 0,978 36,4 17,9

203, 152, 151 Слизистая оболочка 60,2 0,743 49,5 4,04 36,4 17,9

204, 153, 153 Нерв 60,8 0,299 32,3 0,60 20,2 9,83

204, 102, 102 Поджелудочная железа 78,0 0,770 59,5 1,08 37,7 20,1

255, 255, 102 Простата 91,6 0,871 60,3 1,25 37,7 20,3

104, 102, 51 Слюнная железа 78,7 0,70 72,7 1,51 70,6 3,23

255, 204, 204 Кожа 107,0 0,405 40,9 0,90 26,4 13,8

155, 63, 47 Череп 24,4 0,196 10,0 0,962 10,5 5,62

104,153, 153 Тонкая кишка 135,0 1,56 58,9 2,22 35,1 20,0

51, 153, 102 Спиной мозг 60,8 0,299 32,3 0,60 20,2 9,83

98, 153, 153 Селезенка 126,0 0,713 56,6 1,32 33,9 18,4

126, 108, 10 Желудок 92,2 0,866 64,8 1,23 40,8 22,0

123, 69, 57 Сухожилия\Связки 63,8 0,465 45,6 0,76 22,7 15,5

55, 26, 55 Щетовидная железа 78,0 0,770 59,5 1,08 37,7 20,1

27, 8, 49 Язык 81,1 0,641 55,0 0,975 34,7 18,3

11, 12, 13 Зуб 17,7 0,0571 12,4 0,156 6,87 3,14

155, 25, 5 Трахея 63,4 0,519 41,8 0,802 25,9 14,0

98, 158, 42 Надпочечник 63,0 0,652 56,5 1,56 54,1 3,48

110, 55, 123 Спинномозговая жидкость 76,8 2,19 62,0 6,60 43,7 24,7

56, 32, 15 Мочеточник\Уретра 74,4 0,412 44,6 0,729 26,9 14,8

126, 73, 91 Стена мочевого пузыря 26,0 0,284 18,9 0,397 11,7 6,04

110, 110, 110 Позвонки 17,7 0,0571 12,4 0,156 6,87 3,14

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

■ таблица со значениями относительной диэлектрической проницаемости в и удельной проводимости а тканей оператора. В таблице 4 [34] представлены значения в и а, которые использовались для построения выходных данных дискретной модели, на основе которых предполагается рассчитывать электромагнитное поле МКРВО;

■ X, м — длина волны, выраженная в метрах, вычисляется из расчета того, что для всех электромагнитных волн скорость в вакууме и одинакова и равна скорости света с = 299792458 м/с, следовательно, X = 299792458 / f, где f — частота источника излучения в герцах.

■ К — коэффициент детализации кубических ячеек, характеризующий во сколько раз размер ячеек декартовой сетки дискретной модели АРМ будут меньше длины волны. Для обеспечения приемлемой точности вычислений (погрешность менее 10%) данному коэффициенту должно быть установлено значение больше десяти;

■ Lx, Ly, Lz — размеры исследуемого пространства в метрах, по оси x, по оси у, по оси 2 соответственно.

В кубические ячейки, которые не отображают никакие материальные тела АРМ (без материалов, воздух), записывается значение цвета С(0, 0, 0). Отметим, что все представленные материалы в таблице 3, ткани оператора в таблице 4 существенно не могут менять величину магнитного поля АРМ т.к. не относятся к ферромагнитным материалам или тканям, обладающим магнитной проницаемостью л, значение которой намного больше единицы. Исходя из этого, значения магнитной проницаемости л для всех представленных материалов и тканей оператора в массиве выходных данных будем устанавливать в единицу. Также установим погрешность моделирования источников излучения не ниже 10%.

Выходными данными дискретной модели является:

о Мвых — трехмерный массив данных, число элементов которого соответствует числу кубических ячеек в трехмерном плане V исходных данных. В данный массив записываются одним элементом массива значения в, л и а материальных тел или тканей должностных лиц из таблиц 3, 4, которые представлены соответствующей кубической ячейкой пространства дискретной модели.

Схема алгоритма формирования трехмерного массива Мвых выходных данных дискретной модели АРМ представлена на рис. 2. Рассмотрим его основные блоки.

В начале, инициализируются исходные данные, необходимые для формирования трехмерного массива выходных данных дискретной модели (блок 1 на рис. 2). В блоке 2 на рис. 2 происходит загрузка трехмерного плана V исследуемого пространства АРМ для дальнейших расчетов. В блоке 3 на рис. 2 происходит выделение памяти под трехмерный массив Мвых выходных данных дискретной модели, а также происходит инициализация выделенной памяти нулевыми значениями.

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

Формирование выходного трехмерного массива Мвых дискретной модели АРМ

Инициализация исходных данных: 1 Ме- массив, со значениями относительной диэлектрической епроницаемости всех материалов приведенных в таблицах 3, 4;

Ма — массив, со значениями удельной проводимости а всех материалов приведенных в таблицах 3, 4; Мл — массив, со значениями магнитной проницаемости л всех материалов приведенных в таблицах 3, 4; 1 — длина волны источника излучения; К — коэффициент детализации кубических ячеек;

Ц, Ly, и — размеры исследуемого пространства в метрах, соответственно по оси Х, У, 2.

Загрузить трехмерный план исследуемого пространства АРМ V=

Выделить память под выходной трехмерный массив данных Мвых. Произвести инициализацию всех элементов массива нулевым значением.

Рассчитать размеры кубических ячеек на декартовой сетки:

Рассчитать общее число кубических ячеек на декартовой сетки:

Мх=Ьх/Дх; Ыу=уДу; Ы=ЦДг

Для всех i = 0. Nx

Для всех j = 0. Ny

Для всех к = 0. Nz ^Х-

Записать цвет в, В) текущей кубической ячейки плана Vв переменную Ст(

Записать в массив Мвых значение е материала из массива Ме по цвету Стек:

Записать в массив Мвых значение ц материала из массива Мм по цвету Стек:

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Записать в массив Мвых значение s материала из массива Ms по цвету Стек:

Мвых — трехмерный массив выходных данных, со значениями е, ¡, а материальных тел или тканей операторов

Рис. 2. Схема алгоритма формирования трехмерного массива Мвых выходных данных дискретной модели АРМ

В зависимости от коэффициента детализации К, и длины волны X излучения источника ЭМП, в блоке 4 на рис. 2 рассчитываются размеры кубических ячеек Ах, Ау, Ау в метрах по соответствующей координате декартовой сетки х, у, 2. Т. к. априорно размеры исследуемого пространства V АРМ, в метрах, из-

Systems of Control, Communication and Security

вестны, Lx по оси х, Ly по оси у и Lz по оси 2, следовательно, в блоке 5 на рис. 2 рассчитывается общее число кубических ячеек Ых по оси х, Ыу по оси у и Ы2 по оси 2. При помощи циклов 6, 7, 8 на рис. 2 осуществляется обход всех кубических ячеек у(хг-, у-, 2к) исследуемого пространства плана V, при этом в блоке 9 на рис. 2 происходит запись цвета С(Я, О, В) текущей ячейки в переменную Стек, для того чтобы по данному цвету в блоках 10, 11, 12 идентифицировать материальные тела и ткани человека представленные в таблицах 3, 4. По записанному цвету С(Я, О, В) в переменную Стек в блоках 10, 11, 12 рис. 2 происходит запись в трехмерный массив выходных данных Мвых значений относительной диэлектрической проницаемости е, удельной проводимости а и магнитной проницаемости ¡л материального тела или такни человека, определенного по цвету Стек. По завершению работы алгоритма блоке 30 рис. 2 формируется трехмерный массив выходных данных Мвых. Такой подход позволяет перейти от реального представления АРМ к его дискретной модели рис. 3.

(i=Nxj=Ny,k=N;) (i=1j=1,k=NZ (i=1j=Ny,k=N|

Рис. 3. Визуализация перехода от реального представления исследуемого пространства АРМ к его дискретной модели

Модель АРМ представлена в дискретном пространстве, состоящем из множества элементарных кубических ячеек, каждая ячейка в свою очередь может быть разбита на подъячейки рис. 4.

Рис. 4. Преобразование одной элементарной кубической ячейки дискретного пространства на подъячейки

Systems of Control, Communication and Security

Любые материальные тела среды АРМ или отдельные его части должны быть представлены такими значениями Ах, Ау, Аг чтобы их ширина I, длина й и высота И удовлетворяли условиям I > 2Ах, й > 2Ау, И > 2Аг. Как и любое материальное тело, оператор находится в исследуемом пространстве АРМ, поэтому он также должен являться частью дискретной модели, следовательно, его дискретное представление строится по аналогичному принципу, пример такого построения представлен на рис. 5.

Рис. 5. Визуализация построения дискретной модели оператора

Как видно, на представленных рисунках 3, 4, 5, каждой ячейки расчетной области АРМ устанавливаются значения относительной диэлектрической проницаемости е, удельной проводимости а и магнитной проницаемости ¡л материального тела или ткани оператора в исследуемом пространстве АРМ, которые изображены разными цветами в зависимости от типа материала или ткани должностного лица. Полученные таким образом значения записываются в трехмерный массив выходных данных Мвых для дальнейших расчетов ЭМП методом конечных разностей во временной области [28, 29].

Адекватность разработанной таким образом дискретной модели АРМ проводилась путем расчета относительной погрешности еотн представления исследуемого пространства заданной геометрической фигуры элементарными кубическими ячейками [35]. В каждом эксперименте задавались простые геометрические фигуры, и проводился расчет относительной погрешности еотн, в процентах, по алгоритму, представленному на схеме рис. 6. Рассмотрим основные его блоки.

Системы управления,связи и безопасности №1. 2020

Systems of Control, Communication and Security ISSN 2410-9916

Расчет относительной погрешности е,™ представления исследуемого пространства заданной геометрической фигуры кубическими ячейками

Инициализация исходных данных: Я — длина волны источника излучения; К — коэффициент детализации кубических ячеек;

— размеры исследуемого пространства в метрах, соответственно по оси X, У, 7.

Загрузить трехмерный план исследуемого пространства геометрической

Рассчитать объем исследуемого пространства геометрической фигуры V

Рассчитать размеры кубических ячеек на декартовой сетки исследуемого пространства геометрической фигуры: Дх=Ду=Ду=Я/К

Рассчитать общее число кубических ячеек на декартовой сетки:

Рассчитать объем одной кубической ячейки V* на декартовой сетки:

Рассчитать объем \/М геометрической фигуры, представленной в модели кубическими ячейками на декартовой сетки: Ум=УяАгхА’У^

Рассчитать относительную погрешность e

£Ьтн= 100% ■ | ¥0ф- ¥и\ / ¥0ф

е-гн — относительная погрешность представления исследуемого пространства заданной геометрической фигуры кубическими ячейками размером Дх=Ду=Ду=Х/К

Рис. 6. Схема алгоритма проверки адекватности дискретной модели АРМ

В начале, инициализируются исходные данные, необходимые для расчета относительной погрешности ¿Ът, в процентах, представления исследуемого пространства заданной геометрической фигуры кубическими ячейками (блок 1 на рис. 6). В блоке 2 на рис. 6 происходит загрузка трехмерного плана У исследуемого пространства геометрической фигуры для дальнейших расчетов. После загрузки трехмерного плана, в блоке 3 на рис. 6 происходит расчет объема исследуемого пространства загруженной геометрической фигуры Уоф, в кубических метрах, на основании заданных размеров трехмерного плана У, соответственно, Ьх по оси х, Ьу по оси у и Ь2 по оси z. В зависимости от коэффициента детализации К, и длины волны X излучения источника ЭМП, в блоке 4 на рис. 6 рассчитываются размеры кубических ячеек Ах, Ау, Az в метрах по соответству-

Systems of Control, Communication and Security

ющей координате декартовой сетки х, у, г. Т. к. априорно размеры исследуемого пространства V АРМ, в метрах, известны, Ьх по оси х, Ьу по оси у и по оси г, следовательно, в блоке 5 на рис. 6 рассчитывается общее число кубических ячеек Ых по оси х, Ыу по оси у и N по оси г. В блоке 6 на рис. 6 рассчитывается объем одной кубической ячейки Vя в квадратных метрах. На основании рассчитанных значений общего числа кубических ячеек Ых, Ыу, Ы2 в блоке 7 на рис. 6 производится расчет объема геометрической фигуры, представленной в модели кубическими ячейками на декартовой сетки. В блоке 8 на рис. 6 рассчитывается, а в блоке 9 на рис. 6 анализируется значение относительной погрешности еотн представления исследуемого пространства заданной геометрической фигуры кубическими ячейками.

График, представленный на рис. 7 показывает, что относительная погрешность представления исследуемого пространства заданной геометрической фигуры кубическими ячейками зависит от величины коэффициента детализации. При шаге детализации К = X / 20 погрешность составляет менее 5 %.

Доклад на НТК в 45 ЦНИИ МО

«Научно-исследовательская, конструкторская и литературная деятельность Григория Васильевич Кисунько»

Дорогие товарищи! Григорий Васильевич Кисунько — основоположник противоракетной обороны Советского союза и России, выдающийся радиофизик ХХ-ого века, писатель, поэт. Нынешний год посвящён его памяти в связи со 100-летием со дня его рождения

В подавляющем большинстве выступлений, публикаций о Г.В. Кисунько говорится и пишется о его инициативной основополагающей роли в создании ПРО нашей страны — это совершенно верно и справедливо. Но одновременно очень скупо упоминается о нём, как о выдающемся радиофизике ХХ-ого века, где его вклад отнюдь не меньший, чем вклад зарубежных исследователей: Максвелла, Гельмгольца, Герца, Релея, и русских учёных: А.С Попова, В.К. Аркадьева, П.Н. Лебедева, Д.А. Рожанского и др.

Есть смысл рассмотреть достижения Г.В. Кисунько в масштабе столетий и двух способов распространения электромагнитной энергии: путём излучения и путём передачи по направляющим системам.

Открытие метода излучения и его практическое применение:

18 век М.В. Ломоносов (1756г.) Монография «Теория электричества, изложенная математически». Выводы: Электрические явления в природе имеют волновую природу. Электрические и световые явления едины по своей природе.

19 век. (1832г.) М. Фарадей открыл силовое поле, силовые линии, электромагнетизм.

19 век. Дж. Кл. Максвелл (1873г.) ввёл понятия токов проводимости, конвекции, смещения и теоретически, с помощью составленной им системы дифференциальных уравнений, доказал существование электромагнитных волн, как особого вида материи, называемых ныне радиоволнами, которые будучи излучены распространяются и взаимодействуют с окружающим миром самостоятельно. Ему никто не поверил.

19 век. Герман Гельмгольц (1887г.) поручил своему аспиранту Генриху Герцу проверить теоретические результаты Максвелла экспериментально.

19 век. Генрих Герц (1887 – 1893гг.) проделал громадную работу: изобрёл и построил аппаратуру для возбуждения и излучения электромагнитных волн с первым в мире резонансным излучателем, который до сих пор носит название «Диполь Герца». Выполнив задание Гельмгольца он неоспоримо доказал факт самостоятельного существования электромагнитных волн. Но тут совершилось самое невероятное – он сделал потрясающий по недальновидности вывод о том, что для практического применения электромагнитные волны непригодны. И не дожил чуть менее полутора года до открытия радио А.С. Поповым.

19 – 20 век. А.С. Попов, совершив открытие Радио в 1895году, перевёл учение об электромагнитных волнах в плоскость их практического применения и 29 марта 1896-ого года передал и принял первую в мире радиограмму с помощью телеграфного аппарата по азбуке Морзе всего из двух слов – «Heinrich Herz», отметив, тем самым, выдающийся вклад Г. Герца в развитие электродинамики и в конечном итоге в открытие радиосвязи.

С открытием «Радио» исторически почти мгновенно появилось множество радиолиний, радиосетей, чему активно способствовала обширная деятельность России и Великобритании, обладавших большим по численности морским флотом. Вместе с этим возникла и громадная проблема: как рассчитывать эти радиолинии, чтобы оснащать абонентов эффективными радиосредствами. Известные к тому времени и глубоко разработанные теория и расчётный аппарат электрических цепей и трактов со сосредоточенными постоянными и с размерами, много меньшими длины волны, основанные на законах Ома, Кирхгофа и длинных линий, оказались непригодными. В случае электрических цепей все составляющие были налицо: источник, соединительная линия и нагрузка. С открытием радио положение изменилось коренным образом: есть источник – передатчик с антенной, есть нагрузка в виде антенны с приёмником, а реальной цепи нет. Необходимость разработки методики инженерных расчётов радиолиний стала исключительно острой, при чем такой методики, которая могла быть легко освоена практически путём сведения всех расчётов к уже известным методам по законам Ома, Кирхгофа и длинных линий. Эта проблема была решена сотрудником Нижегородской лаборатории Дмитрием Аполлинариевичем Рожанским с помощью созданного им метода наведённых ЭДС. Он открыл и ввёл понятие «сопротивление излучения», разработал метод его расчёта и свёл все расчёты мощности излучения и приёма к уже известным методам теории электрических цепей. Его исследования были продолжены и завершены член-корреспондентом АН СССР А.А. Пистолькорсом и его школой.

Открытие метода передачи энергии по направляющим системам.

(Здесь необходимо привести историческую. справку. И.В. Сталин во второй половине Великой Отечественной войны принял решение отозвать из действующей армии офицеров, имеющих педагогическое образование, и направить их в военные академии и училища. В училище и академии, где довелось учиться автору, почти все преподаватели были из их числа. Это был «Золотой кадр»: педагогическое образование и военный опыт! По указанию Маршала войск связи И.Т. Пересыпкина Г.В. Кисунько 13 декабря 1944 года был отозван из войск ПВО и направлен в Академию связи на кафедру теоретических основ радиолокации).

Проблематика, которой посвятил свою службу и работу в Академии связи Григорий Васильевич, имеет более давнюю историю. Ещё до нашей эры при лечении различных заболеваний врачи применяли удар, получаемый от электрического угря за счёт разряда его заряда и передаваемый пациенту с помощью металлического предмета, в качестве которого часто использовали копье. Г.В. Кисунько, придя на кафедру теоретических основ радиолокации, сразу обнаружил, что материалов о теоретических основах радиотехники СВЧ крайне недостаточно. Возникла острая ситуация — ему надо было читать лекции по этому курсу, вести упражнения, проводить коллоквиумы. Поэтому он не только увлёкся разработкой теории радиотехники СВЧ, а был вынужден заняться ею. Особенно остро в этой области была необходимость решения проблемы возбуждения направляющих систем передачи энергии СВЧ. Сущность этой проблемы состояла в раскрытии физики процесса распространения энергии вдоль направляющих систем и разработке методов их расчёта. За рубежом и в СССР проводились исследования возбуждения волноводов, как частного случая направляющих систем, такими учёными как Луи де Бройль (Франция), Дж. Слетер (США), Мандельштам (СССР), однако решение этой проблемы им получить не удалось.

20 век. Исторически Г.В. Кисунько был во всеоружии, как в области современной ему радиофизики, так и высшей математики, чтобы сформулировать проблему возбуждения в законченном виде и решить её фундаментальным образом.

С этой целью Г.В. Кисунько впервые в мире разработал метод разложения искомого решения по собственным функциям поперечного сечения линии передачи энергии на основе введённого им «собственного векторного базиса» исследуемой линии. Свою первую работу, названную им очень скромно «К теории возбуждения волноводов», хотя она уже содержала все необходимые принципиальные моменты, он опубликовал в своём докладе 7 мая 1945 года на Всесоюзной научной конференции, посвящённой 50-летию изобретения радио А.С Поповым. Вслед за этой работой им была опубликована целая серия статей в ведущих научных изданиях Советского союза и двух монографиях; «Электродинамика полых систем», «Основы теории электромагнитных полых резонаторов». Эти монографии в области теоретической радиофизики имеют такое же основополагающее значение, как и монографии Дж. Кл. Максвелла, Г. Герца, Релея (Д.У. Стретта). Им была подготовлена докторская диссертация на тему: «Метод волноводных уравнений и вариационные принципы для краевых задач электродинамики» и защищена в НИИ-108 академика А.И Берга. В 1958 году (ему 40 лет) на общем собрании Академии наук СССР он был избран её член-корреспондентом.

Деятельность Григория Васильевича была столь плодотворной и неординарной, что многие научные коллективы подключились к исследованиям в открытом им направлении и весьма продуктивно продолжили их. Особенно следует отметить вклад дважды Героя Социалистического труда академика А.Н. Тихонова и его школы.

Эта известность и фундаментальные успехи Г.В. Кисунько вызвали также глубокий интерес у руководящих лиц, занимавшихся созданием непроницаемой системы ПВО Москвы и Московского промышленного района. По решению Оборонного отдела ЦК КПСС Кисунько был отозван из ВКАС им. С.М. Будённого и переведён на работу в КБ-1, которому, по предложению И.В. Сталина, была поручена разработка этой системы ПВО, получившей шифр «Беркут», и где Главными конструкторами были П.Н. Куксенко и С.Л. Берия. Конечно, оборонная промышленность получила большое подкрепление в лице Г.В. Кисунько, но для обыденной жизни научной среды и граждан из-за большой секретности он исчез с горизонта обычной жизни, почему и до сегодняшнего дня, к глубокому сожалению, он мало известен общественности страны.

А с редакциями издательства «Молодая Гвардия и газеты «Квасная звезда» у меня произошли вообще странные эпизоды. Когда я написал рукопись книги «Кисунько», то я обратился к Заместителю главного редактора издательства «Молодая Гвардия» (Фамилию, к сожалению, не помню) с предложением издать мою книгу в серии «Жизнь замечательных людей». Он меня спросил: «А кто это такой?». Я ответил: «Основоположник и Генеральный конструктор противоракетной обороны страны. Герой Социалистического труда, Член-корреспондент АН СССР и РАН. В силу большой секретности он длительное время не был известен широкой публике». Он: «Ах, он не был известен! Вот когда будет широко известен, тогда и приходите с Вашей книгой». Как я его ни убеждал, он стоял на своём мнении и мне пришлось издать книгу в издательстве «Новые технологии». К 100-летию Г.В. Кисунько многие газеты напечатали о нём большие статьи, а «Советская Россия» выпустила отдельный вкладыш «Отечественные записки» с его портретом и объёмным материалом с фотографиями элементов ПРО. Когда я обратился в редакцию газеты «Красная звезда» с предложением напечатать статью о Г.В Кисунько, то мне ответили, что редактор Мороз В.И., который отвечает за эту тематику сейчас в отпуске и, когда выйдет из отпуска, то он займется этим делом. Я согласился, лучше, конечно, ко дню рождения, но ведь весь 2018-ый год объявлен «Годом Кисунько», то пусть выйдет статья несколько позже. Редактор вышел из отпуска, я ему звоню «Как дела со статьёй о Г.В. Кисунько?». Он мне отвечает: «Но ведь есть статья о нём в Военно-промышленном курьере!». Я: «Да есть, но я говорю о газете «Красная звезда». Он: «Газета «Красная звезда» отказывается печатать о нём статью». Разговор на этом был окончен. Вот ведь какие бывают издержки из-за слишком большой секретности, хотя себе трудно представить, например, ситуацию, когда кто-то отказался бы писать статью об академике Ю.Б. Харитоне, который был тоже длительное время скрыт большой завесой секретности и который в одном из своих интервью сказал: «Я преклоняюсь перед Григорием Васильевичем Кисунько – создание системы противоракетной обороны превосходит создание атомной бомбы».

В разработке системы «Беркут», переименованной в С-25, Г.В Кисунько отвечал за антенно-фидерную систему ключевого объекта Б-200. Именно объект Б-200 обеспечивал обнаружение целей, пуск, наведение ракеты и подрыв её заряда. Разработка С-25 проходила не без трудностей, но она была успешно закончена. 25 апреля 1953 года она выдержала все испытания по поражению одиночных реальных целей, а затем на полигоне Капустин Яр произвела отражение массированного налёта с одновременным поражением 20 самолётов–мишеней зенитными ракетами. 7 мая 1955 года система С-25 была принята на вооружение и прочно защищала небо Москвы и Московского промышленного района вплоть до1982 года, когда она была снята с дежурства и заменена установками С-300. За разработку системы С-25 Григорию Васильевичу Кисунько было присвоено звание Героя Социалистического труда с вручением ордена Ленина и Золотой медали «Серп и молот».

Работы в КБ-1 продолжались. В отделе Г.В. Кисунько была завершена разработка мобильного ЗРК, получившего шифр С-75. Зенитные ракетные комплексы сыграли исключительно важную роль в защите неба СССР, России и других стран. В октябре 1959г. над Пекином был сбит чанкайшистский разведчик RB-57D на высоте около 21000 м. В ноябре 1959г. над Волгоградом был уничтожен американский разведывательный аэростат на высоте около 28000м. 1-ого мая 1960г. над Свердловском был сбит американский самолёт – разведчик U-2 до того случая считавшийся недосягаемым, а его пилот Ф. Пауэрс был взят в плен. В октябре 1962г. над Кубой был сбит второй такой самолёт. Триумфом комплекса С-75 стала защита неба Вьетнама во время освободительной войны вьетнамского народа. Всего над Вьетнамом было уничтожено более 4000 самолётов и беспилотных летательных аппаратов, в том числе более 60 новейших в то время стратегических бомбардировщиков Б-52. Возникла опасность истощения военно-воздушных сил США. США были вынуждены в январе 1973г. подписать в Париже соглашение о прекращении боевых действий во Вьетнаме на условиях, выдвинутых Демократической республикой Вьетнам. Опыт войны во Вьетнаме был использован при обороне Суэцкого канала. Более 40 стран оснастили свои системы ПВО комплексами С-75. Китайская народная республика создала свои модификации С-75 «Хун Ци 1» и «Хун Ци 2». Египет свои-«Тэйр Аль Сабах», Иран свои-«Сайяд».

Григорий Васильевич по праву гордился своими достижениями при создании С-25 и С-75.

В августе 1953 года семь Маршалов Советского союза и родов войск обратились в ЦК КПСС с письмом, в котором сообщали, что в ближайшее время у вероятного противника ожидается появление баллистических ракет дальнего действия, как средство доставки ядерных зарядов к стратегически важным объектам нашей страны. «Но средства ПВО, имеющиеся у нас на вооружении и вновь разрабатываемые, не могут бороться с баллистическими ракетами. Просим поручить промышленным министерствам приступить к работам по созданию средств борьбы против баллистических ракет». Рассмотрение «Обращения» маршалов происходило на заседании Научно-технического совета Третьего Главного управления СМ СССР под председательством С.М. Владимирского, бывшего помощника Л.П. Берии. На совещание были приглашены руководители ведущих отраслей промышленности, в основном, имеющих отношение к оборонному комплексу, учёные и специалисты. Г.В. Кисунько немного опоздал, не стал проходить через весь зал и занял место в последних рядах. Протокол совещания вели: Учёный секретарь НТС ТГУ Н.К. Остапенко и его помощник Г.Н. Горохов. С.М. Владимирский зачитал обращение Маршалов Советской армии, пояснил, что ЦК КПСС поручил сегодняшнему составу совещания подготовить свои предложения по этому письму и обратился к присутствующим с предложением высказать своё мнение.

Первым, после соответствующей паузы, выступил член-корреспондент АН СССР А.Л. Минц, директор Радиотехнической лаборатории АН СССР: «Это письмо надо понимать так: «Зачем нам противовоздушная система С-25, если она бессильна против баллистических ракет? Это лишний повод для тех, кто не желает принимать на вооружение систему С-25».

— А что можно сказать по научному существу поставленного вопроса? – спросил С.М. Владимирский. На что А.Л. Минц ответил:

— Обращение не имеет под собой никакого научного основания. Это такая же глупость как стрельба снарядом по снаряду. Предложение маршалов технически реализовано быть не может. Так и нужно ответить на это безграмотное обращение военных фантазёров. Работа по реализации предложения бесперспективна и будет отвлекать НИИ от выполнения ими важных государственных плановых работ. Нам ни в коем случае нельзя поддаваться на предложение военных». – «Неимоверная чушь, глупая фантазия предлагается маршалами для нас. Это просто неразрешимые ребусы и только» – громко произнёс с места А.А. Расплетин.

Затем выступили: Л.В. Леонов и многие участники совещания, которые в основном поддержали его, предложившего начать работу в виде научных поисков. В конце обсуждения повторно выступил Председатель НТС ТГУ А.Н. Щукин: «Не исключено, что вопрос сам по себе заглохнет. В худшем случае мы выиграем время, чтобы подготовить более аргументированный доклад». В этом месте выступления А.Н. Щукина, буквально взорвавшись, поднялся Г.В. Кисунько. Он отказался пройти к трибуне, сказав: «Меня хорошо будет слышно и видно с последнего ряда зала» и, немного помедлив, продолжил: «Не могу согласиться, что вопрос заглохнет. Скорее наоборот. И поставлен он правильно и своевременно, без подвоха. Военные будут увереннее принимать на вооружение С-25, зная, что мы не останавливаемся на противосамолётной обороне. А разве не смыкается задача противосамолётной обороны с задачей борьбы против баллистических ракет с дальностью до ста километров, траектории которых проходят в атмосфере? А задача отражения крылатых ракет-снарядов, запускаемых с самолётов? Отечественные радиолокационные станции не могут обнаруживать и сопровождать головные части баллистических ракет, эффективная площадь рассеяния которых (ЭПР) более, чем в 100 раз меньше, чем у современных самолётов. Для этого необходимо увеличение мощности излучения радиолокационных станций более чем в 20 раз, создание крупногабаритных антенных устройств с диаметром зеркал до 20м и приёмных устройств с чувствительностью не хуже 10-13 Вт. Все перечисленные параметры достижимы. Я считаю, что надо приступать к комплексной научной проработке проблемы с задействованием всей кооперации разработчиков, сложившейся при создании системы С-25».

После выступления Г.В. Кисунько взял слово Ф.В. Лукин, главный инженер и и.о. директора КБ-1. «Работы по ПРО надо начинать как можно скорее. Но пока ничего не обещать. Какой будет результат, сказать сейчас трудно. Но никакого риска здесь нет: не получится ПРО — получится хорошая техническая база для более совершенных противосамолётных систем».

В последующем практически сразу после совещания Г.В. Кисунько к названным им параметрам радиолокаторов сформулировал главные требования к системе управления комплексом ПРО. Баллистическая ракета летит со скоростью до 7 км в секунду. Как бы ни была совершенна система наблюдения, сопровождения и команд на пуск противоракеты, ни один оператор в силу физиологических качеств человека принципиально не способен осуществить управление всем процессом от обнаружения до перехвата и уничтожения её головной части. Весь этот процесс должен управляться автоматически с помощью ЭВМ и не простых вычислительных устройств, а сверхбыстродействующих ЭВМ, работающих в режиме реального времени.

В течение 1954-ого с переходом на 1955 год непрерывно велись расчётные, конструкторские и схемно-радиотехнические исследования. Они проводились группами высококвалифицированных инженеров различных специализаций (антенно-фидерные, приёмо-передающие устройства, видеотракты) под научно-техническим руководством Г.В. Кисунько при умно-сдержанной поддержке талантливого учёного-конструктора главного инженера, и. о. директора Ф.В. Лукина.

В феврале 1955 года пришло указание СМ СССР о создании специализированных подразделений по ПРО в КБ-1, как головной организации и смежных организациях. Через некоторое время Министр оборонной промышленности Д.Ф Устинов издал приказ об уточнении организационной структуры КБ-1 путём создания трёх СКБ: №30 – по тематике ПРО с начальником и главным конструктором Г.В. Кисунько; №31 по зенитно-ракетной тематике с начальником и главным конструктором Расплетиным А.А.; №32 по авиационным системам ракетного оружия с начальником и главным конструктором Колосовым А.А.

Расширенное постановление ЦК КПСС и СМ СССР вышло 17 августа 1956 года. Согласно предложению Григория Васильевича Кисунько в целях создания всей системы противоракетной обороны в нём было указано, что необходимо построить экспериментальный полигон, на котором отработать все технические решения и провести все необходимые испытания в интересах построения боевых систем для защиты Москвы, Московского промышленного района и других, важных общественно-политических и промышленных центров СССР. Была проведена рекогносцировка места дислокации полигона в пределах восточной и центральной части пустыни районе Бет-Пак-Дала (Голодная степь) западнее озера Балхаш, полным ходом шло проектирование его объектов в организациях Министерства обороны СССР; в июле начали прибывать эшелоны военных строителей, начавших строительство полигона сразу после прибытия. Приказом Министра обороны СССР №0068 от 30.07.56г. была издана директива Генерального штаба Вооружённых сил СССР ОРГ/6/40258 от 30.07.56г. о формировании Государственного научно-исследовательского испытательного полигона №10 (ГНИИП ПВО №10, войсковая часть 03080) и подчинении его 4-ому Главному управлению Министерства обороны СССР. Первым начальником ГНИИП ПВО №10 тем же приказом был назначен генерал-майор Дорохов Степан Дмитриевич.

В Постановлении ЦК КПСС и СМ СССР полигону был присвоен шифр «Полигон «А», экспериментальному комплексу ПРО «Система «А». Главным конструктором всей «Системы «А» Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР №107-101 от 3 февраля 1956 года был назначен Григорий Васильевич Кисунько.

Первая комплексная работа с перехватом РЛС «Дунай-2» головной части ракеты Р-5 с реальным пуском противоракеты была произведена 24 ноября 1960 года. Этим была закончена подготовка к перехвату головной части ракеты с реальным поражением её осколочно-фугасным взрывом противоракеты. После целого ряда экспериментов по обнаружению корпусов и головных частей баллистических ракет, их сопровождению и пусков противоракет, были устранены все неисправности и проведены необходимее доработки.

И вот 4-ого марта 1961 года настал исторический день, когда впервые в мире был осуществлён перехват головной части баллистической ракеты. Это был блистательный триумф Советской Противоракетной Обороны.

Насколько грандиозным было это достижение подтверждено тем фактом, что в США безъядерное поражение головной части баллистической ракеты было осуществлено более чем через 23 года – 10 июня 1984 года и над Тихим океаном, чтобы в случае промаха ракета упала в океан, а не на континентальную территорию США. Как мне рассказывал Григорий Васильевич, при первых пусках головная часть американской баллистической ракеты была снабжена радио маячком с целью отработки системы управления, и только потом перехват цели и её сопровождение осуществлялись радиолокационными станциями без его применения.

За создание «Системы «А» Г.В. Кисунько в 1966 году был удостоен Ленинской премии.

Ещё до завершения исследований на полигоне экспериментальной «Системы «А» ЦК КПСС и СМ СССР 8-ого апреля 1958 года приняли Постановление «Вопросы противоракетной обороны» о создании боевой системы ПРО Москвы и Московского промышленного района, получившей название «Системы «А-35». Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 10 декабря 1959 года было принято решение о проведении ОКР с целью создания боевой системы «А-35», и опытного полигонного комплекса этой системы под названием «Алдан», а Постановлением от 7-ого января 1960 года «О создании системы ПРО Московского промышленного района» были определены исполнители и график работ. Головным разработчиком системы было назначено СКБ-30, Генеральным конструктором Г.В. Кисунько.

Испытания комплекса «Алдан» были проведены в октябре-ноябре 1969 года. Об их завершении Григорий Васильевич пишет с большим удовлетворением: «Их окончание ознаменовалось дуплексным запуском противоракет А-350 с раздельным наведением на головную часть и корпус, как бы имитирующих два элемента разделяющейся головной части. И ещё: пуск баллистической ракеты был произведён в режиме внезапности по отношению к «Алдану», находящемуся как бы на боевом дежурстве, а момент пуска был выбран в ночное время, именуемое у моряков «собачьей вахтой». Это произошло 29 ноября 1969 года». Государственные испытания «Алдана» заняли всего два месяца и прошли с отличными результатами.

По итогам этих испытаний было проведено строительство системы А-35 противоракетной обороны Москвы и Московского промышленного района.

Система А-35 первой очереди была принята на вооружение постановлением СМ СССР №376-119 от 10 июня 1971 г., поставлена на боевое дежурство 1 сентября 1971 г. Полная комплектность системы А-35 с ракетами А-350Ж со стрельбовыми комплексами «Енисей» (кроме РЛС ДРЛО «Дунай-3У» в Чехове) 25 июля 1973 г. была принята в опытную эксплуатацию. Окончательный ввод в строй и в эксплуатацию всей системы ПРО Москвы (включая РЛС в Чехове) состоял в 1974 г.

В это время из сообщений военно-обзорной информации 8-ого Управления Генерального штаба Вооружённых сил СССР стало известно о начале работ в США по созданию межконтинентальных баллистических ракет («Минитмен-3» и «Поларис А-3») с многозарядными боевыми частями: на одной ракете планируется разместить от3-х до 10-ти боевых блоков с ядерными зарядами. Возникла острая необходимость модернизации боевых средств «А-35» прямо в ходе дальнейших работ по этой системе, не ожидая их окончания. На Совете обороны СССР Г.В. Кисунько было сделано два доклада: «О состоянии работ по системе «А-35»» и «О путях её модернизации в связи с появлением новых целей (СБЦ)». На основании «Инженерной записки», составленной Г.В. Кисунько с сотрудниками, было принято Постановление ЦК КПСС и СМ СССР №376-119 от 10 июня 1971 года о разработке: эскизного проекта – 1973 год, тактико-технических требований на систему «А-35М» — май 1973 года, о проведении научно-экспериментальной отработки системы на полигоне (с включением ЭВМ ГКВЦ) в целях уточнения технических решений для внедрения в систему при её модернизации под шифром «А-35М» — 1974 год.

В «Инженерной записке» Г.В. Кисунько предложил и обосновал научно-технические решения по модернизации системы «А-35»: алгоритмическую модернизацию «А-35», небольшие изменения аппаратуры РЛС в целях работы по СБЦ и требование — ускорить завершение строительства, а затем отладку многоканального стрельбового комплекса (МКСК) «Аргунь», как основного средства второго этапа развития системы «А-35», и дополнить её ещё двумя боевыми МКСК типа «Аргунь.

Руководство Министерства радиопромышленности, исходя из своих частных интересов, на протяжении всей деятельности Г.В. Кисунько всячески стремилось отстранить его от реальной оперативной работы даже путём прекращения модернизации системы «А-35». 13 августа 1975 года приказом Министра радиопромышленности П.С. Плешаковым Г.В. Кисунько был отстранён от работы в ЦНПО «Вымпел» и переведён в ЦНИИ радиоэлектронных систем на должность заместителя директора по научной работе. Работы по модернизации «А-35» продолжались. Их проводили специалисты из кисуньковского ОКБ-30 при консультации самого Г.В. Кисунько под оперативным руководством и при непосредственном участии его заместителя Н.К. Остапенко. 18 декабря 1977 года по Постановлению ЦК КПСС и СМ СССР №1134-368 система «А-35М» была принята на вооружение.

Первая боевая система ПРО «А-35М» была наивысшим достижением научно-технической мысли советских учёных, инженеров, конструкторов, изготовителей, строителей, монтажников и настройщиков. Она обеспечила защиту Москвы и Московского промышленного района вплоть до 1995 года и замены её системой «А-135». За модернизацию системы «А-35» были награждены многие участники её создания.

Первый Командующий войсками ПРО и РКО генерал-полковник Ю.В. Вотинцев в интервью газете «Правда» 10 декабря 1992 года сказал: «Наибольший вклад в создание ПРО внесли Кисунько и Мусатов. Но в самый напряжённый период работы над системой из-за интриг в Минрадиопроме они были от дела отстранены». Это заявление Командующего войсками ПРО и РКО генерал-полковника Ю.В. Вотинцева Григорий Васильевич счёл для себя «самой ценной, самой высокой наградой» и им завершил свою книгу о ПРО: «Секретная зона. Исповедь генерального конструктора».

Создание системы ПРО «А-35» и её модернизация «А-35М» не только обеспечили наш паритет с США в борьбе за ограничение уровня стратегических вооружений в мире, но и не дали агрессивным силам в мире распространить гонку вооружений в космос.

Григорий Васильевич Кисунько, как глубоко и всесторонне творческий человек, обладал ярким талантом не только в области научно-технических исследований. Им написаны великолепные рассказы, повести, большая автобиографическая книга «Секретная зона. Исповедь генерального конструктора» (Москва, издательство «Современник», 1996г.), поэмы, большое количество стихотворений, многие из которых положены на музыку. Он сам прекрасно пел под собственный аккомпанемент на различных музыкальных инструментах, чаще всего на гитаре, баяне, балалайке.

Григорий Васильевич глубоко переживал разрушительные последствия, так называемых, «перестройки» и «демократических реформ». Особенно тяжело он воспринял разрушение нашей общей родины — Советского союза. Он откликнулся на него большим стихотворением, полным горечи и гнева и неоднократно повторяющимся призывом оградить родную землю от этой перестроечно-демократической шпаны. Он написал его прямо в коридоре в один приём на листе блокнота, когда мы вместе с ним были в редакции журнала «Молодая гвардия». Оно предназначено им для пения на мотив Гимна Советского союза. Вот это стихотворение:

В лесу Беловежском зубровку лакали

Губители славной великой страны

И шефу заморскому рапортовали

Презренные каины, сучьи сыны.

Припев: Встань, распрямись, наша сила народная!

Родину – мать от шпаны огради!

Власть спекулянтская, власть мафиозная!

Сила нечистая! Сгинь! Пропади!

Хапуги сграбастали наши богатства.

Бандитские хазы в стране развели.

Порушено наций великое братство,

Мы братоубийство взамен обрели.

Припев.

Жирует ползучая контрреволюция

И в нищете вымирает народ.

Расстреляна Сталинская конституция.

НАТО стоит у российских ворот.

Припев.

Приказом Министра обороны СССР от 13 августа 1979 года Г.В. Кисунько был назначен на должность научного консультанта 45-ого ЦНИИ Министерства обороны СССР, где проработал восемь лет. За эти годы, свободные от административной нервотрёпки оперативной работы, он ещё раз убедился в справедливости своей точки зрения относительно главных принципов построения противоракетной обороны, а именно в том, что она должна строиться на кинетическом безъядерном поражении боеголовок атакующих баллистических ракет. В этом его существенно укрепили результаты исследований и испытаний РЛС РКЦ-35ТА, которая была разработана под его руководством для многоканального стрельбового комплекса (МКСК) «Аргунь» (5Н24). Комплекс «Аргунь» — первый в СССР и не имевший аналогов за рубежом, основан на применении крупногабаритной полноповоротной фазированной антенной решётки. Он способен не только регистрировать и измерять в реальном масштабе времени моноимпульсные замеры координат цели, но и моноимпульсные замеры амплитуд и фаз матриц обратного излучения от КАЖДОЙ цели. И тут в стране произошёл серьёзный, усложнённый своей опасностью, эпизод: пропала возможность слежения за космической станцией «Салют-6». Центральный пункт управления полётами космических летательных аппаратов СССР (ЦУП КЛА СССР) обратился к разработчикам «Аргуни» с просьбой найти и осуществить высокоточное слежение за космической станцией «Салют-6», которую ЦУП КЛА потерял из вида, и не мог сделать этого сам в силу того, что станция «Салют-6» из-за аварии на её борту оказалась обесточенной и активный радиосигнал, по которому шло слежение, с неё не поступал. А собственная система радиолокационных средств оказалась неспособной осуществить поиск и сопровождение молчащей станции. Комплекс «Аргунь» под руководством Н.К. Остапенко произвёл обнаружение и сопровождение станции «Салют-6». По данным «Аргуни» был выведен в зону стыковки космический корабль «СоюзТ-6» с экипажем во главе с космонавтом В.А. Джанибековым. Была произведена стыковка со станцией «Салют-6», ремонтные работы. Спускаемый аппарат «Союз Т-6» с В.А. Джанибековым успешно вернулся на Землю. Комплекс «Аргунь» обеспечил высокоточный прогноз траектории и точки падения станции «Салют-6». Не будь МКСК «Аргуни», было бы совершенно не ясно, что бы произошло со станцией «Салют-6» и как бы вернулся, и вернулся бы, на Землю экипаж В.А. Джанибекова. Станция «Салют-6» могла пополнить собой массу космического мусора, а экипаж В.А. Джанибекова не известно, сколько времени ждал бы операции по своему спасению.

Проработав в 45-ом ЦНИИ восемь лет, Г.В. Кисунько подал рапорт об увольнении из Вооружённых сил и поступил на работу в отдел теоретических проблем радиофизики Академии наук СССР на должность заведующего лабораторией. Основным направлением работы этой лаборатории по его предложению стало исследование электромагнитного излучения, возникающего во время природных катаклизмов: землетрясений, извержения вулканов и цунами.

Одновременно Григорий Васильевич вёл большую общественную и научно-техническую работу. Выступал со статьями в газетах и журналах («Ветеран», «Известия», «Молодая гвардия» и др.), в сборнике воспоминаний о Великой Отечественной войне «Живая память».

20 июля 1998 года Григорию Васильевичу исполнилось 80 лет. В его честь в институте «Госстандарт» руководством этого института были организованы торжественное собрание и банкет. В президиум собрания вошли: С.А. Подлепа — директор НИИ «Стандарт», А.А. Толкачёв — руководитель НИИ РФ, Н.В. Михайлов — первый заместитель Министра обороны РФ. Торжественное собрание открыл, и его вёл директор института Станислав Алексеевич Подлепа. Он произнёс вступительное слово: «Наше собрание посвящается 80-летнему юбилею Григория Васильевича Кисунько, основоположнику противоракетной обороны страны». Основной доклад сделал доктор технических наук Станислав Иванович Шамаев. Выступили: профессор Толкачёв А.А., академик Бурцев В.С., академик Савин А.И., Первый заместитель Министра обороны Российской федерации Михайлов Н.В., генерал-лейтенант Легасов Г.С. Поздравительные телеграммы прислали: Президент Академии наук Российской федерации академик Ю.С. Осипов, в которой было сказано, что «Г.В. Кисунько – основоположник системного направления и системной школы в прикладной радиофизике и радиолокации», а также генералы: Е.В. Гаврилин, Г.С. Батырь, Р.Я. Иванов, Г.И. Азаров, доктор технических наук К.В. Котов и другие.

В ответном слове Григорий Васильевич произнёс: «Товарищи! Я потрясён в приятном смысле этого слова. Здесь получился прямо невероятный человек, которого Вы описали. Меня часто била судьба. Меня надо больше ругать – это мне более привычно. Тут я в своей атмосфере. За поздравления и подарки спасибо!»

Торжественное собрание завершилось частным и общим фотографированием. Затем состоялся солидный банкет, на котором, к выступавшим на торжественном собрании, добавились многие, провозглашавшие проникновенные поздравительные тосты, а некоторые даже целовавшие юбиляра. На каждый тост Григорий Васильевич вставал и, казалось, что он почти не садился. После этих юбилейных торжеств мы с Григорием Васильевичем неоднократно встречались и обсуждали сформулированную им проблему предсказания землетрясений, извержения вулканов по их электромагнитному проявлению. Г.В. Кисунько работал над поиском путей определения уровня этого проявления и определения места их возникновения.

Григорий Васильевич Кисунько прожил яркую жизнь подвижника, первооткрывателя, основоположника системной радиофизики и системной радиолокации, жизнь, полную неустанных трудов. Отстояв родную землю в Великой Отечественной войне, он сумел создать такой надёжный щит противовоздушной и противоракетной обороны, что ни против Советского союза, ни против России, и до нашего времени вообще в мире, агрессивными силами США и НАТО не была развязана ядерная война.

Георгий Трошин, 11.10.2018 г.

Связь вокруг нас

Связь сегодня не воспринимается как что-то выдающееся: мобильный телефон и скоростной интернет стали настолько доступны и распространены, что наличие постоянной связи кажется чем-то естественным. И хотя Маслоу поставил общение – связь людей друг с другом – только на третью ступень своей знаменитой пирамиды, он сделал это лишь потому, что не имел смартфона. Современный человек с утра первым делом не завтракает или умывается, а проверяет уведомления на телефоне, подтверждая, что связь – она на уровне жажды и голода. Именно связь, а не огонь или дубина, когда-то превратила людей в Людей. И именно связь в итоге способна превратить нас в нечто большее. Весьма вероятно, неорганическое, но лучше связываемое. Обычно связь рассматривают как что-то второстепенное, как соус при главных блюдах: как элемент информационных систем, технологических комплексов, социальной сферы. В этой статье связь – главный персонаж. Статья о роли связи и тех наиболее важных принципах, которые лежат в ее основе. Предупреждение: картинок и формул не будет; вся информация, изложенная далее, будет успешно передана в ваш мозг сугубо посредством текста.

Ab ovo или немного философии

Движение – жизнь. В том числе, жизнь человеческой цивилизации. Человек постоянно что-то перемещает: по земле, по воде и воздуху перевозит себя и всевозможные грузы, по трубопроводам перекачивает жидкости и газы, по линиям электропередач передает электроэнергию. Есть еще один ресурс, который мы постоянно перемещаем. Он не имеет ни размеров, ни массы, но его ценность в современном мире превышает ценность материальных объектов. Это информация. Информация – это нематериальный образ объекта, который может описывать его с любой необходимой точностью. В терминах философии – его отражение. Вообще, существует множество определений термина «информация». Это потому, что информация – одно из базовых, первичных понятий и чего-то более общего, элементарного для его формулировки просто нет; но у информации есть объективные свойства, через которые она себя проявляет и через которые её и описывают. Философская значимость информации в том, что это самостоятельное сущее, а не количественная мера, как например энергия (мера взаимодействия материи) или энтропия (мера её порядка). Её саму можно измерять. Хотя информация сама по себе нематериальна, к ней применимы различные действия. В частности, информацию можно обрабатывать, хранить и – перемещать. Процесс перемещения информации и есть связь. Говоря «перемещение», обычно подразумевают изменение положения в пространстве. Но в рамках теории относительности пространственно-временной континуум един, в нём время равноправно с пространством – это лишь одна из четырех его координат. Поэтому хранение информации тоже можно считать связью – связью во времени. По сути, «хранение» и «перемещение» информации всегда сосуществуют, это один процесс: хранение имеет место во время перемещения (так как перемещение всегда занимает время), а перемещение – во время хранения (так материя, в которой информация хранится, всегда находится в движении). Собственно, даже в чистом виде «хранение» информации часто устроено именно как процесс циклической связи, когда сохраняемая информация перемещается из одной ячейки памяти в другую, а затем обратно и далее процесс повторяется. Это так называемая динамическая память. Так устроена оперативная (то есть не долговременная) память и компьютеров, и человека. Термин «перемещение» в русском языке обычно применяется к чему-то материальному, про информацию говорят – «передача». Далее так и поступаю. Информация – это «рабочее тело» процесса связи. Информация не существует без обмена ею. Предназначение информации только в том, что её передадут и примут (в частности, сохранят в памяти и извлекут из неё). Да, на этом пути информацию еще можно изменять, например, обрабатывать, или она может быть подвержена действию помех. Но сама по себе эти процессы не могут существовать, они неотделимы от процесса передачи-приёма. Детерминированное (обработка) или случайное (шум) изменение информации – это часть процесса приема-передачи информации в общем виде. Какова глобальная роль передачи информации – связи? Связь – это философская категория, определяющая взаимообусловленность объектов. Взаимообусловленность, обеспеченную их взаимодействием. Без самих связываемых объектов связь не существует. В этом плане связь не самодостаточна, она всегда – компонент систем. Но важнейший компонент, их ключевое свойство. Собственно, связь и образует из самостоятельных объектов – систему. Образует качественно новый, более сложный объект из менее сложных. Именно связь во многих случаях обеспечивает пресловутый синергетический эффект, когда свойства системы существенно превосходят простую сумму свойств её составляющих. Связь – «информационный клей» систем. Клей не нужен сам по себе, нужна склеенная конструкция. Так и связь – необходимый компонент технических, социальных, политических, экономических и многих других систем.

Связь в терминах и термины в связи

Связь является только одним из вариантов взаимодействия объектов. Но в русском языке слово «связь» нередко используется и в широком смысле, как само взаимодействие (например, «внебрачная связь» явно предполагает не только разговоры). В современном лексиконе используют еще слово «коммуникация» и оно имеет более узкий информационный смысл. Чтобы подчеркнуть, что коммуникация осуществляется на расстоянии, в свое время был придуман термин «телекоммуникация». Учитывая, что коммуникация всегда, по своей сути, происходит на расстоянии (большом или маленьком – это всё относительно), приставка «теле» – избыточна. Тем не менее, оба этих термина используют как синонимы «связи», хотя кажется, что в основном для псевдо-разнообразия или чтобы придать фразе мнимую научность. Стараясь избегать иностранных слов, если есть адекватный русский (или не русский, но уже укоренившийся в языке) термин, далее использую «связь», если это не имеет двусмысленности. Любое перемещение имеет направление. Связь – не исключение, это направленный процесс: информация перемещается от её источника к её получателю. При этом, естественно, возможна не только односторонняя, но и двусторонняя связь, когда источник одновременно является и получателем, а получатель – источником. Но надо четко понимать, что в данном случае имеют место два процесса связи. Пример двусторонней связи – диалог двух людей. Пример односторонней связи – радиовещание и телевидение. Или чтение. Например, вот этой статьи. А когда в ответ вы напишете критические комментарии, то этим продемонстрируйте обратную связь – важнейшее явление кибернетики, основу автогенераторов и саморегулируемых систем. Информацию, выраженную в той или иной форме, называют сообщением. Сама по себе информация – не только нематериальна, но и предельно абстрактна. Сообщение – это тоже нематериальная сущность, но уже конкретизированной формы. Например, функция времени, изображение, текст или последовательность цифр. Одна и та же информация может быть представлена различными сообщениями. Объект-носитель сообщения называют сигналом. Сигнал — это материальное воплощение нематериального сообщения. В общем случае сигнал – это материя с определенной структурой, и эта структура так или иначе соответствует переносимой информации. Фактически, человек или другой источник или получатель информации передает и принимает именно сигналы. Одно и то же сообщение может быть реализовано в виде различных сигналов. Рассмотрим пример соотношения информации, сообщения и сигнала. Предположим, информация – это температура воздуха за окном. Сообщение, которое способно отразить эту информацию, может быть в форме, например, непрерывной функции времени (моментальное значение которой соответствует температуре), числового значения (-7), текста («минус семь») или изображения градусника с красным столбиком соответствующей высоты на фоне шкалы. В свою очередь, эти сообщения могут быть физически представлены соответствующими сигналами. Например, число передано количеством вспышек света в оптическом телеграфе или неким кодом в цифровой линии передачи данных, текст отпечатан чернилами на листе бумаги или передан азбукой Морзе по телеграфу, изображение градусника увидено непосредственно или передано в виде фотографии на монитор, а непрерывная физическая величина представлена напряжением в электрической линии или, к примеру, тем или иным цветом индикатора. Очевидно, формат необходимого сообщения и вид сигнала зависит от возможностей источника и приемника информации, а также от того, по какому каналу связи предстоит передавать информацию. Канал связи – это среда между источником и получателем, в которой сигнал распространяется, вместе со средствами, которые обеспечивают это распространение. Канал связи можно сравнить с полосой на автомобильной дороге: по каналу информация в виде сигнала движется в какую-то одну сторону. Соответственно, для двусторонней связи нужно либо два канала (две разнонаправленные полосы), либо один канал с поочередной передачей в разные стороны (реверсивное движение по одной полосе). Часто бывает, когда информация передается от одного источника одновременно до нескольких получателей (так называемое широковещательная передача) – в таком случае число каналов равно числу получателей. Термин «канал связи» – один из наиболее важный и общих в теории связи. Он одинаково применим как к техническим, так и, например, биологическим или социальным системам. В области технических систем связи широко используется термины линия связи, система связи, сеть связи, узел связи. Линия связи – это совокупность технических устройств и физической среды, обеспечивающая передачу сигналов от передатчика к приемнику. В одной линии связи может быть организован один или несколько каналов связи. С другой стороны, один канал связи может организован с использованием нескольких последовательных линий связи. Если продолжать автомобильную аналогию, линия связи — это дорога: с обочиной, разделительной полосой, разметкой и всей прочей необходимой инфраструктурой. Дороги бывают разные: узкие тропинки и широкие хайвеи; с одной или несколькими полосами; с односторонним, двусторонним и реверсивным движением; с грунтовым или асфальтобетонным покрытием и даже железные. Так вот, линии связи еще гораздо более разнообразны. Сеть связи – это территориально распределенная группа приемопередатчиков, которые в данном контексте называются узлами связи, с линиями связи между ними. Очевидно, сеть связи представляет собой связный граф, то есть между любой парой узлов есть канал связи (прямой или транзитом через другие узлы). Вид связи – это способ передачи и приема сигналов. Классификация очень разнообразная. Например, по назначению: голосовая или телефонная связь – это связь для передачи голоса, видеосвязь – для передачи изменяющегося изображения. Или по способу реализации: радиосвязь – по радио, проводная – по проводам. Или по способу представления информации: аналоговая или цифровая. Или даже по расстоянию: дальняя – ближняя. Естественно, все эти признаки могут комбинироваться в самых разных сочетаниях, например, в дальнюю аналоговую телефонную радиосвязь. Система связи – это техническая система, предназначенная для обеспечения того или иного вида связи. Есть самодостаточные системы связи, но чаще всего связь присутствует как подсистема в других, «несвязевых» системах. Например, телевизор, автомобиль или эквайринг сами по себе не являются системами связи, но линии связи внутри них вы используйте ежедневно, управляя телевизором с пульта, заводя автомобиль с брелока и расплачиваясь беспроводной банковской картой.

Энергия, масса и скорость света. А где же связь?

Интересно посмотреть на роль связи с энергетических позиций. Любая система стремиться к самому низкоэнергетическому из доступных ей состояний. Если какой-то процесс может быть выполнен с одинаковым результатом при разных энергозатратах, преимущество будет иметь наименее затратный вариант. Исходя из этого связь – это энергетически выгодная (а значит, системно неизбежная) замена механического перемещения на «виртуальное». Что такое транспорт? Это механическое перемещение какого-то материального ресурса из места, где он находится, в место, где он требуется. Но перемещение любого объекта, имеющего массу, в условиях действия внешних сил (то есть в реальности всегда) требует энергозатрат. Причем, тем больше, чем больше масса этого объекта и дальность перемещения. Но что если ресурс в интересующей точке нужен не как сырье или энергия, а из-за его характеристик: свойств, выполняемых функций? Множество окружающих нас предметов ценны не тем, что их можно сжечь и извлечь из них тепло или переработать на какие-то полезные вещества. Вернемся к определению термина «информация»: это «нематериальный образ существующего объекта, который может описывать его с любой необходимой точностью». А раз так, можно, не перемещая сам материальный объект, «снять» только эти интересующие нас характеристики и передать их в виде информации, а на месте «реконструировать» исходный объект с точностью до требуемых характеристик. С любой необходимой точностью. Таким образом, связь освобождает процесс транспорта от явной зависимости и от массы и габаритов объекта, и от расстояния до него. Например, сегодня мы ежедневно разговариваем по телефону и нисколько не удивляемся тому, что маленькая коробочка в наших руках издает абсолютно живую человеческую речь. Хотя для людей всего пару-тройку поколений назад это показалось бы истинным чудом. Если нам нужно с кем-то поговорить, теперь нет необходимости этого человека привозить или ехать к нему самому – достаточно просто набрать номер. И не важно, сколько между вами километров. Потому что система телефонной связи в этой маленькой коробочке фактически воссоздала собеседника с точностью до его речевой аппарата. Очевидно, в будущем связь предоставит человеку еще большую свободу от необходимости перемещать килограммы. Ведь перемещать килобиты значительно проще. Хотя современные 3D-принтеры довольно примитивны, принтеры будущего наверняка смогут печатать гораздо более сложные структуры. Получил файл «конфигурации» какого-то нужного тебе объекта – значит, получил этот объект. Дистанционная связь человека с человеком тоже будет всё подробнее эмулировать общение лицом к лицу. Еще совсем недавно мы могли воссоздавать только голос. Буквально за последние несколько лет в обиход вошла видеосвязь. С появлением доступных трехмерных мониторов, очевидно, распространится видеосвязь «объемная». Почему бы не передавать запахи? Уже давно существуют «электронные носы», есть и системы, синтезирующие запах. Тактильные ощущения? Несколько сложнее, но для отдельных, наиболее чувствительных участков нашего тела, такие гаджеты выпускаются уже сейчас. Но, увы, это не предел возможностей связи. Связь человека с человеком будет все более «естественная» только до тех пор, пока сам человек сохранит свое естество. Футурологи прогнозируют, что если человечество не уничтожит себя ядерными ударами и не падет от какой-то новой суперинфекции, научно-техническая революция весьма вероятно приведет нас к неорганической, электронной жизни. Наши личности целиком или частично будут существовать в Интер- Скай- или каком-то-ещё- «нете» в виде неких информационных структур. Тогда сеть воистину станет нашим домом, а нашими новыми дорогами станут линии связи, по которым наши цифровые потомки будут перемещаться со скоростью света между континентами, серверами и приложениями. А зрение, слух, обоняние и другие органы чувств? Да кому будут нужны эти неточные низкоскоростные рудименты.

Вещество VS Энергия

Как же осуществляется связь? Как передать то, что нематериально? Очевидно, без материального носителя не обойтись. Таких носителей принципиально всего два: это вещество или энергия. И они порождают два принципиально разных способа связи: вещественно-предметный и энергетическо-полевой. С вещественным носителем всё просто. Это какой-то предмет, некий объем вещества, в котором информацию можно в той или иной форме сохранить. Например, бумага с текстом или флешка с файлами. Впрочем, информация может быть сохранена тысячами различных способов: изображением, цветом, формой, весом, запахом, чем угодно – важно, чтобы на приемном конце знали, как эту информацию воспринимать. Наиболее известный представитель вещественно-предметной связи это, конечно же, почта. Та, которая не-электронная. Но есть и другие интересные системы. Например, эндокринная система – важнейшая система регуляции жизнедеятельности организма. В отличие от нервной системы, основанной на принципах электросвязи, в эндокринной используются химические сигналы. Информация передается переносом именно вещества: железа внутренней секреции выделяют специальные сигнальные вещества – гормоны, которые доставляются жидкостями организма до внутренних органов, а те воспринимают этот сигнал особыми клетками-мишенями и соответствующим образом меняют своё состояние. Похожий принцип природа научилась использовать для передачи информации не только внутри организма, но и во внешней среде. Обоняние – одно из древнейших чувств и тоже является системой связи с вещественным носителем. Хотя у современного человека это чувство развито слабо, для многих животных оно важнее зрения и слуха. С помощью обоняния передается критическая, жизненно важная информация о свойствах пищи, о присутствии хищников, о настроении особей противоположного пола. Еще один пример вещественно-предметной связи, из совсем другой области: система денежного обращения. Чем с точки зрения теории информации является купюра или монета, которую вы получаете за работу и отдаете за товар? Сигналом, то есть овеществленной информацией о том, что вы имеете право на тот или иной объем благ. Сама по себе купюра не имеет ценности как сырье, она лишь играет роль носителя сообщения. Вещественный носитель обладает несомненными достоинствами: он надежен, может вместить практически любой объем информации в разнообразных формах, хранит информацию во времени. Но у него есть один принципиальный недостаток. Он имеет массу. И это сильно ограничивает потенциал вещественно-предметной связи. Потому что для перемещения физического тела надо использовать какой-то транспорт. А это значит, что скорость и дальность передачи информации будут ограничены возможностями этого транспорта. На заре человеческой истории сообщения передавались единственным доступным в то время транспортом – самими людьми. Наиболее быстрые и выносливые использовались в качестве гонцов и на своих двух несли вести о войне и мире, подчас преодолевая марафонские расстояния. Однако, скорость марафонца не превышает 20 км/ч, и он не может преодолеть больше 50–100 км. И даже лошадь с её 12-15 км/ч на дальних дистанциях не помогала. В некоторых случаях выручали почтовые голуби, которые могли пролететь несколько сотен километров со скоростью до 100 км/ч, но надежность такой системы связи всё же была невысока. Заметно помогло изобретение эстафетной передачи, и этот важнейший принцип используется в связи до сих пор. Пешего или конного гонца отправляли на максимальной скорости от одной почтовой станции до другой, которая находилась на сравнительно небольшом расстоянии, где он передавал сообщение следующему, свежему, гонцу. На службе у современной почты реактивные самолеты, скоростные поезда и автомобили, но принципиально от почты античных времен она не отличается: всё равно время от момента отправления сообщения до момента его получения имеет порядок часов и дней. В общем, перемещение вещества – это медленно. А жизнь требует гораздо больших скоростей. Поэтому с древнейших времен и по сей день, львиная доля всей информации человечества передается с использованием ее величества энергии.

Эта волнительная сила

Энергия! Она свободна от главного «недостатка» вещества – энергия не имеет массы. Мало того, она обладает еще двумя, поистине уникальными свойствами: может распространяться самостоятельно и с максимально возможными в природе скоростями. Но что такое энергия? Строго говоря, энергия – это лишь мера различных форм движения и взаимодействия материи. Вот в процессе этого «движения и взаимодействия» материя и способна переносить информацию. Как известно, в природе существуют четыре фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное и два ядерных (сильное и слабое). Ядерное взаимодействие – короткодействующее, его влияние ограничено масштабами элементарных частиц. Гравитация, напротив, действует на любых расстояниях, на все тела, ей неподвластны никакие преграды. Но сколь-нибудь ощутимо этот тип взаимодействия проявляет себя только с телами космических масс. Земная наука пока не научилась использовать гравитацию для связи, но не исключено, что в будущем такие системы изобретут. Что же остается нам, современному человечеству? Остается только одно взаимодействие – электромагнитное. Казалось бы, как мало. Но электромагнитное взаимодействие настолько многолико и многогранно, что жаловаться не приходится. Все технические системы связи (исключая, конечно, вещественно-предметные), а также самые совершенные «биологические» системы связи – слух и зрение – основаны именно на электромагнитном взаимодействии. Электромагнитное взаимодействие проявляет себя во множестве форм. Наиболее важные для связи – это электромагнитные волны и электрический ток: то самое «движение материи», несущее энергию. Изменения электрического тока в проводнике вызывают электромагнитное поле в окружающем пространстве – электромагнитную волну. И наоборот: электромагнитная волна рядом с проводником вызывает в нем электрический ток. Эти явления лежат в основе наиболее актуальной и обширной области связи – электросвязи. Здесь необходимо остановится на таком важном явлении, как волна. Волновые процессы имеют место не только в электромагнетизме, да и не только в природе. Например, волновой характер имеют автомобильные пробки, некоторые, экономические и социальные процессы. Волна – это изменения какой-либо физической величины, способные перемещаться, удаляясь от места возникновения. Волна как бы отрывается от своего источника и дальше путешествует сама. Эта способность – уникальное свойство волны. 11 февраля 2016 года было объявлено об экспериментальном открытии волн гравитационных – и это одно из величайших открытий последнего времени. Но у большинства людей первая ассоциация при слове «волны» – это волны на море. Или красивые круги от бросания камушков в пруд. Как ни удивительно, эти волны – тоже одно из проявлений электромагнитных сил. Но довольно специфическое, поэтому их выделяют в отдельную категорию – упругие волны. Упругие волны – это распространяющиеся в твердой, жидкой или газообразной среде колебания плотности этой среды. А еще упругие волны вы слышали. Потому что акустические волны – звук – это тоже одна из их разновидностей. Как и электромагнитные, акустические волны используются для связи. Например, для связи с подводными лодками. Дело в том, что электромагнитной волне сложно «пробраться» вглубь океана: морская вода неплохой проводник электрического тока и радиосигнал в ней быстро затухает. Звуковая волна, напротив, в воде отлично распространяется. Причем, гораздо быстрее, чем в воздухе и с существенно меньшими потерями. Киты и дельфины обмениваются звуковыми сигналами со своими сородичами на расстоянии в сотни километров. Так и с подводными лодками удавалось поддерживать связь, устанавливая на дне специальные гидрофоны. Для дальней (хотя и односторонней) связи использовались даже взрывы подводных зарядов, подрываемые в закодированной последовательности. А из-за известных трагических событий многие узнали о единственно возможном способе связи для моряков на затонувшей лодке – постукивании по корпусу морзянкой. Нельзя не упомянуть и о такой народной акустической линии связи, как стук по батарее. Очевидно, строительные нормы запрещают использовать пластиковые трубы для стояков именно для того, чтобы сохранить этот важный канал аварийной связи между соседями. Сигнал «Хватит шуметь!» передается надежно, хотя и не избирательно.

Homo «связь» sapiense

Для нас, людей, акустические волны имеют особую ценность, потому что на акустических волнах функционирует наша собственная, «встроенная» в организм, двусторонняя система связи «человек – человек». Как и многим другим животным, природа дала людям способность воспринимать и генерировать акустические волны, наделив ушами и голосовыми связками. Биологическим системам связи на основе звука многие миллионы лет. Есть животные с уникально чувствительным слухом, есть животные с необычайно громким голосом, но только Homo sapiens – человек, впоследствии разумный – благодаря счастливой мутации генов или каким-то высшим силам примерно 70 тысяч лет тому назад получил бесценный дар, «сверхспособность»: создавать из звуков слова и использовать их для интеллектуального общения со своими сородичами. Эта новая способность, на первый взгляд особо не примечательная, радикально изменила эволюцию. Homo sapiens стал хозяином мира: он не только поднялся на ступень выше всех животных, в ряду которых он стоял до того момента, но и вытеснил другие виды людей, населявших тогда планету. Homo erectus, Homo ergaster и другие Homo, даже Homo neanderthalensis – неандертальцы, более высокие и сильные, обладавшие более крупным мозгом и не менее способными руками, чем сапиенсы, в конечном итоге проиграли им в эволюционном отборе. Важнейшую веху, с которой и началась история Человека, ученые назвали когнитивной революцией – внезапным и резким, в масштабах эволюции, ростом когнитивных способностей Homo sapiens: умения узнавать новое, запоминать и общаться. Эти новые качества не давали отдельному сапиенсу каких-то козырей перед саблезубым тигром или неандертальцем. Один человек, хотя и более головастый, оставался для тигра таким же вкусным и беззащитным. Реальное конкурентное преимущество проявило себя именно в системе, когда наши договороспособные предки стали действовать сообща. Группы сапиенсов стали невиданной ранее, грозной силой, благодаря двум новым способностям: во-первых, совместно действовать большой группой, а во-вторых – гибко и оперативно перестраивать деятельность группы сообразно обстоятельствам. По отдельности схожими, хотя и не так сильно развитыми, способностями обладают и другие животные. Например, деятельность волчьей стаи достаточно интеллектуальна и организована: во время охоты волки используют различные приемы, у них есть свои разведчики, загонщики и, конечно, руководитель – вожак. Но численность стаи редко превышает 10–15 особей: вожак просто не способен управлять большей группой, он не может назначить себе помощников или договориться с другой стаей о совместной охоте, а если численность стаи по какой-то причине превышает максимальный порог, то она распадается на две отдельные стаи. Очень большие организованные группы животных тоже не редкость. Например, в одной пчелиной семье до ста тысяч пчел, а в муравейнике могут жить и исправно трудиться несколько миллионов муравьев. Жизнь их представляется довольно сложной и организованной: есть разные роли, есть совместная деятельность, есть передача друг другу некоторой информации. Но эта сложность сугубо статична. Программа жизни пчелы жестко, раз и навсегда записана в её ДНК. Пчелы не в силах изменить заведенный природой порядок. Говоря техническим языком, пчелы действуют по детерминированному алгоритму, записанному в постоянной памяти. И только людям была дана способность переписывать собственные алгоритмы. Чтобы добраться до этих алгоритмов и «запрограммировать» поведение человека нужен интерфейс к его «процессору» и «памяти» – мозгу. И речь – то есть речевая система связи – стала таким интерфейсом. Сапиенсы стали общаться друг с другом существенно больше других животных и на качественно новом уровне. И этим программировали собственное поведение. Постепенное развитие языка сделало возможным передачу абсолютно любой информации: «оперативно-тактических» данных об окружающей обстановке, опыта прошлого, планов на будущее и, что принципиально, оценочных мнений о своих соплеменниках. Последнее крайне важно: популярна гипотеза, что развитие нашего мозга в наибольшей степени обязано как раз многочасовым пещерным сплетням. Обсуждение достоинств и недостатков друг друга формировало доверительные отношения внутри группы, а доверие является необходимым условием организации больших стабильных коллективов. Кроме того, может быть именно благодаря сплетням человек научился говорить и мыслить не только о реально существующих вещах, но и, так скажем, фантазировать: сначала приукрашивать, преувеличивать, а в итоге – синтезировать мысли, за которыми вообще не стоит ничего реально существующего. Эта уникальная способность стала базой для еще более масштабного объединения людей на основе выдуманных, но общепризнанных идей. Так появились объекты массовой веры: объективно не существующие, но живущие в голове каждого, кто в них верит, так называемые интерсубъективные феномены – законы, религии, идеологии, деньги. Речевая система связи стала предпосылкой создания и ключевым элементом первой в истории человечества социальной сети. Пока биологической, из-уст-в-уста, но наделенной всеми базовыми свойствами соцсети. Социальная сеть является информационно-коммуникационной, то есть одновременно выполняет функции и сети связи, и распределенной системы хранения и обработки информации. Как в сети связи в ней, в первую очередь по речевым каналам, друг другу передаются индивидуальные знания и опыт. Но важнейшее свойство информации в том, что если ты ей с кем-то поделился, то у тебя её не становится меньше, но у того, с кем поделился, информации становится больше. Поэтому постоянное взаимное общение преумножало общий объем знаний человеческих коллективов. Социальная сеть – это и распределенная сеть долговременного хранения информации. В такой сети «выход из строя» отдельных членов не приводит к потере информации, так как она постоянно реплицируется и дублируется во многих людях. И срок хранения информации перестает быть ограничен сроком жизни отдельного человека: люди обучают друг друга и информация передается из поколения в поколение. Социальная сеть обеспечила ее членов и существенно возросшим интеллектуальным ресурсом: возник феномен «коллективного разума», когда соплеменники могли советоваться по каким-то важным вопросам, сообща принимать решения, использовать способности наиболее интеллектуальных своих представителей. Пожалуй, это самый яркий пример того, как связь образовала качественно новый объект, в данном случае – организованное человеческое сообщество. При этом связь изменила и связываемые, исходные объекты – самих людей. Это обоюдный, взаимообуславливающий процесс. Согласованная деятельность расширила круг задач, которые выполняли люди, что, в свою очередь, требовало дальше развивать коммуникативные способности. Так еще больше развивался мозг – главный компонент нашей речевой системы связи, «сигнальный процессор», который отвечает за «кодирование» и «декодирование» информации. Наш мыслительный аппарат – это во многом, если не во всём, производная нашей речевой системы связи. Можно спорить, как о яйце или курице, что было раньше: скачок «мыслительных» или «разговорных» способностей, но представляется, что первым всё же было слово. Первична была практическая потребность обмениваться оперативной информацией с соплеменниками, чтобы можно было действовать сообща. Это заставляло человека структурировать звуки, анализировать, синтезировать и запоминать устойчивые на территории проживания выражения. Уже обладая запасом этих фраз-выражений, человек стал способен организовать «связь с самим собой»: вести внутренний диалог, мыслить, оперируя сложными абстрактными понятиями. В чем качественное отличие человеческой речи от звуковой коммуникации других животных? Например, некоторые виды обезьян способны издавать различающиеся звуки, означающие «опасность с воздуха» и «опасность на земле». Звуковые сигналы, иллюстрирующие соответствующие эмоции, умеют издавать многие животные. Но во всех случаях это небольшой, ограниченный набор сигналов, который четко соответствует типовым жизненным ситуациям. Человек же научился передавать произвольную информацию, освоив язык, который является не чем иным, как способом кодирования информации. Интересно, что люди, освоив новую для своего голосового аппарата функцию – речь, не утратили и его «базовые» возможности. А именно, гораздо более древнюю «технологию» звуковой связи – тоновую, характерную и для других высокоразвитых животных. Это те самые интонации, которыми мы окрашиваем свою высокоинтеллектуальную речь. Интонации не способны передать произвольную информацию, но они гораздо вернее сообщают собеседнику то, что словами-то и не всегда выразишь: наши эмоции, настроение, чувства. Особенно если им помогает мимика и жесты – элементы зрительной системы связи. Одно и то же слово, сказанное с разной интонацией, может иметь совсем разные смыслы. Важность интонационной компоненты звукового канала сложно недооценить, так как эмоции – это неотъемлемая (хотелось бы верить) часть человеческой натуры. Даже с изобретением письменности, перенеся речь на бумагу, люди попытались как могли сохранить этот канал, придумав восклицательный и вопросительный знаки и многоточие. Для книг этого достаточно: там, где нужно, талантливый писатель только словами сможет передать проявления чувств. С приходом Интернета текстовое общение широко распространилось на бытовом уровне: мы все чаще общаемся со своими друзьями и близкими через форумы, соцсети и мессенджеры. В общении со знакомыми потребность в передаче эмоций гораздо больше, да и формулировать изысканные обороты непросто и некогда: поэтому имитация эмоционального канала дополнилась смайликами и эмодзи 🙂

Сплошные аналогии

С позиции теории связи интонации – это старые добрые амплитудная и частотная модуляции сигнала: процессы, характерные для аналоговых систем связи. А словесное общение – это уже ни много ни мало цифровая связь. Разделение связи на аналоговую и цифровую – одно из самых важных среди множества классификаций, поскольку отражает принципиально разные способы представления информации, то есть разные способы «формирования» информации в сообщение. Проиллюстрируем аналоговую систему таким примером. Представьте: захотел рыбак похвастаться приятелю, какого размера рыбу ему посчастливилось поймать. Как он может поступить? Самое простое и естественное – показать длину руками: «Смотри, во-о-от такая!». Здесь рыбак непосредственно демонстрирует размер рыбы, посылая в качестве сигнала некий аналог её размера (в данном случае в пропорции один к одному). Поэтому это – аналоговая связь. По своей сути большая часть явлений в окружающем нас мире – это непрерывные, протекающие во времени процессы. Звук, изображение, температура, влажность, давление, скорость, координаты, вес, цена – все их можно представить в виде временной функции с непрерывно меняющимся значением. А этому значению поставить в пропорциональное соответствие («аналог») какой-то, такой же непрерывно меняющийся, параметр носителя информации. Например, амплитуду, частоту или силу тока, яркость света. Это очевидное и технически относительно легко реализуемое решение, поэтому все исторические первые системы связи, передающие информацию непрерывных процессов, были аналоговыми. Аналоговое радио до сих пор успешно излучает в эфир радиоволны, амплитуда или частота которых повторяет уровень звукового сигнала. Аналоговое телевидение тем же способом передает яркость и цветность каждой точки экрана. Аналоговые телефонные аппараты на вашем офисном столе исправно передают колебания тока, строго пропорциональные колебаниям звуковых волн, который вы произносите в трубку, и также пропорционально воспроизводят эти колебания в трубке вашего собеседника. Аналоговые системы связи хороши простотой реализации. Так, и в приведенном выше примере с рыбаком простой «аналоговый» способ вполне достаточен. Другое их важнейшее достоинство – минимально возможная задержка обработки информации в приемнике. Именно поэтому, даже сейчас, в эпоху цифровой видеосвязи, в тех случаях, когда важна быстрая реакция (например, в гонках коптеров или квест-румах) используются не цифровые, а аналоговые системы. Поэтому аналоговая связь остаётся и будут оставаться востребованной. Более того, вполне возможно, что история сделает еще один оборот, и аналоговые системы связи возродятся в каком-то качественно новом виде. Но на сегодняшний день, если смотреть в целом, аналоговый способ представления и передачи информации драматически вытеснен своим цифровым конкурентом. Всё потому, что у аналоговой связи есть один важный недостаток. И этот недостаток фундаментален и неустраним: аналоговый сигнал при передаче всегда искажается. В реальном канале связи, кроме собственно полезного сигнала, всегда присутствуют другие сигналы. Эти сигналы являются помехами, и они всегда в той или иной степени изменяют полезный сигнал. А поскольку информация в аналоговых системах хранится в моментальном значении сигнала, значит, что и эта информация всегда передается в той или иной степени недостоверной. Особенно искажения влияют тогда, когда аналоговое сообщение принимается и передается последовательно несколько раз. Если бы наш рыбак задумал сообщить размер рыбы способом «Во-о-от такая!» не непосредственно, а «транзитом», например, через пару человек, то итоговый размер рыбы мог бы разительно отличаться от оригинала, так как каждый из этой цепочки внес бы свои ошибки.

Сколько вешать в граммах?

Возможно сам того не зная, рыбак организует цифровую линию связи, если воспользуется рулеткой и измерит длину рыбины. Тогда он сможет передать не аналог, а цифровое значение её длины. По какой бы длинной цепочке не передавалась эта цифра, она способна дойти до получателя в первозданном, неизменном виде. Любой приятель рыбака, узнав эту цифру, будет иметь представление о размере рыбы с абсолютной точностью. Цифровые и только цифровые системы позволяют реализовать кодирование информации и обеспечить один из наиболее важных принципов теории связи. Фундаментальность этого принципа можно сравнить с постулатами теории относительности, а формулируется он просто и коротко: информацию можно передать без потерь. Благодаря этому принципу мы можем доверить цифровым системам связи передачу самых ценных данных, ошибки в которых недопустимы: банковских транзакций, сигнала от ядерного чемоданчика, переписки в соцсетях. Возможность передачи информации без потерь далеко не самоочевидна, даже если кажется таковой на первый взгляд. Обычно в жизни всё наоборот: всегда присутствуют какие-то потери, накладные расходы. Возьмем, например, вместо линии связи линию электропередач. Линии связи с линиями электропередач вообще похожи. А в случае, если для связи используется электрический ток, так это вообще братья-близнецы: и тут и там два провода от пункта А до пункта Б. У линий одинаковая конструкция, но разное назначение: энергетикам надо передать энергию, а связистам – информацию. Очевидно, и те, и другие хотят, чтобы то, что было отправлено, то и было получено, чтобы по пути из А в Б ничего не потерялось. И вот здесь коллег-энергетиков подстерегают коварные законы физики: в процессе передачи энергии её часть неизбежно теряется – на нагревание проводов, на паразитные токи, на излучение. И пока энергетика не научится использовать сверхпроводники, потери в линии электропередач всегда будут. Совсем другое дело – линия связи. Информацию в цифровой линии связи можно передать а б с о л ю т н о б е з п о т е р ь. Да, при этом сам передаваемый сигнал по своей природе останется «аналоговым». Да, он также будет подвержен помехам и искажениям, будет терять свою мощность. Но цифровой приемник способен, несмотря на всё это, «отделить зерна от плевел» и безукоризненно точно распознать информацию, предназначенную ему. В чем фокус? За счет чего эта магия? Просто приемник подготовился: он заранее что-то знает про этот сигнал.

Вначале было слово

Вы можете прочитать это предложение потому, что в вашей голове, то есть в цифровом приемнике системы связи «Автор – Читатель» заранее, до «приема» имеется информация обо всех возможных сигналах, которые автор – цифровой передатчик – может вам передать. Вы знаете все 33 буквы русского алфавита и знаки препинания, знаете все слова и даже примерно представляете, какое слово за каким может следовать. Даже если ст р ть нес лько укв, NЛN NЗМ3НN7Ь Н3К070РЫ3 СNМ80ЛЫ, 70 8СЁ Р48Н0 8Ы СПР48N73СЬ С З4Д4НN3М. Но если ឃ្លានេះគឺជាសរសេរនៅក្នុងភាសាមិនស្គាល់អ្នក, то вы ничего, ничего не поймете (и даже не сможете произнести эту абракадабру у себя в голове). Суть цифровых систем связи в том, что в них передаются некие условные символы, одинаково известные и передатчику, и приемнику. Совсем не обязательно цифры, но традиционно такие системы называются цифровыми. Сообщения в цифровых системах связи (а иногда, ошибочно, и саму информацию) называют данными. Наша речевая система связи является аналоговой на уровне передачи звука, но цифровой на уровне передачи слов. Мы воспринимаем услышанное слово известного нам языка не просто как звук, мы четко ставим это слово в соответствие с образцом, имеющимся у нас в голове. Услышав «корона», наш «корреляционный приемник», расположенный в речевом отделе мозга, сопоставляет его со всеми известными ему и похожими по звучанию словообразами: № 1 «корова»? – 83%, № 2 «ворона»? – 83%, № 3 «корона»? – 100%. Ага, словообраз № 3 дает наибольшее соответствие, – значит это корона. Конечно, в реальности всё гораздо сложнее. Во многих случаях приходится задействовать более глубокую обработку. На уровне контекста: корона, которая на голове, или речь про вирус? На уровне интонационной окраски: обозначение вопроса, восклицания и пр. Так или иначе, если мы поняли фразу, мы запоминаем её не как звук (если такая задача не ставится специально), а как цифровую информацию. И, поэтому, можем передать ее другому человеку со 100% точностью. Так сказать, «буквально», а точнее – «слово в слово». А если не слово в слово? Тогда получится типичная аналоговая система связи. Давайте проведем мысленный эксперимент. Если дать русскому (здесь и далее национальности условны) задание: выслушать фразу, сказанную китайцем, и передать её другому китайцу, то, в принципе, он способен с этим заданием справиться, даже если абсолютно не владеет китайским языком. Это будет что-то вроде известной игры «апож». Русский услышит, запомнит и воспроизведет китайскую фразу как некий звук (и тут он ничем не будет отличаться от попугая или магнитофона). И, скорее всего, второй китаец поймет эту фразу. Но надежность такой системы связи будет крайне низкой, особенно если в этой цепочке появится хотя бы еще один человек: какой-то неправильно воспроизведенный каждым ключевой звук, какие-то особенности дикции первого китайца (которую не знающие китайского, сами того не зная, вынуждены повторять) могут легко и быстро испортить такой «испорченный телефон». В технических системах связи эффекты абсолютно те же. Многие еще помнят магнитофоны, в них звук на кассеты записывался в аналоговом виде: мгновенному уровню звука соответствует текущее значение намагниченности ленты. Каждая новая перезапись с кассеты на кассету заметно ухудшала качество аудиозаписи, так как каждый раз магнитофон вносил новые искажения и шумы. После нескольких перезаписей от оригинальной мелодии ничего хорошего не оставалось. В цифровых системах информацию можно передавать и перезаписывать сколько угодно раз – она от этого не «портится». Потому что каждый раз цифровой приемник способен воссоздать информацию, как птицу Феникс, в исходном виде. Правда, надо понимать, что эта способность не безгранична: уровень помех должен быть ниже некого порогового значения, определяемого свойствами использованного кода и другими параметрами линии связи. Способность цифрового приемника верно распознать переданное ему сообщение зависит от количества условных сигналов, которыми с ним обменивается передатчик, и от того, насколько эти сигналы отличаются друг от друга. Очевидно, чем меньше сигналов и чем сильнее они отличаются друг от друга, тем приемнику проще принимать решение. Предельный случай, когда сигналов всего два. Такой канал связи называется двоичным (или бинарным), в нем используется двоичный код. Программисты и другие IT-шники первым делом вспомнят, безусловно, компьютеры, вся логика которых основана на двоичном коде. В каждом компьютере или любом другом элементе современной информационно-телекоммуникационной техносферы (коммутаторе, маршрутизаторе, мультиплексоре, сервере, хранилище данных и т.п.) по сути имеется огромное число двоичных каналов связи между отдельными логическими элементами. Но, кроме IT, в мире есть еще немало двоичных каналов связи (потому что немало важнейших явлений имеют два ключевых состояния): помощник крановщика кричит «майна» или «вира», тест на беременность сообщает «одна полоска» – «две полоски», светофор показывает: «можно ехать» – зеленый, «нельзя ехать» – красный. В двоичном канале связи за единичный временной интервал – такт – передается некое количество информации, которое в науке приняли за единицу и назвали битом. Почему именно в двоичном? Потому что в каналах большей разрядности за тот же такт передается больший объем информации. Например, в троичном – примерно 1,6 бита, а в четверичном – два бита. Внимательный читатель спросит: а может ли объем информации быть меньше одного бита? Да, может. Строго говоря, количество информации определяется вероятностью приема данного сообщения среди всех возможных. Чем сообщение менее вероятно, тем больше информации это сообщение несет, и наоборот. Когда мы бросаем идеальную монетку, вероятность выпадения орла равна 50% и равна вероятности выпадения решки. В таком случае сообщение о том, какой стороной упала монетка, несет ровно один бит информации, поскольку эти события равновероятны. Но что если бросить вместо монетки бутерброд с толстым слоем масла? Когда вы узнаете, что он упал маслом вниз, вы примете меньше одного бита информации. Потому что такое сообщение ожидаемо – вы прекрасно знаете, что все нормальные бутерброды так себя обычно и ведут. Говоря математическим языком, хотя падение бутерброда является случайным процессом, вероятность исхода «маслом вниз» значительно превышает 50%. Но вдруг вам сообщают, что бутерброд упал не на масло, и даже не на обратную сторону. Как? На ребро! Крайне редкое событие – и объем информации значительно больше бита. В последнем случае событие было неожиданным. А что мы делаем, когда узнаем что-то неожиданное? Правильно – удивляемся. Что значит «удивление» в контексте процесса приёма? Наш «цифровой приемник»–мозг получает сигнал, про который заранее знает, что он крайне маловероятен. Значит, думает мозг, это не какая-то рядовая ситуация, возможно я ошибся? или это даже какой-то совершенно новый сигнал, который нужно запомнить? Значит, надо усилить внимательность, поднять чувствительность своих рецепторов … то есть и запустить эмоцию удивления. Наш мозг так устроен, что «на эмоциях» лучше запоминает информацию (вы же прекрасно помните самые волнительные моменты своей жизни): вот он и зафиксирует, что бутерброды таки могут падать и на ребро. То есть несколько повысит вероятность такого сигнала в своём «приёмнике». В следующий раз, когда бутерброд упадет ребром, удивление будет уже меньше. Так работает принцип адаптивного приема, он применяется и в технических средствах связи. Малое количество информации, передаваемое за единицу времени, является главным недостатком двоичного канала связи. Поэтому и в технике, и в жизни используются не только двоичные, но и троичные, или, например, десятичные коды. У того же светофора, строго говоря, кроме красного и зеленого сигнала, есть еще и желтый (и желтый мигающий, и одновременно включенные красный с желтым, и даже сигнал «светофор выключен»). Но двоичные нашли самое широкое применение по двум важным причинам. Во-первых, двоичная система наиболее просто реализуется в электрических схемах. Все логические микросхемы работают с двумя уровнями сигнала: условным нулем и условной единицей. Вторая причина заключается в том, что двоичные каналы обеспечивают максимально надежный прием. Приемнику приходится выбирать только из двух возможных вариантов: третьего не дано! Даже в густом тумане вы отличите красный цвет от зеленого; даже когда вокруг громыхает техника, крановщик не перепутает майну и виру. А теперь представьте, что вы используйте 50-ричный код: к примеру, вам надо передать один из пятидесяти оттенков серого. Хотя приемник, как и вы, имеет таблицу этих оттенков, ему придется выбирать из множества очень похожих вариантов! Надо ли говорить, что вероятность ошибки в таком случае существенно выше. Кроме того, с линейным ростом разрядности количество информации растет медленнее – логарифмически. Поэтому даже в обычной жизни, когда нам нужен максимально надежный и безошибочный канал связи, мы намеренно или непроизвольно используем двоичные коды: «Любишь? Не любишь?», «Принимаем поправки к конституции, или не принимаем?». Еще раз отметим ключевой момент цифровой связи: цифровой приемник точно знает, какие сигналы в принципе ему могут быть направлены. Поэтому его задача упрощается до выбора одного из вариантов. Это как тест на ЕГЭ: даже если не знаешь точно решение – ставь галочку напротив ответа, который, по сравнению с другими, кажется более правильным. Вообще не решая, можно угадать: например, в двоичных каналах вероятность правильного ответа просто огромна, не менее 50%. Кроме того, знание «вариантов ответа» позволяет приемнику отсекать заведомо ошибочные сигналы. Например, в системе связи «Судья – футболист. Грубые нарушения» существует всего два сигнала: желтая и красная карточка. Их значение известно и судье, и футболисту. Если судья вдруг покажет карточку синего цвета, футболист растеряется. Скорее всего, он решит, что «передатчик сломался», и с судьей что-то не так. Цифровые системы связи на такой случай имеют специальные алгоритмы обнаружения и коррекции ошибок. Когда ошибка обнаружена, у приемника есть два варианта. Если у него есть обратная связь с передатчиком, то он может его переспросить: «Послушай, передатчик, я не понял тебя, повтори!» – и этот способ вполне успешно применяется и в технических системах связи. Если обратной связи нет, как например в современном цифровом телевещании (стандарта DVB-T), то приемник честно признается, что он не может ничего разобрать. В этом важное отличие от аналоговых систем: цифровой телевизор нам напишет «Нет сигнала», а аналоговый SECAM всегда будет что-то показывать, даже если только шумы. Если в случае с телевизором это не критично, то в случае передачи, например, банковской транзакции, не заметить ошибку категорически недопустимо. Другой распространённый способ повысить надежность цифрового канала связи – добавить избыточности в передаваемые данные. То есть добавить специальную вспомогательную информацию, которая поможет восстановить основное сообщение в случае его искажения. Самый простой вариант, это повторить информацию несколько раз. Мы сами часто пользуемся таким способом, например, когда в важном разговоре повторяем одно и то же слово несколько раз или дополняем главную мысль фразами того же смысла. «Вы уверены в своем решении?» – «Да-да, конечно, я полностью уверен», «Можно?» – «Нет, нельзя ни в коем случае!». Это избыточность речи на уровне слов. Но все разговорные языки и сами по себе имеют избыточность, на уровне закономерности в звуках, в грамматике. Уровень избыточности различных языков примерно одинаков – 70‑80%. То есть, помимо сути, в разговоре передается еще почти столько же вспомогательной информации. Но эта информация ни в коем случае не передается зря: она предупреждает ошибки, облегчает прием информации на фоне помех. Избыточность обязательно используется там, где нужен надежный канал и где вероятны ошибки приема. «Лишняя» информация увеличивает общий объем, который приходится передавать, снижает содержательность, но она позволяет восстанавливать данные даже при частичной потере сигнала. Можете провести простой эксперимент с QR-кодом (например, на старой платежке): сотрите, закройте или закрасьте какую-то небольшую часть этого кода – всё равно ваш смартфон прочитает его корректно. Потому что разработчики QR-кодов догадывались, что их творение будут использовать не в самых идеальных условиях, и заложили в сигнал, которым в данном случае является картинка из контрастных квадратиков, дополнительную информацию – заложили избыточность.

Наше электромагнитное всё

В результате эволюции животные получили разнообразные органы чувств – рецепторы, которые способны принимать различные сигналы, и органы, которые могут эти сигналы генерировать: с позиций теории связи – приемники и передатчики. Вместе с эволюцией живых организмов от простейших до современных видов происходила эволюция их «средств связи». Естественный отбор оставлял тех, кто мог почувствовать пищу и опасность на максимальном расстоянии. Так органы чувств развились от самого древнего – осязания, которое работает только при непосредственном контакте, до обоняния – первой «системы ближней связи» животного. Но обоняние – это связь на основе переноса вещества, а значит относительно короткодействующее и медленное. Тогда природа придумала слух: немного модернизировала тактильные чувства, вынесла их рецептор в отдельный орган и снабдило «усилителями» – ушными раковинами. Появились и органы, которые способны генерировать звуки. Использование звука дало возможность воспринимать и передавать информацию, которая переносится на многие километры с огромной скоростью (в воздухе более 300 м/с, в воде – в пять раз быстрее). Но венцом творения эволюции стало зрение – способность воспринимать электромагнитные волны оптического диапазона. Зрение позволило получать информацию вообще без задержек, в огромном объеме и с нужного направления. Именно по зрительному каналу современный человек получает более 80% информации. Такими уникальными свойствами зрение обязано возможностям электромагнитных волн, к которым и возвращаемся. Электромагнитные волны – это распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля. И эти «возмущения» – уникальное явление нашего мира. Электромагнитные волны движутся в пространстве с огромной скоростью – скоростью света, распространяются и в вакууме, и в веществе, преодолевают расстояния космического масштаба, могут свободно излучаться в окружающее пространство, а могут концентрироваться вдоль направляющих структур. Основной параметр любой волны – её длина, то есть расстояние между двумя соседними максимумами или минимумами. Электромагнитные волны существуют в широчайшем диапазоне длин: от сверхдлинных радиоволн с длиной волны более 10 млн. километров, до гамма-излучения, длина волны которого менее 5 пм (один пикометр это одна миллиардная часть миллиметра). От миллионов «кило» до единиц «пико» –22 порядка! Как говориться, почувствуйте разницу. Казалось бы, весь ресурс – это изменение лишь только одного параметра – длины волны. Но здесь ярчайшим образом проявляет себя известный философский постулат о переходе количественного в качественное. Потому что в каждом диапазоне электромагнитные волны проявляют себя совершенно по-разному, имеют разные способы генерации и детектирования, излучения и приема, принципиально различающиеся особенности распространения. Основываясь на этих отличиях, электромагнитные волны подразделяют на радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение и рентгеновское- и гамма-излучение. Для связи используются радиоволны, видимый свет и инфракрасное излучение. Ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения ввиду их особенностей для связи практически не применяются. Хотя в 2019 году появились новости об испытаниях рентгеновской системы связи на МКС. Преимуществом рентгена является способность проникать не только сквозь мягкие ткани организма, но и сквозь слой плазмы, которая окружает спускаемый аппарат (или управляемую гиперзвуковую ракету типа «Авангарда»?).

Видимо — невидимо

Начнем с видимого света. Его главная ценность для человека, вот уж буквально, очевидна. В нас есть «встроенный приемник» электромагнитных волн данного диапазона. Причем, высокочувствительный приемник: как утверждают ученые, сетчатка глаза способна ощутить даже отдельные фотоны. Не умея источать собственный свет, люди научились использовать для создания систем связи его природные источники. Еще в древние времена, подчинив себе огонь, человек принял на вооружение сигнальные костры. Это дало возможность передавать простейшие, но важные сигналы на километры, что для звука уже почти недостижимо. Идею световой сигнальной связи развили оптические телеграфы и семафоры. На специально построенных башнях устанавливались разнообразные устройства для формирования оптических сигналов: или источники света, или подвижные элементы, которые перестраивались в хорошо различимые символы. Принимающая сторона через подзорную трубу могла издалека читать такие сообщения. Историки высказывают мысль, что знаменитая Вавилонская башня могла служить для оптического телеграфирования. А вдруг?

Интересно, что за миллионы лет эволюции никто из животных, и даже человек, так и не обзавелся «встроенным передатчиком» световых волн (светлячки не в счёт!). Действительно, для голосового обмена есть и приемник – уши, и передатчик – голосовой аппарат. Для обоняния есть нос, который ощущает запахи, и железы, которые их источают. И только по зрению некомплект: приемник есть, а передатчика – нет. А ведь потенциально это позволило бы обмениваться огромным объемом информации с непостижимой скоростью. Только представьте, что мысль, которую мы наговариваем собеседнику несколько минут, по световому каналу пронеслась бы мгновенно. Даже сама форма мышления могла бы развиться совершенно иначе: не словами, а некими образами. Правда, если дать волю фантазии и воспринимать иконопись и другие божественные иллюстрации с прекрасными нимбами натурально, то можно предположить, что на земле носители таких способностей когда-то были? Ну, а для простых людей, с нашими примитивными мыслями и взаимоотношениями, посчитали достаточным речевого общения.

На сегодняшний день в технических системах связи диапазон видимого света практически не применяется. Все современные системы связи, переносящие десятки триллионов бит в секунду, построены на двух китах: радиоволнах и инфракрасном излучении. Инфракрасное излучение простирается от света за границей красного спектра, который человеческий глаз уже не воспринимает, до тепла, излучаемого любым нагретым телом. Для связи используется ближний (коротковолновый) диапазон, который близок к видимому свету и может генерироваться светодиодами и лазерами. Всем известное бытовое применение инфракрасного излучения для связи – пульт дистанционного управления телевизором. Кстати, хотя наши глаза эти волны не видят, их «видит» камера любого смартфона, чем можно воспользоваться для проверки работоспособности пульта. Но передача простеньких команд от пульта до телевизора на пару метров – это чрезвычайно простая работа для инфракрасного излучения. Оно способно на гораздо, гораздо большее. На полную возможности инфракрасного света раскрылись в волоконно-оптических линиях связи. ВОЛС – это нервы нашей современной цивилизации, главные переносчики информации в масштабах планеты. Миллионы километров оптического кабеля переплели все страны, связали между собой континенты, их пропускная способность на порядки превышает пропускную способность всех других линий связи, вместе взятых. Ранее мы сравнивали линии связи с дорогами. Если так, ВОЛС – это самая широкая и скоростная автомагистраль, что вы можете себе представить. ВОЛС – это базовая инфраструктура Интернета, это магистральные каналы для телефонии, телевидения, всех крупных сетей связи. Сложно представить, но практически вся информация человечества, все эти миллиарды миллиардов бит в секунду, передаются по стеклянной нити толщиной с волос. Эта нить называется световодом. Если, очень упрощенно, описывать принцип действия волоконно-оптической линии, то можно представить световод в виде трубки с зеркальными стенками внутри. Передатчик светит в начало этой трубки, луч отражается от стенок и вот так, зигзагом, многократно отражаясь, доходит до её конца, где принимается приемником. Способ упаковки информации в сигнал по большому счету не отличается от индейского сигнального костра: передатчик кодирует информацию, включая и выключая свет в определенной последовательности. Принцип работы оптического волокна, казалось бы, очень прост. Но дьявол в деталях. Главной сложностью было создание сверхчистого стекла, из которого состоит световод. Посмотрите в окно: кажется ли вам стекло в нем прозрачным? Только кажется. Если бы оптическое волокно делали из оконного стекла, его длина не превысила бы метра, настолько быстро сигнал бы в нем угас. Современные волокна делают из высококачественного кварцевого стекла. Представьте, насколько оно прозрачное, если сигнал в волоконных линиях без регенерации передают на десятки километров. В плане пропускной способности, надежности, защищенности волоконно-оптической связи нет равных. Но до подвижных, или, например, космических объектов кабель не протянешь, да и между неподвижными объектами не всегда нужны такие скорости, да и кабель не всегда можно проложить. Нужно что-то, что передает информацию без каких бы то ни было кабелей. Это «что-то» – радиосвязь.

Излучающие информацию

Принцип работы радиосвязи кажется довольно простым. В нем всего четыре главных действующих лица: две антенны (приемная и передающая), переменный электрический ток и, собственно, радиоволны. Передатчик генерирует переменный ток в передающей антенне, переменный ток создает переменное электромагнитное поле – радиоволну, радиоволна распространяется в пространстве и достигает приемной антенны, в которой создает в точности такой же по форме переменный ток, как создал передатчик. Всё элементарно: вкладываем информацию в структуру тока передатчика (процесс называется модуляцией), забираем информацию из колебания тока приемника (демодулируем). Конечно, в реальности все гораздо сложнее. Радиоволны находятся в самом начале диапазона электромагнитных волн – они самые длинные. Их относительно легко генерировать и принимать, и, начиная с исследований Ампера и Фарадея, теоретических изысканий Максвелла, опытов Герца, и практической реализации Попова и Маркони радиоволны нашли самое широкое применение в технических средствах связи. По классификации международного союза электросвязи, к радиоволнам относят электромагнитные волны с частотами от 0,03 Гц до 3 ТГц, то есть с длинами волн от 10 млн. километров до 0,1 мм. Это огромный диапазон! В разных его областях радиоволны имеют свои особенности. Если бы мы существовали в сферическом вакууме, то волны ничем, кроме этой самой частоты, и не отличались. Но в реальности, с учетом распространения радиоволн в веществе, наличия эффектов поглощения, отражения и других, в каждом поддиапазоне волны ведут себя очень по-разному. От частоты или длины волны зависят два важнейших практических свойства радиосвязи. Во-первых, длина волны напрямую определяет габариты антенны. Чтобы эффективно излучать и принимать радиоволну, нужно иметь антенну с размерами порядка длины этой волны. Как ни удивительно, сейчас многие молодые люди не знают, что мобильный телефон – это радиопередатчик и радиоприемник. И у мобильного телефона тоже есть антенна. И даже не одна. В современном смартфоне их не менее четырех штук: собственно для GSM, для Wi-Fi, для Bluetooth и для NFC. На заре сотовой связи GSM-телефоны работали в диапазоне 900 МГц, чему соответствует длина волны 33 см, и многие были с внешней антенной. Сейчас в городах больше распространен стандарт GSM1800, в котором частота сигнала в два раза выше – 1800 МГц, а значит и длина волны в два раза короче – 17 см. Поэтому современные телефоны могут обойтись компактной антенной внутри корпуса. А вот FM-радио в габаритах смартфона принять проблематично, потому что длина волны УКВ-радиостанций около трех метров. Как инженеры вышли из положения? Правильно, научились использовать в качестве антенны провода наушников. Размеры современных гаджетов становятся всё меньше, и это одна из причин необходимости разработки всё более высокочастотных стандартов: чтобы разместить в корпусе более-менее эффективные антенны. Например, для связи с беспроводными наушниками или фитнес-браслетом используется стандарт Bluetooth, использующий диапазон частот 2400 МГц. Другая крайность – это циклопические антенны сверхдлинноволновых передатчиков. Например, одну из самых больших в мире антенн можно увидеть в окрестностях нашего города Нижнего Новгорода – знаменитую передающую радиостанцию «Голиаф». Эта радиостанция предназначена для связи с подводными лодками. Радиоволны с большими потерями проникают сквозь толщу соленой воды, но коэффициент поглощения зависит от длины волны: чем волны длиннее, тем он меньше. Поэтому сверхдлинные волны (от 5 до 20 км) всё же способны добраться до подводных объектов. Во-вторых, длина волны напрямую определяет то, какой объем информации можно передать по каналу связи за единицу времени. Чем выше частотный диапазон, тем более скоростной канал возможен. Чем частота меньше, тем меньше потенциальная скорость передачи данных: чтобы передать через «Голиаф» текст этой статьи на подводную лодку, потребовались бы многие часы. Этот важнейший параметр канала связи называется пропускной способностью. Кроме частоты, пропускная способность зависит от мощности сигнала: чем мощнее передаваемый сигнал, тем она больше. Но увеличение мощности передатчика чревато двумя негативными эффектами. Во-первых, возрастает его энергопотребление, а для мобильных устройств это критический фактор. Во-вторых, строго говоря, пропускная способность канала зависит от отношения мощности полезного сигнала к мощности шума в этом канале. А в реальности в общем канале одновременно передаются сигналы несколько передатчиков. Но для конкретного приемника сигналы, излучаемые всеми передатчиками, кроме «своего», тоже являются шумом. Они мешают приему, и передатчику еще более приходится поднимать мощность своего сигнала. Как на базаре: в общем шуме и гаме приходится говорить всё громче, чтобы тебя услышали. Наука предложила несколько способов одновременной работы нескольких передатчиков и приемников в общем ресурсе, но эта интересная тема достойна отдельной статьи.

Далеко и быстро

«Встроенные» в человека системы связи имеют один важный недостаток – они короткодействующие. Десяток метров и всё. А неопределенность возрастает с увеличением дистанции. Возрастает неопределенность – возрастает и ценность информации. Информация о наступающем неприятеле, которого уже видно, имеет малую ценность. То ли дело, если узнаешь о нем на дальних подступах. Это предопределило создание первых «технических» систем связи. Уже восемь тысяч лет назад грохот там-тамов эффективно оповещал об опасности африканское племя на обширной территории. В более поздние времена получили распространение сигнальные костры: ночью – огневые, днем – дымовые. Американские индейцы передавали своим соплеменникам различные сообщения, используя различные последовательности клубов дыма. На Руси для оповещения окрестных жителей о важных событиях использовался звон церковных колоколов. Даже сегодня, в XXI веке, некоторые африканские племена продолжают использовать сигнальные барабаны по их исходному назначению, так что это самая долгоживущая техническая система связи. Сейчас её бы классифицировали как систему аварийного оповещения и громкой связи. Важнейшей особенностью электросвязи является огромная скорость распространения сигнала, которая, как известно, равна скорости света – в вакууме и воздухе примерно 300 тыс. км/с или 1 млрд км/ч. Поэтому практически для всех систем связи на Земле можно считать, что сигнал распространяется мгновенно. Но для систем связи межпланетного масштаба конечность скорости света уже приходится иметь ввиду. Пожалуй, одними из первых столкнулись с такой проблемой в СССР водители луноходов, которые должны были управлять ими в реальном времени по видеоизображению с луноходных камер. Расстояние 384 467 км от Земли до Луны видеосигнал преодолевает только за 1,3 с, плюс столько же на обратный сигнал управления. С учетом аппаратной задержки общая задержка в контуре управления превышала 4 секунды. Если принять во внимание еще совсем не совершенное качество телеизображения, можно только восхищаться профессионализмом инженеров-водителей, которые умудрялись объезжать лунные кратеры и камни. Но что Луна! Это самое близкое к нам небесное тело. Планы человечества нацелены хотя бы на Марс. А до Марса в точке его ближайшего расположения ни много ни мало 56 млн. километров – а это уже трёхминутная задержка радиосигнала. При такой задержке даже телефонный диалог невозможен. Может показаться, что расстояния в миллионы километров – это удел систем связи далекого будущего. Ведь даже неспециалист в радиосвязи осознает, что на такой дальности сигнал драматически ослабевает. Тем фантастичнее реальность, ведь самая дальняя связь в настоящее время установлена со знаменитым космическим зондом «Вояджер-1», который уже давно покинул пределы Солнечной системы и находится на расстоянии примерно 22 млрд. километров от Земли. Страшно даже представить, но радиоволна – гонец, быстрее которого в природе нет – достигает Вояджера только за 20 часов. Кстати, «Вояджер-1» также является рекордсменом вещественно-предметной связи. Он несет на борту табличку с информацией о нас, землянах. Когда-нибудь инопланетяне обязательно получат эту посылку, в которой не только рисунок, но и закодированные аудио- и видеопослания. В пределах Земли скорость передачи информации со скоростью света кажется более чем достаточной. Так ли это? В большинстве практических случаев – да. Но тем интереснее исключения. Где важна скорость принятия решения? Например, там, где это решение напрямую оборачивается деньгами. Поэтому в XXI веке самые высокие требования к задержкам передачи информации предъявляют биржевые трейдеры. А именно – так называемые высокочастотные трейдеры. Это не люди, а специальные роботы-алгоритмы, которые в автоматическом режиме следят за курсом акций и, в зависимости от трендов, продают их и покупают. И если робот-трейдер фирмы А в Европе узнает о подешевевшей в США акции на долю секунды раньше робота фирмы Б, то шансы А на выгодную сделку будут выше Б. Здесь счет идет на миллисекунды! Самый быстрый способ передачи информации между Европой и Америкой – трансатлантические волоконно-оптические кабели. По какому кабелю информацию быстрее доставят, ту линии связи бизнес и предпочтет. Как уверяет физика, время равно длине пути, деленной на скорость. Следовательно, чтобы уменьшить время, надо уменьшать путь и увеличивать скорость. Поэтому ради сверхскоростных финансовых спекуляций прокладывают новые кабели – по предельно коротким маршрутам, и экспериментируют с типом волокна, пытаясь увеличить скорость света. Куда уж выше? – возможно спросите вы. Но скорость света в веществе меньше скорости света в вакууме и зависит от свойств материала волокна, вот с материалом и экспериментируют.

Всё переплетено (с) или Сколько байтов нужно, чтобы стать счастливым?

«Форма общества определяется скорее природой средств человеческой коммуникации, нежели её содержанием» – Маршалл Маклюэн.

Несколько десятков тысяч лет назад связь превратила человека-просто-одного-из-животных в человека разумного. До этого знаменательного момента человек обменивался информацией с другим человеком не больше других собратьев по фауне. Но с тех пор объем данных, который передается между людьми, постоянно растет, и этот потенциал до недавнего времени определяли именно системы связи. Средства массовой информации с функциональной точки зрения тоже являются системами связи. Исторически первым средством массовой информации стало книгопечатание. С помощью книг, а затем газет и журналов, идеи получили возможность распространяться по всей планете. Затем свой небольшой, но перспективный вклад в массовый обмен информацией дала телефонная связь. Далее к ней присоединилось проводное, а потом и эфирное радио. Но действительно много информации стало распространяться с изобретением телевидения. Телевидение за беспрецедентно короткое в масштабах истории время проникло в жилище каждого человека и впервые предоставило возможность практически неограниченного потребления информации. Потребление информации для человека также важно, как и потребление пищи – это наша базовая потребность, взращенная эволюцией. Древних людей, которые не любили внимательно смотреть по сторонам, съели тигры, и им не удалось передать свои гены потомкам, в отличие от их более любознательных соплеменников. Если рассматривать потребление информации в аналогии с потреблением пищи, то эпоха до СМИ – эта эпоха охоты и собирательства. Спрос на информацию превышал предложение. Чтобы получить нужную информацию – ее нужно было добыть, обработать … и у вас еще оставалось время, чтобы её не торопясь переварить. Прочувствуйте: возможно, появление СМИ – это ключевой, если не переломный момент в истории человечества. Телевидение организовало эдакую массовую информационную «столовую»: не всегда вкусные и не очень разнообразные блюда, но со всеми необходимыми питательными веществами и государственными витаминами, стали выдаваться всем желающим в любом объеме. Поначалу ограниченное меню постепенно расширилось, появились продукты для детей и взрослых, рабочего класса и интеллигенции, любителей спорта и развлечений. Предложение формировало новый спрос, спрос формировал новое предложение. Количество «контента» – так стали называть информацию, пригодную для потребления человеком, стремительно росло. Появилось множество «заводов» и «фабрик», которые в промышленном масштабе стали производить единственный продукт – информацию. Телевизионные каналы и киностудии стали новой индустрией: фабрики грез, цеха новостей, конвейеры развлечений с каждым годом увеличивали масштабы производства. Но даже телевидение померкло перед новой суперсетью массовой информации – Интернетом. Объем данных, ежесекундно генерируемых, пересылаемых и потребляемых во Всемирной Сети, возрос на многие порядки. Телевидение, радио, газеты, журналы, телефония – стали всего лишь одними из многих сервисов Интернета, каплями в море информации. В последние годы масштаб этого роста воистину грандиозен. К тысячам «фабрик» и «заводов», производящим информационный контент, добавились миллионы «индивидуальных предпринимателей» – разного рода блогеров, и миллиарды «рядовых» пользователей интернета. И если телевидение было бесплатной столовой, то интернет предоставил каждому личную скатерть-самобранку. Ешь что пожелаешь! Когда угодно, сколько угодно. Казалось бы, живи и радуйся. Но если даже потребление пищи мы контролируем так себе: переедаем, торопимся, предпочитаем вкусное полезному, то в случае потребления информации наш самоконтроль работает из рук вон плохо. Мозгоугодие не менее страшный грех, чем чревоугодие. Но пока большинство не видит в информационном обжорстве ничего страшного. Информационный фаст-фуд, глотание новостей на бегу, по заголовкам – стало нормой. Особенно, как и перед сладким, перед этим новым злом беспомощны дети. Ведь как пища бывает полезная и не очень, так и информация бывает разная по своей ценности для интеллектуального развития человека. Наш мозг чрезвычайно ленив (не потому, что он плохой, просто он старается минимизировать свои энергозатраты) и предпочитает получать информацию максимально простую, не требующую расхода энергии на ее «постобработку». Пример бородатый, но именно поэтому Живой Журнал с его длинными текстами потерял свою актуальность, уступив её Твиттеру с парой сотней символов на сообщение. А еще проще вообще не читать, а посмотреть картинку в Инстаграме. Для современных подростков даже видео Ютьюба кажутся слишком длинными, не то, что короткие ролики из ТикТока (тем более, как с этим конкурировать превратившимся в видеоролики учителям на удаленке, с их длинными скучными уроками?). Но проблема в том, что мы то, что мы потребляем. Упрощается контент – когнитивные функции мозга снижаются вслед за ним. Информации стало слишком много. А, ещё раз напомним, информация не существует без её передачи и приема. Мы потребляем весь этот огромный объем, потому что теперь до каждого из нас тянется множество каналов связи. И эти связи крепко-накрепко припаяны к нам. Через телевидение мы связаны с телеканалами и государством, от которых получаем новости, развлечения и пропаганду (что бы это ни значило). Через соцсети и Ютьюб мы связаны с «лидерами мнений» – разными популярными блогерами и селебрити, которые копируют в наш в мозг свое представление об этой жизни. В машине мы слушаем радио, на пробежке – музыку из плейера. На работе 8 часов в день внимаем информации с экрана компьютера. Безусловно, главная линия связи современного человека – это смартфон. Мы не расстаемся с ним ни во время еды, ни во время противоположного процесса, спим зачастую рядом, а просыпаясь, первым делом проверяем уведомления. Через смартфон мы связаны Телеграмом, Вайбером, Ватсапом, Инстаграмом, Контактом, Фейсбуком, Одноклассниками, всякими банками и прочими соцсетями, мессенджерами и сервисами со всеми своими родственниками, друзьями и коллегами, бесчисленными «друзьями», множеством компаний и других виртуальных лиц. Каждая такая связь – это отдельный канал между нами и тем, кто с нами связан. Получается, сейчас до нас, то есть до нашего мозга, протянуты тысячи каналов связи! Но пропускная способность мозга ограничена, и что бы не говорили о его безграничных возможностях, ограничены его способности по усвоению, обработке информации. Что мозгу остается, чтобы как-то с этим справится? Отдавать приоритет тем каналам, по которым информация поступает в самом простом виде, не требующем значительных ментальных усилий. Читать только заголовки, воспринимать сообщения поверхностно, не полностью «раскодировав» заложенную в них информацию. Очевидно, при неизменном ресурсе мозга, чем больше связей, тем каждая из них слабее. Слово «связь» по смыслу противостоит слову «свобода». Связанные, мы сильны как система, но менее свободны как её элементы. Связь превратила сообщество людей в самую могущественную силу на планете, но ослабила каждого отдельного человека как самодостаточного индивида, если хотите, как особь. Наша цивилизация продолжает развиваться и человечество в целом пока усиливает свои позиции. Что в этом дивном новом – сверхсвязанном – человечестве ждет каждого отдельного человека – большой вопрос. Связь делает из отдельных объектов систему. И сложность этой системы растет гораздо быстрее, чем увеличивается количество ее элементов и связей между ними. За какое-то мгновенье в масштабах истории общество стало невообразимо сложным: вряд ли хоть один институт, не говоря уже об отдельном человеке, может теперь понять законы его функционирования. И мир стал гораздо более нервным. Современная цивилизация, где информация распространяется по всей планете за мгновенье, при этом размножаясь миллиардами копий, не успевая «устаканится», и наоборот, усиливаясь и искажаясь (поскольку во всех этих каналах транзитом пока еще стоят люди), напоминает человека-невротика. Легко возбудим, боится собственных страхов, склонен к переоценке угроз. Всемирная эпидемия паники на фоне коронавируса тому яркое подтверждение. Если когда-то человеку предстоит бороться с этой системой, то связь – её самое уязвимое место. Ресурсы и энергия могут быть использованы локально, и только информацию нельзя получить без ее доставки – без связи.

Highly likely, что какие-то ошибки ускользнули от меня и еще ожидают проницательного взгляда какого-нибудь критически настроенного читателя. Я надеюсь, что радость открытия ошибок и испытанное при этом чувство интеллектуального превосходства над автором в какой-то мере вознаградят счастливца за потерю времени и беспокойство, которое могло доставить ему внимательное чтение. Льюис Кэрролл

Как автор связан со связью

В третьем классе собрал первую свою систему связи – связал донышки двух консервных банок бечевкой. В старшей школе увлекся радиолюбительством: пожалуй, одних только УКВ-приемников на легендарной К174ХА34 собрал штук семь. После школы – Политех, «Радиосвязь, радиовещание и телевидение». Затем разработка радиочастотных усилителей во ФГУП. А потом началась эпоха сотовой связи, и я перешел на темную сторону силы – в эксплуатацию. Но это была интересная пора, когда сети активно росли, а стандарт GSM еще не был монополистом. Как могли, мы пытались развивать нашу сеть «Экофон», работающую в наикрутейшем стандарте CDMA-800. Технология CDMA тогда сильно увлекла нас с научным руководителем, да и в двухлетней в то время армии научные роты еще не появились. Так я написал и защитил кандидатскую диссертацию на тему оптимизации сотовой сети CDMA в условиях минимума доступных ресурсов. Жаль, стандарту CDMA в нашей стране не дали развиваться, и Экофон ушел в историю. А я ушел в проектный институт и последние 12 лет занимаюсь проектированием, но теперь уже самых разных систем связи. На связи!

RU2621547C2 — Способ дистанционной мультиволновой электромагнитной радионейроинженерии головного мозга человека — Google Patents

Publication number RU2621547C2 RU2621547C2 RU2015125367A RU2015125367A RU2621547C2 RU 2621547 C2 RU2621547 C2 RU 2621547C2 RU 2015125367 A RU2015125367 A RU 2015125367A RU 2015125367 A RU2015125367 A RU 2015125367A RU 2621547 C2 RU2621547 C2 RU 2621547C2 Authority RU Russia Prior art keywords brain damage fus exposure patient Prior art date 2015-06-26 Application number RU2015125367A Other languages English ( en ) Other versions RU2015125367A ( ru Inventor Андрей Степанович БРЮХОВЕЦКИЙ Сергей Васильевич Медведев Игорь Степанович БРЮХОВЕЦКИЙ Людмила Викторовна Хазина Геннадий Тихонович Сухих Original Assignee Андрей Степанович БРЮХОВЕЦКИЙ Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 2015-06-26 Filing date 2015-06-26 Publication date 2017-06-06 2015-06-26 Application filed by Андрей Степанович БРЮХОВЕЦКИЙ filed Critical Андрей Степанович БРЮХОВЕЦКИЙ 2015-06-26 Priority to RU2015125367A priority Critical patent/RU2621547C2/ru 2017-01-10 Publication of RU2015125367A publication Critical patent/RU2015125367A/ru 2017-06-06 Application granted granted Critical 2017-06-06 Publication of RU2621547C2 publication Critical patent/RU2621547C2/ru

Links

Images

Classifications

    • A — HUMAN NECESSITIES
    • A61 — MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B — DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00 — Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05 — Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/055 — Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • A — HUMAN NECESSITIES
    • A61 — MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B — DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00 — Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24 — Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316 — Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369 — Electroencephalography [EEG]
    • A — HUMAN NECESSITIES
    • A61 — MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B — DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00 — Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02 — Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03 — Computerised tomographs
    • A — HUMAN NECESSITIES
    • A61 — MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K — PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K35/00 — Medicinal preparations containing materials or reaction products thereof with undetermined constitution
    • A61K35/12 — Materials from mammals; Compositions comprising non-specified tissues or cells; Compositions comprising non-embryonic stem cells; Genetically modified cells
    • A — HUMAN NECESSITIES
    • A61 — MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N — ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00 — Electrotherapy; Circuits therefor
    • A — HUMAN NECESSITIES
    • A61 — MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N — ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00 — Magnetotherapy
    • A — HUMAN NECESSITIES
    • A61 — MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N — ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00 — Ultrasound therapy

    Abstract

    Изобретение относится к медицине, лечению заболеваний и повреждений головного мозга (ГМ) человека. Способ дистанционной мультиволновой электромагнитной радионейроинженерии головного мозга включает следующие стадии: а) проектирования и разметки путем проведения комплексной диагностики методами МРТ-исследования ГМ, МРТ-трактографии проводящих путей зон повреждений (ЗП) ГМ, МРТ-ангиографии сосудов ГМ, позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) ГМ или ПЭТ всего тела пациента, компьютерной томографии (КТ) ГМ, церебрального электроэнцефалографического картирования (ЭЭГ) и/или магнитоэнцефалографии (МЭГ) ГМ с созданием индивидуальной 3D-карты моделирования повреждений нервной ткани (НТ) путем программного мультиуровневого слияния данных диагностики для последующего определения ЗП НТ путем их разметки на коже головы пациента с использованием аппарата стереотаксической радиотерапии и радиохирургии для определения углов наклона и радиусов воздействия последующего неионизирующего стереотаксического воздействия фокусированного ультразвука (ФУЗ) на НТ; b) ремоделирования сосудистого русла ЗП НТ с использованием ФУЗ под контролем МРТ ионизирующего излучения (ИИ) или структурно-резонансной терапии (СРТ); с) клеточной реставрации ЗП НТ путем направленной клеточной интервенции в ЗП НТ мобилизованных в периферический кровоток аутологичных мезенхимальных стромальных стволовых клеток (МССК), гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) и прогенеторных клеток (ПК); d) коррекции вегетативного обеспечения ЗП НТ путем сочетания воздействия на ЗП НТ электромагнитного неионизирующего излучения в виде СРТ с одновременным или последовательным воздействием ФУЗ; е) динамической интеграции соматических и вегетативных компонентов путем сочетания воздействия ФУЗ с одновременным или последующим воздействием СРТ; f) реабилитации функционального состояния поврежденной НТ ГМ путем использования сочетания СРТ и ФУЗ. Способ обеспечивает дистанционное, неинвазивное, сфокусированное, целенаправленное восстановление НТ ГМ при лечении целого ряда нервных и психических заболеваний человека при постадийном комбинировании воздействий разных типов электромагнитного излучения, что нивелирует недостатки и осложнения от использования этих известных методов облучения ФУЗ, ИИ, СРТ по отдельности, при минимальном достаточном объеме клеточной интервенции в мозг пациента. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 7 табл., 2 пр.

    Description

    Изобретение относится к области медицины, в частности к способам лечения заболеваний и повреждений головного мозга (ГМ) человека. Изобретение предназначено для проведения дистанционной мультиволновой электромагнитной радионейроинженерии (ДМВ ЭМ РНИ) нервной ткани (HT) ГМ человека и может быть использовано в комплексном лечении различных нервных и психических заболеваний в неврологии, психиатрии, нейрохирургии, нейроонкологии и регенеративной медицине.

    Актуальность разработки и социально-экономическая потребность в данном изобретении обусловлена угрожающими тенденциями роста количества неврологических и психиатрических больных с органическими заболеваниями и травмами ГМ в мире за последние 50 лет и очень низкой эффективностью современной терапии нервных и психических болезней. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) за 2013 год, каждый третий человек на Земле страдает заболеванием головного мозга. Это стало следствием того, что закономерным исходом современного многомесячного, а в ряде случаев многолетнего, лечения большинства больных с тяжелыми заболеваниями и повреждениями мозга почти во всех ведущих клиниках мира является высокий уровень смертности пациентов, выраженный необратимый неврологический дефицит и исход тяжелого неврологического заболевания в распад, дезинтеграцию психической деятельности и слабоумие, а также глубокая инвалидизация и десоциализация неврологических и психиатрических пациентов после их лечения и полная дезадаптация этого контингента больных в обществе. Несмотря на низкие показатели эффективности поражений мозга, стоимость их лечения постоянно растет. Например, только одному Евросоюзу лечение заболеваний мозга обходится в 80 млрд. евро ежегодно (Human Brain Project, 2012). Другими словами, современное лечение нервных и психических болезней на практике пока малоэффективно и безуспешно, стоит очень дорого и занимает от нескольких недель до нескольких десятков лет.

    В настоящее время современный стандарт лечения заболеваний мозга человека включает в себя в основном различные фармакологические препараты и известные способы реабилитационно-восстановительного лечения (физиотерапевтические процедуры, лечебная физкультура, гипербарическая оксигенация, массаж, акупунктура и т.д.). Поиск новых средств лечения нервных болезней и психиатрических расстройств и методов нейрореставрации мозга ведется постоянно.

    За последние 20 лет предпринимались неоднократные, но малоэффективные попытки реставрации поврежденного мозга человека путем нейрохирургического реконструктивно-восстановительного лечения. Основными методами этого лечения были большие открытые реконструктивно-восстановительные нейрохирургические операции, технологии тканевой инженерии и методики имплантации в мозг нейроинженерных систем и устройств. На сегодня в мире не существует ни одного стандарта или официально одобренного протокола нейрореставрации, а все существующие медицинские технологии реконструкции поврежденного ГМ человека и млекопитающих представляют собой большей частью нейрохирургические и микрохирургические «импровизационные» схемы больших или малых операций на мозге и его сосудах или реконструктивно-восстановительных операций по тканевой инженерии мозга с применением стволовых клеток (СК) и различных биополимерных матриксов.

    В мировой клинической практике реконструкции поврежденного мозга имеются также попытки применения различных способов восстановления морфологической структуры мозга, основанные на стандартных подходах применения технологий интервенционной рентгеноангионеврологии и функциональной нейрохирургии. Они базируются на методиках нейронавигации и малоинвазивных нейрохирургических вмешательствах (баллонная ангиопластика сосудов мозга, стереотаксическая радио- и криодеструкция нервной ткани, имплантация нейростимуляторов и т.д.) и стандартных манипуляциях сосудистой хирургии (симпатэктомия, блокады симпатических ганглиев, программная перфузия фармакологических препаратов и т.д.), применяемых в современной сосудистой нейрохирургии, функциональной нейрохирургии, нейроэндоскопической хирургии и рентгенохирургии. Все микронейрохирургические технологии, независимо от степени их инвазивности, пока еще никому в мире не позволили добиться полного излечения от нервных и психических заболеваний, а также получить реальное морфофункциональное восстановление поврежденного ГМ у человека, независимо от этиологии и патогенеза патологического процесса в мозге.

    Усилия нейрохирургов и нейрореаниматологов по внедрению высокотехнологичных методов лечения нервных болезней привели к резкому увеличению количества выживших пациентов после перенесенных мозговых катастроф, почти несовместимых с жизнью (травм мозга, инсультов, интоксикаций) с массивным поражением мозговой ткани и мозговым дефектом. Обратной стороной этих фантастических «победных успехов» по выживанию острых неврологических пациентов с травмами мозга, несовместимыми с жизнью, и очевидных достижений современной реанимационно-анестезиологической медицины стал значительный рост числа нервно-психиатрических пациентов с крайне тяжелыми органическими поражениями мозга. Особенностью и спецификой этого контингента больных с органической патологией мозга является их клиническая бесперспективность в терапии существующими методами фармакологического лечения и невозможность восстановления продуктивной интеллектуальной жизни пациентов на современном этапе развития нейронаук. Как правило, наиболее частым исходом тяжелого неврологического заболевания или травмы мозга является хроническое вегетативное состояние в виде апаллического синдрома или синдрома акинетического мутизма (синдром запертого человека) или деменции (слабоумие). В большинстве своем пациенты, выжившие после таких тяжелых травм мозга, это глубокие инвалиды с полной трудовой и социальной дезадаптированностью в семье, быту и обществе.

    Предполагается, что существенный прорыв в эффективности лечении органических заболеваний ГМ, возможно, будет достигнут в ближайшие 10 лет как следствие внедрения в современную неврологию и нейрохирургию инновационных технологий регенеративной медицины (тканевой инженерии, клеточной нейротрансплантации и клеточной терапии). Только за 2012-2013 годы в странах Евросоюза для лечения неврологических и психических больных были открыты более 80 государственных институтов регенеративной медицины и более 300 аналогичных институтов были организованы в США. Министерство обороны США сформировало на базе Wake-Forest University военный институт регенеративной медицины (IRM) и два научных консорциума (каждый из которых состоит из 16 государственных университетов) для решения этой проблемы и выделило на исследования более 300 млн долларов США. В функциональные обязанности этих новаторских учреждений входит создание инновационных технологий регенеративной медицины и, в том числе, разработка различных нейротехнологий реставрации поврежденного мозга. В последние годы это направление в медицине получило новое название — нейрореставрология. Создана Международная ассоциация по нейрореставрологии (IANR), которая считает основными инструментами и способами нейрореставрации инвазивные нейрохирургические технологии клеточной трансплантации и тканевой инженерии и биоинженерии ГМ.

    Нейрореставрология — это быстро развивающееся мультидисциплинарное хирургическое направление биоинженерной науки, определяемой как новаторская область медицины, занимающаяся созданием «искусственных тканей» и восстановлением дефектов тканей. В этом новом научном медицинском направления выделена новая медицинская специальность — регенеративная медицина (РМ), которая описывает тканевую инженерию как хирургическую специальность, использующую клетки, инженерные материалы и подходящие биохимические факторы для улучшения или замещения биологических функций для развития медицины.

    Создание имплантируемой биоконструкции или протеза искусственной ткани (в том числе и нервной) в современной биоинженерии и тканевой инженерии органов заставляет решать вопрос об оптимальном биоматериале, о типе используемых клеток, способе их культивирования in vitro в биореакторах, о разработке матриксов и возможности интегрировать живую биоинженерную конструкцию в мозг in vivo. При этом очевидно, что невозможно создать универсальную конструкцию a priori, которая полностью бы повторяла тончайшее равновесие структурных и биологических свойств естественных матриксов и клеточных систем ткани. Многие ткани, рассмотренные при большом увеличении, имеют случайную организацию. Однако природа функционирует таким образом, что все имеет свою системную организационную структуру. Именно по этой причине создание новой биологической организации в искусственной тканево-инженерной системе позволяет надеяться ученым на восстановление или замещение утраченной функции органа или ткани. Это в полной мере относится и к любой методологии реставрации ГМ человека.

    Следует признать, что за более чем 30-летнюю историю существования научно-обоснованной методологии и технологии клеточной трансплантации и тканевой инженерии пока еще так и не были созданы реальные органы и ткани, структурно и функционально соответствующие естественным органам и тканям человека. Существующие искусственные «подобия» или «эквиваленты органов» человека (мочевой пузырь, трахея или кость) пока еще являются слабым подражанием естественной структуре органов человека и животных, а в функциональном плане они вообще требуют очень серьезной доработки. Несмотря на то, что многие из них уже даже «пересажены» человеку, они еще очень далеки от совершенства и пройдет еще немало времени, когда они будут близки к своим естественным прототипам.

    В настоящее время одним из самых стремительно развивающихся трендов в фундаментальных разделах внутри биотехнологической платформы биоинженерии и тканевой инженерии ГМ человека является нейроинженерия. Википедия трактует нейроинженерию как научную дисциплину, входящую в состав биомедицинской инженерии и использующую различные инженерные методы для изучения, восстановления, замены или укрепления нервной системы. Нейроинженерия решает различные уникальные задачи по проблемам совмещения живых нейронных структур и неживых электронных конструкций.

    Другой мировой тренд по разработке и созданию инновационных методов лечения болезней ГМ направлен на создание беспроводных, мобильных, бесконтактных и преимущественно дистанционных нейротехнологий и разработку информационно-коммутационных платформ для лечения поврежденного ГМ человека. Эти инновационные стратегии современной нейронауки, клинической неврологии и психиатрии нашли свое отражение в материалах глобальных международных научно-исследовательских проектов Brain Initiation (США) и Human Brain Project (Евросоюз). В рамках американского научно-исследовательского проекта Brain Initiation в декабре 2013 года Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA) объявило о выделении многомиллионных грантов для двух новых разработок в целях создания новой методологии и технологий беспроводного устройства, излечивающего неврологические расстройства, а также аппарата, восстанавливающего активную память. Первый грант направлен на работу с так называемыми нейротехнологиями подсетей (SUBNETS), в частности на создание нового беспроводного устройства, способного излечивать такие неврологические расстройства, как посттравматический стресс, сильная депрессия или хронические боли. Второй грант выдадут ученым, которые сумеют восстановить активную память (RAM). Планируется разработать отдельные беспроводные устройства, исправляющие повреждения ГМ и восстанавливающие память. Программа включает в себя возврат не только моторной памяти, но и сложных иерархических воспоминаний. Несмотря на то, что данные разработки изначально предназначены для травмированных бойцов американской армии, их можно будет применять для помощи гражданскому населению, страдающему потерей памяти, стрессовыми расстройствами, слабоумием и прочими неврологическими и психическими заболеваниями.

    Ряд экспертов и исследователей в США и Европе считают этот бесконтактный подход DARPA к лечению неврологических больных нереальным, почти безумным и практически неосуществимым. Однако, сам факт того, что DARPA, основной генератор новых научных идей и ведущий производитель большинства мировых инноваций и новаторских технологий во всех областях науки и техники, уделяет столь пристальное внимание проблеме лечения данного контингента военных и гражданских больных неврологического и психического профиля еще раз подтверждает реальное отсутствие технологий лечения острой и хронической функциональной и органической патологии ГМ, а их технические условия для разработки и создания этих устройств задают очень высокую планку требований к созданию и проведению высокотехнологичных методов лечения заболеваний и повреждений ГМ, которой очень сложно соответствовать, не имея современного оборудования и достойной методологической и технологической базы.

    За последние 25 лет был получен достаточно большой опыт разработки, создания и клинического применения технологий регенеративной медицины в лечении болевой патологии мозга человека и использования трансплантаций фетальных нервных клеток (ФНК) у 550 пациентов, применения в клинике аутологичных мобилизованных в периферическую кровь гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) и прогениторных клеток (ПК) костного мозга у 5230 (пяти тысяч двухсот тридцати) пациентов с органическими заболеваниями центральной нервной системы (ЦНС). Около 12,5 лет применялись в эксперименте на животных и в клинических исследованиях на людях инновационные способы тканевой инженерии ГМ с использованием биоматериала ФНК и биополимерных матриксов (46 пациентов с повреждением СМ). Была создана, запатентована и успешно имплантирована человеку (52 пациентам с тяжелой травмой спинного мозга) аутологичная клеточно-биополимерная нейроэндопротезная система (патент RU 2394593 С2), созданная на базе разрешенного к клиническому применению в России биодеградируемого полимерного матрикса «СфероГель™» (патент RU 2249462 C1).

    Наиболее близким к настоящему изобретению (прототипом) по совокупности существенных признаков является известный биоинженерный способ восстановления функций мозга, описанный в патенте RU 2152038 C1, МПК G01N 33/68, А61В 17/00, А61Р 25/00, 2000 г. В этом патенте была раскрыт способ нейрореставрации нервной ткани поврежденного мозга человека путем алгоритмированного постадийного хирургического использования малоинвазивных технологий, рентгеноконтрастного инструментария и расходных материалов (имплантируемые баллоны, стенты, перфузоры, проводники и т.д.) рентгенохирургии, функциональной стереотаксической нейрохирургии и клеточной трансплантации, имплантации нейростимуляторов, нейросистем и электронных устройств. Сама идея программной многоэтапной реконструкции поврежденной HT мозга человека оказалась жизнеспособной. Известный способ включает в себя выполнение ряда последовательных стадий биотехнологического процесса малоинвазивной биоинженерии: 1) стадии проектирования, 2) стадии ремоделирования сосудистого русла, 3) стадии клеточной трансплантации, 4) стадии динамической интеграции соматических и вегетативных компонент, 5) стадии реабилитации.

    На стадии проектирования в известном способе-прототипе выявляют очаг поражения в ГМ и спинном мозге (СМ) путем визуального анализа данных КТ и МРТ головного мозга и этот очаг становится основным объектом реставрации ГМ или СМ. Стадию ремоделирования сосудистого русла в известном способе осуществляют путем хирургической транспозиции (хирургического перемещения) сальника на сосудистых связях к зоне реставрации ГМ или СМ или путем рентгенохирургического малоинвазивного внутриартериального вмешательства, реализованного путем пункции бедренной вены, постановки интрадьюсора и внутриартериальной рентгенохирургической установки перфузионного катетера, подведенного наиболее близко к зоне повреждения мозга в проекции реконструируемого сосудистого бассейна и проведении в течении 1-2 суток программной региональной перфузии вазоактивных фармакологических препаратов (вазопростан, папаверин, но-шпа и т.д.). Это позволило увеличить суммарную площадь капиллярной сети зоны реставрации в 5-6 раз. На стадии клеточной трансплантации в известном способе возмещают утраченный клеточный состав в месте повреждения ГМ и СМ с использованием технологий стереотаксической функциональной нейрохирургической или открытой хирургической нейротрансплантации клеток в паренхиму мозга. Восстановление клеточного состава нервной ткани в месте повреждения осуществляют путем прямой клеточной трансплантации, которая обеспечивает восстановление количественных параметров содержания клеток в зоне реконструкции и восстановление нарушенных синаптических связей между нейронами внутри нервной ткани. Эту стадию проводят путем трансплантации клеточных препаратов из фетальных клеток с использованием нейрохирургических приборов (аппарата для стереотаксиса и системы нейронавигации) или с помощью интравентрикулярной и интратекальной цитотрансфузии фетальных клеточных препаратов. Стадию динамической интеграции соматических и вегетативных компонент в известном способе выполняют путем проведения открытых хирургических мини-операций на вегетативных узлах или интервенционных манипуляций на вегетативных структурах автономной нервной системы. Для этого применяют операции по симпатэктомии на стороне повреждения ГМ, новокаиновые блокады региональных симпатических узлов или трансплантации нервных клеток в симпатические ганглии на стороне поражения мозга. Для восстановления вегетативных и клеточно-тканевых отношений в месте повреждения на этой стадии использовали субдуральную или внутримозговую имплантацию стандартных нейростимуляторов в проекции зоны тканевой реконструкции ГМ и СМ. Стадию реабилитации проводят путем применения стандартных современных методов восстановительного лечения неврологических больных (физическая реабилитация на тренажерах, физиотерапия, лечебная физкультура, массаж и т.д).

    Эффективность применения известного способа-прототипа была проверена у военнослужащих в условиях Филиала №3 (32 Центральный военно-морской клинический госпиталь) ГВКГ им. Н.Н. Бурденко, клинически доказана в условиях ведения боевых действий Вооруженными Силами России в период различных локальных военных конфликтов (Афганистан, Чечня, Абхазия, Нагорный Карабах). Применение этой малоинвазивной нейрохирургической технологии в военной медицине за весь период второго чеченского военного конфликта в сравнении с результатами лечения боевой травмы мозга в первом чеченском локальном конфликте позволило снизить смертность у раненых с боевой травмой мозга на 15%, а инвалидность у раненых уменьшить на 35%, а также на 10,5% снизить смертность от острых травматических ишемических повреждений ГМ.

    Однако, несмотря на очень позитивные результаты применения известного способа-прототипа в клинической практике военной медицины, главной нерешенной проблемой было большое количество грозных ятрогенных хирургических осложнений (субарахноидальных и субдуральных кровоизлияний в HT ГМ и СМ и ишемических инсультов, гнойно-септических менингитов и менингоэнцефалитов, коматозных состояний, септических осложнений и т.д.), возникающих почти на всех стадиях. Именно большое количество хирургических осложнений стало основной причиной ограничения применения этого известного способа в гражданском здравоохранении. Риск большого количества хирургических осложнений на войне недопустим в мирной жизни, особенно при оказании высокотехнологичной медицинской помощи мирному населению.

    Другим недостатком известного способа-прототипа было то, что способ учитывал только визуально выявленный при МРТ и КТ-исследованиях большой морфологический субстрат повреждения ГМ и СМ и абсолютно не учитывал мелкие повреждения HT и нейрофизиологические, метаболические и функциональные особенности повреждения мозга, которые играют большую роль в нарушении функций мозга.

    Еще одним серьезным недостатком способа-прототипа является крайне высокая себестоимость хирургического малоинвазивного лечения патологии мозга. Стоимость современного рентгенохирургического и нейронавигационного медицинского оборудования и специализированного расходного материала (катетеров, баллонов для ангиопластики, стентов и т.д.) для интервенционного рентгенохирургического вмешательства и проведения целого ряда последовательных операций биоинженерии мозга постоянно растет в арифметической прогрессии из-за применения инновационных зарубежных имплантационных материалов и мини-имплантов. Высокая стоимость расходных материалов определяет соответственно высокую себестоимость хирургических работ с этими материалами. Проблема снижения себестоимости лечения повреждений ГМ также заставляет искать новые импортозамещающие альтернативные и менее затратные способы лечения этих пациентов.

    Недостаточная эффективность современных технологий тканевой инженерии и биоинженерии мозга в способе-прототипе связана также с тем, что существующие технологии цитотрансфузий аллогенных фетальных клеток, аутологичных ГСК и гемопоэтических прогенеторных клеток являются в целом процессом малоуправляемым или, точнее, вообще неуправляемым. Большая часть использованного для лечения дорогостоящего фетального, гаплоидентичного или аутологичного клеточного биоматериала, способного оказывать регенеративное, нейротрофическое, стимулирующее, пролиферативное или регуляторное действие на зоны повреждения в ГМ, при интратекальном введении оседает на оболочках мозга или уходит в системный кровоток и костный мозг или в различные органы, а другая часть клеточного препарата просто лизируется агрессивным ликвором. При внутривенном и внутриартериальном введении клеточный препарат не может попасть в зоны реконструкции ГМ пациента из-за существующей защитной физиологической непроницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) для регуляторных мононуклеарных клеточных элементов крови, стволовых клеток (СК) и прогенеторных клеток (ПК) и большинства нейротропных фармакологических препаратов. Это создает условия невозможности преодолеть ГЭБ гемопоэтическими стволовыми клетками (ГСК), гемопоэтическими клетками-предшественниками (ГКП), стромальными мезенхимальными СК и другими молекулами биологически активных веществ (БАВ). Эти терапевтические агенты физически не способны попасть в достаточном количестве в зону реконструкции мозга. Как правило, большая часть клеточных систем препарата, полученного из мобилизованных в периферическую кровь ГСК и ПК костного мозга, оседают в различных органах и тканях или снова уходят в ниши костного мозга. Этот феномен хорошо известен и неоднократно демонстрировался в эксперименте и клинике.

    Неопровержимым научным фактом является биологический феномен того, что в зоне реконструкции мозга необходимо обеспечение максимума концентрации клеточного препарата, и это служит фундаментальным ключевым элементом для восстановления ткани и регулирования ее функциональных свойств и качеств. Сегодня в тканевой инженерии органов это обеспечивается хирургически путем максимального удержания клеточных систем в биополимерных гетерогенных матриксах, имплантируемых в место реставрации ГМ или СМ. Усилия специалистов по обеспечению максимальной концентрации СК в зоне реконструкции является базовым элементом всей системы замены пострадавших клеточных систем.

    В настоящее время поиск средств целенаправленной векторной доставки молекулярных компонентов фармакологического или клеточного препарата в место повреждения или реставрации ткани ГМ или СМ решается преимущественно биохимическим путем (липосомы, биополимерные капсулы вокруг клетки, наноструктуры и т.д.) и(или) иммунохимическим путем (иммунолипосомы, многокомпонентные векторы, которые создаются путем «пришивания» к клеткам и к молекулам антигенов или антител). Но эти подходы не являются физиологичными, наоборот, они становятся достаточно травматичными для внутренней структуры и гомеостаза ткани. «Мусор», остающийся в тканях после их применения, в виде остатков наноконструкций, обломков липосом, элементов антител или микрочастиц биополимерных и металлических шариков, технически невозможно и практически нереально удалить из межклеточной структуры органов и тканей человека.

    Другой, не менее важной проблемой и клиническим парадоксом регенеративной медицины вообще и способа-прототипа, в частности, является проблема «структуры и функции» реконструированного участка нервной ткани. Многолетний опыт нейрохирургической реконструкции поврежденного мозга показал, что даже полная нейрохирургическая реставрация анатомической целостности нервной ткани в месте повреждения и в ряде случаев даже умеренное нейрофизиологическое восстановление электрической проводимости вновь реконструированного участка ГМ в большинстве случаев (56,2%) не позволяет полностью восстановить нарушенную функцию ГМ. В то же время, в ряде других случаев минимальное воздействие (2-3 трансфузии клеточного препарата) стволовых клеток на застарелый, морфологически грубый рубцово-спаечный или кистозный дефект нервной ткани ГМ, без восстановления его анатомической целостности, позволяет запустить у пациента нарушенную функцию ходьбы, восстановить чувствительность и наладить работу копулятивной (половой) функции или отсутствующую функцию тазовых органов (дефекацию и мочеиспускание). Причиной этого необычного клинического явления считаются проблемы в образовании новых синаптических контактов (синапсогенез) между аксонами поврежденных нейронов. Этот научный факт «неосинапсогенеза» — один из известных и убедительно доказанных биологических феноменов, объясняющих один из основных фундаментальных механизмов действия клеточных препаратов в мозге. Поэтому за счет хорошего неосинапсогенеза восстановление электрической проводимости в поврежденном участке мозга абсолютно реально и может быть осуществимо за счет молекулярного нейротрофического секреторного действия клеточного препарата на локальный синаптогенез и соответственно восстановления физиологической последовательности прохождения электрического сигнала между нейронами. Но это не решает проблему по существу, так как, несмотря на максимально большое восстановление количественных параметров электропроводимости по нервам HT, нейрорегенерация HT не гарантирует полного восстановления качества передачи информации восстановленного сигнала в HT и это не обеспечивает восстановление нарушенных функций поврежденного мозга.

    Другой не менее важной и нерешенной проблемой способа-прототипа является компенсаторное формирование достаточно устойчивой морфофункциональной рубцово-кистозной трансформации ткани и недостаточность сосудисто-клеточной структуры нервной ткани в зоне повреждения. Вновь сформированные патологические сосудисто-клеточные связи в зоне поврежденного мозга очень прочны из-за глиозного соединительнотканного рубцового перерождения поврежденной HT. Такие связи, хотя и не обеспечивают функцию этого участка ткани, достаточно стабильны и устойчивы к любым внешним воздействиям клеток микроокружения, что не позволяют разрушить их обычным регуляторным сигналом трансплантируемых интактных СК и ПК.

    Все описанные недостатки способа-прототипа могут быть преодолены путем применения методов дистанционного (бесконтактного, т.е. без прямого контакта рук хирурга и хирургического инструментария с HT мозга человека) мультиуровневого электромагнитного волнового воздействия на ГМ человека с целью его направленной морфофункциональной реконструкции и нейрореставрации. Все методы реставрационного воздействия на мозг хорошо известны и описаны в научной литературе, поэтому в процессе создания настоящего изобретения было необходимо систематизировать все известные факты и экспериментальные данные о воздействии различных типов электромагнитного излучения на НТ ГМ и создать новую теорию и общую концепцию бесконтактной дистанционной реконструкции поврежденного мозга.

    Принципиально новое решение проблемы нехирургической реконструкции нервной ткани мозга возможно только нетрадиционным, ассиметричным и нелинейным путем, то есть путем кардинального изменения базовых принципов лечения и существующей методологии и технологии подхода к реконструкции мозга. Поставленную задачу дистанционного реставрационного воздействия на нервную ткань ГМ возможно решить на основе принципиально нового биотехнологического способа. Таким инновационным и новаторским методологическим подходом и альтернативным принципом разработки и создания новой нейротерапевтической стратегии лечения патологии мозга может быть только дистанционное комбинированное и алгоритмированное электромагнитное мультиволновое ионизирующее (ИИ) и неионизирующее излучение (НеИИ), то есть программное реконструктивное лучевое воздействие на поврежденную НТ ГМ человека электромагнитных излучений разной длины волны.

    Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка принципиально нового способа восстановления функций ГМ человека (способа тканевой инженерии) с использованием методов дистанционного мультиуровневого комбинированного воздействия различных типов электромагнитного излучения на ГМ.

    Решение указанной задачи достигается тем, что согласно настоящему изобретению предложен способ дистанционной мультиволновой электромагнитной радионейроинженерии головного мозга, содержащий проводимые последовательно следующие стадии:

    а) стадию проектирования и разметки, включающую в себя:

    — проведение комплексной диагностики, включающей высокоразрешающее МРТ-исследование головного мозга (ГМ), МРТ-трактографию проводящих путей зон повреждений ГМ, МРТ-ангиографию сосудов ГМ, позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) ГМ или ПЭТ всего тела пациента, компьютерную томографию (КТ) ГМ с разрешением не менее 32 слайсов, церебральное электроэнцефалографическое картирование (ЭЭГ) и/или магнитоэнцефалографию (МЭГ) ГМ;

    — создание индивидуальной 3D-карты моделирования повреждений нервной ткани (НТ) путем программного мультиуровневого слияния полученных данных проведенной комплексной диагностики для последующего определения зон повреждения НТ;

    — проведение разметки зон повреждений нервной ткани (НТ) ГМ на коже головы пациента путем использования аппарата стереотаксической радиотерапии и радиохирургии с определением углов наклона и радиусов воздействия последующего неионизирующего стереотаксического воздействия фокусированного ультразвука (ФУЗ) на НТ ГМ;

    b) стадию ремоделирования сосудистого русла зон повреждения НТ, включающую в себя в зависимости от этиопатогенеза заболевания мозга:

    — при опухолях, микроаневризмах, мальформациях, кровоизлияниях — деваскуляризацию зоны повреждения НТ в мозге путем деструкции питающих сосудов с использованием абляционного электромагнитного воздействия ФУЗ высокой интенсивности на сосуды зоны повреждения НТ под контролем МРТ и последующего электромагнитного воздействия путем стереотаксического ионизирующего излучения (ИИ) в режиме абляции, коагуляции и некротизации сосудов;

    — при ишемии НТ, атрофии НТ, демиелинизации волокон НТ гиперваскуляризацию зоны повреждения НТ в мозге путем дистанционного микроциркуляторного ремоделирующего воздействия на мозг с использованием воздействия на НТ структурно-резонансной терапии (СРТ) в стандартных режимах «микроциркуляции» и одновременного применения ФУЗ низкой интенсивности в режиме равномерного механического колебания НТ в зонах повреждения НТ;

    c) стадию клеточной реставрации зон повреждения НТ, осуществляемую путем направленной клеточной интервенции в зоны поврежденной НТ мобилизованных в периферический кровоток аутологичных мезенхимальных стромальных стволовых клеток (МССК), гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) и прогенеторных клеток (ПК) и включающую в себя:

    — мобилизацию МССК, ГСК и ПК из костного мозга в периферическую кровь пациента, проводимую с использованием гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (Г-КСФ);

    — активацию регенерации ГМ в зоне повреждения НТ и временное открытие гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) для проникновения МССК, ГСК и ПК в зону повреждения НТ путем проведения стереотаксического облучения этой зоны малыми дозами ИИ не более 2 Грей;

    d) стадию коррекции вегетативного обеспечения зоны повреждения НТ путем сочетания воздействия на зоны повреждения НТ ГМ электромагнитного неионизирующего излучения в виде СРТ в режимах вегетативного воздействия «симпатический» или «парасимпатический» с одновременным или последовательным воздействием ФУЗ низкой интенсивности в режиме умеренной стимуляции НТ;

    e) стадию динамической интеграции соматических и вегетативных компонентов путем сочетания воздействия ФУЗ низкой интенсивности на зону повреждения НТ в ГМ с одновременным или последующим воздействием СРТ в режимах умеренной «синхронизации» и

    f) стадию реабилитации функционального состояния поврежденной НТ ГМ путем использования сочетания электромагнитного неионизирующего воздействия СРТ в режиме «сканирующий» и стимулирующих воздействий ФУЗ низкой интенсивности.

    Кроме того, согласно настоящему изобретению можно пролонгировать позитивный эффект клеточного воздействия на поврежденную НТ путем того, что на стадии с) после мобилизации ГСК и ПК дополнительно осуществляют сбор, стандартизацию и криоконсервацию мобилизованных стволовых клеток костного мозга с целью их интратекального, интравентрикулярного, внутривенного или внутриартериального введения в организм пациента при его следующих госпитализациях.

    Кроме того, можно повысить проницаемость ГЭБ путем того, что на стадии с) перед облучением или во время него дополнительно проводят внутривенную инфузию озонированного 0,9% физиологического раствора.

    Проницаемость ГЭБ можно также повысить путем того, что на стадии с) после облучения дополнительно воздействуют ФУЗ низкой интенсивности.

    Помимо этого, на стадии с) в зоне повреждения НТ можно использовать СРТ (структурно-резонансную терапию) для повышения безопасности и эффективности проникновения аутологичных МССК, ГСК и ПК в эту зону.

    Воздействия ФУЗ, ИИ и СРТ проводят согласно настоящему изобретению преимущественно с использованием шлема, собранного на основе стереотаксического нейрохирургического аппарата, оснащенного держателями для «пальчиковых» датчиков ультразвукового воздействия, обеспечивающих фокусированное воздействие ультразвука.

    Основным техническим результатом, достигаемым в настоящем изобретении, является то, что постадийное комбинирование одновременных или последовательных воздействий разных типов электромагнитного излучения (ФУЗ, ИИ, СРТ) на ГМ человека в описанных выше сочетаниях уничтожает или, по меньшей мере, нивелирует, т.е. уменьшает, смягчает, сглаживает, минимизирует недостатки и осложнения от использования каждого типа излучения по отдельности.

    Авторы настоящего изобретения полагают, что предложенный способ может быть отнесен именно к технологиям нейроинженерии, а применение современных медицинских аппаратов и устройств для проведения стереотаксического ионизирующего воздействия (стереотаксической лучевой терапии и радиохирургии) и электромагнитного волнового воздействия (структурно-резонансной терапии) и ультразвуковой терапии в настоящем изобретении позволяет говорить о дистанционном реконструктивном сфокусированном разноуровневом молекулярно-клеточном и системном мультиволновом радиобиоинженерном воздействии на нервную ткань мозга или о радиобиоинженерном способе реставрации поврежденной нервной ткани ГМ человека. Можно также сказать, что в настоящем изобретении предлагается альтернативная современной хирургии радиотерапевтическая реконструктивная технология дистанционной стереотаксической программной мультиволновой нейроинженерии, которая может быть использована для лечения целого ряда нервных и психических заболеваний человека.

    Технически предложенный способ лечения нервных и психических болезней решает задачу реставрации поврежденной НТ мозга путем целенаправленного программного фокусированного и(или) генерализованного (системного) воздействия на мозг электромагнитных излучений разной длины волны. Реставрационный эффект в поврежденной нервной ткани возникает за счет инициации в ней определенных нейробиологических эффектов отдельных лучевых или волновых методов воздействия (ФУЗ или СРТ) на ГМ, а также за счет комбинационных сочетаний (ИИ + ФУЗ, ИИ + СРТ, СРТ + ФУЗ) за счет одновременного применения мультиуровневого и мультиволнового стереотаксического и системного воздействия на поврежденную НТ ГМ, обеспечивая возникновение в определенном участке НТ требуемых для лечебной стратегии нейроморфологических и молекулярно-биологических эффектов.

    В настоящем изобретении предложен альтернативный современной хирургии путь реставрации НТ поврежденного ГМ. Авторы настоящего изобретения установили, что самые лучшие результаты применения клеточных технологий и тканевой инженерии ГМ имеют место тогда, когда осуществлялся минимально достаточный объем прямой или опосредованной нейрохирургической или трансфузионной клеточной интервенции в мозг пациента. Чем меньше дополнительных хирургических разрушений мозговой ткани при проведении реконструктивной нейрохирургии или интервенционных вмешательств на поврежденном ГМ можно обеспечить при проведении его реставрации, тем лучшие отдаленные клинические результаты лечения получались на выходе. Самые лучшие результаты лечения неврологических и психопатологических расстройств ГМ с применением технологий регенеративной медицины были получены авторами настоящего изобретения не от высокотехнологичных нейрохирургических операций по тканевой инженерии мозга, а от интратекальных трансфузий (переливаний стволовых клеток) препарата ГСК (почти 55,4% позитивных результатов) в субарахноидальное пространство пациентов с поврежденным ГМ.

    Очевидно, что уникальными способностями, требуемыми для реконструкции ткани ГМ, обладают преимущественно лучевые воздействия различных типов электромагнитных излучений (ЭМИ) на ГМ человека. При оценке эффектов взаимодействия ЭМИ с различными биологическими объектами принято разделение излучений на ионизирующие излучения (ИИ) и неионизирующие излучения (НеИИ). Обычно к ИИ относят такие электромагнитные колебания (оптическое, рентгеновское, гамма-излучение), квант энергии которых велик настолько, что возможны, например, разрывы межмолекулярных связей или ионизация атома. Более длинноволновые электромагнитные колебания с малой величиной кванта энергии относятся к НеИИ.

    Характер взаимодействия электромагнитной волны с биологическим объектом определяется как параметрами излучения (частотой или длиной волны, скоростью распространения, когерентностью колебания, поляризацией волны), так и физическими свойствами биологического объекта как среды, в которой распространяется электромагнитная волна (диэлектрической проницаемостью, электрической проводимостью), а также параметрами, зависящими от этих величин (длиной электромагнитной волны в ткани, глубиной проникновения, коэффициентом отражения от границы воздух — ткань). Так, уменьшение амплитуды волны при ее проникновении в ткань можно характеризовать глубиной проникновения О — расстоянием, на котором амплитуда колебаний уменьшается в ~ 2,72 раза. Например, при X=10 см (частота колебаний 3 ГГц) глубина проникновения в мышечной ткани и коже составляет 15 см, а при X=8 мм (частота 37,4 ГГц) величина σ=0,3 мм. Тенденция уменьшения σ с уменьшением К наблюдается до тех пор, пока длина волны в среде существенно превышает размеры клеток или входящих в них органелл. На очень высоких частотах проницаемость тканей для электромагнитных колебаний вновь начинает возрастать. Например, жесткое рентгеновское и гамма-излучения пронизывают мягкие ткани практически без ослабления. Типичным примером энергетического воздействия излучения на организм является гипертермия, когда полезный эффект достигается при переходе энергии электромагнитного излучения в тепло. Но возможно и такое воздействие электромагнитного излучения на организм, при котором повышение температуры незначительно (

    Наиболее изученными и детально описанными в литературе сегодня являются нейробиологические эффекты воздействия ЭМИ ионизирующего (λ=10-0,0001 нм) характера (ИИ) на ГМ и СМ человека. Полученные научные факты воздействия ИИ на мозг стали фундаментальной и основополагающей научно-практической базой для применения их в медицинской радиологии. Принято считать в радиобиологии, что морфологическое радиационное поражение ЦНС возможно лишь при локальном облучении мозга в дозах >10-50 Гр. Радиационный некроз головного мозга наблюдается при локальном облучении мозга в дозах >70 Гр, после чего возможно развитие радиогенной деменции (слабоумия). Гамма-облучение в дозе 87,5 Гр вызывает в древней коре головного мозга белых крыс комплекс типовых неспецифических морфофункциональных перестроек, которые включают фазные изменения в соотношении различных клеточных форм нейроцитов, их количества, объемов тела, ядра и ядрышка нейронов, развитие пограничных, деструктивных и компенсаторно-приспособительных изменений нервных клеток, изменение биоэнергетического обмена и проницаемости ГЭБ. Характер и степень выраженности изменений зависят от времени после прекращения воздействия факторов. По-видимому, увеличение количества гипохромных форм нейроцитов, наблюдающееся в пострадиационном периоде, происходит в результате гипохромной трансформации нормо- и гиперхромных нейронов путем интенсивной утилизации рибонуклеопротеидов в метаболизме нейронов. Фазные изменения величины объемов тела, ядра и ядрышка нейроцитов, вероятно, обусловлены циклическими изменениями интенсивности внутриклеточного обмена, приводящими к формированию полярно изменяющегося осмотического градиента в гиало- и нуклеоплазме клеток. Под влиянием ИИ в нервной ткани развиваются наиболее выраженные дистрофические и некротические изменения. ИИ вызывает в нервных клетках разнонаправленные изменения активности аэробных путей биоэнергетического обмена, а также приводит к нарушению транспортной функции ГЭБ НТ мозга.

    Выраженные морфологические проявления поражения клеток ЦНС наблюдаются, как правило, только после воздействия в дозах, приближающихся к 50 Гр и выше. Наиболее ранние изменения обнаруживаются в синапсах — слипание синаптических пузырьков в скоплениях, появляющихся в центральной части пресинаптических терминалов или в активной зоне. При световой микроскопии через 2 ч после облучения в таких дозах обнаруживается набухание клеток, пикноз ядер зернистых клеток мозжечка, реже — других нейронов, явления васкулита, менингита, хориоидального плексита с гранулоцитарной инфильтрацией. Максимум изменений приходится на первые сутки после облучения. При более высоких дозах может наблюдаться ранний некроз ткани мозга. При облучении в дозах 10-30 Гр в клетках ЦНС нервной системы обнаруживают угнетение окислительного фосфорилирования. Последнее связывают с дефицитом АТФ, расходуемого в процессе репарации вызванных облучением разрывов ДНК.

    Толерантной дозой на мозг считают 55-65 Гр, а толерантной фракционной дозой — 2 Гр. Первичное поражение ЦНС при облучении всего тела считают возможным лишь при дозах >100 Гр (церебральная форма острой лучевой болезни или сокращенно ОЛБ), а вторичное радиационное поражение ЦНС — при 50-100 Гр (токсемическая форма ОЛБ). Порогом возникновения радиационно-индуцированных нейроанатомических изменений считают дозу 2-4 Гр общего облучения. В то же время в экспериментальных исследованиях морфологические изменения нейронов выявляли уже при дозах 0,25-1 Гр общего облучения, а дозу 0,5 Гр рассматривали пороговой для радиационного поражения ЦНС с первичными нейрональными повреждениями. Стойкие изменения церебральной электрической активности имели порог 0,3-1 Гр и возрастали пропорционально поглощенной дозе облучения. Нарушение деятельности ЦНС возможно при воздействии радиации в относительно малых дозах. Облучение модифицирует нейротрансмиссию, что приводит к множественным церебральным и поведенческим эффектам, которые в значительной степени зависят от дозы облучения. После общего облучения в дозах 1-6 Гр описывали медленно прогрессирующую лучевую болезнь ЦНС. В отчете НКДАР ООН за 1982 г. (UNSCEAR Report, 1982) указано, что после облучения в дозах 1-6 Гр развивается прогрессирующая дегенерация коры головного мозга. Показано, что субхроническое воздействие 137 Cs в дозах, соизмеримых с дозами в результате аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС), приводит к молекулярным модификациям про- и антивоспалительных цитокинов и NO-эргических путей в головном мозгу. Нейровоспалительные реакции могут объяснять электрофизиологические и биохимические отклонения, наблюдаемые при хроническом воздействии 137 Cs.

    Хотя в систематических обзорах не получено окончательных доказательств зависимости риска заболеваний мозга и сердечно-сосудистой системы от дозы облучения в диапазоне 0-5 Зв, в опубликованном английском эпидемиологическом исследовании у работников, связанных с источниками ионизирующих излучений (nuclear workers), мужского пола выявлено дозозависимое повышение смертности от заболеваний системы кровообращения (ERR на 1 Зв = 0,65 (90% ДИ: 0,36-0,98)), причем эксцесс значимо проявлялся при кумулятивных дозах >300 мЗв. В США уже установлена максимальная допустимая годовая доза искусственного облучения для населения 0,1 м 3 /год.

    Возможными пороговыми дозами отдаленного церебрального радиационного повреждения являются малые дозы 0,1-1,3 Гр на головной мозг в детстве. Радиационно-ассоциированные эффекты у взрослых установлены при дозах >0,15-0,25 Зв. Дозозависимые нейропсихиатрические, нейрофизиологические, нейропсихологические и нейровизуализационные отклонения выявлены после облучения при дозах >0,3 Зв, а нейрофизиологические и нейровизуализационные маркеры — при дозах >1 Зв. Таким образом, существуют достаточно противоречивые точки зрения в отношении радиоцеребральных эффектов ИИ.

    Облучение головного мозга ИИ модулирует паттерн экспрессии 1574 генов, из которых у 855 отклонения наблюдаются в более чем 1,5 раза. Изменения около 30% генов носят дозозависимый характер, включая гены, которые поражаются исключительно при дозах 0,1 Гр. Около 60% генов изменяются в зависимости от времени после облучения, причем большинство генов нарушаются на 30-й минуте по сравнению с 4 ч после воздействия радиации. Ранние изменения включают передачу (трансдукцию) сигналов, ионную регуляцию и синаптическое сигналирование. Более поздние нарушения представлены изменениями метаболических функций, а именно синтеза миелина и протеина. Малые дозы радиации также модулируют экспрессию генов, ответственных за реакцию на стресс, контроль клеточного цикла, а также синтез и репарацию ДНК. Доза 0,1 Гр вызывает такие изменения экспрессии генов, которые качественно отличаются от таковых при воздействии 2,0 Гр. Полученные данные свидетельствуют о том, что облучение ГМ в малых дозах индуцирует экспрессию генов, ответственных за протекторные и репаративные функции, тогда как гены с пониженной модуляцией вовлечены в нейрональное сигналирование. Изменения генного профиля ГМ после облучения являются комплексными и зависящими как от времени после воздействия радиации, так и от дозы облучения. Радиационный ответ клеток-предшественников из зоны гиппокампальной зубчатой извилины и нарушенный нейрогенез могут играть значимую, если не причинную, роль в радиационно-индуцированных когнитивных нарушениях.

    Анализ транскриптомных профилей ГМ мышей после облучения всего тела показал, что воздействие малых доз радиации (0,1 Гр) индуцирует такие гены, которые не поражаются облучением в больших дозах (2 Гр). Установлено, что гены, реагирующие на облучение в малых дозах, ассоциированы с уникальными нейрональными путями и функциями. Молекулярный ответ ГМ мышей через несколько часов после воздействия ионизирующего излучения в малых дозах включает пониженное регулирование нейрональных путей, которые ассоциированы с когнитивной дисфункцией. Такое пониженное регулирование наблюдается при нормальном старении человека и болезни Альцгеймера.

    Сегодня существуют новые доказательства радиационно-индуцированной молекулярной и клеточной основы церебральных эффектов вследствие воздействия ИИ в малых дозах: нарушенный нейрогенез в гиппокампе взрослых, изменения в профиле экспрессии генов, нейровоспалительные реакции, альтерации нейросигналирования, апоптотическая клеточная гибель, смерть клеток и их повреждения вследствие вторичных поражений и др. Эти нарушения вместе с давно и хорошо известным «сосудисто-глиальным союзом», вероятно, и объясняют патогенез радиационного поражения ГМ. С другой стороны показано, что применение малых доз ИИ может быть использовано для стимуляции регенерации ткани, преходящих кратковременных изменений состояния и проницаемости (открытия и закрытия) ГЭБ в нервных тканях ГМ.

    Таким образом, минимально безопасным терапевтическим режимом применения ионизирующего электромагнитного лучевого воздействия на мозг человека следует считать 1 Гр, а толерантной фракционной дозой — 0,1 Гр. Именно эти режимы авторы настоящего изобретения считают обоснованным и целесообразным применять для решения задач изобретения.

    Повышенная чувствительность нервной системы к воздействию ЭМИ неионизирующего диапазона (НеИИ) также общеизвестна. Об этом свидетельствуют факты нервно-психических расстройств у лиц, длительно контактирующих с источниками излучения. Взаимодействие электромагнитного НеИИ с биологической средой на различных уровнях ее организации также хорошо изучено — от отдельных атомов или молекул до простейших структур, таких, как мембраны или инфраструктуры клетки.

    Действие магнитной составляющей ЭМИ может быть связано с парамагнитной ориентацией молекул, а также с изменением траектории движущейся заряженной частицы под действием силы Лоренца. Действие электрической составляющей связано с колебательным движением свободных зарядов (электронов, ионов). Электрическая составляющая может изменить ориентацию молекул, имеющих начальный дипольный момент. Так как среда обладает электрическим сопротивлением и вязкостью, в ней возникают потери энергии. Эти процессы хотя и могут зависеть от частоты излучения, но вряд ли будут проявлять такую высокую критичность к ней, которая характерна для биологических экспериментов.

    При облучении молекул нервных клеток энергия НеИИ расходуется на переходы молекул из одного энергетического состояния в другое. Переходы электронов между энергетическими состояниями соответствуют оптическому диапазону. СВЧ-диапазону соответствуют вращательные переходы или вибрационные переходы, если рассматривать сравнительно крупные структуры. В случае совпадения частоты излучения с частотой вращения полярных молекул возможна резонансная перекачка энергии излучения молекул. При таком взаимодействии структура молекулы не меняется, но вращательная кинетическая энергия ее увеличивается. Для эффективности энергообмена важно, чтобы этот процесс был длительным, а диссипация энергии минимальной. В случае молекул воды, как уже указывалось, резонансная перекачка энергии сопровождается быстрым ее рассеянием вследствие соударений молекул. Поэтому резонансный характер взаимодействия наблюдать в экспериментах визуально невозможно.

    При анализе динамики молекулярных белков клеток НТ также можно выделить колебания отдельных фрагментов с частотами, лежащими в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах, однако эти движения ангармоничны и по истечении нескольких периодов колебаний прерываются тепловыми флуктуациями. Следовательно, внешнее электромагнитное излучение не может оказать существенного влияния на такие молекулярные движения.

    В медицине электромагнитные волны используются в качестве лечебного и диагностического средства. Шкала ЭМИ, применяемых в современной медицине, представлена в Таблице 1.

    Figure 00000001

    Широко известно использование ЭМИ лазеров в научной и практической медицинской деятельности. На основе различных типов лазеров разработана хирургическая и терапевтическая лазерная аппаратура. Разработаны методики лечения многих заболеваний, например долго незаживающих трофических язв и ран, многих видов кожных заболеваний, ишемии сердца и др. Начали осваиваться методы лазерной акупунктуры при лечении ряда заболеваний. В онкологических клиниках начинает широко использоваться СВЧ-гипертермия — сфокусированное электромагнитное излучение, на фиксированной частоте локально нагревающее опухоли (примерно до температуры 42-45°С), выступает в качестве дополнительного лечебного фактора. Торможение роста и рассасывание опухоли связаны как с нагревом, так и с усилением действия основных лечебных факторов — химиотерапевтических препаратов и рентгеновского излучения.

    В отличие от рассмотренных выше примеров использования высокоинформативных когерентных колебаний при инфракрасном излучении играет роль не внешнее (от искусственного источника), а собственное тепловое (некогерентное) электромагнитное излучение биологического объекта. Максимум теплового излучения тела человека по длинам волн находится около 104 нм. Для этого инфракрасного участка спектра созданы весьма чувствительные приемники на полупроводниковых соединениях, охлаждаемые жидким азотом, а на их базе — так называемая тепловизионная аппаратура. В тепловизорах тепловое поле кожи человека преобразуется в видимое изображение на экране кинескопа. По этому изображению можно определять в градусах отклонение тепловых полей от нормы. Такие наблюдения дают достаточную информацию для диагностики ряда заболеваний, для контроля динамики их развития и хода лечения.

    Показано, что внешние (электрические и электромагнитные) сигналы ЭМИ с частотными характеристиками определенных биологических ритмов влияют на различные уровни (клеточный, органный, системный) и пути регуляции (нервный, гуморальный, энергетический). В целях селективного дистанционного воздействия ЭМИ на различные уровни организма был предложен метод структурно-резонансной электромагнитной терапии (СРТ). Этот метод воздействий электрическим током и электромагнитным излучением сверхнизкой интенсивности, частотные параметры которых соответствуют эндогенным биоритмам здорового человека и являются резонансными, при которых лечебный эффект усиливается благодаря синхронизации ритмов действующего фактора и соответствующей функциональной системы. Суть биологического резонанса сводится к многократному усилению эффекта воздействия при совпадении воздействующей частоты с собственной частотой биообъекта. Уникальность СРТ терапии состоит в корректном физиологичном воздействии на организм человека переменным электрическим током специфической формы, амплитуды и частотами, выбранными на основе частот спонтанной биопотенциальной активности органов и тканей человека. В результате создаются условия восстановления собственных, генетически обусловленных ритмов человеческого организма в соответствии с законом резонанса. В связи с этим терапевтические возможности методики чрезвычайно широки, а отсутствие элементов нагрева и стимуляции снижает вероятность развития побочных эффектов и осложнений.

    Метод СРТ был разработан сотрудниками ЦМСЧ №165 ФМБА России и лаборатории клинической фармакологии Московской медицинской академии им. Сеченова и Отделом теоретических проблем нелекарственной терапии Научно-исследовательского института традиционных методов лечения и диагностики. Для общего системного низкоинтенсивного воздействия используют аппарат «РЕМАТЕРП», для локального воздействия — аппараты «КЭЛСИ-01-МЦК» и «РАДОМЫС-МЦК». Используемый в аппаратах «РЕМАТЕРП» диапазон частот от 0,026 Гц до 360000 Гц позволяет воздействовать на все уровни структурной организации — клеточный, тканевой, органный, системный. Лечебные эффекты низкочастотной магнитотерапии — противовоспалительный, обезболивающий, регенеративный, иммунокорригирующий — в полной мере присущи электромагнитному варианту СРТ. СРТ является также одним из нехирургических путей преодоления проблемы нарушения микроциркуляции в зоне повреждения НТ мозга, способным оказать нормализующее и регулирующее действие на существующую клеточно-сосудистую микрокапилярную сеть зоны повреждения НТ.

    Механизм воздействия СРТ на поврежденный мозг человека неплохо изучен. Группой отечественных исследователей (О.П. Кузовлев, И.Л. Блинков, Л.В. Хазина) был проведен анализ известных биоэффективных частот — собственных экспериментально найденных и расчетных (по методу Э.Н. Чирковой) резонансных частот различных органов и тканей человеческого организма, который позволил создать единую систему (своего рода периодическую систему структурно-резонансных частот для различных органов и тканей), на основе которой создана специализированная аппаратура, реализующая принципы структурно-резонансной электромагнитной терапии у человека. Как утверждают исследователи, периодическая система структурно-резонансных частот органов и тканей человека является матрицей программы управления всеми физиологическими процессами жизнедеятельности. Управление всеми процессами осуществляется за счет физических процессов, несущих информационно-электромагнитных сигналы соответствующей частоты, амплитуды, формы и других характеристик. Получив такой сигнал, ГМ начинает работать в соответствии с природным алгоритмом работы органа. Например, использовав микроциркуляторный режим структурно-резонансного воздействия на ГМ пациента, эта группа исследователей с использованием аппарата для физиотерапии «РЕМАТЕРА» и аппарата физиотерапии электростимулятор «РЕКЭЛСИ» для воздействия на поврежденный спинной мозг пациента с соответствующими частотными характеристиками от 5836,09 Гц к 8454,144 Гц до 12681,22 Гц и периодом 93 секунд доказала возможность изменения геометрии и объема сосудистого русла различных органов и тканей и запатентовала этот феномен.

    Существующие способы проведения СРТ ГМ реализуется устройствами с воздействием электрическим током контактно (на кожу) или магнитной составляющей электромагнитного поля — бесконтактно (посредством индукторов через одежду). Как с точки зрения воздействия на зоны сингулярности, управляющие ритмическими волнообразными процессами, так и с точки зрения энергетической мощности (на уровне или менее мощности магнитного поля Земли) СРТ с бесконтактным способом воздействия относится к информационным воздействиям и позволяет осуществить следующие реконструктивные воздействия на НТ:

    — ЭМИ сверхнизкой интенсивности на ткани человека оказывает микрососудистое воздействие, раскрывает микрокапилярную сеть в зоне повреждения;

    — ЭМИ, частотные параметры которых соответствуют эндогенным биоритмам здорового человека и являются резонансными, оказывает регуляторное воздействие на НТ ГМ и СМ;

    — лечебный эффект ЭМИ усиливается благодаря синхронизации ритмов действующего фактора и соответствующей функциональной системы, что приводит к биологическому резонансу, суть которого сводится к многократному усилению эффекта воздействия при совпадении воздействующей частоты с собственной частотой биообъекта;

    — при облучении ЭМИ миллиметрового диапазона длин волн при малой плотности потока мощности, составляющей доли или единицы милливатт на 1 см 2 облучаемой поверхности (длина волны излучения в свободном пространстве от 1 до 10 мм), СК способны оказывать информационное, регуляторное и управляющее воздействие на поврежденные ткани путем направленного неионизирующего электромагнитного излучения низкой или нетепловой интенсивности.

    Другим направлением неионизирующего воздействия на мозг, которое может быть использовано для дистанционной лучевой реставрации НТ ГМ, является ультразвук. Нижней границей ультразвукового диапазона называют упругие колебания частотой от 18 кГц. Верхняя граница ультразвука определяется природой упругих волн, которые могут распространяться только при том условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул (в газах) или межатомных расстояний (в жидкостях и газах). В газах верхний предел составляет 106 кГц, в жидкостях и твердых телах — 1010 кГц. Как правило, ультразвуком называют частоты до 106 кГц. Более высокие частоты принято называть гиперзвуком. Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от волн слышимого диапазона и подчиняются тем же физическим законам. Но у ультразвука есть специфические особенности, которые определили его широкое применение в науке и технике: 1. Малая длина волны. Для самого низкого ультразвукового диапазона длина волны не превышает в большинстве сред нескольких сантиметров. Малая длина волны обуславливает лучевой характер распространения УЗ волн. Вблизи излучателя ультразвук распространяется в виде пучков по размеру, близких к размеру излучателя. Попадая на неоднородности в среде, ультразвуковой пучок ведет себя как световой луч, испытывая отражение, преломление, рассеяние, что позволяет формировать звуковые изображения в оптически непрозрачных средах, используя чисто оптические эффекты (фокусировку, дифракцию и др.); 2. Малый период колебаний, что позволяет излучать ультразвук в виде импульсов и осуществлять в среде точную временную селекцию распространяющихся сигналов; 3. Возможность получения высоких значений энергии колебаний при малой амплитуде, т.к. энергия колебаний пропорциональна квадрату частоты. Это позволяет создавать УЗ пучки и поля с высоким уровнем энергии, не требуя при этом крупногабаритной аппаратуры; 4. В ультразвуковом поле развиваются значительные акустические течения. Поэтому воздействие ультразвука на среду порождает специфические эффекты — физические, химические, биологические и медицинские, такие как кавитация, звукокапиллярный эффект, диспергирование, эмульгирование, дегазация, обеззараживание, локальный нагрев и многие другие.

    Терапевтический ультразвук может быть условно разделен на ультразвук низких и высоких интенсивностей. Основная задача применения ультразвука низких интенсивностей — неповреждающий нагрев или какие-либо нетепловые эффекты, а также стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении повреждений. При более высоких интенсивностях основная цель — вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях. Первое направление включает в себя большинство применений ультразвука в физиотерапии и некоторые виды терапии рака, второе — ультразвуковую хирургию.

    Инновационными решениями по применению ультразвука в лечении нервных болезней стали разработки по созданию технологии фокусированного ультразвука (ФУЗ), совмещенного с магнитно-резонансным томографом (МРТ). Благодаря технологии ФУЗ-МРТ появляется новая медицинская дисциплина — неинвазивная функциональная нейрохирургия. В июле 2006 г. в университетском госпитале города Цюрих (Швейцария) установлена система ExAblate вместе с МРТ 3 Тесла, предназначенная для точечного воздействия фокусированным ультразвуком на проводящие пути в ГМ. Первыми пациентами для неинвазивного нейрохирургического лечения ФУЗ-МРТ были люди, страдающие от тяжелых нейрогенных болей, двигательных расстройств, болезни Паркинсона и эпилепсии. К лету 2009 года было проведено лечение первых 10 пациентов. ФУЗ-МРТ является современной альтернативой операциям по хирургическом удалению опухолей и органов. Это полностью неинвазивная, легко переносимая амбулаторная процедура, которую можно при необходимости многократно повторять. Для абляции опухолей мозга без вскрытия черепа разработаны специальный излучатель ультразвука в форме шлема с наружной системой охлаждения и устройство для стереотаксической фиксации головы. В Гарвардской клинике Brigham and Women’s Hospital (Бостон, США) нескольким пациентам с глиобластомой была произведена транскраниальная ФУЗ-МРТ абляция опухолей. Получены первые положительные результаты. Клинические испытания продолжаются в четырех клиниках США, Канады и Израиля. В России ФУЗ-МРТ — установка находится в Национальном медико-хирургическом центре им Н.И. Пирогова (г. Москва).

    Собственно процедура ФУЗ-МРТ состоит в обработке опухоли мозга или зоны интереса в мозге последовательными импульсами фокусированного ультразвука. Весь выделенный объем опухоли покрывается рядами тесно расположенных слотов. Системой ведется учет всех температурных воздействий на пациента. После каждого произведенного импульса ФУЗ объем обработанной ткани, где был нагрев выше «порога коагуляции», отмечается синим цветом. Так создается «дозиметрическая карта» процедуры, позволяющая контролировать правильность выполнения процедуры. В ходе процедуры постоянно отслеживаются основные параметры жизнедеятельности пациента, который находится в непосредственном голосовом контакте с персоналом и держит в руке кнопку экстренной остановки процедуры. Сразу по завершении процедуры проводится контрольное МРТ-сканирование с введением контрастирующего агента, позволяющее визуализировать внутри опухолевого образования «зоны без перфузии». На МРТ изображениях, сделанных после введения контрастирующего вещества, отображаются участки отсутствия поглощения контраста, что указывает на деваскуляризацию и некроз ткани. Эффективность процедуры ФУЗ-МРТ оценивается путем измерения объема «зоны без перфузии», появившейся в обработанной опухоли мозга, или зоны интереса в мозге.

    Считается, что технология ФУЗ-МРТ создает новую лечебную парадигму, фактически новую форму хирургии. Израильская компания InSightec (ИнСайтек), производитель системы ExAblate, основанная в 1999 году как совместное предприятие между Elbit Medical Imaging и General Electric Medical Systems, стала мировым лидером в области разработки новых медицинских технологий. В 2000 году журнал «Бизнес-уик» (США) назвал систему ExAblate одной из 25 идей, призванных изменить мир.

    Но разрушать проще и легче, чем создавать и строить. Авторы настоящего изобретения полагают, что реконструктивные возможности клинического применения ультразвука значительно шире его разрушительных свойств. Воздействие ультразвука на мозг изменяет проницаемость ГЭБ в мозге. Этот нейробиологический эффект был показан исследованиями компании Perfusion Technology из Эндовера (Массачусетс, США). Ученые из разных стран мира много лет изучают ГЭБ и способы его преодоления. Преодоление ГЭБ мозга это преодоление природной защиты тканей ГМ от проникновения потенциально опасных веществ. Но именно ГЭБ препятствует не только попаданию в отделы ГМ нежелательных бактерий и веществ, но и транспорту в ГМ лекарственных препаратов, регуляторных клеточных систем и СК, когда это необходимо. Метод повышения проницаемости ГЭБ посредством УЗ, разработанный компанией Perfusion Technology, более прост и более дешев. Вместо того чтобы открывать ГЭБ в единственном месте, метод ультразвуковой перфузии использует специально разработанные наушники, чтобы открыть весь мозг волнам ультразвука низкой интенсивности для часового курса лечения.

    Компания Perfusion Technology разрабатывает наушники, которые распространяют волны ультразвука по всему ГМ, позволяя лекарствам от рака или другим большим молекулам уменьшиться и пройти через ГЭБ. Исследования отдела мозга обезьяны после лечения с использованием устройства показали, что это позволило химическому маркеру (коричневому) проникнуть в мозг.

    Очевидно, что уже сегодня в современной медицине очень широко применяются каждый из описанных методов ионизирующего и неионизирующего ЭМИ для лечения патологий ГМ. Способы этого воздействия и медицинское оборудование для их реализации разрешены к клиническому применению в России и большинстве высокоразвитых стран мира (США, Англия, Канада, Великобритания, Германия и т.д.). Однако каждый из этих методов дистанционного воздействия на мозг применяется к очень ограниченной патологии мозга, фрагментарно и изолированно к характеру повреждения НТ (только опухоли или тремор) как способ очень конкретного локального нейробиологического воздействия на НТ ГМ или СМ. При этом игнорируются системные нейробиологические механизмы комбинированного воздействия различных видов излучения на НТ, которые могут обеспечить программируемое реставрационное воздействие на нее.

    Следует также отметить, что существует ряд важных проблем, ограничивающих широкое терапевтическое тиражирование различных способов применения ионизирующих ЭМИ в медицине. Среди современных проблем мировой радиобиологии и радиологической защиты, ограничивающих широкое распространение достижений этих наук в медицине, наиболее актуальны две проблемы. Первая из них — влияние малых доз ионизирующего излучения на здоровье человека вообще и возможность повреждения НТ мозга, в частности, а вторая — более чем столетняя острая дискуссия о радиочувствительности/радиопоражаемости ГМ человека. Объединение этих неразрешенных до сих пор научных вопросов — поражают ли малые дозы ионизирующей радиации головной мозг человека — являет собой крайне противоречивую проблему. В соответствии с классическими положениями лучевой терапии рака, установленными французскими радиотерапевтами Bergonie и Tribondeau (1906), чувствительность клеток к облучению находится в прямой зависимости от их репродуктивной активности и обратно пропорциональна степени их дифференциации. Соответственно, зрелая нервная ткань рассматривается как исключительный пример «закрытой статической популяции», и, вследствие ее фиксированного постмитотического состояния, данную клеточную популяцию считают «наиболее радиоустойчивой». При этом в последнее время драматически возрастают данные, свидетельствующие о радиочувствительности ЦНС. Причем вновь появились сообщения о благоприятных эффектах малых доз радиации на здоровье человека, трактуемых как «радиационно-адаптивный ответ». Кроме того, считалось, что «сосудисто-глиальный союз» является церебральным базисом пострадиационного поражения ГМ, тогда как нейроны рассматривались вне патогенеза лучевого поражения. В соответствии с этим белое вещество ГМ должно было быть более радиопоражаемым, чем серое. Однако последние достижения в понимании механизмов радиационного поражения ЦНС заставляют пересмотреть эти, казалось бы, устоявшиеся положения. В настоящее время стало понятным, что ЦНС является главной дозолимитирующей системой в клинической радиотерапии, что ЦНС радиочувствительна.

    Настоящее изобретение не ставило целью окончательное решение этих проблем, но дальнейшее расширение возможностей применения ИИ и НеИИ в реконструкции ГМ человека требует снижения потенциального риска возможных осложнений от применения ЭМИ различной длины волны в клинике. Авторы настоящего изобретения полагают, что преодоление основных противоречий и дальнейшей дискуссий в проблеме радиочувствительности/радиопоражаемости ГМ при использовании малых доз ионизирующих ЭМИ для терапии и морфофункциональной реконструкции повреждений мозга может быть достигнуто путем сочетания локального и системного применения малых доз различных типов электромагнитного (ИИ и НеИИ) воздействия на клетки НТ ГМ человека. Именно этот новый аспект сочетанного применения ЭМИ для реставрации мозга человека позволяет избежать большого числа возможных осложнений от изолированного применения этих технологий в клинике и реализовать стратегию внутритканевой реконструкции НТ ГМ. Принцип сочетанного (комбинированного) воздействия разных типов ЭМИ на НТ ГМ человека был положен в основу настоящего изобретения. Комбинированное программное воздействие на НТ разных типов (ионизирующих и неионизирующих) ЭМИ позволяет достигнуть в зоне повреждения НТ ГМ требуемых сочетаний нейробиологических эффектов. Например, сочетание ИИ и низкоинтенсивного ФУЗ в определенном месте НТ способно вызвать взаимоусиливающие и взаимокоррелирующие нейробиологические эффекты:

    1. Временно повысить проницаемость ГЭБ НТ для биоактивных препаратов, СК и ПК костного мозга и тканеспецифических СК.

    2. Создать в зоне повреждения НТ градиент концентрации воспаления для направленного транспорта СК и ПК в эту зону.

    3. Снизить негативные последствия и побочные действия селективного применения малых доз ИИ на клетки НТ ГМ человека.

    Сочетанное воздействие СРТ и ФУЗ способствуют значительному усилению микроциркуляции именно в зоне повреждения НТ мозга за счет общего системного микроциркуляторного эффекта СРТ на НТ всего мозга пациента и усилению локального микроциркуляторного эффекта путем фокусированного ультразвукового «массажирующего» воздействия на НТ и устранения местного ангиоспастического и ангиопаралитического действия на микрокапиляры нарушенного сосудистого вегетативного обеспечения артерий и вен в зоне повреждения НТ мозга. Одновременное комбинированное воздействие на поврежденную НТ ГМ человека малых доз ИИ и СРТ в режимах реабилитации способствует активации биоэлектрической активности ГМ без наличия классических пострадиационных молекулярно-биологических эффектов от применения ИИ, а также разрушению посредством ИИ системных патологических связей в поврежденной нервной ткани ГМ человека и навязыванию посредством СРТ резонансно-волновых частот физиологического диапазона работы НТ.

    В современной научной медицинской литературе описан целый ряд экспериментальных научных фактов позитивного и взаимокорректирующего использования комбинированного применения различных типов ЭМИ, которые почему-то пока не нашли своего прямого применения в современной медицине и практически не используются в клинической практике. Впервые тезис о возможности положительного воздействия на биологические системы, подвергшиеся ионизирующему излучению других, не ионизирующих электромагнитных полей слабой или нетепловой интенсивности, которые в этом контексте приобретают смысл информационных сигналов, был сформулирован еще в книге московского биофизика А.С. Пресмана «Электромагнитные поля и живая природа», М., 1968. Сегодня хорошо известно, что неблагоприятное воздействие средних и малых доз ионизирующей радиации на здоровье человека может быть значительно нивелировано воздействием неионизирующих электромагнитных волн крайне высокого диапазона и структурно-резонансным электромагнитным воздействием. Считается, что это позитивное воздействие неионизирующих ЭМИ на побочные эффекты ионизирующих ЭМИ может быть обусловлено биологическими резонансами ЭМИ и изменением частоты модуляции ЭМИ, являющейся информационной частотой, несущей на себе основной объем соответствующей информации. Модуляция ЭМИ — это изменения по определенному закону амплитуды, частоты или фазы гармонического колебания для внесения в колебательный процесс требуемой информации. Передача информации при помощи электромагнитных волн за счет их модуляции возможна только в низкочастотном диапазоне этих волн, соответствующем диапазону частот функциональных систем организма (от 1 до 10 Гц). Навязывание пострадавшей от ионизирующего ЭМИ ткани мозга ее физиологических резонансных частот в норме методами СРТ практически корректирует негативные пострадиационные молекулярно-биологические эффекты малых доз ИИ в этой ткани и делает это воздействие практически безопасным. В комбинации же с рентгеновским излучением или противоопухолевыми препаратами ЭМ-волны всегда выступают в роли протектора.

    Но есть и другая не менее значимая сторона одновременного комбинационного воздействия на мозг разных типов ЭМИ. Сочетанное (комбинированное) использование малых доз различных типов ИИ с ФУЗ позволяет целенаправленно управлять одновременно различными постлучевыми нейробиологическими эффектами. Например, как отмечалось выше, при комбинированном воздействии ФУЗ низкой частоты и малых доз ИИ на зону повреждения НТ в мозге одновременно можно добиться в реконструируемой НТ сразу двух крайне важных нейробиологических эффектов — фокусированный ультразвук на несколько часов суперселективно увеличит проницаемость ГЭБ в зоне повреждения НТ для ГСК и(или) мезенхимальных СК, а облучение зоны повреждения НТ малыми дозами ИИ создаст в ней зону асептического воспаления и соответствующий градиент концентрации цитокинов и факторов воспаления, способных обеспечить целенаправленную миграцию и хоуминг СК и ПК из периферической крови и костного мозга в зону повреждения НТ. Степень каждого нейробиологического феномена можно регулировать путем использования дополнительных методов лучевой диагностики (МРТ-контрасты, термометрия НТ, ПЭТ исследование метаболизма глюкозы НТ и т.д.) Таким образом, комбинация стереотаксического одновременного воздействия ФУЗ и ИИ в зоне повреждения НТ мозга решает ряд очень важных задач целенаведения СК в зону повреждения НТ и беспрепятственный доступ их в место повреждения НТ через ГЭБ с последующим (примерно через час) восстановлением заградительных функций ГЭБ мозга.

    НеИИ низкой интенсивности (СРТ) и ультразвук низкой частоты способствуют более быстрому восстановлению процессов жизнедеятельности в тканях при их поражении. Это происходит вследствие повышения пролиферативной активности СК кроветворной системы, что, в свою очередь, приводит к повышению митотической активности клеток костного мозга. Влияние низкоинтенсивного ЭМИ на клетки костного мозга было показано также в опытах in vitro (Л.П. Игнашева и Е.И. Соболева, 1991), а именно, было показано, что нетепловое ЭМИ-излучение низкой интенсивности оказывает положительное влияние на стволовые кроветворные клетки криоконсервированного костного мозга, способствует повышению выживаемости летально облученных реципиентов после миелотрансплантации и может являться одним из путей повышения репопуляционной способности криоконсервированного костного мозга. Группой ученых под руководством В.И. Говалло на базе ЦНИИ травматологии и ортопедии совместно с НПО «Исток» были проведены исследования и показано, что под влиянием волн КВЧ диапазона лимфоциты и фибробласты человека in vitro продуцируют фактор-фитокин, усиливающий рост и функциональную активность аналогичных клеток.

    Одновременное применение СРТ и ФУЗ в зоне повреждения НТ мозга способно значительно улучшить общую синхронизацию работы элементов поврежденной ткани за счет активирующего действия на нервные клетки и массажирующего действия ФУЗ низкой частоты на НТ и навязывания физиологических ритмов работы мозга всему мозгу и в зоне повреждения НТ при соответствующих режимах СРТ.

    Таким образом, определенные комбинации различных типов ЭМИ, воздействующие одновременно на поврежденный участок НТ ГМ, способны оказывать специфичные и достаточно стабильные нейробиологические эффекты, которые могут быть использованы для реализации задач реконструкции НТ мозга. Радиореконструктивное комбинированное воздействие этих излучений на НТ ГМ может реализовать все требуемые для реставрации морфофункциональные изменения в ней, но не хирургическим путем, как это описано в способе-прототипе, а дистанционно.

    Еще раз следует отметить важный научный факт предложенного изобретения, заключающийся в том, что возникновение нужных (программных) нейробиологических эффектов в НТ осуществлялось путем одновременных комбинационных фокусированных воздействий различных видов ИИ и НеИИ малой мощности и интенсивности с различной длиной волны. Это обеспечило формирование в НТ поврежденного мозга запуск конкретных реставрационных молекулярно-биологических механизмов — микроциркуляции или аплазии микрососудистого русла, нейрорегенерации или нейродегенерации нервных клеток, активации или депрессии скорости проведения нервных импульсов, хоуминга и патотропизма клеточных систем, асептического воспаления или лучевого некроза и т.д. Эти нейробиологические эффекты НТ при алгоритмированном и программном использовании приводили к многоуровневому восстановления основных элементов НТ за счет улучшения микроциркуляции зоны интереса, активации регуляторных качеств СК костного мозга пациента, восстановлении автономного вегетативного обеспечения и нормализации биоритмов функционирования НТ. В результате применения предложенного способа решены проблемы восполнения количественного и качественного восстановления клеточного состава зоны повреждения НТ в мозге (нейронов, олигодендроцитов, микроглии, волокон, синапсов и т.д.), реализовано управление проницаемостью ГЭБ, обеспечено сосудистое ремоделирование зоны повреждения НТ (уменьшение или увеличение сосудистой геометрии и объема микроциркуляторного русла), активирована регуляция синаптогенеза в поврежденной НТ и ремодуляция автономного вегетативного обеспечения НТ в зоне повреждения НТ (соответсвующее изменение тонуса симпатической или парасимпатической нервной системы), проведена синхронизация основных системообразующих компонентов НТ.

    Таким образом, предложенный биоинженерный способ лечения патологии мозга обеспечивает дистанционную внутритканевую реставрацию морфофункциональной структуры поврежденной НТ мозга человека при нервно-психических заболеваниях и черепно-мозговых травмах без применения нейрохирургических операций и малоинвазивных интервенционных технологий рентгенохирургии и исключает полное соприкосновение с НТ мозга пациента рук нейрохирурга и любых хирургических инструментов.

    В настоящем изобретении реализованы те же стадии реставрации поврежденного мозга, что и в способе-прототипе, но на новом технологическом уровне мультиволнового электромагнитного воздействия.

    На фиг. 1 представлена фотография доработанного согласно настоящему изобретению стереотаксического устройства с фиксированными на нем датчиками для мультиволнового фокусного воздействия, вид спереди;

    на фиг. 2 — то же, вид сбоку.
    Способ по настоящему изобретению осуществляют следующим образом.

    Стадии проектирования и разметки (а) предложенного способа направлены на диагностику очагов поражения (зон повреждения НТ) в мозге. Важной проблемой реконструкции поврежденной НТ является анализ степени ее морфологического повреждения и определение локализации зон функционального повреждения НТ в ГМ. Для оценки объема реконструкции нужны очень точные данные о характере повреждения НТ. Эти данные способна обеспечить высокоразрешающая МРТ ГМ (1,5 Тл или 3 Тл), позволяющая исследовать резонансно-волновые характеристики индуктивности НТ в зоне ее повреждения.

    Данные анализа метаболических изменений различных участков ГМ позволяют получить технология современной позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Совмещение данных ПЭТ с компьютерной томографией (КТ) ГМ позволяет четко привязать данные метаболомных нарушений патологического очага к его локализации в органах и тканях. Поэтому технология совмещенного ПЭТ/КТ открывает большие перспективы по диагностике морфофункциональных изменений и их топической привязке к конкретному анатомическому образованию в мозге. Намагниченность НТ как функциональный параметр повреждения НТ в различных регионах мозга можно получить, используя данные магнитоэнцефалографии (МЭГ). Данные трехмерного картирования ЭЭГ позволяют получить локализацию биоэлектрической активности коры ГМ.

    Сопоставление и программное слияние этих данных в таблицах биоинформационного картирования ГМ пациента с данными МРТ и КТ позволяет получить интегральную характеристику и максимальную достоверность персонифицированных данных этой биологической информации, а также пользоваться этими массивами биологической информации, используя современные IT-технологии и методы математического моделирования. Таким образом, используя эти суперсовременные данные лучевой диагностики ГМ человека, можно спроектировать свои реставрационные усилия в области нейроинженерии, определить основные направления и информационные уровни реконструкции ГМ и правильно спланировать объем необходимых биоматериалов и инструментария. Использование специализированного профессионального программного обеспечения технологии мультиуровневого слияния (multyfusion) данных МРТ, КТ, ПЭТ, ЭЭГ картирования и МЭГ позволяет составить многомерную таблицу параметров различных участков мозга, сравнить ее с таблицей среднестатистической нормы и увидеть те повреждения и функциональные нарушения, что остались без внимания врача при визуальном контроле изображения.

    Полученная мультиуровневая информация о состоянии мозга пациента должна быть предоставлена больным для проведения биоинформационного анализа на современных информационных носителях (лазерных дисках, флеш-картах и т.д.) и записана с применением основного программного обеспечения для их чтения и обработки в стандарте унифицированных компьютерных программ DICOM. Уровень требований к проведению определенных нейроисследований на данном этапе следующий:

    1. МРТ исследование ГМ, его необходимо провести на магнитно-резонансном томографе высокого разрешения (от 1,5 Тл и выше);

    2. МРТ-трактография проводящих путей зоны повреждений ГМ;
    3. МРТ-ангиография сосудов головного мозга;
    4. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) ГМ или ПЭТ всего тела пациента;

    5. Компьютерная томография ГМ, преимущестенно на спиральном КТ-томографе с разрешением не менее 32 слайсов;

    6. Церебральное картирование ЭЭГ на аппаратном комплексе ЭЭГ, имеющем программное обеспечение для 3D локального моделирования биоэлектрической активности ГМ; и(или)

    7. Магнитоэнцефалография (МЭГ) ГМ с проведением 3D моделирования результатов.

    Разница во времени между датами различных результатов компьютерной лучевой диагностики не должна превышать более недели. Все данные проведенных исследований должны быть представлены на информационных носителях (лазерных дисках, флеш-картах и т.д.) в едином формате DICOM. Все томографические исследования, выполненные на этом этапе для обследования больного, могут быть использованы на следующем этапе для мониторинга эффективности проведения лечения. Использование информационных технологий 3D обработки томографических данных позволяет их объединить в 3D карты мозга с использованием специализированного программного обеспечения «Multimodalfusion 3D», существующего на суперкомпьютерном стереотаксическом аппаратном комплексе CyberKnife (США) или аналогичном аппаратном комплексе для стереотаксической лучевой терапии других производителей. Это позволяет получить трехмерную (3D) мультиуровневую картированную модель информационной структуры поврежденной нервной ткани ГМ пациента в виде набора таблиц локальных данных о мозге, «привязать» или соотнести их с анатомическими образованиями в мозге и составить персонифицированную 3D карту существующих патологических изменений и повреждений НТ конкретного человека и животного. Данная 3D карта болезни может быть основой для разметки и проведения стереотаксического таргетного терапевтического радиобиоинженерного воздействия ИИ на ГМ пациента.

    На этой стадии также проводится разметка последующего радиобиоинженерного воздействия на мозг пациента.

    Этапы подготовки к проведению дистанционной лучевой терапии (на примере применения стереотаксического радиохирургического аппарата «Clinac 2300 (3D CRT)»:

    1. Пациента консультирует врач-радиолог.
    1а. Изучается медицинская документация, проводится осмотр больного и
    устанавливаются показания к проведению дистанционного лучевого воздействия.

    1в. Определяются тактика лечения, методика дистанционной лучевой терапии, вид излучения, применение радиомодифицирующих агентов, фиксация больного. В случае изменения плана лечения, вынужденного перерыва, проводится повторная консультация с записью в поликлинической карте больного или в стационарной истории болезни.

    1. Топометрическая подготовка начинается в группе лучевой топометрии, в кабинете компьютерной томографии.

    2а. Врач радиолог совместно с врачом рентгенологом и рентген-лаборантами выбирают нужное и удобное положение пациента на столе компьютерного томографа, проводят подбор фиксирующих приспособлений для воспроизведения идентичной укладки больного. При проведении сеансов стереотаксической лучевой терапии на голову или тело пациента накладывается термопластическая маска.

    2в. Данные о параметрах фиксирующих приспособлений рентген-лаборантом заносятся в лист фиксирующих приспособлений.

    2г. Проводят компьютерную томографию предположительного объема облучения, полученные изображения направляются на рабочую станцию для оконтуривания объемов. С целью уточнения объема облучения дополнительно выполняется магнитно-резонансная томография.

    3. В системе трехмерного планирования врач-радиолог выбирает объемы облучения (GTV, CTV, PTV), согласовывает их с консультантом, пересылает изображения в цифровом формате в планирующую систему для медицинского физика, заполняет технологическую карту (с указанием РОД, СОД, аппарата, энергии, количества фракций, локализации, наличия фиксирующий приспособлений).

    4. Медицинский физик согласно техническому заданию подбирает оптимальное количество полей облучения, их направления, энергию, дозу, определяет необходимость применения тканеэквивалентных болюсов, клиновидных фильтров.

    4а. После расчета трехмерной программы облучения с целью определения точки центрации создаются установочные поля для проверки реперной точки.

    4в. Программа облучения с приложением дозообъемных гистограмм мишени и критических органов согласовывается с врачом-радиологом и старшим научным сотрудником, распечатывается и выдается врачу-радиологу.

    5. На ускорителе электронов с помощью системы «OBI» — On Board Imaging, в которую входят две подсистемы: СВСТ — (Con-Beam СТ) — компьютерная томография в киловольтном излучении и planar images — плоские изображения в киловольтном излучении, проводится симуляция плана облучения.

    5а. Врач-радиолог совместно с рентген-лаборантами, инженером и медицинским физиком укладывают больного на процедурный стол аппарата для дистанционной лучевой терапии, в ранее выбранном положении, согласно листу фиксирующих приспособлений выбирают установочное поле, проверяют правильность расположения реперной точки.

    5в. Устанавливаются клинья, тканеэквивалентные болюсы при их наличии в программе облучения, проверяют правильность укладки с помощью выполнения киловольтных портальных снимков.

    5г. Объем облучения фиксируется в цифровом варианте и бумажном носителе с каждого лечебного поля, за исключением встречных полей (например, при четырехпольной методики — бокс, выполнена фиксация при 90° поворота головки ускорителя, нет необходимости фиксировать объем облучения этой же зоны при 270°).

    5д. Проверка точности укладки пациента с помощью компьютерной томографии в коническом пучке СВСТ проводится перед началом проведения каждого этапа лучевого ионизирующего воздействия.

    6. Проверка точности укладки пациента с помощью выполнения мегавольтных портальных снимков проводится еженедельно.

    6а. При первой укладке пациента обязательно присутствие медицинского физика и инженера с целью проверки лазерной системы антистолкновения;

    6б. После первой укладки пациента рентген-лаборант проводит фотосъемку положения больного на столе ускорителя электронов с включением в кадр фиксирующих приспособлений и распечатывает это изображение на принтере.

    7. После проверки положения пациента рентген-лаборанты выставляют параметры облучения и следят за состоянием больного по мониторам.

    8. После завершения процедуры рентген-лаборанты помогают подняться пациенту с процедурного стола и выводят из каньона в зал ожидания.

    Обязательный набор документов, входящий в 3D лучевую карту:
    1) консультация врача-радиолога;
    2) информированное согласие больного;
    3) лист параметров фиксирующих приспособлений;
    4) технологическая карта с расчетными параметрами;

    5) карта дозного распределения каждого объема облучения, подписанная медицинским физиком, врачом-радиологом и консультантом;

    6) дозо-объемная гистограмма всех мишеней облучения и критических органов, заверенная подписью медицинского физика, врача-радиолога и консультанта;

    7) фотография положения больного на столе ускорителя электронов с включением в кадр фиксирующих приспособлений;

    8) дневник облучения (расписывается ежедневно каждая область), заверяется подписью рентген-лаборанта и врача-радиолога;

    9) портальные снимки, полученные с помощью киловольтного излучения (на бумажном носителе), всех объемов облучения;

    10) эпикриз лучевой терапии, после завершения лечения.

    Таким образом, разметка осуществляется с учетом 3D лучевой карты болезни пациента на стандартном радиотерапевтическом (радиохирургическом) стереотаксическом аппаратном комплексе, например, Clinac 2300 (3D CRT).

    В результате разметки на коже головы пациента делаются конкретные «радиометки» для дальнейшей фиксации стереотаксического аппарата на голове пациента и проведения направленного стереотаксического воздействия ИИ и НеИИ на мозг пациента и определяются основные вертикальные и горизонтальные углы наклона и азимуты направленного НеИИ воздействия на мозг для стереотаксического применения СРТ и ФУЗ с помощью специальных датчиков, закрепленных в фиксаторах стереотаксического аппарата.

    Для иллюстрации и проверки терапевтических возможностей предложенного принципа дистанционного радиобиоинженерного воздействия на поврежденную НТ ГМ человека авторами изобретения был предложен демонстрационный образец стереотаксического устройства для одновременного мультиволнового воздействия на мозг, в которое были вмонтированы диагностические и терапевтические датчики НеИИ, подключенные к стандартному терапевтическому ультразвуковому аппарату и стандартному аппарату для СРТ терапии. Для этих целей был использован известный стереотаксический метод наведения на подкорковые структуры мозга, который был реализован на базе существующего, но доработанного стереотаксического аппарата.

    В соответствии с классическими представлениями в нейрохирургии стереотаксический метод представляет собой совокупность средств и приемов, при которых практическая задача обеспечения возможности малотравматического хирургического доступа к любым отделам мозга решается на основе математических приемов и в значительной мере зависит от правильного понимания геометрических свойств рентгеновского изображения. Стереотаксический метод или сокращенно стереотаксис (от греч. stereos — объемный, пространственный и taxis — расположение) представляет собой совокупность приемов и расчетов, позволяющих с помощью специальных приборов и методов рентгенологического и функционального контроля с большой точностью ввести канюлю (электрод) в заранее определенную глубоко расположенную структуру ГМ или СМ для воздействия на нее с лечебной целью. Поскольку настоящее изобретение не использует хирургическое воздействие на НТ ГМ, то в данном случае главным в стереотаксической разметке на радиохирургическом стереотаксическом комплексе было необходимо определить основные углы наклона и зоны на мозге для мультиволнового воздействия от разных типов датчиков ЭМИ.

    Основным методическим приемом стереотаксиса является сопоставление условной координатной системы мозга с координатной системой стереотаксического прибора. Согласно настоящему изобретению условной координатной системой зон повреждения НТ в мозге была разметка, проведенная врачом-радиологом на радиохирургическом аппарате, и задание координат для НеИИ (ФЗУ и СРТ). Для проведения одновременного фокусированного целенаправленного электромагнитного ионизирующего и неионизирующего воздействия на конкретные зоны поврежденной НТ был использован адаптированный к задачам реконструкции стереотаксический аппарат, в котором независимо от его конструкций сохраняется основной принцип стереотаксического метода — сопоставление координатной системы мозга с координатной системой стереотаксического прибора. Несмотря на разнообразие систем стереотаксических аппаратов, а следовательно, и стереотаксических расчетов, сопоставления («привязка») координатной системой мозга с таковой аппарата основана на одном и том же принципе трехмерных ортогональных и полярных проекций. В различных аппаратах используется как прямоугольная, так и полярная система координат. Прямоугольные координаты предполагают расчеты в трех плоскостях пространства, располагающихся под прямым углом друг к другу. Такой метод имеет некоторые преимущества, в частности он позволяет точно определить увеличение объекта в результате параллакса рентгеновых лучей, а также повторно установить аппарат точно в том же положении, если операция производится в два этапа. Очевидны и существенные недостатки аппаратов, основанных на системе прямоугольных координат, — это сложность конструкции, трудность фиксации аппарата на голове и трудоемкие расчеты, требующие много времени. Наиболее распространенные в наше время аппараты основаны на системе полярных координат. Принцип их действия заключается в том, что электрод-канюлю вводят в мозг по направлению точки-цели под определенными углами. Эти углы определяют с помощью линий, которые проводят от конца введенной на значительную глубину мозга на снимках в обеих проекциях. Именно эти углы, установленные при радиохирургической разметке, использовались в предложенном способе для создания фокусного воздействия различных датчиков УЗИ.

    С практической точки зрения все существующие аппараты можно разделить на две группы: 1. Аппараты сравнительно простой конструкции, фиксируемые в небольшом трепанационном отверстии в костях черепа. Фиксация этих аппаратов не требует предварительного рентгенологического контроля и осуществляется по внешним черепным ориентирам; 2. Аппараты сложной конструкции и больших размеров, в которых фиксируют голову больного под рентгенологическим контролем с помощью острых упоров, ввинчиваемых в кости черепа. Для целей настоящего изобретения целесообразно использовать второй тип стереотаксических аппаратов.

    Очевидно, что для проведения стереотаксических нейрохирургических операций сложные и громоздкие аппараты второго типа, требующие большой затраты времени для установки и стереотаксических расчетов, не оправдывают себя на практике и неудобны в операционной. Но для целей радионейроинженерии и дистанционной нейрореставрации и реконструкции поврежденной НТ ГМ эти аппараты достаточно удобны и надежны и при их соответствующей доработке и упрощении они могут широко применяться в биоинженерии мозга. Использование этих аппаратов делает процесс радионейроинженерии достаточно мобильным. Аппарат может быть установлен как в процедурном или физиотерапевтическом кабинете и осуществлять комбинированное фокусное СРТ и фокусное УЗИ воздействия, так и быть использован в операционной радиохирургического кабинета радиотерапевтического отделения. В то же время очевидно, что простоты и удобства практического применения нельзя достигать ценой уменьшения точности аппарата, то есть точности наведения и попадания в заданную подкорковую структуру. Точность попадания в цели мультиволнового фокусного воздействия в подкорковых структурах обеспечивается путем проведения расчетов и моделирования попадания в цель на компьютеризированном радиотерапевтическом (радиохирургическом) стереотаксическом аппарате, который и обеспечит необходимое воздействие ИИ на зону повреждения НТ. Датчики УЗ воздействия закрепляют на фиксаторах стереотаксического аппарата и позиционируют под заданными углами наклона к черепу в соответствии с проведенной разметкой, обеспечивающей фокусировку лучей ультразвука в зоне нейроинженерной пластики мозга (т.е. в зоне повреждения НТ), а индукторы структурно-резонансного воздействия укрепляют к плекстиглазовой рамке стереотаксического аппарата в лобной и затылочной части. Для мониторирования эффективности и безопасности проведения нейроинженерии на голову пациента одевают шлем для установки электродов для фиксации биоэлектрической активности ГМ мозга пациента во времени. На фиг. 1-2 представлены фотографии доработанного согласно настоящему изобретению стереотаксического устройства с фиксированными на нем датчиками для мультиволнового фокусного воздействия.

    Стадия ремоделирования сосудистого русла зон повреждения НТ (b). В зависимости от этиопатогенеза заболевания мозга и конкретных задач данной стадии могут быть реализованы две стратегии сосудистого ремоделирования: 1) деваскуляризация зоны повреждения НТ в мозге (при опухолях, микроаневризмах, мальформациях, кровоизлияниях и т.д.) и 2) гиперваскуляризация зоны повреждения НТ в мозге (ишемия НТ, атрофия НТ, демиелинизация и т.д.). Деваскуляризация зоны повреждения НТ в мозге уже давно решена путем применения деструкции питающих сосудов фокусированным ультразвуком под контролем МРТ как первый этап комплексного лечения на аппарате ФУЗ-МРТ. Абляция сосудов фокусированным ультразвуком обеспечивает полную окклюзию питающих артерий опухоли или новообразования по типу плюс ткань. Другая стратегия ремоделирования сосудистого русла, направленная на увеличение его геометрии и увеличение объема кровотока, реализуется путем раскрытия микрокапилляров и микровенул зоны повреждения НТ в мозге. Она решается путем дистанционной гиперваскуляризации и микроциркуляторного ремоделирующего воздействия на мозг с использованием медицинского оборудования для электромагнитной СРТ, описанного, например, в патенте RU 2317116 С2 на устройство для электромагнитной терапии, и применения ФУЗ с использованием стандартного оборудования для ультразвуковой терапии. Авторы этого патента предложили использовать устройство для электромагнитной терапии в микроциркуляторном режиме. Была в эксперименте доказана возможность микроциркуляторного эффекта ЭМИ на ткань человека, так как уже был разработан способ дистанционного воздействия на мозг согласно патенту RU 2067879 С1. В этом способе проводят стимуляцию органа и ткани электрическим током или переменным магнитным полем, причем диапазон частоты стимуляции рассчитывают, исходя из эмпирического соотношения. Этот способ усовершенствован и обозначен как структурно-резонансная терапия (СРТ). Сущность СРТ состоит в вовлечении магнитных моментов структур организма в резонансное «раскачивание», при этом поврежденные структуры, имеющие асимметричный момент, разбалансируются с удалением в общую систему гомеостаза патологических ингредиентов, а освобожденные от них или исходно здоровые ткани остаются без изменений. Поиск резонансных, высокоэффективных частот лечебного сигнала проводился в течение более 25 лет эмпирически под контролем клинико-инструментальных методов анализа динамики заболевания. СРТ базируется на общеизвестной стандартной величине частоты флуктуации атомарного космического водорода — первичного задающего информационного генератора развития всех видов физических структур — 1420817336 Гц. Для построения начальных точек (левого ряда) бифуркации ритмокаскадов используют закон октавы с коэффициентом 2, а для построения конечных точек (правого ряда) бифуркации используют правило золотого сечения с умножением значения начальной точки на коэффициент 1,5 или используют сумму значений начальных частот этого же ритмокаскада и предыдущего (меньшего по величине частоты). Различие в значениях частот в точках бифуркации ритмокаскадов в способе СРТ составляет всего от 3.7 А% до 4.7 А%.

    СРТ для режима микроциркуляции в мозге можно реализовать с использованием устройств различного типа, в частности, с помощью электростимулятора по патенту RU 24636 U1 (аппараты КЭЛСИ и РАДОМЫС), устройства для накожного воздействия с помощью токопроводящей резины (патент RU 2082449 С1 на «Электрод для подачи на кожу электрического тока при физиотерапии»), трикотажного графитизированного полотна УВИС-ТР или посеребренного полимера (артикул 56041 ТУ-8378-491-365445028-00), устройства для воздействия на слизистые оболочки биопсийными щипцами (авторское свидетельство SU 1159282 А1) или резинового токопроводящего кабеля (авторское свидетельство SU 1367980 А1), а также бесконтактно с помощью индукторов из многожильных проводов в виде плоских ремней устройства для электромагнитной терапии (вышеуказанный патент RU 2317116 С2).

    Учитывая тот факт, что патология, как правило, нарушает эволюционно целесообразные связи между различными органами и системами, то возникает необходимость последовательной «отладки» каждого известного по ритмокаскадам уровня организации, патологию которого удается выявить общеизвестными диагностическими методами. При реализации предложенного способа возможен вариант применения так называемого «сканирующего» режима, когда через удерживаемую определенное время частоту огибающей, характерной («адресовка») для конкретного уровня организации, последовательно прокачивают частоты несущей от минимального тринара через все возможные актуальные биоритмы структурно-функциональных единиц вплоть до клеточного и субклеточного уровня с возвратом до исходного тринара.

    СРТ может быть проведена на стандартном оборудовании контактного электростимулятора «РЕКЭЛСИ», на котором воздействие осуществляется прямоугольным биполярным импульсным током (заполнение), сформированным в треугольные равноскважные симметричные модуляции (огибающая). Варианты сочетания частот огибающей и заполнения реализованы в девяти режимах работы электростимулятора. Новая модель электростимулятора разработана с учетом новейших требований с применением современной элементной базы и может работать в автоматическом и ручном режимах стимуляции. Управление аппаратом осуществляется с сенсорной панели. Аппарат имеет дружественный интерфейс и не требует специальной подготовки для проведения режимов 2-7 «микроциркуляция» (см. Таблицу 2).

    Figure 00000002

    При использовании аппарата для СРТ «РЕМАТЕРА» воздействие осуществляется посредством индуктора прямоугольным биполярным импульсным током (заполнение), сформированным в треугольные равноскважные симметричные модуляции (огибающая). Варианты сочетания частот огибающей и заполнения реализованы в восьми режимах работы. Новая модель аппарата разработана с учетом новейших требований с применением современной элементной базы и может работать в автоматическом и ручном режимах. Управление аппаратом осуществляется с сенсорной панели. Аппарат имеет дружественный интерфейс и не требует специальной подготовки. Лечебные возможности применения СРТ реализованы на нескольких режимах работы аппарата «РЕМАТЕРА».

    Для моделирования фокусного ультразвукового воздействия на зону повреждения НТ головного мозга использовали стандартные ультразвуковые «пальчиковые» («карандашные») датчики, применяемые для УЗИ исследований в нейрохирургии при исследовании транскраниальных магистральных сосудов головы и шеи или датчики, штатно прилагаемые к прибору терепевтического ультразвука. Ультразвуковое воздействие на УЗ датчики, закрепленные в стереотаксическом аппарате и ориентированные на внутримозговое фокусированное воздействие, осуществляли путем подключения их к стандартному аппарату для ультразвуковой терапии УЗТ-107Ф или аппарату УЗТ 1.01Ф. Универсальный ультразвуковой терапевтический аппарат УЗТ-107Ф с микропроцессорным управлением предназначен для лечения ультразвуком различных заболеваний периферической нервной системы. Отличительными особенностями аппарата являются плавная регулировка интенсивности и более точная дозировка излучения. Питание аппарата осуществляется от сети переменного тока напряжением 220±10% В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность — не более 45 Вт. Частота ультразвуковых колебаний, МГц — 0,88±0,1%. Эффективная площадь излучателей 0.88 см 2 . Режим работы — непрерывный, импульсный. Регулировка отдаваемой мощности — ступенчатая. Интенсивность ультразвуковых колебаний по ступеням, Вт/Кб. см от 0 до 1 с шагом 0,1. Длительность импульсов — 2,4 и 10 мс ±20%. Частота повторения импульсов 50 Гц. В комплект аппарата входят электронный блок, три излучателя, шпатель, кабель, предохранители. Для моделирования стереотаксического фокусированного воздействия применялись излучатели ИУТ 0.88 05.10Ф, ИУТ 0.88 1.06Ф, ИУТ 0.88 1.090, ИУТ 0.88 2.07С, ИУТ 0.88 2.08У. Для непосредственного и плотного контакта УЗ датчиков с головой пациента применялся стандартный гель для УЗИ. Время процедуры ФУЗ составляло от 10 до 30 мин и по времени совпадало с временем проведения процедуры СРТ.

    Стадия клеточной реставрации зон повреждения НТ (с). Таргетность доставки клеточных систем СК и ПК в настоящем изобретении обеспечивали путем использования фундаментальных нейробиологических особенностей и закономерностей миграции собственных ГСК и ГП человека. Другими словами, не происходило искусственное притягивание этих клеток в зону повреждения НТ (магнитная индукция, использование механизма антиген-антитело, векторная иммунолипосомальная доставка и т.д.), а использовались генетические механизмы патотропизма ГСК, лежащие в основе саморегуляции и саногенеза. В основу предложенного способа был положен ряд фундаментальных нейробиологических молекулярно-клеточных феноменов миграции СК и ПК человека и млекопитающих (феномен хоуминга, патотропизм, клеточная адгезия и эффект «рядомстоящего»). Для этого использовали известный способ выхода ГСК и мезенхиальных СК и ПК в периферическое сосудистое русло при стимуляции костного мозга молекулами гранулоцитарного колониестимулирующего фактора в течение 5 дней, а также ряд базовых биофизических явлений взаимодействия различных видов волн ИИ и НеИИ с различными типами клеток НТ ГМ.

    Клеточная трансплантация была реализована путем дистанционной направленной миграции СК из костного мозга в зоны повреждения НТ ГМ с использованием известной и разрешенной к клиническому применению технологии мобилизации ГСК для их сбора при трансплантации костного мозга и лечении последствий травматических повреждений спинного мозга (патент RU 2383119 С1). Основными способами клеточной доставки и клеточной интервенции в поврежденные участки ГМ пациента стали мобилизация ГСК и ПК в системный кровоток пациента с использованием гранулоцитарного колоние-стимулирующего фактора (Г-КСФ) (препараты нейпоген, физостигмин, граноцит и т.д.), а также внутривенные и интратекальные цитотрансфузии криоконсервированных ГСК, внутривенные или внутриартериальные инфузии гаплоидентичных (близкородственных) мезенхимальных стромальных стволовых клеток костного мозга или аутологичных нейральных СК. Доказано, что через 4 дня после применения Г-КСФ в крови пациента циркулирует значительное количество лейкоцитов (около 30×10 6 -50×10 6 ), из которых 1-1,2% составляют ГСК и мезенхимальные стволовые клетки с маркерами клеточной поверхности CD 34+ CD45-. Основной задачей этого этапа реставрации было создание целенаправляющего вектора для аутологичных СК и ПК и создание условий для их миграции в зоны повреждения НТ и создания в этих зонах максимальной концентрации стволовых и прогениторных клеточных систем. На данной стадии неврологическому или психиатрическому пациенту начинали проводить мобилизацию стволовых и прогениторных клеток костного мозга, используя введение в течение 4-х дней гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (Г — КСФ) в виде препаратов нейроген, граноцит, физостигмин внутримышечно 2 раза в день (утро и вечер) с ежедневным контролем клинического анализа крови.

    Стволовые ПК костного мозга человека (ГСК и мезенхимальные стромальные СК) способны оказывать реставрационное воздействие на патологический очаг в НТ ГМ человека и млекопитающих, если они мобилизованы в периферическую кровь гранулоцитарными колониестимулирующими факторами (Г-КСФ) с достижением на 5-й день стимуляции наивысшей концентрации СК и ПК в периферической крови или трансплантированы в паренхиму ГМ пациента или введены путем системной интратекальной, интравентрикулярной, внутривенной или внутриартериальной трансфузии человеку или млекопитающему. Имплантированные и циркулирующие в крови ГСК и МССК человека и млекопитающих имеют ряд специфических особенностей: а) они всегда мигрируют в патологическую зону НТ независимо от генеза патологического процесса (воспаление, кровоизлияние, опухоль, ишемия, дегенерация и т.д.) по градиенту концентрации воспаления и отека вследствие феномена направленной миграции, хоуминга или патотропизма; б) ГСК, ПК и МССК прилипают к патологическим клеткам зоны повреждения НТ благодаря феномену клеточной адгезии СК; в) они оказывают регуляторное, нейротрофическое или стимулирующее действие на патологические клетки в зоне повреждения НТ по типу феномена by stander effect (феномен рядомстоящего); г) регенерация клеток НТ ткани в ГМ человека может быть реализована путем замещения поврежденных клеток в ткани в зоне повреждения НТ или путем объединения (фузии) с ними в результате прямого слияния этих клеток или путем установления новых синаптических контактов между трансплантированными клетками донора и нервными клетками реципиента.

    Направленный транспорт СК костного мозга, мобилизованных в периферическую кровь на 5-й день стимуляции костного мозга, реализовывали следующим образом. Для преодоления ГЭБ клеточными системами, циркулирующими в периферическом русле после стимуляции, в заданном регионе НТ ГМ и их проникновения в паренхиму нервной ткани в предлагаемом способе лечения были использованы малые дозы ИИ на мозг человека (1 Гр, толерантная фракционная доза — 0,1 Гр). Фундаментальным основанием для применения этих доз ИИ послужили следующие научные факты. Дозы 0,1 Грей способны: а) стимулировать регенерацию тканей в зоне локального взаимодействия ИИ с тканями человека и животных и активировать пролиферацию СК и ПК костного мозга человека и млекопитающих; б) вызвать асептическое микровоспаление и микроотек в зоне локального контакта малых доз ИИ с тканями мозга человека и животных; в) временно нарушать ГЭБ НТ в месте проникновения ИИ в мозг и обеспечить в данном месте кратковременный «шлюз» для прямого проникновения клеточных систем, белков и антител из системного кровотока в НТ; г) вызывать в зоне облучения ткани нестабильность всей информационной структуры клеток НТ ГМ и СМ; д) вызывать также нестабильность генома клеточных элементов этой ткани, что может привести к дестабилизации намагниченности, индуктивности и к транзиторной изменчивости электромагнитного поля ткани. Поэтому для активации регенерации в зоне повреждения НТ ГМ, временного открытия ГЭБ для проникновения ГСК, ГПК, МССК и направленной миграции их в зону повреждения НТ, дестабилизации установившихся патологических межклеточных связей в НТ и формирования внутриклеточной генетической нестабильности в клеточных системах НТ, а также изменения индуктивности НТ в зоне ее повреждения, использовали стереотаксическое облучение зоны повреждения НТ малыми дозами ИИ в комбинации с ФУЗ.

    На 6-й день стимуляции костного мозга пациента утром с использованием сепаратора крови типа SpectraCoba (США) осуществляли лейкоцитоферез и стандартный сбор, стандартизацию и криоконсервацию мобилизованных СК костного мозга. Главной задачей этапа проведения дистанционной трансплантации клеток является обеспечение беспрепятственного суперселективного попадания циркулирующих СК из кровяного русла периферической крови в конкретные зоны повреждения НТ, определенные на стадии проектирования. В стандартных условиях функционирования ГМ проникновение ГСК, ПК и МССК из кровяного русла в нервную ткань физиологически невозможно, так как этому препятствует неизмененный ГЭБ.

    Согласно данным литературы и собственных исследований авторов настоящего изобретения пороговыми дозами церебрального радиационного повреждения нервной ткани являются малые дозы 0,1-1,3 Гр на головной мозг в детстве, а радиационно-ассоциированные нейробиологические эффекты у взрослых установлены при дозах >0,15-0,25 Зв. Дозозависимые нейропсихиатрические, нейрофизиологические, нейропсихологические и нейровизуализационные отклонения выявлены после облучения при дозах >0,3 Зв, а нейрофизиологические и нейровизуализационные маркеры — при дозах >1 Зв. Таким образом, допустимой суммарной дозой ИИ должна быть доза не более 0,3 Зв. Эта доза облучения ИИИ способна обеспечить генетическую нестабильность нервных клеток зоны повреждения НТ и транзиторную (временно до 6 часов) проницаемость ГЭБ для клеточных мононуклеарных систем крови (ГСК, ПК, МССК и др.), моноклональных антител и биологически активных молекул белков из периферической крови. Использование аппаратуры современных комплексов для стереотаксической радиохирургии (CyberKnife, GammaKnife, Navartis и др.) для проведения локального облучения НТ ГМ позволяет сконцентрировать эту дозу суперселективно непосредственно в зонах повреждения НТ мозга. Применение облучения ИИ на НТ ГМ с использованием этих радиохирургических комплексов на высоте концентрации ГСК, ПК и МССК в периферической крови пациента обеспечит их бепрепятственный выход через капилярную сеть в местах стереотаксического облучения. Для повышения эффекта раскрытия ГЭБ в ГМ пациента в период облучения ГМ целесообразно во время всего периода проводить внутривенную инфузию озонированного 0,9% физиологического раствора или применять ФУЗ. Эти процедуры на один час значимо повысят проницаемость ГЭБ в мозге, будут гарантировано способствовать насыщению НТ кислородом в зонах повреждения НТ и усилят эффект временного открытия (до 1 часа) ГЭБ в ГМ. Отставленные эффекты повышения проницаемости ГЭБ после облучения ИИ и ФУЗ наступят сразу после мультиволнового воздействия, нарастут через час или полтора часа после воздействия и будут держаться около 12 часов, что также будет способствовать дальнейшему выходу стволовых и прогенеторных систем в НТ и клеточному насыщению зон повреждения НТ мозга.

    Стадия коррекции вегетативного обеспечения зоны повреждения НТ (d). Необходимость этой стадии вызвана тем, что основные вегетативные компоненты тканевого обеспечения, например тела и синапсы нервных клеток, расположенные в вегетативных ганглиях симпатической и парасимпатической нервной системы, одни из первых страдают в процессе формирования патологического процесса в ткани. Происходят дегенерация и сморщивание нервных клеток, пикноцитоз, жировое перерождение нейтральных структур в вегетативных ганглиях. Согласно настоящему изобретению для коррекции преобладания симпатической иннервации у пациента применяли режим «симпатический» (номера частот 7-13 на аппарате РЕМАТЕРА). При доминировании парасимпатической иннервации в клинической картине процесса применяли режим «парасимпатический» (номера частот 14-15 на аппарате РЕМАТЕРА). Также параллельно с проведением СРТ на режимах указанного вегетативного обеспечения применяли режим комплексного одновременного ФУЗ по типу ультрафонофореза на зону звездчатого узла на стороне поражения 1% раствором новокаина или лидекаина.

    Стадия динамической интеграции соматических и вегетативных компонентов (е) проводилась согласно настоящему изобретению путем комбинации ФЗУ и СРТ в режимах дестабилизации. Применение дестабилизационного режима СРТ соответствовало частоте огибающей (F огиб.) 194 Гц, частота заполнения (= несущей) (F зап.) 12500 Гц, 75000 Гц, 150000 Гц. Эти воздействия СРТ приводили к дезинтеграции зоны повреждения НТ ГМ, а в последующем синхронизация элементов зоны повреждения НТ обеспечивалась воздействием ФУЗ. В настоящее время хорошо известны системообразующие и регуляторно-объединяющие возможности ультразвука по восстановлению НТ мозга. Принцип действия фокусированного ультразвука тот же, что и у традиционного ультразвука — направленный луч энергии, проникая через ткани, фокусируется в небольшой точке, вызывая локальное повышение температуры. Сфокусировав ультразвуковую энергию на определенной глубине в тканях организма, можно вызывать самые разнообразные эффекты, начиная от локального неинвазивного разрушения заданного объема тканей и заканчивая эффектами активации нервных структур.

    Американские ученые из Колумбийского университета установили, что воздействие ФУЗ с интенсивностью, близкой к критической, но не вызывающей необратимых изменений в структуре мозга, способно существенно активировать и синхронизировать нейрональные сети мозга. В Европе и США фокусированный ультразвук уже используется при лечении болевого синдрома при метастазах в кости и суставы, при лечении фиброаденомы и рака молочной железы, рака предстательной железы, многих неврологических заболеваний, в частности эссенциального тремора при болезни Паркинсона.

    Сфокусированные ультразвуковые поля имеют четыре главные особенности: 1. Ширина поля определена тем же углом расхождения пучка, что и в дальнем поле нефокусирующего преобразователя; 2. Сужение поля происходит лишь на участке, где до фокусировки находилось ближнее поле, а дальнее поле фокусировке не поддается; 3. Ширина поля в фокусе и за ним обратно пропорциональна диаметру преобразователя; 4. Интенсивность поля довольно быстро снижается по мере удаления от фокальной области. Поэтому протяженность сфокусированного поля ограничена. Ширина пучка W в точке фокуса преобразователя или в области дальнего поля определяется как W=ahZ/D, где h — доминирующая длина волны передаваемой акустической энергии; Z — осевое расстояние от преобразователя; D — ширина преобразователя (диаметр для преобразователя круглого сечения); а — константа, зависящая от геометрической формы преобразователя. Для преобразователей круглого сечения или поршневых преобразователей а=1,22, а для прямоугольных — 1,0. Фокусирование осуществляют применением пластмассовых линз или фазово-сдвигающих элементов. Пластмассовые линзы относительно дешевы и дают хорошие результаты. Они получены при помощи оптической системы, разработанной Schlieren, делающей ультразвуковые волны видимыми. При сильном фокусировании поле концентрируется в фокусе и далеко не распространяется. Напротив, при слабом фокусировании ультразвукового преобразователя того же диаметра ближнее поле распространяется на довольно значительное расстояние. Фокусирование ультразвукового пучка в электронной фазово-смещающей системе достигается посредством комбинации сферических и линейных пространственно-временных взаимоотношений импульсов, поступающих на преобразователи. В результате подобной электронной обработки сигналов ультразвуковое поле фокусируется на заданном расстоянии и распространяется под конкретным азимутным углом.

    Системы фокусирования, включающие пластмассовые линзы или фазово-смещающие элементы, нашли свое широкое применение в различных диагностических ультразвуковых приборах медицинского назначения, см., например, http://meduniver.com/Medical/Physiology/1792.html MedUniver.

    Стадия реабилитации функционального состояния поврежденной НТ ГМ (f) согласно настоящему изобретению также реализована посредством СРТ на НТ ГМ и стимулирующих воздействий ФУЗ. В связи с тем, что лечебный сигнал СРТ базируется на биологически обоснованном коде морфогенетического поля, его применение безопасно и не требует специальной квалификации оператора. Экспозиция воздействия СРТ не только не имеет жестких ограничений, но наоборот, чем длительнее и чаще сеансы, тем быстрее происходит реабилитация больного, особенно в острой фазе и при тяжелом течении заболевания.

    Бесконтактное электромагнитное воздействие (содержит в общем спектре лечебного сигнала диапазон системных регуляционных частот от 0,026 до 0,048 и до 50000 Гц) имеет преимущество в тех случаях, когда необходимо восстановить нормальную регуляцию, гармонизировать основные биоритмы человека, купировать разнообразную патологию полых органов на органном частотном уровне, стабилизировать общее состояние организма при патологии артериол, капилляров, венозной и лимфатической системы, при серозитах, синовитах и бурситах, при аллергических поражениях разных органов, в том числе токсико-аллергическом гепатите и панкреатите, отеке Квинке, экземе, нейродермите, крапивнице, поллинозе, а также псориазе. Применяют режим СРТ «сканирующий».

    Реабилитация или восстановление функции поврежденной НТ ГМ может быть проведена путем бесконтактного, чрезкожного воздействия электрическим током (в общем спектре лечебного сигнала представлены частоты ≥200 Гц), что имеет преимущество при лечении органов, расположенных далеко от поверхности кожи, или органов, не имеющих собственной спонтанной биопотенциальной активности, а также при дистрофии и воспалении лицевого нерва, невритах, радикулитах, невралгиях, при метаболических синдромах различного генеза, в комплексной терапии доброкачественных опухолей (при тщательном контроле врачей-специалистов).

    Эффекты локального релаксирующего и седативного реабилитационного воздействия СРТ могут быть усилены путем одновременного локального воздействия ФУЗ, что значительно повышает реабилитационно-восстановительные свойства лечебного воздействия. Основная задача применения ультразвука низких интенсивностей — неповреждающий нагрев или какие-либо нетепловые эффекты, а также стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении и реабилитационном восстановлении повреждений.

    Figure 00000003

    Figure 00000004

    Figure 00000005

    Таким образом, в настоящем изобретении представлена новая медицинская биотехнология дистанционной электромагнитной мультиволновой радиобиоинженерии поврежденной НТ ГМ. В изобретении реализованы принципы стереотаксического бесконтактного и беспроводного воздействия на молекулярно-клеточные механизмы различных нейробиологических патологических процессов в мозге путем программного комбинирования электромагнитно-волновой неионизирующей и ионизирующей лучевой составляющей радиотерапии для восстановления поврежденной НТ ГМ. Биоинженерия нервной ткани в данном изобретении основана на последовательном многоэтапном программном комбинировании и использовании известных и разрешенных для клинического применения различных методов радиохирургического, радиотерапевтического, структурно-резонансного, ультразвукового регуляторного мультиволнового и клеточного воздействия на структуру и функцию поврежденной НТ ГМ пациента. В рамках инновационной концепции бесконтактной и беспроводной нейрореставрации и восстановления молекулярно-клеточных механизмов функционирования структуры поврежденного мозга была применена новаторская методология селективной (избирательной) поэтапной реконструкции НРТ путем применения клеточных и тканево-инженерных технологий, стереотаксических технологий лучевой терапии, биорезонансной терапии и ультразвуковой терапии. Проведение регенерации и(или) замены клеток поврежденной НТ в данном способе осуществляется путем таргетного пластического воздействия на требуемые участки НТ мобилизованных в периферическую кровь пациента аутологичных ГСК или трансплантации донорских гаплоидентичных (близкородственных) ГСК, мезенхимальных стромальных стволовых клеток (МССК) и ПК гемопоэза костного мозга пациента. Эти базовые элементы технологии позволили создать новый высокоэффективный новаторский мультиволновой радиобиоинженерный способ реставрации поврежденной нервной ткани ГМ при различных нервных и психических болезнях.

    Каждый из используемых в способе по настоящему изобретению методов ионизирующего и неионизирующего электромагнитно-волнового воздействия различных типов излучения на НТ человека может быть самостоятельно использован для клинического применения, официально разрешен к клиническому применению у человека в Российской Федерации и используются для лечения отдельных неврологических заболеваний как один из методов физиотерапии или радиотерапии. Но локальное клиническое применение этих методов при реставрации НТ ГМ, ограниченное сугубо узким физиотерапевтическим использованием, не позволяет добиться требуемого клинического эффекта реконструкции НТ в лечении данных заболеваний. Эти технологии сегодня являются только вспомогательными методами в комплексном малоэффективном фармакологическом лечении нервных и психических болезней, а при правильном использовании они могут стать основным инструментарием для восстановления нарушенной структуры и функции поврежденной нервной ткани ГМ и СМ. Предложенный способ дистанционной электромагнитной радионейроинженерии позволяет преодолеть все основные недостатки хирургической малоинвазивной технологии и выполнить все стадии реставрации ГМ человека и млекопитающих, не прикасаясь к нервной ткани ГМ пациента. Реконструктивно-восстановительное воздействие на конкретную поврежденную морфофункциональную тканевую структуру ГМ пациента в предложенном способе технически реализовано путем комбинированного системного и локального воздействия ИИ и НеИИ ЭМИ и регуляции и управления молекулярно-клеточными и волновыми механизмами гомеостаза НТ в зоне повреждения НТ ГМ.

    Регуляция восстановления морфологической структуры поврежденной НТ осуществляется с применением разрешенных к клиническому использованию в Российской Федерации медицинских приборов и аппаратных средств для дистанционного мультиволнового и ионизирующего воздействия на клетки поврежденной НТ человека (аппаратов СРТ, аппаратов для стереотаксической радиотерапии и радиохирургии) без использования инвазивных хирургических способов воздействия на НТ. При этом были реализованы следующие основные программные алгоритмы технологии биоинженерии и логика постадийной реконструкции НТ:

    1. Реализованы на практике все основные технологические решения морфологического и функционального восстановления НТ путем дистанционной биоинженерии мозга, обеспечивающие различные этапы реставрации мозга.

    2. Осуществлена суперточная программно-компьютерная диагностика всех персональных морфофункциональных характеристик (КТ, МРТ, ПЭТ, МЭГ, ЭЭГ) зон повреждения НТ ГМ.

    3. Обеспечено таргетное целенаведение и направленный транспорт клеточных систем СК и ПК или нативных аутологичных тканеспецифичных СК и ПК в зону тканевой инженерии.

    4. Реализовано стимулирующее и реконструктивное воздействие на НТ.

    5. Обеспечено изменение геометрии сосудистого русла зоны патологии с учетом всех существующих проблем реконструкции.

    6. Обеспечено управление (открытие и закрытие) ГЭБ ГМ человека в нужное время, на нужный срок и в нужном месте ГМ.

    7. Обеспечено дистанционная синхронизация соматических и вегетативных компонентов НТ в зоне ее повреждения.

    8. Обеспечены восстановление и активация нарушенной функции поврежденного участка НТ ГМ.

    Эффективность предложенного способа оценивалась в клинических условиях у пациентов с тяжелыми органическими заболеваниями нервной системы (10 пациентов с последствиями травмы головного мозга, 2 пациента с боковым амиотрофическим синдромом и 3 пациента с рассеянным склерозом).

    Предложенный способ радионейроинженерии может быть широко использован для быстрого немедикаментозного купирования послестрессовых (неврозоподобных, психогенных и реактивных) расстройств и повышения работоспособности у военнослужащих Министерства обороны РФ и МЧС РФ на поле боя или зонах стихийного бедствия. Из стандартных модулей диагностического и терапевтического лучевого оборудования будут созданы уникальные биотехнологические платформы управления комплексами стереотаксической радиобиоинженерной медицинской техники нового поколения, которые могут применяться для проведения ускоренного лечения нервных и психических болезней.

    Далее способ по настоящему изобретению пояснен примерами.

    Пациент В., 31.10.1956 г.р., находился в клинике с 07.10.2014 с клиническим диагнозом: Последствия сочетанной травмы. Ушиб головного мозга тяжелой степени тяжести с диффузным аксональным повреждением, последствия сдавления левого полушария острой субдуральной гидромой в раннем периоде после травмы (15.02.2010). Состояние после резекционной трепанации черепа в левой лобно-височной области, удаление субдуральной гидромы. Последствия пневмоторакса слева; перелома 5, 6, 7 ребер слева; перелома обеих лодыжек левой голени, подвывиха стопы; перелома правой большеберцовой кости, перелома правого надколенника. Трахеотомия (18.02.2010); эпицистостомия (30.03.2010). Состояние после катетеризации правой общей сонной артерии через поверхностную височную (длительная интракаротидная инфузия препаратов (ноябрь 2010). Удаление эпицистостомы (09.2011). Удаление трахеостомической трубки (02.03.2012). Состояние после пластики трахеостомического отверстия (17.01.2013, ЦКБ УДП, г. Москва). Цистолитотомия (г. Элиста, 06.06.2013). Состояние после повторных интратекальных цитотрансфузий MACK.

    Жалобы: самостоятельно не предъявляет в связи с особенностью основного заболевания.

    Анамнез болезни: известно, что после ДТП 15.02.2010 (во время движения находился на переднем сиденье рядом с водителем, доставлен в стационар попутным транспортом) диагностирован ушиб головного мозга тяжелой степени тяжести со сдавлением левого полушария острой субдуральной гематомой. В результате обследования выявлены и проводилось лечение: пневмоторакса слева; перелома 5, 6, 7 ребер слева; перелома обеих лодыжек левой голени, подвывиха стопы; перелома правой большеберцовой кости, перелома правого надколенника. Проведена резекционная трепанация черепа в левой лобно-височной области, удаление субдуральной гидромы 16.02.2010; трахеостомия 18.02.2010; эпицистостомия 30.03.2010. В течение месяца находился в стационаре, затем получал лечение амбулаторно. С 09.11.2010 по 15.12.2010 получал лечение в Институте мозга человека РАН, где были выполнены катетеризация правой общей сонной артерии через поверхностную височную с длительной интракаротидной инфузией препаратов. Там же была выполнена орхоэпидидимэктомия вследствие острого развития правостороннего эпидидимита с развитием бактериально-токсического шока. В последующем пациент был направлен в клинику НейроВита в плановом порядке для проведения реабилитационных мероприятий по индивидуально разработанной в клинике программе. Пациент поступил в плановом порядке для продолжения проведения комплексной терапии: реабилитации, симптоматического лечения, интратекальных циотрансфузий MACK. За время наблюдения, после первой госпитализации, отмечается положительная динамика: узнает родственников, положительно реагирует на врачей, фиксирует взор на входящем в комнату человеке, пожимает руку, по просьбе открывает — закрывает рот, моргает, правильно отвечает на вопросы любой сложности, показывая правой рукой на таблички с правильными ответами по таким предметам как физика, высшая математика. Такие манипуляции, как высаживание, вертикализация, — пытается активно участвовать и помогать ухаживающим, пытается фиксировать коленный сустав по требованию инструктора во время вертикализации, занимается на велотренажере (пассивный, активный режим).

    17.01.2013 в ЦКБ УДП г. Москвы проведено ушивание трахеостомического отверстия; 06.06.2013. цистолитотомия (г. Элиста).

    Соматический статус: Общее состояние — средней степени тяжести, стабильное. Правильно показывает цвета, считает и может правой рукой показать правильный ответ, выбирает из демонстрируемых карточек, по просьбе может выполнить действия: открыть рот, показать язык, движение языком в ротовой полости; заданное количество раз поморгать глазами, задувает зажженную спичку. Сам жует негрубую пищу. Телосложение нормостеническое, умеренного питания. Пролежней нет. АД 120/80 мм рт. ст., пульс 71 уд./мин. Положение пассивное. Кожные покровы бледные, влажные, чистые (множественные послеоперационные рубцы как последствия травмы и оперативных вмешательств на передней брюшной стенке и конечностях). Склеры – видимые, слизистые, обычной окраски. Отеки отсутствуют, пастозность не отмечается. Дыхание самостоятельное, через естественные пути, сам отхаркивает скопившуюся мокроту. Перкуторно: перкуторный звук над легочными полями легочной. Аускультативно: в легких дыхание жесткое, ослаблено в нижних отделах; проводниковые хрипы. Тоны сердца приглушены, ритм правильный. Живот обычной формы, участвует в акте дыхания, безболезненный, мягкий, симптомы Щеткина-Блюмберга, Курвуазье отрицательные. Печень не пальпируется, безболезненная. Желчный пузырь не пальпируется, безболезненный. Селезенка не пальпируется, безболезненная. Стул, мочу: полностью не контролирует.

    НЕВРОЛОГИЧЕСКИЙ СТАТУС: Менингеальные знаки отсутствуют. Черепно-мозговая иннервация: I обонятельный нерв — оценить сложно; II зрительный нерв — фотореакция снижена, зрение оценить сложно, не следит за предметом; самостоятельные движений глазных яблок сохранены. Пациент эпизодически фиксирует взор на входящем в палату человеке, близких, знакомых, предъявленных предметах. III, IV, VI — глазодвигательный, блоковый, отводящий нервы — зрачки D=S, глазные щели D=S; V тройничный нерв — чувствительность на лице оценить сложно из-за тяжести состояния; VII — лицевой нерв — лицо симметричное, мимические пробы выполняет удовлетворительно, VIII — преддверно-улитковый нерв — оценить сложно из-за тяжести состояния; IX, X — языкоглоточный, блуждающий нервы — небная занавеска симметрична, uvula по средней линии, глоточные рефлексы высокие. Глотание — норма, пациент жует измельченную в блендере пищу. Положительные симптомы орального автоматизма, XI — добавочный — оценить сложно из-за вегетативного состояния, XII — девиация языка вправо.

    Конечности удерживает навесу: ногу в вертикальном положении при опоре стопой о кровать, предплечье при опоре плечом. Мышечный тонус в конечностях высокий, несколько выше справа. Участвует при высаживании, перемещении в пределах кровати. Сухожильные рефлексы: средней живости, без четкой разницы сторон. Патологические знаки положительные — симптом Бабинского, Оппенгейма, Пусепа. Чувствительность оценить сложно из-за тяжести состояния. Координаторные пробы оценить сложно из-за тяжести состояния. Тазовые функции не контролирует. Высшие нервные функции по комплексным (клиническим, параклиническим признакам) частично сохранены.

    Анализы крови и мочи без патологии. ЭКГ. Заключение: Ритм синусовый, горизонтальное положение ЭОС, ЧСС 67 ударов в минуту. ЭКГ в динамике, без отрицательной динамики.

    ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

    Альфа-ритм нерегулярный: Частота: 8 кол./сек; амплитуда: до 60 мкВ; индекс выраженности: 60% в левом полушарии и 35% — в правом; максимум выраженности — в затылочно-теменных отделах. Зональные различия сохранены. Модуляции нечеткие. Бета-активность. Частота 18-23 кол./сек, амплитудой до 14 мкВ; выражена преимущественно в лобно-височных отделах. Патологическая медленная активность: полиморфные низкоамплитудные диффузные тета-колебания, индекс 10%. Пароксизмальные феномены: нет. Другие ЭЭГ-феномены: нет. Функциональные пробы: Реакция активации: адекватная. Фотостимуляция 2-24 Гц, без существенного эффекта. Гипервентиляция (3 мин): не проводилась. Заключение: Эпилептиформной активности не выявлено. Выявлена межполушарная асимметрия: альфа-ритм лучше выражен в левом полушарии. Отмечаются умеренные диффузные нарушения биоэлектрической активности головного мозга регуляторного характера.

    КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ЭЭГ

    Методом спектрального анализа выявлены следующие характеристики биоэлектрической активности головного мозга: Пик спектральной мощности отмечается в альфа-тета-диапазоне на частоте 7,5 Гц, в левом полушарии и на частоте 9 Гц — в правом полушарии. Полученные данные указывают на сформированный альфа-ритм в обеих гемисферах головного мозга с признаками десинхронизации в деятельности глубинных пейсмейкеров биоэлектрической активности головного мозга.

    СОМАТОСЕНСОРНЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

    Стимуляция — n. Tibialis на уровне медиальной лодыжки (электрические стимулы длительностью 0,3 мс и частотой 0.5 Гц); Регистрация — 1) Cz — Fpz сенсорная корковая проекция.

    Figure 00000006

    Заключение: При стимуляции обеих нижних конечностей выявлены выраженные нарушения функции проводящих путей соматосенсорного анализатора.

    Электромагнитные поля в производственных условиях. Электромагнитные поля на рабочем месте

    1. Что такое ЭМП, его виды и классификация
    2. Основные источники ЭМП
    2.1 Электротранспорт
    2.2 Линии электропередач
    2.3 Электропроводка
    2.4 Бытовая электротехника
    2.5 Теле- и радиостанции
    2.6 Спутниковая связь
    2.7 Сотовая связь
    2.8 Радары
    2.9 Персональные компьютеры
    3. Как действует ЭМП на здоровье
    4. Как защититься от ЭМП

    Что такое ЭМП, его виды и классификация

    На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины «электрическое поле», «магнитное поле», «электромагнитное поле». Коротко поясним, что это означает и какая связь существует между ними.

    Электрическое поле создается зарядами. Например, во всем известных школьных опытах по электризации эбонита, присутствует как раз электрическое поле.

    Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику.

    Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м (Вольт-на-метр). Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, единица Тл(Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

    По определению, электромагнитное поле — это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н — вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

    Электромагнитные волны характеризуются длиной волны, обозначение — l (лямбда). Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются частотой, обозначение — f.

    Важная особенность ЭМП — это деление его на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны. В «ближней» зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r 3l . В «дальней» зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r -1.

    В «дальней» зоне излучения есть связь между Е и Н: Е = 377Н, где 377 — волновое сопротивление вакуума, Ом. Поэтому измеряется, как правило, только Е. В России на частотах выше 300 МГц обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойтинга. Обозначается как S, единица измерения Вт/м2. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

    Международная классификация электромагнитных волн по частотам

    Наименование частотного диапазона Границы диапазона Наименование волнового диапазона Границы диапазона
    Крайние низкие, КНЧ 3 — 30 Гц Декамегаметровые 100 — 10 Мм
    Сверхнизкие, СНЧ 30 – 300 Гц Мегаметровые 10 — 1 Мм
    Инфранизкие, ИНЧ 0,3 — 3 кГц Гектокилометровые 1000 — 100 км
    Очень низкие, ОНЧ 3 — 30 кГц Мириаметровые 100 — 10 км
    Низкие частоты, НЧ 30 — 300 кГц Километровые 10 — 1 км
    Средние, СЧ 0,3 — 3 МГц Гектометровые 1 — 0,1 км
    Высокие частоты, ВЧ 3 — 30 МГц Декаметровые 100 — 10 м
    Очень высокие, ОВЧ 30 — 300 МГц Метровые 10 — 1 м
    Ультравысокие,УВЧ 0,3 — 3 ГГц Дециметровые 1 — 0,1 м
    Сверхвысокие, СВЧ 3 — 30 ГГц Сантиметровые 10 — 1 см
    Крайне высокие, КВЧ 30 — 300 ГГц Миллиметровые 10 — 1 мм
    Гипервысокие, ГВЧ 300 – 3000 ГГц Децимиллиметровые 1 — 0,1 мм

    2. Основные источники ЭМП

    • Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда,…)
    • Линии электропередач (городского освещения, высоковольтные,…)
    • Электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации,…)
    • Бытовые электроприборы
    • Теле- и радиостанции (транслирующие антенны)
    • Спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны)
    • Радары
    • Персональные компьютеры

    2.1 Электротранспорт

    Транспорт на электрической тяге – электропоезда (в том числе поезда метрополитена), троллейбусы, трамваи и т. п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. По данным (Stenzel et al.,1996), максимальные значения плотности потока магнитной индукции В в пригородных «электричках» достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл. Среднее значение В на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл. Типичный результат долговременных измерений уровней магнитного поля, генерируемого железнодорожным транспортом на удалении 12 м от полотна, приведен на рисунке.

    2.2 Линии электропередач

    Провода работающей линии электропередачи создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии достигает десятков метров. Дальность распространение электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии ЛЭП — например ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение — тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы ЛЭП.

    Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.

    Биологическое действие

    Электрические и магнитные поля являются очень сильными факторами влияния на состояние всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия. Например, в районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем поля.

    У растений распространены аномалии развития — часто меняются формы и размеры цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки. Здоровый человек страдает от относительно длительного пребывания в поле ЛЭП. Кратковременное облучение (минуты) способно привести к негативной реакцией только у гиперчувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергии. Например, хорошо известны работы английских ученых в начале 90-х годов показавших, что у ряда аллергиков по действием поля ЛЭП развивается реакция по типу эпилептической. При продолжительном пребывании (месяцы — годы) людей в электромагнитном поле ЛЭП могут развиваться заболевания преимущественно сердечно-сосудистой и нервной систем организма человека. В последние годы в числе отдаленных последствий часто называются онкологические заболевания.

    Санитарные нормы

    Исследования биологического действия ЭМП ПЧ, выполненные в СССР в 60-70х годах, ориентировались в основном на действие электрической составляющей, поскольку экспериментальным путем значимого биологического действия магнитной составляющей при типичных уровнях не было обнаружено. В 70-х годах для населения по ЭП ПЧ были введены жесткие нормативы и по настоящее время являющиеся одними из самых жестких в мире. Они изложены в Санитарных нормах и правилах «Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты»№ 2971-84. В соответствии с этими нормами проектируются и строятся все объекты электроснабжения.

    Несмотря на то, что магнитное поле во всем мире сейчас считается наиболее опасным для здоровья, предельно допустимая величина магнитного поля для населения в России не нормируется. Причина — нет денег для исследований и разработки норм. Большая часть ЛЭП строилась без учета этой опасности.

    На основании массовых эпидемиологических обследований населения, проживающего в условиях облучения магнитными полями ЛЭП как безопасный или «нормальный» уровень для условий продолжительного облучения, не приводящий к онкологическим заболеваниям, независимо друг от друга шведскими и американскими специалистами рекомендована величина плотности потока магнитной индукции 0,2 — 0,3 мкТл.

    Принципы обеспечения безопасности населения

    Основной принцип защиты здоровья населения от электромагнитного поля ЛЭП состоит в установлении санитарно-защитных зон для линий электропередачи и снижением напряженности электрического поля в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов.

    Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП которых на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля — 1 кВ/м.

    Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП согласно СН № 2971-84

    К размещению ВЛ ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых ВЛ 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.

    Как определить класс напряжения ЛЭП? Лучше всего обратиться в местное энергетическое предприятие, но можно попробовать визуально, хотя не специалисту это сложно:

    330 кВ — 2 провода, 500 кВ — 3 провода, 750 кВ — 4 провода. Ниже 330 кВ по одному проводу на фазу, определить можно только приблизительно по числу изоляторов в гирлянде: 220 кВ 10 -15 шт., 110 кВ 6-8 шт., 35 кВ 3-5 шт., 10 кВ и ниже — 1 шт.

    Допустимые уровни воздействия электрического поля ЛЭП

    ПДУ, кВ/м Условия облучения
    0,5 внутри жилых зданий
    1,0 на территории зоны жилой застройки
    5,0 в населенной местности вне зоны жилой застройки; (земли городов в пределах городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа в пределах поселковой черты и сельских населенных пунктов в пределах черты этих пунктов) а также на территории огородов и садов;
    10,0 на участках пересечения воздушных линий электропередачи с автомобильными дорогами 1 – IV категорий;
    15,0 в ненаселенной местности (незастроенные местности, хотя бы и часто посещаемые людьми, доступные для транспорта, и сельскохозяйственные угодья);
    20,0 в труднодоступной местности (недоступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения.

    В пределах санитарно-защитной зоны ВЛ запрещается:

    • размещать жилые и общественные здания и сооружения;
    • устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта;
    • размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов;
    • производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.

    В случае, если на каких-то участках напряженность электрического поля за пределами санитарно-защитной зоны окажется выше предельно допустимой 0,5 кВ/м внутри здания и выше 1 кВ/м на территории зоны жилой застройки (в местах возможного пребывания людей), должны быть приняты меры для снижения напряженности. Для этого на крыше здания с неметаллической кровлей размещается практически любая металлическая сетка, заземленная не менее чем в двух точках В зданиях с металлической крышей достаточно заземлить кровлю не менее чем в двух точках. На приусадебных участках или других местах пребывания людей напряженность поля промышленной частоты может быть снижена путем установления защитных экранов, например это железобетонные, металлические заборы, тросовые экраны, деревья или кустарники высотой не менее 2 м.

    2.3 Электропроводка

    Наибольший вклад в электромагнитную обстановку жилых помещений в диапазоне промышленной частоты 50 Гц вносит электротехническое оборудование здания, а именно кабельные линии, подводящие электричество ко всем квартирам и другим потребителям системы жизнеобеспечения здания, а также распределительные щиты и трансформаторы. В помещениях, смежных с этими источниками, обычно повышен уровень магнитного поля промышленной частоты, вызываемый протекающим электротоком. Уровень электрического поля промышленной частоты при этом обычно не высокий и не превышает ПДУ для населения 500 В/м.

    На рисунке представ-лено распределение магнит-ного поля промышленной частоты в жилом помеще-нии. Источник поля – рас-пределительный пункт элек-тропитания, находящийся в смежном нежилом помещении. В настоящее время результаты вы-полненных исследова-ний не могут четко обосновать предель-ные величины или другие обязательные ограничения для продолжительного облу-чения населения низко-частотными магнитными полями малых уровней.

    Исследователи из университета Карнеги в Питсбурге (США) сформулировали подход к проблеме магнитного поля который они назвали “благоразумное предотвращение”. Они считают, что пока наше знание относительно связи между здоровьем и последствием облучения остаются неполными, но существуют сильные подозрения относительно последствий для здоровья, необходимо предпринимать шаги по обеспечению безопасности, которые не несут тяжелые расходы или другие неудобства.

    Подобный подход был использован, например, в начальной стадии работ по проблеме биологического действия ионизирующего излучения: подозрение рисков ущерба для здоровья, основанное на твердых научных основаниях, должно само по себе составить достаточные основания для выполнения защитных мероприятий.

    В настоящее время многие специалисты считают предельно допустимой величину магнитной индукции равной 0,2 — 0,3 мкТл. При этом считается, что развитие заболеваний — прежде всего лейкемии — очень вероятно при продолжительном облучении человека полями более высоких уровней (несколько часов в день, особенно в ночные часы, в течении периода более года).

    Основная мера защиты — предупредительная.

    • необходимо исключить продолжительное пребывание (регулярно по несколько часов в день) в местах повышенного уровня магнитного поля промышленной частоты;
    • кровать для ночного отдыха максимально удалять от источников продолжительного облучения, расстояние до распределительных шкафов, силовых электрокабелей должно быть 2,5 – 3 метра;
    • если в помещении или в смежном есть какие-то неизвестные кабели, распределительные шкафы, трансформаторные подстанции – удаление должно быть максимально возможным, оптимально – промерить уровень электромагнитных полей до того, как жить в таком помещении;
    • при необходимости установить полы с электроподогревом выбирать системы с пониженным уровнем магнитного поля.

    2.4 Бытовая электротехника

    Все бытовые приборы, работающие с использованием электрического тока, являются источниками электромагнитных полей. Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой “без инея”, кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа (смотри рисунок 1). Все ниже приведенные данные относятся к магнитному полю промышленной частоты 50 Гц.

    Значения магнитного поля тесно связаны с мощностью прибора — чем она выше, тем выше магнитное поле при его работе. Значения электрического поля промышленной частоты практически всех электробытовых приборов не превышают нескольких десятков В/м на расстоянии 0,5 м, что значительно меньше ПДУ 500 В/м.

    Уровни магнитного поля промышленной частоты бытовых электроприборов на расстоянии 0,3 м.

    Предельно допустимые уровни электромагнитного поля для потребительской продукции, являющейся источником ЭМП

    Источник Диапазон Значение ПДУ Примечание
    Индукционные печи 20 — 22 кГц 500 В/м
    4 А/м
    Условия измерения:расстояние 0,3 м от корпуса
    СВЧ печи 2,45 ГГц 10 мкВт/см2 Условия измерения:расстояние 0,50 ± 0,05 м от любой точки, при нагрузке 1 литр воды
    Видеодисплейный терминал ПЭВМ 5 Гц — 2 кГц Епду = 25 В/м
    Впду = 250 нТл
    Условия измерения: расстояние 0,5 м вокруг монитора ПЭВМ
    2 — 400 кГц Епду = 2,5 В/мВ
    пду = 25 нТл
    поверхностный электростатический потенциал V = 500 В Условия измерения:расстояние 0,1 м от экрана монитора ПЭВМ
    Прочая продукция 50 Гц Е = 500 В/м Условия измерения:расстояние 0,5 м от корпуса изделия
    0,3 — 300 кГц Е = 25 В/м
    0,3 — 3 МГц Е = 15 В/м
    3 — 30 МГц Е = 10 В/м
    30 — 300 МГц Е = 3 В/м
    0,3 — 30 ГГц ППЭ = 10 мкВт/см2

    Возможные биологические эффекты

    Человеческий организм всегда реагирует на электромагнитное поле. Однако, для того чтобы эта реакция переросла в паталогию и привела к заболеванию необходимо совпадение ряда условий – в том числе достаточно высокий уровень поля и продолжительность облучения. Поэтому, при использовании бытовой техники с малыми уровнями поля и/или кратковременно ЭМП бытовой техники не оказывает влияния на здоровье основной части населения. Потенциальная опасность может грозить лишь людям с повышенной чувствительностью к ЭМП и аллергикам, также зачастую обладающим повышенной чувствительностью к ЭМП.

    Кроме того, согласно современным представлениям, магнитное поле промышленной частоты может быть опасным для здоровья человека, если происходит продолжительное облучение (регулярно, не менее 8 часов в сутки, в течение нескольких лет) с уровнем выше 0,2 микротесла.

    • приобретая бытовую технику проверяйте в Гигиеническом заключении (сертификате) отметку о соответствии изделия требованиям «Межгосударственных санитарных норм допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях», МСанПиН 001-96;
    • используйте технику с меньшей потребляемой мощностью: магнитные поля промышленной частоты будут меньше при прочих равных условиях;
    • к потенциально неблагоприятным источникам магнитного поля промышленной частоты в квартире относятся холодильники с системой “без инея”, некоторые типы “теплых полов”, нагреватели, телевизоры, некоторые системы сигнализации, различного рода зарядные устройства, выпрямители и преобразователи тока – спальное место должно быть на расстоянии не менее 2-х метров от этих предметов если они работают во время Вашего ночного отдыха;
    • при размещении в квартире бытовой техники руководствуйтесь следующими принципами: размещайте бытовые электроприборы по возможности дальше от мест отдыха, не располагайте бытовые электроприборы по-близости и не ставьте их друг на друга.

    Надо помнить, что со временем степень защиты может снижаться, в основном из-за появления микрощелей в уплотнении дверцы. Это может происходить как из-за попадания грязи, так и из-за механических повреждений. Поэтому дверца и ее уплотнение требует аккуратности в обращении и тщательного ухода. Срок гарантированной стойкости защиты от утечек электромагнитного поля при нормальной эксплуатации — несколько лет. Через 5-6 лет эксплуатации целесообразно проверить качество защиты для чего пригласить специалиста из специально аккредитованной лаборатории по контролю электромагнитного поля.

    Кроме СВЧ-излучения работу микроволновой печи сопровождает интенсивное магнитное поле, создаваемое током промышленной частоты 50 Гц протекающим в системе электропитания печи. При этом микроволновая печь является одним из наиболее мощных источников магнитного поля в квартире. Для населения уровень магнитного поля промышленной частоты в нашей стране до сих пор не ограничен несмотря на его существенное действие на организм человека при продолжительном облучении. В бытовых условиях однократное кратковременнное включение (на несколько минут) не окажет существенного влияния на здоровье человека. Однако, сейчас часто бытовая микроволновая печь используется для разогрева пищи в кафе и в сходных других производственных условиях. При этом работающий с ней человек попадает в ситуацию хронического облучения магнитным полем промышленной частоты. В таком случае на рабочем месте необходим обязательный контроль магнитного поля промышленной частоты и СВЧ-излучения.

    Учитывая специфику микроволновой печи, целесообразно включив ее отойти на расстояние не менее 1,5 метра — в этом случае гарантированно электромагнитное поле вас не затронет вообще.

    2.5 Теле- и радиостанции

    На территории России в настоящее время размещается значительное количество передающих радиоцентров различной принадлежности. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком.

    Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части.

    Первая часть зоны — это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны — это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны.

    Расположение РНЦ может быть различным, например, в Москве и московском регионе характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки.

    Высокие уровни ЭМП наблюдаются на территориях, а нередко и за пределами размещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты (ПРЦ НЧ, СЧ и ВЧ). Детальный анализ электромагнитной обстановки на территориях ПРЦ свидетельствует о ее крайней сложности, связанной с индивидуальным характером интенсивности и распределения ЭМП для каждого радиоцентра. В связи с этим специальные исследования такого рода проводятся для каждого отдельного ПРЦ.

    Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду ультракороткие волны ОВЧ и УВЧ-диапазонов.

    Сравнительный анализ санитарно-защитных зон (СЗЗ) и зон ограничения застройки в зоне действия таких объектов показал, что наибольшие уровни облучения людей и окружающей среды наблюдаются в районе размещения РТПЦ «старой постройки» с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность воздействия вносят «уголковые» трех- и шестиэтажные антенны ОВЧ ЧМ-вещания.

    Радиостанции ДВ (частоты 30 — 300 кГц). В этом диапазоне длина волн относительно большая (например, 2000 м для частоты 150 кГц). На расстоянии одной длины волны или меньше от антенны поле может быть достаточно большим, например, на расстоянии 30 м от антенны передатчика мощностью 500 кВт, работающего на частоте 145 кГц, электрическое поле может быть выше 630 В/м, а магнитное — выше 1,2 А/м.

    Радиостанции СВ (частоты 300 кГц — 3 МГц). Данные для радиостанций этого типа говорят, что напряженность электрического поля на расстоянии 200 м может достигать 10 В/м, на расстоянии 100 м — 25 В/м, на расстоянии 30 м — 275 В/м (приведены данные для передатчика мощностью 50 кВт).

    Радиостанции КВ (частоты 3 — 30 МГц). Передатчики радиостанций КВ имеют обычно меньшую мощность. Однако они чаще размещаются в городах, могут быть размещены даже на крышах жилых зданий на высоте 10- 100 м. Передатчик мощностью 100 кВт на расстоянии 100 м может создавать напряженность электрического поля 44 В/м и магнитного поля 0,12 Ф/м.

    Телевизионные передатчики . Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций.

    Основной принцип обеспечение безопасности — соблюдение установленных Санитарными нормами и правилами предельно допустимых уровней электромагнитного поля. Каждый радиопередающий объект имеет Санитарный паспорт, в котором определены границы санитарно-защитной зоны. Только при наличии этого документа территориальные органы Госсанэпиднадзора разрешают эксплуатировать радиопередающие объекты. Периодически они производят контроль электромагнитной обстановки на предмет её соответствия установленным ПДУ.

    2.6 Спутниковая связь

    Системы спутниковой связи состоят из приемопередающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженной узконаправленный основной луч — главный лепесток. Плотность потока энергии (ППЭ) в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля на большом удалении. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км ППЭ равное 2,8 Вт/м2. Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.

    2.7 Сотовая связь

    Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее интенсивно развивающихся телекоммуникационных систем. В настоящее время во всем мире насчитывается более 85 миллионов абонентов, пользующихся услугами этого вида подвижной (мобильной) связи (в России – более 600 тысяч). Предполагается, что к 2001 году их число увеличится до 200–210 миллионов (в России – около 1 миллиона).

    Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ диапазоне. Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или «соты», радиусом обычно 0,5–10 километров.

    Базовые станции

    Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц. Антенны БС устанавливаются на высоте 15–100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках (общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т. д.) или на специально сооруженных мачтах. Среди установленных в одном месте антенн БС имеются как передающие (или приемопередающие), так и приемные антенны, которые не являются источниками ЭМП.

    Исходя из технологических требований построения системы сотовой связи, диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости рассчитана таким образом, что основная энергия излучения (более 90 %) сосредоточена в довольно узком «луче». Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны БС, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы.

    Краткие технические характеристики стандартов системы сотовой радиосвязи, действующих в России

    Наименование стандарта Диапазон рабочих частот БС Диапазон рабочих частот МРТ Макси-мальная излучаемая мощность БС Макси-мальная излучаемая мощность МРТ Радиус «соты»
    NMT-450 Аналоговый 463 – 467,5 МГц 453 – 457,5 МГц 100 Вт 1 Вт 1 – 40 км
    AMPSАналоговый 869 – 894 МГц 824 – 849 МГц 100 Вт 0,6 Вт 2 – 20 км
    D-AMPS (IS-136)Цифровой 869 – 894 МГц 824 – 849 МГц 50 Вт 0,2 Вт 0,5 – 20 км
    CDMAЦифровой 869 – 894 МГц 824 – 849 МГц 100 Вт 0,6 Вт 2 – 40 км
    GSM-900Цифровой 925 – 965 МГц 890 – 915 МГц 40 Вт 0,25 Вт 0,5 – 35 км
    GSM-1800 (DCS)Цифровой 1805 – 1880 МГц 1710 – 1785 МГц 20 Вт 0,125 Вт 0,5 – 35 км

    БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки. Загрузка определяется наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю, т. е. станции в основном «молчат».

    Исследования электромагнитной обстановки на территории, прилегающей к БС, были проведены специалистами разных стран, в том числе Швеции, Венгрии и России. По результатам измерений, проведенных в Москве и Московской области, можно констатировать, что в 100% случаев электромагнитная обстановка в помещениях зданий, на которых установлены антенны БС, не отличалась от фоновой, характерной для данного района в данном диапазоне частот. На прилегающей территории в 91% случаев зафиксированные уровни электромагнитного поля были в 50 раз меньше ПДУ, установленного для БС. Максимальное значение при измерениях, меньшее ПДУ в 10 раз, было зафиксировано вблизи здания на котором установлено сразу три базовые станции разных стандартов.

    Имеющиеся научные данные и существующая система санитарно–гигиенического контроля при введения в эксплуатацию базовых станций сотовой связи позволяют отнести базовые станции сотовой связи к наиболее экологически и санитарно–гигиенически безопасным системам связи.

    Мобильные радиотелефоны

    Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 – 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи «мобильный радиотелефон – базовая станция», т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125–1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 – 0,2 Вт. Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека «откликается» на наличие излучения сотового телефона. Поэтому владельцам МРТ рекомендуется соблюдать некоторые меры предосторожности:

    • не пользуйтесь сотовым телефоном без необходимости;
    • разговаривайте непрерывно не боле 3 – 4 минут;
    • не допускайте, чтобы МРТ пользовались дети;
    • при покупке выбирайте сотовый телефон с меньшей максимальной мощностью излучения;
    • в автомобиле используйте МРТ совместно с системой громкоговорящей связи «hands-free» с внешней антенной, которую лучше всего располагать в геометрическом центре крыши.

    Исследования возможного влияния биологического действия электромагнитного поля элементов систем сотовой связи вызывают большой интерес у общественности. Публикации в средствах массовой информации достаточно точно отражают современные тенденции в этих исследованиях. Мобильные телефоны GSM: швейцарские тесты показали, что излучение, поглощенное головой человека, находится в допустимых европейскими стандартами пределах. Специалисты Центра электромагнитной безопасности провели медико-биологические эксперименты по исследованию влияния на физиологическое и гормональное состояние человека электромагнитного излучения мобильных телефонов существующих и перспективных стандартов сотовой связи.

    При работе мобильного телефона электромагнитное излучение воспринимается не только приемником базовой станции, но и телом пользователя, и в первую очередь его головой. Что при этом происходит в организме человека, насколько это воздействие опасно для здоровья? Однозначного ответа на этот вопрос до сих пор не существует. Однако эксперимент российских ученых показал, что мозг человека не только ощущает излучение сотового телефона, но и различает стандарты сотовой связи.

    Руководитель исследовательского проекта доктор медицинских наук Юрий Григорьев считает, что сотовые телефоны стандартов NМТ-450 и GSМ-900 вызывали достоверные и заслуживающие внимания изменения в биоэлектрической активности головного мозга. Однако клинически значимых последствий для организма человека однократное 30-минутное облучение электромагнитным полем мобильного телефона не оказывает. Отсутствие достоверных измерений в электроэнцефалограмме в случае использования телефона стандарта GSМ-1800 может характеризовать его как наиболее “щадящий” для пользователя из трех использованных в эксперименте систем связи.

    2.8 Радары

    Радиолокационные станции оснащены, как правило, антеннами зеркального типа и имеют узконаправленную диаграмму излучения в виде луча, направленного вдоль оптической оси.

    Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин — излучение, 30 мин — пауза суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости обычно составляет несколько градусов, а длительность облучения за период обзора составляет десятки миллисекунд.

    Радары метрологические могут создавать на удалении 1 км ППЭ ~ 100 Вт/м2 за каждый цикл облучения. Радиолокационные станции аэропортов создают ППЭ ~ 0,5 Вт/м2 на расстоянии 60 м. Морское радиолокационное оборудование устанавливается на всех кораблях, обычно оно имеет мощность передатчика на порядок меньшую, чем у аэродромных радаров, поэтому в обычном режиме сканирование ППЭ, создаваемое на расстоянии нескольких метров, не превышает 10 Вт/м2.

    Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование остронаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты: Иркутск, Сочи, Сыктывкар, Ростов-на-Дону и ряд других.

    2.9 Персональные компьютеры

    Основным источником неблагоприятного воздействия на здоровье пользователя компьютера является средство визуального отображения информации на электронно-лучевой трубке. Ниже перечислены основные факторы его неблагоприятного воздействия.

    Эргономические параметры экрана монитора

    • снижение контраста изображения в условиях интенсивной внешней засветки
    • зеркальные блики от передней поверхности экранов мониторов
    • наличие мерцания изображения на экране монитора
    • электромагнитное поле монитора в диапазоне частот 20 Гц- 1000 МГц
    • статический электрический заряд на экране монитора
    • ультрафиолетовое излучение в диапазоне 200- 400 нм
    • инфракрасное излучение в диапазоне 1050 нм- 1 мм
    • рентгеновское излучение > 1,2 кэВ

    Компьютер как источник переменного электромагнитного поля

    Основными составляющими частями персонального компьютера (ПК) являются: системный блок (процессор) и разнообразные устройства ввода/вывода информации: клавиатура, дисковые накопители, принтер, сканер, и т. п. Каждый персональный компьютер включает средство визуального отображения информации называемое по-разному — монитор, дисплей. Как правило, в его основе — устройство на основе электронно-лучевой трубки. ПК часто оснащают сетевыми фильтрами (например, типа «Pilot»), источниками бесперебойного питания и другим вспомогательным электрооборудованием. Все эти элементы при работе ПК формируют сложную электромагнитную обстановку на рабочем месте пользователя (см. таблицу 1).

    ПК как источник ЭМП

    Источник Диапазон частот(первая гармоника)
    Монитор сетевой трансформатор блока питания 50 Гц
    статический преобразователь напряжения в импульсном блоке питания 20 — 100 кГц
    блок кадровой развертки и синхронизации 48 — 160 Гц
    блок строчной развертки и синхронизации 15 110 кГц
    ускоряющее анодное напряжение монитора (только для мониторов с ЭЛТ) 0 Гц (электростатика)
    Системный блок (процессор) 50 Гц — 1000 МГц
    Устройства ввода/вывода информации 0 Гц, 50 Гц
    Источники бесперебойного питания 50 Гц, 20 — 100 кГц

    Электромагнитное поле, создаваемое персональным компьютером, имеет сложный спектральный состав в диапазоне частот от 0 Гц до 1000 МГц. Электромагнитное поле имеет электрическую (Е) и магнитную (Н) составляющие, причем взаимосвязь их достаточно сложна, поэтому оценка Е и Н производится раздельно.

    Максимальные зафиксированные на рабочем месте значения ЭМП
    Вид поля, диапазон частот, единица измерения напряженности поля Значение напряженности поля по оси экрана вокруг монитора
    Электрическое поле, 100 кГц- 300 МГц, В/м 17,0 24,0
    Электрическое поле, 0,02- 2 кГц, В/м 150,0 155,0
    Электрическое поле, 2- 400 кГц В/м 14,0 16,0
    Магнитное поле, 100кГц- 300МГц, мА/м нчп нчп
    Магнитное поле, 0,02- 2 кГц, мА/м 550,0 600,0
    Магнитное поле, 2- 400 кГц, мА/м 35,0 35,0
    Электростатическое поле, кВ/м 22,0 —

    Диапазон значений электромагнитных полей, измеренных на рабочих местах пользователей ПК

    Наименование измеряемых параметров Диапазон частот 5 Гц — 2 кГц Диапазон частот 2 — 400 кГц
    Напряженность переменного электрического поля, (В/м) 1,0 — 35,0 0,1 — 1,1
    Индукция переменного магнитного поля, (нТл) 6,0 — 770,0 1,0 — 32,0

    Компьютер как источник электростатического поля

    При работе монитора на экране кинескопа накапливается электростатический заряд, создающий электростатическое поле (ЭСтП). В разных исследованиях, при разных условиях измерения значения ЭСтП колебались от 8 до 75 кВ/м. При этом люди, работающие с монитором, приобретают электростатический потенциал. Разброс электростатических потенциалов пользователей колеблется в диапазоне от -3 до +5 кВ. Когда ЭСтП субъективно ощущается, потенциал пользователя служит решающим фактором при возникновении неприятных субъективных ощущений. Заметный вклад в общее электростатическое поле вносят электризующиеся от трения поверхности клавиатуры и мыши. Эксперименты показывают, что даже после работы с клавиатурой, электростатическое поле быстро возрастает с 2 до 12 кВ/м. На отдельных рабочих местах в области рук регистрировались напряженности статических электрических полей более 20 кВ/м.

    По обобщенным данным, у работающих за монитором от 2 до 6 часов в сутки функциональные нарушения центральной нервной системы происходят в среднем в 4,6 раза чаще, чем в контрольных группах, болезни сердечно-сосудистой системы — в 2 раза чаще, болезни верхних дыхательных путей — в 1,9 раза чаще, болезни опорно-двигательного аппарата — в 3,1 раза чаще. С увеличением продолжительности работы на компьютере соотношения здоровых и больных среди пользователей резко возрастает.

    Исследования функционального состояния пользователя компьютера, проведенные в 1996 году в Центром электромагнитной безопасности, показали, что даже при кратковременной работе (45 минут) в организме пользователя под влиянием электромагнитного излучения монитора происходят значительные изменения гормонального состояния и специфические изменения биотоков мозга. Особенно ярко и устойчиво эти эффекты проявляются у женщин. Замечено, что у групп лиц (в данном случае это составило 20%) отрицательная реакция функционального состояния организма не проявляется при работе с ПК менее 1 часа. Исходя из анализа полученных результатов сделан вывод о возможности формирования специальных критериев профессионального отбора для персонала, использующего компьютер в процессе работы.

    Влияние аэроионного состава воздуха. Зонами, воспринимающими аэроионы в организме человека, являются дыхательные пути и кожа. Единого мнения относительно механизма воздействия аэроионов на состояние здоровья человека нет.

    Влияние на зрение. К зрительному утомлению пользователя ВДТ относят целый комплекс симптомов: появление «пелены» перед глазами, глаза устают, делаются болезненными, появляются головные боли, нарушается сон, изменяется психофизическое состояние организма. Необходимо отметить, что жалобы на зрение могут быть связаны как с упомянутыми выше факторами ВДТ, так м с условиями освещения, состоянием зрения оператора и др. Синдром длительной статистической нагрузки (СДСН). У пользователей дисплеев развивается мышечная слабость, изменения формы позвоночника. В США признано, что СДСН — профессиональное заболевания 1990-1991 годов с самой высокой скоростью распространения. При вынужденной рабочей позе, при статической мышечной нагрузке мышц ног, плеч, шеи и рук длительно пребывают в состоянии сокращения. Поскольку мышцы не расслабляются, в них ухудшается кровоснабжение; нарушается обмен веществ, накапливаются биопродукты распада и, в частности, молочная кислота. У 29 женщин с синдромом длительной статической нагрузки бралась биопсия мышечной ткани, в которых было обнаружено резкое отклонение биохимических показателей от нормы.

    Стресс. Пользователи дисплеев часто находятся в состоянии стресса. По данным Национального Института охраны труда и профилактики профзаболеваний США (1990 г.) пользователи ВДТ в большей степени, чем другие профессиональные группы, включая авиадиспетчеров, подвержены развитию стрессорных состояний. При этом у большинства пользователей работа на ВДТ сопровождается значительном умственным напряжением. Показано, что источниками стресса могут быть: вид деятельности, характерные особенности компьютера, используемое программное обеспечение, организация работы, социальные аспекты. Работа на ВДТ имеет специфические стрессорные факторы, такие как время задержки ответа (реакции) компьютера при выполнении команд человека, «обучаемость командам управления» (простота запоминания, похожесть, простота использования и т.н.), способ визуализации информации и т.д. Пребывание человека в состоянии стресса может привести к изменениям настроения человека, повышению агрессивности, депрессии, раздражительности. Зарегистрированы случаи психосоматических расстройств, нарушения функции желудочно-кишечного тракта, нарушение сна, изменение частоты пульса, менструального цикла. Пребывание человека в условиях длительно действующего стресс-фактора может привести к развитию сердечно-сосудистых заболеваний.

    Жалобы пользователей персонального компьютера возможные причины их происхождения.

    Субъективные жалобы Возможные причины
    резь в глазах визуальные эргономические параметры монитора, освещение на рабочем месте и в помещении
    головная боль аэроионный состав воздуха в рабочей зоне, режим работы
    повышенная нервозность электромагнитное поле, цветовая гамма помещения, режим работы
    повышенная утомляемость электромагнитное поле, режим работы
    расстройство памяти электромагнитное поле, режим работы
    нарушение сна режим работы, электромагнитное поле
    выпадение волос электростатические поля, режим работы
    прыщи и покраснение кожи электростатические поле, аэроионный и пылевой состав воздуха в рабочей зоне
    боли в животе неправильная посадка, вызванная неправильным устройством рабочего места
    боль в пояснице неправильная посадка пользователя вызванная устройством рабочего места, режим работы
    боль в запястьях и пальцах неправильная конфигурация рабочего места, в том числе высота стола не соответствует росту и высоте кресла; неудобная клавиатура; режим работы

    В качестве технических стандартов безопасности мониторов широко известны шведские ТСО92/95/98 и MPR II. Эти документы определяют требования к монитору персонального компьютера по параметрам, способным оказывать влияние на здоровье пользователя. Наиболее жесткие требования к монитору предъявляет ТСО 95. Он ограничивает параметры излучения монитора, потребления электроэнергии, визуальные параметры, так что делает монитор наиболее лояльным к здоровью пользователя. В части излучательных параметров ему соответствует и ТСО 92. Разработан стандарт Шведской конфедерацией профсоюзов.

    Стандарт MPR II менее жесткий – устанавливает предельные уровни электромагнитного поля примерно в 2,5 раза выше. Разработан Институтом защиты от излучений (Швеция) и рядом организаций, в том числе крупнейших производителей мониторов. В части электромагнитных полей стандарту MPR II соответствует российские санитарные нормы СанПиН 2.2.2.542-96 “Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работ”. Средства защиты пользователей от ЭМП

    В основном из средств защиты предлагаются защитные фильтры для экранов мониторов. Они используется для ограничения действия на пользователя вредных факторов со стороны экрана монитора, улучшает эргономические параметры экрана монитора и снижает излучение монитора в направлении пользователя.

    3. Как действует ЭМП на здоровье

    В СССР широкие исследования электромагнитных полей были начаты в 60-е годы. Был накоплен большой клинический материал о неблагоприятном действии магнитных и электромагнитных полей, было предложено ввести новое нозологическое заболевание “Радиоволновая болезнь” или “Хроническое поражение микроволнами”. В дальнейшем, работами ученых в России было установлено, что, во-первых, нервная система человека, особенно высшая нервная деятельность, чувствительна к ЭМП, и, во-вторых, что ЭМП обладает т.н. информационным действием при воздействии на человека в интенсивностях ниже пороговой величины теплового эффекта. Результаты этих работ были использованы при разработке нормативных документов в России. В результате нормативы в России были установлены очень жесткими и отличались от американских и европейских в несколько тысяч раз (например, в России ПДУ для профессионалов 0,01 мВт/см2; в США — 10 мВт/см2).

    Биологическое действие электромагнитных полей

    Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах. При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. При относительно низком уровне ЭМП (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц это менее 1 мВт/см2) принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. Механизмы действия ЭМП в этом случае еще мало изучены. Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволят определить наиболее чувствительные системы организма человека: нервная, иммунная, эндокринная и половая. Эти системы организма являются критическими. Реакции этих систем должны обязательно учитываться при оценке риска воздействия ЭМП на население.

    Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания. Особо опасны ЭМП могут быть для детей, беременных (эмбрион), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой системы, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом.

    Влияние на нервную систему.

    Большое число исследований, выполненных в России, и сделанные монографические обобщения, дают основание отнести нервную систему к одной из наиболее чувствительных систем в организме человека к воздействию ЭМП. На уровне нервной клетки, структурных образований по передачи нервных импульсов (синапсе), на уровне изолированных нервных структур возникают существенные отклонения при воздействии ЭМП малой интенсивности. Изменяется высшая нервная деятельность, память у людей, имеющих контакт с ЭМП. Эти лица могут иметь склонность к развитию стрессорных реакций. Определенные структуры головного мозга имеют повышенную чувствительность к ЭМП. Изменения проницаемости гемато-энцефалического барьера может привести к неожиданным неблагоприятным эффектам. Особую высокую чувствительность к ЭМП проявляет нервная система эмбриона.

    Влияние на иммунную систему

    В настоящее время накоплено достаточно данных, указывающих на отрицательное влияние ЭМП на иммунологическую реактивность организма. Результаты исследований ученых России дают основание считать, что при воздействии ЭМП нарушаются процессы иммуногенеза, чаще в сторону их угнетения. Установлено также, что у животных, облученных ЭМП, изменяется характер инфекционного процесса — течение инфекционного процесса отягощается. Возникновение аутоиммунитета связывают не столько с изменением антигенной структуры тканей, сколько с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных тканевых антигенов. В соответствии с этой концепцией. основу всех аутоиммунных состояний составляет в первую очередь иммунодефицит по тимус-зависимой клеточной популяции лимфоцитов. Влияние ЭМП высоких интенсивностей на иммунную систему организма проявляется в угнетающем эффекте на Т-систему клеточного иммунитета. ЭМП могут способствовать неспецифическому угнетению иммуногенеза, усилению образования антител к тканям плода и стимуляции аутоиммунной реакции в организме беременной самки.

    Влияние на эндокринную систему и нейрогуморальную реакцию.

    В работах ученых России еще в 60-е годы в трактовке механизма функциональных нарушений при воздействии ЭМП ведущее место отводилось изменениям в гипофиз-надпочечниковой системе. Исследования показали, что при действии ЭМП, как правило, происходила стимуляция гипофизарно-адреналиновой системы, что сопровождалось увеличением содержания адреналина в крови, активацией процессов свертывания крови. Было признано, что одной из систем, рано и закономерно вовлекающей в ответную реакцию организма на воздействие различных факторов внешней среды, является система гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников. Результаты исследований подтвердили это положение.

    Влияние на половую функцию.

    Нарушения половой функции обычно связаны с изменением ее регуляции со стороны нервной и нейроэндокринной систем. С этим связанаы результаты работы по изучению состояния гонадотропной активности гипофиза при воздействии ЭМП. Многократное облучение ЭМП вызывает понижение активности гипофиза
    Любой фактор окружающей среды, воздействующий на женский организм во время беременности и оказывающий влияние на эмбриональное развитие, считается тератогенным. Многие ученые относят ЭМП к этой группе факторов.
    Первостепенное значение в исследованиях тератогенеза имеет стадия беременности, во время которой воздействует ЭМП. Принято считать, что ЭМП могут, например, вызывать уродства, воздействуя в различные стадии беременности. Хотя периоды максимальной чувствительности к ЭМП имеются. Наиболее уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития зародыша, соответствующие периодам имплантации и раннего органогенеза.
    Было высказано мнение о возможности специфического действия ЭМП на половую функцию женщин, на эмбрион. Отмечена более высокая чувствительность к воздействию ЭМП яичников нежели семенников. Установлено, что чувствительность эмбриона к ЭМП значительно выше, чем чувствительность материнского организма, а внутриутробное повреждение плода ЭМП может произойти на любом этапе его развития. Результаты проведенных эпидемиологических исследований позволят сделать вывод, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам, повлиять на развитие плода и, наконец, увеличить риск развития врожденных уродств.

    Другие медико-биологические эффекты.

    С начала 60-х годов в СССР были проведены широкие исследования по изучению здоровья людей, имеющих контакт с ЭМП на производстве. Результаты клинических исследований показали, что длительный контакт с ЭМП в СВЧ диапазоне может привести к развитию заболеваний, клиническую картину которого определяют, прежде всего, изменения функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. Было предложено выделить самостоятельное заболевание — радиоволновая болезнь. Это заболевание, по мнению авторов, может иметь три синдрома по мере усиления тяжести заболевания:

    • астенический синдром;
    • астено-вегетативный синдром;
    • гипоталамический синдром.

    Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия ЭМ-излучения на человека являются функциональные нарушения со стороны нервной системы, проявляющиеся прежде всего в виде вегетативных дисфункций неврастенического и астенического синдрома. Лица, длительное время находившиеся в зоне ЭМ-излучения, предъявляют жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Нередко к этим симптомам присоединяются расстройства вегетативных функций. Нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы проявляются, как правило, нейроциркуляторной дистонией: лабильность пульса и артериального давления, наклонность к гипотонии, боли в области сердца и др. Отмечаются также фазовые изменения состава периферической крови (лабильность показателей) с последующим развитием умеренной лейкопении, нейропении, эритроцитопении. Изменения костного мозга носят характер реактивного компенсаторного напряжения регенерации. Обычно эти изменения возникают у лиц по роду своей работы постоянно находившихся под действием ЭМ-излучения с достаточно большой интенсивностью. Работающие с МП и ЭМП, а также население, живущее в зоне действия ЭМП жалуются на раздражительность, нетерпеливость. Через 1-3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память. Возникают жалобы на малую эффективность сна и на утомляемость. Учитывая важную роль коры больших полушарий и гипоталамуса в осуществлении психических функций человека, можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимых ЭМ-излучения (особенно в дециметровом диапазоне волн) может повести к психическим расстройствам.

    4. Как защититься от ЭМП

    Организационные мероприятия по защите от ЭМП К организационным мероприятиям по защите от действия ЭМП относятся: выбор режимов работы излучающего оборудования, обеспечивающего уровень излучения, не превышающий предельно допустимый, ограничение места и времени нахождения в зоне действия ЭМП (защита расстоянием и временем), обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем ЭМП.

    Защита временем применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. В действующих ПДУ предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения.

    Защита расстоянием основывается на падении интенсивности излучения, которое обратно пропорционально квадрату расстояния и применяется, если невозможно ослабить ЭМП другими мерами, в том числе и защитой временем. Защита расстоянием положена в основу зон нормирования излучений для определения необходимого разрыва между источниками ЭМП и жилыми домами, служебными помещениями и т.п. Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, должны определяться санитарно-защитные зоны в которых интенсивность ЭМП превышает ПДУ. Границы зон определяются расчетно для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируются с помощью приборов. В соответствии с ГОСТ 12.1.026-80 зоны излучения ограждаются либо устанавливаются предупреждающие знаки с надписями: «Не входить, опасно!».

    Инженерно-технические мероприятия по защите населения от ЭМП

    Инженерно-технические защитные мероприятия строятся на использовании явления экранирования электромагнитных полей непосредственно в местах пребывания человека либо на мероприятиях по ограничению эмиссионных параметров источника поля. Последнее, как правило, применяется на стадии разработки изделия, служащего источником ЭМП. Радиоизлучения могут проникать в помещения, где находятся люди через оконные и дверные проемы. Для экранирования смотровых окон, окон помещений, застекления потолочных фонарей, перегородок применяется металлизированное стекло, обладающее экранирующими свойствами. Такое свойство стеклу придает тонкая прозрачная пленка либо окислов металлов, чаще всего олова, либо металлов — медь, никель, серебро и их сочетания. Пленка обладает достаточной оптической прозрачность и химической стойкостью. Будучи нанесенной на одну сторону поверхности стекла она ослабляет интенсивность излучения в диапазоне 0,8 – 150 см на 30 дБ (в 1000 раз). При нанесении пленки на обе поверхности стекла ослабление достигает 40 дБ (в 10000 раз).

    Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений в строительных конструкциях в качестве защитных экранов могут применяться металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, в том числе и специально разработанные строительные материалы. В ряде случаев достаточно использования заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовочный или штукатурный слой.. В качестве экранов могут применяться также различные пленки и ткани с металлизированным покрытием. В последние годы в качестве радиоэкранирующих материалов получили металлизированные ткани на основе синтетических волокон. Их получают методом химической металлизации (из растворов) тканей различной структуры и плотности. Существующие методы получения позволяет регулировать количество наносимого металла в диапазоне от сотых долей до единиц мкм и изменять поверхностное удельное сопротивление тканей от десятков до долей Ом. Экранирующие текстильные материалы обладают малой толщиной, легкостью, гибкостью; они могут дублироваться другими материалами (тканями, кожей, пленками), хорошо совмещаются со смолами и латексами.

    Общепринятые термины и сокращения

    А/м ампер на метр – единица измерения напряженности магнитного поля
    БС Базовая станция системы сотовой радиосвязи
    В/м вольт на метр – единица измерения напряженности электрического поля
    ВДТ видеодисплейный терминал
    ВДУ временно допустимый уровень
    ВОЗ Всемирная Организация Здравоохранения
    Вт/м2 ватт на квадратный метр – единица измерения плотности потока энергии
    ГОСТ Государственный Стандарт
    Гц герц – единица измерения частоты
    ЛЭП линия электропередачи
    МГц мегагерц – единица кратная Гц, равна 1000000 Гц
    МКВ микроволны
    мкТл микротесла – единица кратная Тл, равна 0,000001 Тл
    МП магнитное поле
    МП ПЧ магнитное поле промышленной частоты
    НЭМИ неионизирующее электромагнитное излучение
    ПДУ предельно допустимый уровень
    ПК персональный компьютер
    ПМП переменное магнитное поле
    ППЭ плотность потока энергии
    ПРТО передающий радиотехнический объект
    ПЧ промышленная частота, в России равна 50 Гц
    ПЭВМ персональная электронно-вычислительная машина
    РЛС радиолокационная станция
    РТПЦ радиотехнический передающий центр
    Тл тесла – единица измерения магнитной индукции, плотности потока магнитной индукции
    ЭМП электромагнитное поле
    ЭП электрическое поле

    Реферат основан на материалах Центра электромагнитной безопасности

    Санитарные правила устанавливают санитарно-эпидемиологические требования к условиям производственных воздействий ЭМП, которые должны соблюдаться при проектировании, реконструкции, строительстве производственных объектов, при проектировании, изготовлении и эксплуатации отечественных и импортных технических средств, являющихся источниками ЭМП.

    Обозначение: СанПиН 2.2.4.1191-03
    Название рус.: Электромагнитные поля в производственных условиях
    Статус: утратил силу
    Заменяет собой: СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)» СанПиН 2.2.4.723-98 «Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях» № 1742-77 «Предельно допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами» № 1757-77 «Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля» № 3206-85 «Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц» № 5802-91 «Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты (50 Гц)» № 5803-91 «Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапозона частот 10-60 кГц»
    Заменен: СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах»
    Дата актуализации текста: 05.05.2017
    Дата добавления в базу: 01.09.2013
    Дата введения в действие: 01.01.2017
    Утвержден: 30.01.2003 Главный государственный санитарный врач РФ (Russian Federation Chief Public Health Officer)
    Опубликован: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России (2003 г.)

    ГОСУДАРСТВЕННОЕ САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЕ
    НОРМИРОВАНИЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    ГОСУДАРСТВЕННЫЕ САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРАВИЛА
    И НОРМАТИВЫ

    2.2.4. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

    ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ
    В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

    САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ
    ПРАВИЛА И НОРМАТИВЫ

    СанПиН 2.2.4.1191-03

    МИНЗДРАВ РОССИИ

    МОСКВА — 2003

    1. Разработаны: НИИ медицины труда Российской АМН (Г.А. Суворов, Ю.П. Пальцев, Н.Б. Рубцова, Л.В. Походзей, Н.В. Лазаренко, Г.И. Тихонова, Т.Г. Самусенко); Федеральным научным центром гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана Минздрава России (Ю.П. Сыромятников); Северо-Западным научным центром гигиены и общественного здоровья (В.Н. Никитина); НПО «Техносервис-электро» (М.Д. Столяров); ОАО «ФСК ЕЭС» Филиал МЭС центра (А.Ю. Токарский); Самарским отраслевым НИИ радио (А.Л. Бузов, В.А. Романов, Ю.И. Кольчугин).

    3. Утверждены и введены в действие постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 19 февраля 2003 г. № 10.

    4. С введением настоящих санитарно-эпидемиологических правил и нормативов отменяются: «Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля» № 1757-77; «Предельно допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами» № 1742-77; «Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты (50 Гц)» № 5802-91; «Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.723-98»; «Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц» № 3206-85; «Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапазона частот 10 — 60 кГц» № 5803-91 и «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ). СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 » (пункты 2.1.1, 2.3, 3.1 — 3.8, 4.3.1, 5.1 — 5.2, 7.1 — 7.11, 8.1 — 8.5, а также пункты 1.1, 3.12, 3.13 и др. в части, относящейся к производственной среде).

    5. Зарегистрированы Министерством юстиции Российской Федерации (регистрационный номер 4249 от 4 марта 2003 г.).

    Федеральный закон Российской Федерации
    «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»
    № 52-ФЗ от 30 марта 1999 г.

    «Государственные санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (далее — санитарные правила) — нормативные правовые акты, устанавливающие санитарно-эпидемиологические требования (в том числе критерии безопасности и (или) безвредности факторов среды обитания для человека, гигиенические и иные нормативы), несоблюдение которых создает угрозу жизни или здоровью человека, а также угрозу возникновения и распространения заболеваний» (статья 1).

    «Соблюдение санитарных правил является обязательным для граждан, индивидуальных предпринимателей и юридических лиц» (статья 39).

    «За нарушение санитарного законодательства устанавливается дисциплинарная, административная и уголовная ответственность» (статья 55).


    РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    19.02.03 Москва № 10

    О введении в действие

    и нормативов СанПиН 2.2.4.1191-03

    Ввести в действие санитарно-эпидемиологические правила и нормативы «Электромагнитные поля в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.1191-03», утвержденные Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 30 января 2003 г., с 1 мая 2003 г.

    Министерство здравоохранения Российской Федерации

    ГЛАВНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ САНИТАРНЫЙ ВРАЧ
    РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    19.02.03 Москва № 11

    О санитарных правилах,

    На основании Федерального закона «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ (Собрание законодательства Российской Федерации, 1999, № 14, ст. 1650) и Положения о государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 24 июля 2000 г. № 554 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2000, № 31, ст. 3295).

    В связи с введением в действие с 1 мая 2003 г. Санитарно-эпидемиологических правил и нормативов «Электромагнитные поля в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.1191-03» считать утратившими силу с момента их введения «Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля» № 1757-77, «Предельно допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами» № 1742-77, «Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты (50 Гц)» № 5802-91, «Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.723-98», «Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц» № 3206-85, «Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапазон частот 10 — 60 кГЦ» № 5803-91 и «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ). СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 (пункты 2.1.1, 2.3, 3.1 — 3.8, 5.1 — 5.2, 7.1 — 7.11, 8.1 — 8.5, а также пункты 1.1, 3.12, 3.13 и др. в части, относящейся к производственной среде).

    санитарный врач Российской Федерации,

    Первый заместитель Министра

    здравоохранения Российской Федерации

    2.2.4. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

    Электромагнитные поля в производственных условиях

    Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы

    СанПиН 2.2.4.1191-03

    1. Общие положения

    1.1. Настоящие санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (далее — санитарные правила) разработаны в соответствии с Федеральным законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ (Собрание законодательства Российской Федерации, 1999, № 14, ст. 1650) и Положением о государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 24 июля 2000 г. № 554.

    1.2. Данные санитарные правила действуют на всей территории Российской Федерации и устанавливают санитарно-эпидемиологические требования к условиям труда работающих, подвергающихся в процессе трудовой деятельности профессиональному воздействию электромагнитных полей (ЭМП) различных частотных диапазонов.

    1.3. Санитарные правила устанавливают предельно допустимые уровни (ПДУ) ЭМП, а также требования к проведению контроля уровней ЭМП на рабочих местах, методам и средствам защиты работающих.

    2. Область применения

    2.1. Санитарные правила устанавливают санитарно-эпидемиологические требования к условиям производственных воздействий ЭМП, которые должны соблюдаться при проектировании, реконструкции, строительстве производственных объектов, при проектировании, изготовлении и эксплуатации отечественных и импортных технических средств, являющихся источниками ЭМП.

    2.2. Требования настоящих санитарных правил направлены на обеспечение защиты персонала, профессионально связанного с эксплуатацией и обслуживанием источников ЭМП.

    2.3. Обеспечение защиты персонала, профессионально не связанного с эксплуатацией и обслуживанием источников ЭМП, осуществляется в соответствии с требованиями гигиенических нормативов ЭМП, установленных для населения.

    2.4. Требования санитарных правил распространяются на работников, подвергающихся воздействию ослабленного геомагнитного поля, электростатического поля, постоянного магнитного поля, электромагнитного поля промышленной частоты (50 Гц), электромагнитных полей диапазона радиочастот (10 кГц — 300 ГГц).

    2.5. Санитарные правила предназначаются для организаций, проектирующих и эксплуатирующих источники ЭМП, осуществляющих разработку, производство, закупку и реализацию этих источников, а также для органов и учреждений государственной санитарно-эпидемиологической службы Российской Федерации.

    2.6. Ответственность за соблюдение требований настоящих санитарных правил возлагается на руководителей организаций, осуществляющих разработку, проектирование, изготовление, закупку, реализацию и эксплуатацию источников ЭМП.

    2.7. Федеральные и отраслевые нормативно-технические документы не должны противоречить настоящим санитарным правилам.

    2.8. Не допускается сооружение, производство, продажа и использование, а также закупка и ввоз на территорию Российской Федерации источников ЭМП без санитарно-эпидемиологической оценки их безопасности для здоровья, осуществляемой для каждого типопредставителя, и получения санитарно-эпидемиологического заключения в соответствии с установленным порядком.

    2.9. Контроль за соблюдением настоящих санитарных правил в организациях должен осуществляться органами Госсанэпиднадзора, а также юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями в порядке проведения производственного контроля.

    2.10. Руководители организаций вне зависимости от форм собственности и подчиненности должны привести рабочие места персонала в соответствие с требованиями настоящих санитарных правил.

    3. Гигиенические нормативы

    Настоящие санитарные правила устанавливают на рабочих местах:

    · временные допустимые уровни (ВДУ) ослабления геомагнитного поля (ГМП);

    · ПДУ электростатического поля (ЭСП);

    · ПДУ постоянного магнитного поля (ПМП);

    · ПДУ электрического и магнитного полей промышленной частоты 50 Гц (ЭП и МП ПЧ);

    · ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот ³ 30 кГц — 300 ГГц.

    3.1. Временные допустимые уровни ослабления геомагнитного поля

    3.1.1. Пункт 3.1.1. исключен согласно постановлению Главного государственного санитарного врача РФ от 2 марта 2009 г. № 13

    3.1.2. Пункт 3.1.2. исключен согласно постановлению Главного государственного санитарного врача РФ от 2 марта 2009 г. № 13

    3.1.3. Пункт 3.1.3. исключен согласно постановлению Главного государственного санитарного врача РФ от 2 марта 2009 г. № 13

    3.1.4. Пункт 3.1.4. исключен согласно постановлению Главного государственного санитарного врача РФ от 2 марта 2009 г. № 13

    3.1.5. Пункт 3.1.5. исключен согласно постановлению Главного государственного санитарного врача РФ от 2 марта 2009 г. № 13

    3.2. Предельно допустимые уровни электростатического поля

    3.2.1. Оценка и нормирование ЭСП осуществляется по уровню электрического поля дифференцированно в зависимости от времени его воздействия на работника за смену.

    3.2.2. Уровень ЭСП оценивают в единицах напряженности электрического поля (Е) в кВ/м.

    3.2.3. Предельно допустимый уровень напряженности электростатического поля (Е ПДУ) при воздействии £ 1 час за смену устанавливается равным 60 кВ/м.

    При воздействии ЭСП более 1 часа за смену Е ПДУ определяются по формуле:

    t — время воздействия (час).

    3.2.4. В диапазоне напряженностей 20 — 60 кВ/м допустимое время пребывания персонала в ЭСП без средств защиты ( t ДОП ) определяется по формуле:

    t ДОП = (60/Е ФАКТ ) 2 , где

    Е ФАКТ — измеренное значение напряженности ЭСП (кВ/м).

    3.2.5. При напряженностях ЭСП, превышающих 60 кВ/м, работа без применения средств защиты не допускается.

    3.2.6. При напряженностях ЭСП менее 20 кВ/м время пребывания в электростатических полях не регламентируется.

    3.3. Предельно допустимые уровни постоянного магнитного поля

    3.3.1. Оценка и нормирование ПМП осуществляется по уровню магнитного поля дифференцированно в зависимости от времени его воздействия на работника за смену для условий общего (на все тело) и локального (кисти рук, предплечье) воздействия.

    3.3.2. Уровень ПМП оценивают в единицах напряженности магнитного поля (Н) в А/м или в единицах магнитной индукции (В) в мТл.

    3.3.3. ПДУ напряженности (индукции) ПМП на рабочих местах представлены в табл. .

    ПДУ постоянного магнитного поля

    ПДУ напряженности, кА/м

    ПДУ магнитной индукции, мТл

    ПДУ напряженности, кА/м

    ПДУ магнитной индукции, мТл

    3.3.4. При необходимости пребывания персонала в зонах с различной напряженностью (индукцией) ПМП общее время выполнения работ в этих зонах не должно превышать предельно допустимое для зоны с максимальной напряженностью.

    3.4. Предельно допустимые уровни электромагнитного поля частотой 50 Гц

    3.4.1. Оценка ЭМП ПЧ (50 Гц) осуществляется раздельно по напряженности электрического поля (Е) в кВ/м, напряженности магнитного поля (Н) в А/м или индукции магнитного поля (В) , в мкТл. Нормирование электромагнитных полей 50 Гц на рабочих местах персонала дифференцированно в зависимости от времени пребывания в электромагнитном поле.

    3.4.2. Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля 50 Гц

    3.4.2.1. Предельно допустимый уровень напряженности ЭП на рабочем месте в течение всей смены устанавливается равным 5 кВ/м.

    3.4.2.2. При напряженностях в интервале больше 5 до 20 кВ/м включительно допустимое время пребывания в ЭП Т (час) рассчитывается по формуле:

    Т = (50/Е ) — 2, где

    Е — напряженность ЭП в контролируемой зоне, кВ/м;

    Т — допустимое время пребывания в ЭП при соответствующем уровне напряженности, ч.

    3.4.2.3. При напряженности свыше 20 до 25 кВ/м допустимое время пребывания в ЭП составляет 10 мин.

    3.4.2.4. Пребывание в ЭП с напряженностью более 25 кВ/м без применения средств защиты не допускается.

    3.4.2.5. Допустимое время пребывания в ЭП может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня. В остальное рабочее время необходимо находиться вне зоны влияния ЭП или применять средства защиты.

    3.4.2.6. Время пребывания персонала в течение рабочего дня в зонах с различной напряженностью ЭП (Т пр) вычисляют по формуле:

    Т пр = 8 (t E 1 /T E 1 + t Е2 /Т Е2 + . + t En / T En ), где

    Т пр — приведенное время, эквивалентное по биологическому эффекту пребыванию в ЭП нижней границы нормируемой напряженности;

    t E 1 , t E 2 … t En — время пребывания в контролируемых зонах с напряженностью Е 1 , Е 2 , . Е n , ч;

    Т Е1 , Т Е2 , . Т Е n — допустимое время пребывания для соответствующих контролируемых зон.

    Приведенное время не должно превышать 8 ч.

    3.4.2.7. Количество контролируемых зон определяется перепадом уровней напряженности ЭП на рабочем месте. Различие в уровнях напряженности ЭП контролируемых зон устанавливается 1 кВ/м.

    3.4.2.8. Требования действительны при условии, что проведение работ не связано с подъемом на высоту, исключена возможность воздействия электрических разрядов на персонал, а также при условии защитного заземления всех изолированных от земли предметов, конструкций, частей оборудования, машин и механизмов, к которым возможно прикосновение работающих в зоне влияния ЭП.

    3.4.3. Предельно допустимые уровни напряженности периодического магнитного поля 50 Гц

    3.4.3.1. Предельно допустимые уровни напряженности периодических (синусоидальных) МП устанавливаются для условий общего (на все тело) и локального (на конечности) воздействия (табл. ).

    ПДУ воздействия периодического магнитного поля частотой 50 Гц

    Допустимые уровни МП, Н [А/м] / В [мкТл] при воздействии

    3.4.3.2. Допустимая напряженность МП внутри временных интервалов определяется в соответствии с кривой интерполяции, приведенной в прилож. .

    3.4.3.3. При необходимости пребывания персонала в зонах с различной напряженностью (индукцией) МП общее время выполнения работ в этих зонах не должно превышать предельно допустимое для зоны с максимальной напряженностью.

    3.4.3.4. Допустимое время пребывания может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня.

    3.4.4. Предельно допустимые уровни напряженности импульсного магнитного поля 50 Гц

    3.4.4.1. Для условий воздействия импульсных магнитных полей 50 Гц (табл. ) предельно допустимые уровни амплитудного значения напряженности поля (Н ПДУ) дифференцированы в зависимости от общей продолжительности воздействия за рабочую смену (Т) и характеристики импульсных режимов генерации:

    Режим I — импульсное с t И ³ 0,02 с, t П £ 2 с,

    Режим II — импульсное с 60 с ³ t И ³ 1 с, t П > 2 с,

    Режим III — импульсное 0,02 с £ t И П > 2 с, где

    t И — длительность импульса, с,

    t П длительность паузы между импульсами, с.

    ПДУ воздействия импульсных магнитных полей частотой 50 Гц в зависимости от режима генерации

    Аддитивные технологии – что могут сегодня, что смогут завтра?

    Юбилейный X Международный симпозиум Асолд в этом году собрал промышленников-инноваторов, которые совершенствуют аддитивные технологии и стремятся полнее раскрыть их потенциал.

    Технологии послойного синтеза — одно из самых быстроразвивающихся направлений цифрового производства — активно применяются в автомобилестроении, авиастроении, космической отрасли, а также в радиоэлектронном производстве, приборостроении и медицине. В симпозиуме приняли участие более 130 специалистов из российских и зарубежных компаний, применяющих аддитивные технологии или собирающих информацию об их возможностях.

    Группа компаний Остек идет в ногу со временем и старается удивить самого искушенного российского промышленника, предлагая новинки ведущих индустриальных экономик. Асолд 2016 — далеко не первое мероприятие, которое включает в повестку дня вопрос о перспективах и реальных достижениях аддитивных технологий в мировой экономике. На территории выставочного центра «ИнфоПространство» собрались представители ведущих российских промышленных компаний, исследовательских институтов, в той или иной степени применяющих аддитивные технологии. Иностранные производители активно делились опытом в относительно новых для России направлениях 3D-печати.

    В этом году на Асолде рассматривались такие темы, как: преимущества и недостатки аддитивных технологий в литейном производстве, трехмерная печать металлами, технологии 3D-печати пластиком, керамическая 3D-печать для НИОКР и производства, опыт контрактного аддитивного производства, 3D-сканирование и компьютерная томография как уникальные методы контроля изделий, произведенных с помощью аддитивных технологий.

    Симпозиум открыл Антон Большаков, директор по маркетингу Группы компаний Остек. Он представил результаты маркетингового исследования, основанного на онлайн-опросе, который был проведен перед симпозиумом среди его потенциальных участников. Выяснилось, что 42 % ответивших на вопросы уже используют аддитивные технологии, а еще 51 % — планируют их внедрение в более или менее близком будущем. Максимальное число ответов на вопрос о степени готовности аддитивных технологий к практическому применению пришлось на середину шкалы, простиравшейся от оценки «сырая, неотработанная» до «надежная, проверенная». А среди факторов, которые могли бы ускорить распространение этих технологий в России, на первые места были поставлены подготовка специалистов, производство отечественных материалов и выпуск отечественного оборудования.

    Исследование позволило определить факторы, в наибольшей степени влияющие на распространение аддитивных технологий в России, и на этой основе сделать предположения на перспективу. Одним из таких факторов стал образ мышления, вторым — степень зрелости технологии. Сценарный прогноз был представлен в виде диаграммы, координатами которой стали эти факторы: степень зрелости технологии отображалась на оси Х, образ инженерного и управленческого мышления — на оси Y.

    В левом нижнем квадранте оказалось состояние, названное «Младенчеством»; на этой стадии передовые технологии продвигает небольшая группа энтузиастов, и еще непонятно, станут ли они серьезным производительным ресурсом. С большой долей вероятности можно предположить, что российские производители находятся в основном на этой стадии.

    Состояние, поместившееся в правом верхнем квадранте диаграммы, соответствующее высокому уровню совершенства технологий в сочетании с адаптированным к ним уровнем мышления пользователей, получило название «Расцвет». И автор задается вопросом: возможен ли сценарий, предполагающий попадание в «Расцвет» прямо из «Младенчества»? Сама диаграмма наводит на мысль, что такой форсированный переход маловероятен. Скорее может реализоваться движение к «Расцвету» через промежуточный этап, названный «Юностью». Это интересный этап, требующий, в первую очередь, изменения образа мышления. В это время прогресс двигают именно люди, осознавшие возможности новых технологий и сумевшие найти соответствующие им подходы во всем — от дизайна детали до бизнес-модели компании. И это осознание становится стимулом не только к применению технологий, но и их совершенствованию.

    Но есть и пессимистический сценарий, названный автором словом «Пропасть» — мрачным, но верно отражающим суть явления. Сценарий попадания в «Пропасть» реализуется тогда, когда достаточный парк совершенных аддитивных машин используется в рамках старых методов разработки, производства и управления проектами. В таком случае не приходится ждать ничего, кроме частых технических недоразумений и очень больших избыточных расходов.

    «Слоган Группы компаний Остек: «Будущее создается». Все мы, кто присутствует в этом зале, — полноценные участники создания будущего. Это нам предстоит реализовать позитивный сценарий развития аддитивных технологий. Развитие нашего мышления будет подстегивать совершенствование технологий, а они, в свою очередь, будут открывать нам новые подходы к конструированию, построению технологических процессов, управлению проектами, развитию бизнеса, работе с клиентами. И это в конечном итоге должно привести нас к «Расцвету» — времени зрелости аддитивных технологий и рационального, эффективного их использования», — таким посылом завершил свое выступление Антон Большаков.

    После такого вступления на трибуне появились первые докладчики — представители компании Prodways Барт Леферинк и Татьяна Толошняк. Они рассказали о технологии 3D-печати пластиком, а также о керамической 3D-печати — как в рамках собственных НИОКР, так и по заказам сторонних производителей для различных сфер применения.

    «Prodways — дочерняя компания французской фирмы Groupe Gorgé. Мы предлагаем исключительно точные технологии самого высокого уровня. Международный опыт и охват Prodways может открыть новые возможности для инноваций в российском производстве. Уникальные решения для промышленного производства можно выгодно использовать на российском рынке. Prodways постоянно занимается освоением 3D-печати новыми материалами. По генетике мы схожи с Остеком — мы всегда принимаем новые вызовы и воплощаем передовые идеи в жизнь. Компания разрабатывает системы трехмерной печати, ориентируясь на стратегию взаимодействия В2В», — так начал свое выступление Барт Леферинк.

    Помимо создания промышленного технологического оборудования, Prodways инвестирует в 3D-индустрию и перспективные стартапы, проектирует трехмерные детали по заказу и занимается НИОКР, производством материалов, ведь важно, в первую очередь, иметь качественные материалы, которые можно использовать в агрессивных средах и жестких условиях эксплуатации. Но все же самым интересным в выступлении Барта Леферинка было описание инновационной технологии послойного синтеза MOVINGlight®:

    «MOVINGlight® использует в качестве материала фоточувствительные смолы и полимеры, которые изменяют свою структуру под воздействием интенсивного ультрафиолетового излучения. Луч с длиной волны 365 нм продуцируется мощным УФ-светодиодом и направляется на DLP-проектор, состоящий из 2 млн микрозеркал и в каждый момент времени формирующий растровое изображение участка будущего изделия. Преломляющее зеркало направляет лучи-пиксели на платформу построения, и слой материала — жидкого акрилата, гибридной смолы или керамической массы — полимеризуется под воздействием ультрафиолета. Покрытие всей рабочей зоны принтера осуществляется за счет перемещения матрицы пикселей, для чего источник УФ-излучения и DLP- проектор перемещаются по двум осям, а преломляющее зеркало — вдоль ширины рабочей зоны. Точность выдерживания геометрии изделий, получаемых на установках MOVINGlight®, составляет 32 мкм, причем она неизменна для изделий любых габаритов, доступных для изготовления на данном принтере. MOVINGlight® функционирует под управлением специального программного обеспечения, разработанного Prodways. Данная технология в десятки раз быстрее и эффективнее, чем классическое лазерное спекание».

    Барт Леферинк отметил, что MOVINGlight® подходит для создания производственных прототипов, инновационная технология может успешно использоваться в стоматологии, ювелирной промышленности, медицине, электронике. Но больше всего Леферинк говорил о применении MOVINGlight® в литейном производстве.

    Другие сферы применения установки более подробно описала Татьяна Толошняк. Ее выступление вызвало настоящий шквал активности участников симпозиума. По окончанию презентации, сидящие в конференц-зале, буквально засыпали Татьяну градом технических вопросов; «атаки» на специалиста продолжились и позже, в кулуарах. Столь большой интерес легко объясним: предлагается оригинальный и многообещающий метод изготовления керамических изделий, а керамика обладает целым рядом качеств, важных для различных областей применения:

    «Керамические материалы выдерживают высокие температуры: оксид алюминия до 1700°C, оксид циркония — до 1500°C. Что касается сферы применения, то керамика активно используется в производстве деталей для двигателей. Если сравнивать с классическим литьем, при 3D-печати вы экономите до половины материала и время. Для применения в электронике подходит окись алюминия (Al2O3). Этот керамический материал обладает высокой термостойкостью, низкой теплопроводностью, великолепными диэлектрическими свойствами, высоким сопротивлением к истиранию, химической инертностью. Окись алюминия может использоваться для печати жаропрочных электрических изоляторов, кронштейнов поддержки нагреваемых элементов, изоляционных колец, керамических сердечников, СВЧ-фильтров», — так Татьяна пояснила преимущества керамических материалов для некоторых индустриальных приложений, где применение 3D-печати из них может дать большой технический и экономический эффект.

    Игорь Волков из ООО «НИИИТ» — одного из подразделений Группы компаний Остек — оценил перспективы применения аддитивных технологий в производстве микроэлектроники, выступив с докладом на тему «Быть или не быть напечатанной трехмерной электронике». Работа коллектива, которым руководит Волков, направлена на поиск подходов к технологии, которая пока что не реализована, но должна появиться в ближайшем будущем, в течение пятидесяти лет. Вот как он описывает свое видение состояния и перспектив вхождения аддитивных технологий в индустрию производства электронных устройств:

    «3D-печать готовых электронных изделий изменит привычный ход вещей, изменит мир. Сегодня возможность добавления электронной функциональности на трехмерную поверхность ассоциируется прежде всего с технологией 3D-MID, реализуемой в широко распространенном варианте LDS (прямое лазерное структурирование), а также в варианте IJP (печать электропроводящими чернилами), применяемом пока по большей части для прототипирования и малых серий. Однако это не совсем трехмерная технология, скорее ее следует называть 2,5D-технологией, поскольку она не использует внутреннее пространство изделия. Как бы то ни было, устройства, изготовленные с ее помощью, активно применяются в автоэлектронике, светотехнике, при производстве антенн различных мобильных устройств и в ряде других областей.

    Для получения же действительно трехмерных электронных модулей сегодня существуют два способа. Первый из них — интеграция компонентов в процессе печати трехмерного основания по известным технологиям — FDM, SLS, SLM и т. д.; те наработки, которые сегодня можно найти на рынке, осуществляются именно по этому направлению. Но будущее, видимо, принадлежит второму способу — прямой 3D-печати компонентов, когда в одном производственном цикле печатается не только основание, но и встроенные в него компоненты. На данный момент это, фактически, экспериментальная технология: идет отработка процессов, используется лишь очень ограниченный перечень материалов. Наши зарубежные партнеры уже прошли некоторый путь в этом направлении, получив работающие устройства, но и у нас в институте есть наработки, есть программа действий, позволяющая надеяться на достижение значимых результатов. Так что наш ответ: трехмерной электронике — быть!»

    Стоит отметить, что НИИИТ — один из активных участников российского рынка высоких технологий. Институт проводит собственные поисковые и опытные работы, ориентированные на технологическое лидерство, участвует в совместных исследовательских проектах, сотрудничает с российскими и международными R&D-структурами, осуществляет трансфер самых современных технологий, внедряет технологическую поддержку инноваций в реальном производстве.

    Транснациональная компания Renishaw в лице руководителя аддитивного направления Александра Куранова продемонстрировала свои принтеры трехмерной печати металлических изделий. По словам спикера, машины Renishaw для селективного лазерного плавления обладают широким техническими возможностями:

    «В наших системах реализовано множество технических решений, способствующих их высокой эффективности. Это прежде всего оптическая система с лазером мощностью 500 Вт, двойная фильтрующая система Dual SafeChange, рециркуляция порошка, ультразвуковое сито, камеры построения размерами до 250 × 250 × 350 мм, интеллектуальная система дозирования и пневматическая подача порошка. Аддитивная технология, реализованная в машинах Renishaw, предоставляет уникальные возможности при производстве изделий из реактивных материалов. До начала процесса создается вакуум — из всей системы удаляются воздух и влага, затем камера заполняется 600 л аргона высокой чистоты. Вакуумирование и продувка камеры обеспечивают идеальную атмосферу и уменьшают пористость материала по сравнению с безвакуумными установками. Принтеры Renishaw работают с разными видами металлических порошков, такими как кобальт хром, кобальт хром DG1 и различные виды титановых материалов, нержавеющая сталь 316L, инконель 625, инконель 718, алюминий AlSi10Mg».

    Менеджер по продажам еще одной крупной мировой компании — Voxeljet — Максимилиан Фишер предложил использовать формы для отливки металла, произведенные на 3D-принтерах. Они позволяют уменьшить время при производстве форм и готовых изделий от пяти недель до пяти дней, что в конечном итоге приводит к значительному снижению производственных издержек. Компания Voxeljet является одним из партнеров Остека и предлагает российскому высокотехнологичному рынку принтеры с широким спектром размеров рабочих зон: от 300 × 200 × 150 до 4 000 × 2 000 × 1 000 мм. Для работы на машинах трехмерной печати производства Voxeljet можно использовать разнообразные материалы: оксид кремния, керфалит, фуран, фенольную смолу, PDB, ПММА (акриловое стекло).

    Тему литья продолжила Александра Башкирова, главный специалист ООО «НИИИТ». Она презентовала услуги Производственного центра 3D-печати «НИИИТ», на мощностях которого, в числе прочего, можно печатать оснастку для высокоточного мелкосерийного литья из черных и цветных металлов:

    «Мы предлагаем заказчикам услуги по производству изделий из высококачественного ПММА на 3D-принтере Voxeljet VX500. ПММА — прекрасный материал для изготовления форм и вкладышей, применяемых в процессе прецизионного литья. Но этим, конечно, наши возможности не ограничиваются. Например, технология печати из ПММА идеально подходит для визуализации и макетирования. Модели, напечатанные на принтере Voxeljet, хорошо поддаются покраске, возможна печать функциональных прототипов, причем размеры рабочей камеры принтера позволяют изготавливать объекты большого размера».

    Закономерным заключением стал доклад ведущего специалиста Центра технологий контроля компании ООО «Остек-СМТ» Павла Косушкина, который представил технологию для эффективной и точной проверки продукции аддитивного производства. Аппаратная база этой технологии — компьютерный томограф, анализирующий готовое изделие с помощью объемного рентгеновского снимка. Технология позволяет увидеть все мельчайшие поры, включения, трещины внутри конструкции, не требуя даже минимального нарушения ее целостности, а также с высокой точностью установить структуру металлических порошков.

    Представленные на Асолд 2016 проекты действительно впечатляют. Если первоначально 3D-печать воспринималась как альтернатива механической обработке, литью, то теперь эта прорывная, но в то же время основанная на довольно простых принципах технология все больше проявляет свой потенциал как одно из наиболее перспективных направлений развития конструкций и потребительских качеств самых разнообразных машин и устройств. Сегодня аддитивные технологии используются ведущими мировыми концернами, например, BMW, как для изготовления разного рода элементов механических конструкций, так и в производстве электронных приборов: датчиков, выключателей, антенн.

    Безусловно, есть некоторые трудности, связанные с относительной новизной применения аддитивных технологий в ряде направлений; тем не менее, внедрение 3D-печати — это колоссальные перспективы. Аддитивные производства развиваются очень быстро, со временем они изменят мир и сделают привычные нам вещи компактнее, функциональнее, дешевле.

    Одним словом, будущее создается.

    Аддитивные технологии уже используются во многих производствах, относящихся к самым разным отраслям промышленности, и мы еще далеки от понимания того, насколько широко они распространятся в будущем, дополняя и замещая другие способы создания материальных объектов. В коротких беседах с участниками симпозиума мы интересовались преимущественно их применением в одной отрасли — в производстве электронной техники.

    Говоря с докладчиками, мы задавали вопрос: что вы уже делаете или собираетесь делать для электроники, а также старались уточнить отдельные тонкости представленных технологий, определяющие их применимость в производстве электронных компонентов и устройств. У гостей интересовались, что привело их на симпозиум, что они нашли здесь полезного для себя и как оценивают проведенное мероприятие. Интересно было проследить, как некоторые ответы, высказанные очень разными словами, по сути говорили об одном и том же.

    Представляем вашему вниманию несколько интервью с участниками симпозиума Асолд 2016.

    Игорь Волков, директор направления производства трехмерных схем на пластиках ООО «НИИИТ»

    Игорь, заинтересовал график экспансии аддитивных технологий, который вы показали в своем докладе. Как можно объяснить две зоны очевидного роста, при том, что в другие периоды их популярность практически не увеличивалась?

    Примерно к 1990 году в области трехмерной печати закончился период экспериментирования и конструкторских поисков — того, что по-английски называется этапом Research&Development. Появилась возможность монетизации накопленных технических решений, на рынок вышли первые 3D-принтеры, стоившие разумных денег. Это были настольные установки и им подобные — небольшие, с ограниченным функционалом, но уже практически применимые. И их стали приобретать те, кто осознал возможность их использования, в первую очередь для прототипирования — архитектурные бюро, различного рода лаборатории и дизайнерские отделы и т. п. Этим обусловлен рост предложения от 0,5 до 100 тыс. установок в год, наблюдавшийся в последнее десятилетие прошедшего века.

    Далее наступил период более или менее установившегося рынка. В это время отрабатывались новые идеи, которые должны были принципиально расширить функциональность техники для 3D-печати и вывести ее в новые области применения. И примерно с 2010 года разработчики стали предлагать модели для промышленного использования, позволяющие производить конечные изделия и дающие те или иные преимущества по сравнению с традиционными технологиями. Начался второй этап расширения рынка машин, реализующих аддитивные технологии, и достаточно достоверные прогнозы обещают рост их производства и потребления до 500 тыс. единиц в год к концу текущего десятилетия.

    Судя по первым словам вашего доклада, да и по самому названию организации, тематический «кругозор» вашего института достаточно широк. Почему сегодня НИИИТ сосредоточился именно на аддитивных технологиях?

    Мы начинали с анализа всех или, по крайней мере, многих технологических новаций в электронном производстве. Решили, что надежная перспектива есть у двух из них: у печатной электроники и 3D-MID — группы методов изготовления трехмерных литых пластиковых оснований с системой межсоединений. Последнее показалось нам особенно обещающим в плане рыночных перспектив, и мы приняли его для серьезного изучения.

    Любая разработка требует создания прототипа. Как его получить? Делать пресс-форму, чтобы изготовить одно или несколько изделий, и так на каждой стадии доведения опытного образца? Невыгодно, нецелесообразно. Выточить? Тоже дорого, долго. Напечатать?

    Напечатать — понравилось: образец можно получить достаточно быстро и достаточно дешево. Стали разбираться, увидели, что напечатать можно разными способами. И так получилось, что, задумавшись над этапом прототипирования для технологии 3D-MID, мы погрузились в тему аддитивных технологий, которая оказалась не менее, а скорее более востребованной, чем собственно 3D-MID. И мы начали ее развивать.

    И что же сегодня может сделать НИИИТ на своих мощностях?

    Технология 3D-MID реализуется в нескольких различных вариантах. Вариант LDS — прямого лазерного структурирования — включает этап химического осаждения меди. Это «мокрый» гальванический процесс, для которого нужно специальное помещение, мощная система водоподготовки и очистки стоков и т. п. Затраты такого уровня оправданы при серийном производстве, но НИИИТ — исследовательское учреждение, и для нас они избыточны — по крайней мере, на данном этапе. Мы выбрали другой вариант, IJP — печать проводящими чернилами: на 3D-принтере изготавливается основание, на которое струйным принтером наносится топологический рисунок. По этой технологии мы уже производим не только образцы для собственных нужд, но и разного рода изделия для сторонних заказчиков.

    А то устройство, которое вы показывали в своей презентации, оно же выполнено по другой технологии, не IJP?

    Это устройство — контроллер для игрушечного квадрокоптера. Да, он изготовлен по технологии прямой печати, которая представляет для нас особый интерес. Судите сами. Самая массовая 3D-MID-технология — LDS — подразумевает, что сначала изготавливается пластиковое основание, затем на его поверхности, там, где должна быть металлизация, при помощи лазера из металлоорганического комплекса высвобождаются частички меди, потом на эти частички химически осаждается уже работоспособный проводящий слой и, наконец, производится монтаж компонентов. Четыре технологических этапа, а прямая печать позволяет создать изделие за один цикл.

    Конечно, мы пока не можем печатать активные элементы схемы. В показанном контроллере мы напечатали серебряными чернилами проводящую структуру внутри корпуса устройства. В установке, на которой он сделан, две «головы»: одна печатает конструкционный материал, а вторая — это диспенсер для проводящих чернил. Первая «голова» создает требуемое число слоев конструкционного материала, диспенсер наносит на них проводящие дорожки, и заготовка передается опять первой «голове», которая завершает формирование корпуса.

    Таким образом, часть элементов, обеспечивающих функционирование устройства — в данном случае система межсоединений, — находится внутри корпуса, и это уже настоящая 3D-технология. Это серьезный шаг — как сам по себе, так и потому, что ранее этого никто не делал.

    Продолжая наши опыты в этой области, мы собираемся как минимум научиться печатать пассивные компоненты. В частности, мы обсуждали с нашими партнерами, компанией Mass Portal, возможность доработки их принтера под новые задачи, новые материалы. Первоочередная наша задача — разработать материал для изготовления проводников, обладающий нужными характеристиками, как с точки зрения эксплуатации в изделии, так и в плане применимости в рамках технологии прямой печати.

    То есть вы не собираетесь пользоваться материалами, имеющимися на рынке? Ведь есть же множество видов проводящих чернил, паяльных паст.

    Пасты, чернила — всё это создано под определенные технологические процессы, оптимизировано под них. Нам нужен материал, которым можно именно печатать, а не выдавливать диспенсером.

    Надо сказать, что проблема материалов критична и для НИИИТа, и для Остека, и вообще для всей отечественной промышленности. Для всех технологий, в том числе и для 3D-печати, стоит вопрос создания собственных материалов. Ведь политику санкций пока никто отменять не собирается, и в любой момент нам могут сказать — стоп!

    По «железу» дело идет — 3D-принтеры разрабатываются в Томске, в Санкт-Петербурге, в Зеленограде. А с материалами пока проблема, об этом говорят и их разработчики, и государственные организации, занимающиеся сертификацией. Нужны материалы для авиакосмоса, для медицины, электроники и т. д., а для этого необходимы соответствующие требования, стандарты, технические условия.

    Если говорить о материалах для 3D-печати, то для них в стране есть хороший базис; например, в случае металлической печати это материаловедческие наработки для литейного производства. Поэтому мы считаем, что создание уникальных, с хорошими характеристиками материалов для 3D-печати — решаемая задача. С другой стороны, наши коллеги и партнеры, в частности, из Mass Portal, говорят, что их принтеры — открытой конфигурации, то есть допускают применение материалов пользователя. Таким образом, создаются все необходимые условия для этой работы.

    Вы чувствуете интерес заказчиков к этому направлению вашей деятельности?

    Конечно! Даже сейчас, на симпозиуме, подходят люди, специалисты из разных отраслей. Им нужны материалы с определенными свойствами, причем такими, за которыми угадывается область применения, находящаяся под санкциями, так что купить необходимое на внешнем рынке, скорее всего, не получится. И они спрашивают нас о возможности сотрудничества по их проблемам.

    Мы, конечно, соглашаемся, мы рады таким предложениям. Когда у одних есть потребность, а другие хотят ее удовлетворить и представляют себе путь, который может привести к результату, появляются все шансы для того, чтобы задача была решена. А для нас это — еще один аргумент, подтверждающий, что мы находимся на правильном пути.

    Татьяна Толошняк, специалист по применению, компания Prodways

    Меня, в первую очередь, интересуют работы вашей компании для электронной отрасли. Скажите, Татьяна, часто ли к вам обращаются с практическими проблемами специалисты этой отрасли?

    Все те радиодетали, которые я сегодня показала, — керамические резонаторы, волноводы, фильтры полоснопропускающие и полосно-заграждающие, в том числе фильтры Чебышева, — все эти элементы являются результатом выполнения конкретных заказов. Так что — да, электронщики проявляют к нам большой интерес. Даже сегодня после моего доклада ко мне подходили с вопросами в основном по тематике такого рода изделий.

    Преимущества керамики как материала понятны, и вы описали их в докладе, так же, как и преимущества изготовления изделий при помощи аддитивных технологий. А можно ли назвать преимущества, которые предлагает именно технология, развиваемая компанией Prodways, перед аддитивными технологиями других видов?

    В нашей технологии MOVINGlight® исходная смесь, состоящая из керамического порошка и связующего полимера, полимеризуется при помощи матрицы микрозеркал, каждое из которых направляет на материал ультрафиолетовый луч с длиной волны 365 нм. Это дает точность выдерживания контура 32 мкм — очень высокое значения для аддитивных технологий. Еще лучше у нас разрешающая способность по высоте: толщина слоя, получаемого за один проход матрицы, составляет всего 20 мкм. Для сравнения: широко применяемая при работе с порошками технология — селективное лазерное спекание — позволяет получать слои толщиной не менее 75 мкм.

    Такие точности — как они совмещаются с усадкой, которая, как вы сказали в докладе, составляет от 18 до 25 %?

    Здесь все просто. Мы знаем свойства материалов, которыми пользуемся, а когда не знаем — изучаем их. И в процессе формирования исполнительной программы для принтера мы производим перерасчет размеров изделия на величину усадки. Точность этого перерасчета такова, что разница в размерах изделий в двух партиях не превышает 0,05 % от расчетного значения. Таким образом, погрешность, вносимая усадкой, не выходит за пределы технической точности процесса спекания даже на изделиях большого размера.

    Вы сказали, что работаете с изделиями из металла, конкретно — из титана. Почему именно из титана?

    Сейчас мы только начинаем работать с металлическими порошками, пока напечатали один образец. Титан был выбран потому, что изделия из него пользуются спросом у специалистов в области медицины — здесь у нас уже есть постоянные заказчики по керамической продукции. Мы оцениваем возможные применения этого процесса на основе технических ограничений: пористость, плотность, механические свойства и т. д. Поэтому сейчас для этого направления нашей деятельности стоит задача — определиться с металлом для следующего этапа исследований. Нужно, чтобы он был перспективен с точки зрения будущих заказов и одновременно соответствовал особенностям нашей технологии.

    Вообще, на данном этапе Prodways ведет обширные исследования по печати изделий самых разнообразных форм из различных смесей порошков. Самое главное — подобрать температурный профиль как для цикла удаления связующего, так и для цикла окончательного спекания материала. Неправильно подобранный профиль приводит к возникновению поверхностных напряжений, отчего может возникнуть растрескивание изделия. Поэтому, если заказчик намерен приобрести нашу машину и программу обучения, мы проводим множество итераций настройки процесса, печатая прототип до тех пор, пока не достигнем наилучшего результата.

    Это наш принцип: мы предпочитаем строить с заказчиками доверительные, партнерские отношения: мы посвящаем их в тонкости нашей технологии, проводим исследования тех характеристик продукта, которые их интересуют; они делятся с нами секретами своих материалов, проводят тестирование наших изделий. Таким образом обе стороны процесса извлекают из сотрудничества наибольшую пользу.

    Александра Башкирова, главный специалист ООО «НИИИТ»

    Александра, интересно понять, почему выбор пал именно на принтер этой модели — VX500?

    Во-первых, принтер Voxeljet VX500 позволяет печатать из материала ПММА — полиметилметакрилата (оргстекло), изделия из которого используются как для задач литейных цехов, так и для макетирования и визуализации. ПММА обладает очень низкой зольностью, благодаря чему модели из него отлично подходят для производства металлических отливок методом ЛВМ (литье по выплавляемым моделям). Вторым важным преимуществом VX500 является цена печати: сегодня на рынке нет предложений по 3D-печати из пластика с более низкой стоимостью. Третье преимущество — высокая производительность принтера. Помимо того, что он может печатать со скоростью 15 мм в час, он также обладает большой камерой — 500 × 400 × 300 мм, что позволяет печатать довольно габаритные изделия за один раз, без сборки. Наконец, VX500 отличается высокой точностью, которая не превышает 0,3 % от габарита изделия.

    Ваше подразделение занимается контрактным производством. Приходилось ли вам выполнять заказы, так или иначе связанные с производством электронных устройств? Корпусные детали, оснастка, что-то еще?

    Да, конечно. Нам заказывают корпусные изделия из металла, обычно используемые в устройствах ответственного значения. Это детали сложной формы, в которые потом устанавливаются платы с электронными компонентами, соединители и т. п.

    Вы делаете для них литейные формы из ПММА?

    Мы оказываем услуги не только по печати, но и по литью из различных металлов. Если у заказчика есть возможность лить по выплавляемым моделям самостоятельно, то мы можем просто напечатать формы из ПММА. Если такой возможности нет, мы готовы поставить уже законченный продукт. Специализируемся мы в основном на изготовлении мелких (от 1 шт.) партий изделий со сложной геометрией.

    Можно ли оценить, какова доля продукции такого рода в общем объеме выполняемых вами заказов?

    Если просуммировать все работы, так или иначе связанные с заказами от производителей электронных устройств, то их доля составит порядка 30 %. Полагаю, что по мере развития других направлений работы института, в частности, продвижения в освоении технологии 3D-MID, количество и разнообразие задач по изготовлению конструкционных элементов электронных устройств в нашей загрузке может значительно увеличиться.

    Павел Косушкин, ведущий специалист Центра технологий контроля ООО «Остек-СМТ»

    Павел, вы рассказали о методе контроля, который позволяет узнать буквально всё о форме и внутреннем строении предмета сколь угодно сложной формы. Но применим ли этот метод, если речь идет, например, об основании электронного устройства, выполненного по технологии 3D-MID? Ведь такое изделие состоит из разных материалов. Отличит ли система компьютерной томографии медь проводящего рисунка от пластмассы основания?

    Конечно. Различение происходит по плотности материала, а плотности пластика и меди отличаются в несколько раз. На рентгеновском снимке плотность отображается в градациях серого: более плотные материалы будут темными, менее плотные — светлее. Мы увидим медные элементы как на поверхности, так и внутри объема пластмассы, что может иметь место, например, в случае изделия, изготовленного по методу прямой печати, о котором рассказывал Игорь Волков. Мы увидим все подробности их расположения в трехмерном пространстве, а это уже возможность, которой не располагает поверхностный рентгеновский контроль, который обычно применяется в сборочных электронных производствах.

    Предположим, необходимо провести контроль детали, изготовленной по технологии 3D-MID, с габаритными размерами порядка 100 мм. Проверить нужно как однородность материала в объеме детали, так и качество металлизации. Допустим, параметры ее таковы: дорожки шириной 100 мкм, допуск по их ширине 10 мкм, по толщине — 3 мкм. Сколько времени займут замеры?

    Названные вами условия — это высокая степень детализации. Должно быть сделано очень большое количество рентгеновских снимков, объект придется поворачивать внутри контрольной установки очень медленно. При таких условиях сканирование займет час-полтора.

    Такое значительное время, безусловно, не жалко потратить, когда идет отработка технологии, когда подбираются режимы установок производственной линии для выпуска нового изделия. Применив здесь компьютерную томографию, специалисты получат данные такого объема и качества, какого не даст, пожалуй, никакой другой метод контроля. А вот для рутинного технического контроля каждого изделия при серийном выпуске томография вряд ли подходит, кроме разве что тех случаев, когда она прямо записана в технологическом маршруте — например, если серийность изделия невелика, а стоимость и требования к надежности особо высоки.

    Продолжим наш пример. Мы смонтировали устройство — установили на него компоненты — и хотим проверить качество пайки. Поможет ли здесь компьютерная томография?

    Ситуация такая же, как и в предыдущем случае: как один из процессов серийного изготовления она вряд ли окажется эффективной; помимо всего прочего, здесь еще надо оценить влияние рентгеновского излучения на работоспособность установленных микросхем, ведь за сравнительно большое время сканирования накопленная доза может оказаться значительной. А на этапе отладки режимов пайки томография может быть очень полезной. Сегодня применяется много хороших технологий контроля, которые дают качественную информацию о форме паяного соединения в трех измерениях, но ни одна из них не покажет вам, «что там внутри». А внутри много чего может быть, особенно если вы экспериментируете с новыми материалами: проводящими чернилами, паяльными пастами и т. п. И тут информация, предоставленная томографической установкой, может оказаться просто незаменимой.

    Говоря о применении компьютерной томографии в производстве электронных устройств, надо указать еще одну область, где она также может быть полезна, — это поиск неисправности в том случае, когда факт ее наличия уже установлен в ходе какой-то из традиционных проверок. Так, нам случалось томографировать устройства на обычных многослойных печатных платах — тогда заказчика интересовало состояние металлизации переходных отверстий. Вот, кстати, пример того, что наш метод может применяться не только для контроля продуктов аддитивных технологий, но и в более традиционных производствах — в данном случае для проверки качества гальванического процесса.

    Если же вернуться к электронике, произведенной с помощью технологий 3D-печати, то не надо забывать, что многие из этих технологий базируются на использовании металлопорошковых композиций. А наш метод, как было рассказано в докладе, обладает высокой эффективностью при анализе качества порошков. В целом, можно утверждать, что неразрушающий контроль средствами компьютерной томографии может найти применение в большом количестве различных процессов при производстве изделий электронной техники.

    Антон Большаков, директор по маркетингу Группы компаний Остек

    Антон, в процессе подготовки к симпозиуму вы провели очень интересное маркетинговое исследование, результаты которого представили в своем сообщении. Было ли что-то в этих результатах, что вас удивило? Например, тот факт, что наибольшее число тех, кто заинтересовался темой и приехал сюда — 43 % от всех участников — представители радиоэлектронной промышленности?

    Да, это было до некоторой степени неожиданно. Вы могли обратить внимание, что в докладах симпозиума по большей части говорилось о других областях применения — от литейного производства до бижутерии. А ведь докладчики — это представители компаний, практически занимающихся аддитивными технологиями, многие их проекты связаны с реальным рыночным спросом. Поэтому вполне можно было ожидать, что это будет, скажем, симпозиум машиностроителей или симпозиум медиков.

    Следует ли из этого, что в нашей стране аддитивными технологиями больше всех интересуются именно разработчики и производители радиоэлектроники?

    Вот тут я бы не стал делать категорических выводов. Да, мы давали информацию о предстоящем мероприятии по разным каналам, но одним из основных был канал коммуникации с нашими клиентами; а сфера деятельности Группы компаний Остек на данный момент, как известно, относится преимущественно к этой отрасли промышленности.

    Но ведь люди же могли попросту не откликнуться на приглашение, не приехать, счесть, что эта тема далека от них. И столь высокий интерес радиоэлектронщиков к аддитивным технологиям заставляет задуматься: что они хотели бы узнать здесь? Какие свои проблемы решить, что получить?

    У вас до сих пор нет ответа на этот вопрос?

    Нельзя сказать, что ответа совсем нет. Судя по результатам нашего предварительного опроса, наибольшее внимание привлекает возможность быстрого прототипирования — одна из самых очевидных задач для аддитивных технологий, с которой, собственно, и началось их продвижение в мир. С другой стороны, в реакции зала на доклады, в диалогах гостей со спикерами во время перерывов совершенно отчетливо прозвучал интерес к этим технологиям как к средству производства конечного продукта.

    Может быть, это эффект симпозиума? У меня сложилось впечатление, что многие приехали, не имея конкретной проблемы, решение которой они рассчитывали найти здесь. Приехали, чтобы углубить свои представления об аддитивных технологиях и подумать, чем они вообще могут помочь в их деятельности. И такие мысли стали возникать прямо в ходе симпозиума и породили конкретные вопросы по тонкостям работы оборудования, по характеристикам материалов, по возможностям организовать какие-то совместные работы.

    Если так, то это значит, что наше мероприятие принесло немедленную практическую пользу. Я рад этому; собственно, для этого мы его и организовывали. Как бы то ни было, вопрос о том, что именно хотят найти производители, в частности, из радиоэлектронной промышленности, в аддитивных технологиях — этот вопрос заслуживает дальнейшего исследования. Что ж, дирекция по маркетингу непременно будет этим заниматься.

    Антон, вы — директор по маркетингу, то есть, в определенном смысле, стратег. Скажите, есть ли, по-вашему, какое-то свойство, какая-то грань у аддитивных технологий, которая недостаточно осознана теми, кто их применяет или планирует применять?

    В моем докладе была такая тема — возможные сценарии развития аддитивных технологий. И там в качестве одного из фундаментальных условий этого развития фигурирует формирование нового образа мышления, соответствующего новым возможностям технологии. В частности, управленческого мышления. Для него я пытался показать потенциал аддитивных технологий, делающий возможным, а лучше сказать — насущно необходимым переход к новой, набирающей популярность модели управления проектами — методологии гибкого управления. Ее цель — максимально быстро вывести на рынок гарантированно востребованный продукт, наиболее точно соответствующий ожиданиям целевого клиента. Суть методологии, говоря коротко, — смена линейного планирования на оперативно-итерационное. Прописанный заранее план создания продукта по самой своей природе ограничивает возможность быстрой реакции на появляющиеся инновации, с одной стороны, а с другой — на изменения рынка: смещение акцента покупательских требований, выход конкурирующих образцов и т. п. Гибкое управление проектом предусматривает движение небольшими, быстрыми итерациями, результат каждой из которых проверяется тем или иным способом тестирования. Первоначально это могут быть обсуждения среди собственных специалистов, далее — экспертные фокус-группы, исследования с использованием качественных и количественных методов; на зрелых стадиях разработки очередные версии продукта могут демонстрироваться клиенту.

    Такое построение процесса позволяет уже на ранних его стадиях выявлять недостающие функции изделия, и наоборот — предупреждать расходование ресурсов на то, что, как выясняется, не встречает потребительского энтузиазма. Но ведь аддитивные технологии как будто именно для этого и созданы! Можно быстро сделать прототип, соответствующий некоторой стадии разработки, и показать его экспертам, клиентам — пусть возьмут в руки, покрутят, понажимают кнопки. Это совсем не то, что показывать чертежи и таблицы или даже красиво раскрашенные 3D-картинки на экране компьютера.

    По-вашему, этот потенциал остается непонятым?

    Скорее, недопонятым. В нашем опросном листе был вопрос: какие преимущества аддитивных технологий для вас важны? На первое место специалисты-производственники ожидаемо поставили возможность создания изделий любой геометрической формы. Но что оказалось на втором, третьем, четвертом местах? Сокращение времени на разработку; гибкость производственного процесса; сокращение продолжительности производственного цикла.

    Именно те свойства, которые делают технологию идеальным «производственным базисом» гибкого управления проектами!

    Это означает, что люди уже видят и приветствуют мобильность и гибкость аддитивных технологий как качества, позволяющие усовершенствовать процесс производства. Но делают ли они следующий шаг? Есть ли понимание того, что это — ключ к совершенствованию не только производства, но и всего бизнеса в целом? Я пытался донести до слушателей эту мысль, даже сделал специальный слайд в презентации. Не знаю, насколько это у меня получилось.

    Вы считаете это важным?

    Для меня этот слайд, эта тема были одной из самых главных позиций в докладе. Умение спроектировать и изготовить первоклассный продукт — одного этого сегодня недостаточно. В условиях перенасыщенного рынка надо построить бизнес так, чтобы суметь опередить конкурентов, чтобы точнее, чем они, «попасть» в максимум потребительского спроса. Один из современных инструментов для этого — метод гибкого управления проектами и непрерывного изучения потребителей. И аддитивные технологии во многих случаях становятся той «физической основой», без которой невозможна или крайне затруднена его реализация в практической деятельности компании.

    Исследования, подобные тому, которое мы представили на симпозиуме, позволяют лучше понимать среду, в которой развивается новая технология, обоснованно выбирать направления дальнейших усилий, строить и своевременно корректировать стратегию научно-технического развития предприятий. Мы будем продолжать пристально следить за развитием аддитивных технологий, за динамикой отношения к ним российских производителей и предоставлять аналитическую информацию заинтересованным партнерам. И мы благодарны тем, кто помогает нам в этой работе.

    Татьяна Смирнова, руководитель производственного отдела новых технологий АО «НИИ ВЕКТОР»

    Что привлекло ваше внимание к аддитивным технологиям?

    Мы ведем разработки в области создания средств, комплексов и систем мониторинга электромагнитных излучений в широком диапазоне частот. Поскольку антенны — наиболее значимый компонент систем приемопередачи, к ним предъявляются наиболее жесткие требования по уровню потерь и усилению. Такие задачи требуют от базового материала конструкции антенны прежде всего стабильных значений диэлектрической проницаемости, наименьших значений уровня потерь, обеспечения возможности соответствующей обработки поверхности. Это означает, что надо искать новые материалы и новые технологии, и в начале 2015 года руководство поставило перед нами такую задачу — тем более, что Федеральная целевая программа, участником которой стало предприятие, предполагает проведение технического перевооружения производства.

    Определиться с вектором будущего развития помогло общение с коллегами других предприятий, посещение выставок и конференций соответствующей тематики. Мы работали с несколькими компаниями — производителями и поставщиками оборудования, изучили и отвергли три метода 3D-печати. Наконец, вошли в контакт с компанией Prodways, получили от них образцы четырех материалов. Интересно, что характеристики, которые важны для нас, в технических описаниях, как правило, отсутствуют — компания ориентирована на медицинские приложения, для которых диэлектрические свойства не имеют значения.

    Мы провели необходимые измерения, и новые конструктивные решения с учетом полученных параметров композиционных материалов дали более чем обнадеживающие результаты. Поэтому мы выбрали технологию цифровой светодиодной проекции, которую предлагает Prodways — метод, основанный на использовании фотополимерных смол, затвердевающих при облучении ультрафиолетовым светом. К настоящему времени мы изготовили и протестировали первые 3D-прототипы изделий.

    Как вам понравился симпозиум? Нашли что-то полезное для себя?

    Мы получили ответы от представителей фирмы Prodways по теме устойчивости фотополимеров к внешним воздействующим факторам. Представители компании пригласили посетить ее производство и продолжить сотрудничество в области разработки материалов с заданными параметрами. Кроме того, для нас оказалась актуальна информация представителей фирмы по технологии получения литья по выплавляемым моделям и технологии изготовления литьевых форм из пластика.

    А еще было общение с другими гостями симпозиума, и там тоже было много полезного. Например, познакомились с представителями московской компании ООО «РЭК». Недаром говорят: если нужен ответ, надо правильно задать вопрос. Компания занимается производством собственных, российских материалов — не надо объяснять, насколько это важно в сегодняшней реальности. Они разрабатывают материалы для 3D-печати, тестируют их, и имеют государственный сертификат на проведение таких работ. Мы очень рассчитываем на плодотворное сотрудничество с «РЭК».

    Может быть, есть какие-то пожелания к организаторам на будущее?

    Хотелось бы, чтобы в раздаточных материалах был перечень участников мероприятия с краткой информацией о том, чем они занимаются и каких достигли результатов. Мы бы с удовольствием предоставили такую информацию о себе. Безусловно, исключительно полезно пообщаться с Остеком, со специалистами компаний — его партнеров, выступившими на симпозиуме. Но не менее, а порой и более интересно поговорить с производителями радиоэлектронной продукции — с теми, кто решает те же проблемы, что и мы. Такой обмен опытом просто бесценен, и их много здесь, в зале Асолда. Но без хотя бы минимальной информации обо всех участниках выйти на такой контакт можно разве что случайно.

    Леонид Горский, заместитель руководителя Центра прототипирования Корпорации развития Зеленограда

    Леонид, почему вас интересуют аддитивные технологии?

    Я представляю Корпорацию развития Зеленограда, которая в 2015 году по программе Минэкономразвития начала реализовывать инфраструктурный проект — Центр прототипирования.

    Корпорация — это компания-координатор Инновационного территориального кластера «Зеленоград», в который входят 170 компаний разной величины. Основная специфика их деятельности — микроэлектроника и смежные области: приборостроение, авиация, медицина, космос. Задача Центра прототипирования — оказывать предприятиям услуги по прототипированию изделий с использованием аддитивных технологий. У нас есть три единицы высококлассного оборудования: для печати металлических изделий из порошков металлов, для печати из фотополимеров и для печати из термопластичных материалов.

    А что привело вас на Асолд?

    Прежде всего, его организатор — Группа компаний Остек, с которой мы начали активно сотрудничать в мае этого года. Задача сотрудничества — максимально разобраться в возможностях применения различных видов аддитивной технологии, в рыночных предложениях, вероятно, приобретение оборудования, наиболее подходящего для удовлетворения потребностей компаний, входящих, в первую очередь, в кластер Зеленограда.

    Тогда следующий вопрос: почему вы выбрали в партнеры именно Остек?

    Преимущество Остека как партнера состоит в том, что они не просто продавцы: компания предоставляет инжиниринговые и консультационные услуги, может предложить и создать целый комплекс производства с использованием аддитивных технологий, адаптированный к конкретным задачам заказчика.

    Например, сейчас мы прорабатываем возможность развертывания в нашем Центре новой для России технологии — печати сложных керамических изделий. Причем нам нужна не просто керамика, мы хотим выйти на изготовление металлокерамических изделий, характерных для микроэлектронной отрасли: корпусов, подложек, СВЧ-фильтров и т. п. Нам нужен законченный технологический процесс, позволяющий не только соединить в одной производственной линии работу с разными материалами, но и обеспечить высокие точности, характерные для микроэлектронных устройств. И здесь нам очень полезно взаимодействие с Остеком — фактически, мы вместе ищем пути оптимального решения этой задачи.

    Зеленоградские компании ведут множество НИР и ОКР, и возможность быстро изготавливать уникальные корпуса для своих разработок станет серьезнейшим ресурсом, освобождающим их от значительных затрат, связанных с изготовлением новых типов корпусов по традиционным технологиям, либо от ограничений, накладываемых необходимостью выбора корпуса из имеющейся номенклатуры, доступной на рынке.

    Ваши впечатления от симпозиума?

    Мы стараемся посещать почти все конференции, связанные с аддитивными технологиями, так что нам есть, с чем сравнить. Наше ощущение — это одно из лучших мероприятий, которые мы посетили в этом году. Очень понравилось, что организаторы смогли пригласить зарубежных представителей компаний, которые рассказали не только об оборудовании — о нем, в принципе, могли рассказать и специалисты Остека; важно, что докладчики много сообщили о перспективных направлениях его применения.

    Это очень актуально для России. Ведь не секрет, что масса работ по 3D-печати у нас проводится многими компаниями зачастую просто из интереса. Но «из интереса» — не работает! Настоящая польза получается тогда, когда ты не просто что-то печатаешь, а создаешь работающую технологию под конкретную практическую задачу. К тебе начинают обращаться, и оказывается, что конкурентов нет — перед тобой чистое поле возможностей. Мы в Центре уже почувствовали это на примере наших работ, и здесь, на симпозиуме, увидели несколько направлений, о которых можно подумать на перспективу, попробовать, поэкспериментировать.

    Последний вопрос: чего не хватило? Что еще хотелось бы увидеть?

    Мне бы хотелось видеть в демонстрационном зале побольше компаний-потребителей представленного оборудования, например, поставщиков услуг 3D-печати. Посмотреть, как и для чего они используют эти технологии, эти машины. Ведь разные люди могут использовать одно и то же оборудование разными способами, с разным результатом, для разных целей — иногда так, что и в голову тебе прийти не могло. Ну и, конечно, можно было бы и себя показать.

    Андрей Колмаков, директор по продажам ООО «Современное оборудование», группа компаний «Солвер»

    Андрей, чем объясняется ваше участие в симпозиуме?

    Мы работаем с технологией аддитивного производства уже 19 лет — с тех пор, как в 1997 году привели на российский рынок компанию Stratasys. Так что для нас естественно посещать мероприятия такого рода. Мы и сами активно участвуем во многих из них. Так, на выставке «Интерпластика», которая пройдет в феврале следующего года в рамках конференции 3D fab+print (современные технологии трехмерной печати в России и мире: возможности и практический опыт для высокоэффективного производства будущего) наша компания будет модератором по секции аддитивных технологий — приходите, будет много интересного.

    Ваше мнение о сегодняшнем мероприятии?

    Приехало много специалистов, это вызывает оптимизм. Вообще, очевидно повышение интереса к 3D-печати, что не может не радовать — ведь все эти годы мы и занимались формированием рынка аддитивных технологий в России. Поначалу люди удивлялись, когда видели сложную деталь из настоящего производственного пластика, способную выдержать реальные нагрузки. Переспрашивали — а не макет ли это? Теперь — поверили; но еще далеко не все понимают, как можно применить эти технологии с пользой для себя. Однако приезжают на выставки, на конференции, потому что считают, что надо разбираться, не хотят отстать от общей тенденции. И выясняют подробности, делятся проблемами — как это было сегодня, когда после каждой презентации вокруг докладчика собиралась немалая группа слушателей, так что даже не все успевали задать свои вопросы.

    Можете ли выделить особо понравившиеся доклады?

    Многие доклады были достаточно профессиональными и интересными. Я бы выделил доклад Яниса Гринхофса, генерального директора компании Mass Portal. Очевидна его высокая компетентность, ведь он возглавляет компанию-производителя, ведущую самостоятельные разработки, создающую машины с уникальными характеристиками, причем, что важно, эти машины работают по принципу открытых систем. Для того, чтобы достигать успеха в такой работе, необходимо постоянно совершенствовать, модифицировать оборудование, проводить исследования по материалам, по режимам; в таких условиях рождается действительно доскональное понимание технологии. Слушать Яниса было очень интересно.

    Раз вы так глубоко погружены в тему, спрошу: с какими трудностями, по-вашему, сталкивается распространение аддитивных технологий в России?

    Самое главное — необходима сертификация процесса печати и пластиковых материалов профильными институтами (ВИАМ, ВИЛС, Институт пластмасс и др.) для использования «напечатанных» образцов в качестве конечных деталей. Сейчас многие потенциальные пользователи уже поняли, проверили и подтвердили для себя, что эти детали можно ставить на конечное изделие. Но отсутствие сертификации удерживает конструкторов и технологов от массового использования 3D-печати пластиками.

    Но это временное явление. Будут появляться новые стандарты, разработки и линейки машин; оборудование и материалы будут дешеветь. Не сомневаюсь, у аддитивных технологий большое будущее, в том числе и в России.

    Законодательные и организационно-правовые основы защиты информации.

    1. Важнейшие законодательные акты РФ в области информационной безопасности и защиты информации

    Основополагающими документами по информационной безопасности в РФ являются Конституция РФ и Концепция национальной безопасности и Доктрина Информационной безопасности.

    В Конституции РФ гарантируется «тайна переписки, телефонных переговоров, почтовых, телеграфных и иных сообщений» (ст. 23, ч.2), а также «право свободно искать, получать, передавать, производить и распространять информацию любым законным способом» (ст. 29, ч.4). Кроме этого, Конституцией РФ «гарантируется свобода массовой информации» (ст. 29, ч.5), т. е. массовая информация должна быть доступна гражданам.

    Концепция национальной безопасности РФ, введенная указом Президента РФ №24 в январе 2000 г., определяет важнейшие задачи обеспечения информационной безопасности Российской Федерации:

    • реализация конституционных прав и свобод граждан Российской Федерации в сфере информационной деятельности;
    • совершенствование и защита отечественной информационной инфраструктуры, интеграция России в мировое информационное пространство;
    • противодействие угрозе развязывания противоборства в информационной сфере.

    Для обеспечения прав граждан в сфере информационных технологий и решения задач информационной безопасности, сформулированных в Концепции национальной безопасности РФ, разработаны и продолжают разрабатываться и совершенствоваться нормативные документы в сфере информационных технологий.

    1. Закон Российской Федерации от 21 июля 1993 года №5485-1 «О государственной тайне» с изменениями и дополнениями, внесенными после его принятия, регулирует отношения, возникающие в связи с отнесением сведений к государственной тайне, их рассекречиванием и защитой в интересах обеспечения безопасности Российской Федерации.

    В Законе определены следующие основные понятия:

    • государственная тайна– защищаемые государством сведения в области его военной, внешнеполитической, экономической, разведывательной, контрразведывательной и оперативно-розыскной деятельности, распространение которых может нанести ущерб безопасности Российской Федерации;
    • носители сведений,составляющих государственную тайну, – материальные объекты, в том числе физические поля, в которых сведения, составляющие государственную тайну, находят свое отображение в виде символов, образов, сигналов, технических решений и процессов;
    • система защиты государственной тайны– совокупность органов защиты государственной тайны, используемых ими средств и методов защиты сведений, составляющих государственную тайну, и их носителей, а также мероприятий, проводимых в этих целях;
    • доступ к сведениям,составляющим государственную тайну– санкционированное полномочным должностным лицом ознакомление конкретного лица со сведениями, составляющими государственную тайну;
    • гриф секретности– реквизиты, свидетельствующие о степени секретности сведений, содержащихся в их носителе, проставляемые на самом носителе и (или) в сопроводительной документации на него;
    • средства защиты информации– технические, криптографические, программные и другие средства, предназначенные для защиты сведений, составляющих государственную тайну, средства, в которых они реализованы, а также средства контроля эффективности защиты информации.

    Законом определено, что средства защиты информации должны иметь сертификат, удостоверяющий их соответствие требованиям по защите сведений соответствующей степени секретности.

    Организация сертификации средств защиты информации возлагается на Государственную техническую комиссию при Президенте Российской Федерации, Федеральную службу безопасности Российской Федерации, Министерство обороны Российской Федерации в соответствии с функциями, возложенными на них законодательством Российской Федерации.

    2.Закон РФ «Об информации, информатизации и защите информации «от 20 февраля 2006 года №149-ФЗ – является одним из основных базовых законов в области защиты информации, который регламентирует отношения, возникающие при формировании и использовании информационных ресурсов Российской Федерации на основе сбора, накопления, хранения, распространения и предоставления потребителям документированной информации, а также при создании и использовании информационных технологий, при защите информации и прав субъектов, участвующих в информационных процессах и информатизации.

    Основными задачами системы защиты информации, нашедшими отражение в Законе «Об информации, информатизации и защите информации», являются:

    • предотвращение утечки, хищения, утраты, несанкционированного уничтожения, искажения, модификации (подделки), несанкционированного копирования, блокирования информации и т. п., вмешательства в информацию и информационные системы;
    • сохранение полноты, достоверности, целостности информации, ее массивов и программ обработки данных, установленных собственником или уполномоченным им лицом;
    • сохранение возможности управления процессом обработки, пользования информацией в соответствии с условиями, установленными собственником или владельцем информации;
    • обеспечение конституционных прав граждан на сохранение личной тайны и конфиденциальности персональной информации, накапливаемой в банках данных;
    • сохранение секретности или конфиденциальности информации в соответствии с правилами, установленными действующим законодательством и другими законодательными или нормативными актами;
    • соблюдение прав авторов программно-информационной продукции, используемой в информационных системах.

    В соответствии с законом:

    • информационные ресурсы делятся на государственные и негосударственные ;
    • государственные информационные ресурсы являются открытыми и общедоступными. Исключение составляет документированная информация, отнесенная законом к категории ограниченного доступа;
    • документированная информация с ограниченного доступа по условиям ее правового режима подразделяется на информацию, отнесенную к государственной тайне, и конфиденциальную .

    Закон определяет пять категорий государственных информационных ресурсов:

    • открытая общедоступная информация во всех областях знаний и деятельности;
    • информация с ограниченным доступом:;
    • информация, отнесенная к государственной тайне;
    • конфиденциальная информация;
    • персональные данные о гражданах (относятся к категории конфиденциальной информации, но регламентируются отдельным законом).

    Статья 22 Закона «Об информации, информатизации и защите информации» определяет права и обязанности субъектов в области защиты информации. В частности, пункты 2 и 5 обязывают владельца информационной системы обеспечивать необходимый уровень защиты конфиденциальной информации и оповещать собственников информационных ресурсов о фактах нарушения режима защиты информации.

    Следует отметить, что процесс законотворчества идет достаточно сложно. Если в вопросах защиты государственной тайны создана более или менее надежная законодательная система, то в вопросах защиты служебной, коммерческой и частной информации существует достаточно много противоречий и «нестыковок».

    При разработке и использовании законодательных и других правовых и нормативных документов, а также при организации защиты информации важно правильно ориентироваться во всем блоке действующей законодательной базы в этой области.

    Проблемы, связанные с правильной трактовкой и применением законодательства Российской Федерации, периодически возникают в практической работе по организации защиты информации от ее утечки по техническим каналам, от несанкционированного доступа к информации и от воздействий на нее при обработке в технических средствах информатизации, а также в ходе контроля эффективности принимаемых мер защиты.

    Правовые основы информационной безопасности общества

    Законодательные меры в сфере информационной безопасности направлены на создание в стране законодательной базы, упорядочивающей и регламентирующей поведение субъектов и объектов информационных отношений, а также определяющей ответственность за нарушение установленных норм.

    Работа по созданию нормативной базы предусматривает разработку новых или корректировку существующих законов, положений, постановлений и инструкций, а также создание действенной системы контроля за исполнением указанных документов. Необходимо отметить, что такая работа в последнее время ведется практически непрерывно, поскольку сфера информационных технологий развивается стремительно, соответственно появляются новые формы информационных отношений, существование которых должно быть определено законодательно.

    Законодательная база в сфере информационной безопасности включает пакет Федеральных законов, Указов Президента РФ, постановлений Правительства РФ, межведомственных руководящих документов и стандартов.

    Основополагающими документами по информационной безопасности в РФ являются Конституция РФ и Концепция национальной безопасности.

    В Конституции РФ гарантируется «тайна переписки, телефонных переговоров, почтовых, телеграфных и иных сообщений» (ст. 23, ч.2), а также «право свободно искать, получать, передавать, производить и распространять информацию любым законным способом» (ст. 29, ч.4). Кроме этого, Конституцией РФ «гарантируется свобода массовой информации» (ст. 29, ч.5), т. е. массовая информация должна быть доступна гражданам.

    Концепция национальной безопасности РФ, введенная указом Президента РФ №24 в январе 2000 г., определяет важнейшие задачи обеспечения информационной безопасности Российской Федерации:

    • реализация конституционных прав и свобод граждан Российской Федерации в сфере информационной деятельности;
    • совершенствование и защита отечественной информационной инфраструктуры, интеграция России в мировое информационное пространство;
    • противодействие угрозе развязывания противоборства в информационной сфере.

    Для обеспечения прав граждан в сфере информационных технологий и решения задач информационной безопасности, сформулированных в Концепции национальной безопасности РФ, разработаны и продолжают разрабатываться и совершенствоваться нормативные документы в сфере информационных технологий.

    информации существует достаточно много противоречий и «нестыковок».

    При разработке и использовании законодательных и других правовых и нормативных документов, а также при организации защиты информации важно правильно ориентироваться во всем блоке действующей законодательной базы в этой области.

    Проблемы, связанные с правильной трактовкой и применением законодательства Российской Федерации, периодически возникают в практической работе по организации защиты информации от ее утечки по техническим каналам, от несанкционированного доступа к информации и от воздействий на нее при обработке в технических средствах информатизации, а также в ходе контроля эффективности принимаемых мер защиты.

    Формулирование целей и задач защиты информации, как лю­бой другой деятельности, представляет начальный и значимый этап обеспечения безопасности информации. Важность этого эта­па часто недооценивается и ограничивается целями и задачами, на­поминающими лозунги. В то же время специалисты в области сис­темного анализа считают, что от четкости и конкретности целей и постановок задач во многом зависит успех в их достижении и ре­шении. Провал многих, в принципе полезных, начинаний обуслов­лен именно неопределенностью и расплывчатостью целей и задач, из которых не ясно, кто, что и за счет какого ресурса предполагает решать продекларированные задачи.

    Цели защиты информации сформулированы в Законе РФ №ФЗ-149 «O6 информации, информатизации и защите информации».

    В общем виде цель защиты информации определяется как обеспечение безопасности информации, содержащей государственную или иные тайны. Но такая постановка цели содержит неопределен­ные понятия: информация и безопасность.

    Информация — первичное понятие, используемое в понятий­ном аппарате информационной безопасности. Предпринимаются многочисленные попытки дать корректное определение понятию «информация», но список попыток пока не закрыт. Учитывая, что любой материальный объект или физическое явление отобража­ются в виде совокупности признаков (свойств), а человек, кроме того, на основе этих признаков формирует их модели или образы, то информацию можно представить как отображение реального или виртуального мира на языке признаков материальных объектов или абстрактных символов. Более подробно понятие «инфор­мация» рассмотрено в разд. II.

    Основной целью защиты информации является обеспечение заданного уровня ее безопасности.

    Под заданным уровнем безо­пасности информации понимается такое состояние защищеннос­ти информации от угроз, при котором обеспечивается допустимый риск ее уничтожения, изменения и хищения. При этом под унич­тожением информации понимается не только ее физическое унич­тожение, но и стойкое блокирование санкционированного досту­па к ней. В общем случае при блокировке информации в резуль­тате неисправности замка или утери ключа сейфа, забытия пароля компьютера, искажения кода загрузочного сектора винчестера или дискетки и других факторах информация не искажается и не похищается и при определенных усилиях доступ к ней может быть вос­становлен. Следовательно, блокирование информации прямой уг­розы ее безопасности не создает. Однако при невозможности до­ступа к ней в нужный момент ее пользователь теряет информацию так же, как если бы она была уничтожена.

    Угроза может быть реализована с различной вероятностью. Вероятность реализации угрозы безопасности информации оп­ределяет риск ее владельца. Допустимость риска означает, что ущерб в результате реализации угроз не приведет к серьезным последствиям для собственника информации. Ущерб может про­являться в разнообразных формах: неполучение прибыли, ожида­емой от информации при ее материализации в новой продукции или принятии более обоснованного решения; дополнительные за­траты на замену образцов военной техники, характеристики кото­рой стали известны вероятному противнику; и другие. По некото­рым оценкам, например, попадание к конкуренту около 20% объ­ема конфиденциальной информации фирмы может привести к ее банкротству.

    2. Угрозы безопасности информации и порядок их определения. Требования по организации комплекса мер по ЗИ на ОИ.

    Угрозы безопасности информации — состояния и действия субъектов и материальных объектов, которые могут привести к из­менению, уничтожению и хищению информации.

    К угрозам безопасности информации относят также блокиро­вание доступа к ней. Недоступность информации для ее законно­го владельца или пользователя в моменты времени, когда в ней воз­никает необходимость, по последствиям равносильна ее уничтоже­нию. Любой активный пользователь компьютерной техники хоть раз испытал крайне неприятное состояние, когда из-за ошибки в загрузочном секторе жесткого диска становится недоступной ин­формация, накапливаемая в течение длительного времени. Хотя с самой информацией ничего не произошло и в принципе через не­которое время можно восстановить доступ к ней (даже есть орга­низации, зарабатывающие на этом деньги), эта угроза блокирова­ния информации достаточно серьезная, так как ее реализация мо­жет привести к большому ущербу для владельца (пользователя). Например, несвоевременная отправка документа из-за блокирова­ния его в компьютере или неисправности электронного замка сей­фа может привести к нарушению контракта со всеми вытекающи­ми из этого последствиями.

    Угроза как потенциальная опасность для информации может быть реализована или нет. Но потенциальная опасность существу­ет всегда, меняется только ее уровень. Количество Потенциальных угроз информации огромно: от очевидных прямых до неочевид­ных косвенных. Например, конфликт между администрацией орга­низации и работником создает угрозу безопасности информации, так как недовольный сотрудник может в качестве орудия мести из­брать секретную или конфиденциальную информацию. Угрозы со­здаются преднамеренно или возникают случайно как сопутствую­щие работе организации и ее сотрудников.

    Следует отличать угрозы от результатов их реализации. Изменение, уничтожение, хищение и блокирование информации — это результаты реализации угроз или свершившиеся угрозы.

    Наибольшую угрозу для информации, содержащей государс­твенную тайну, создает зарубежная разведка. Основной интерес для нее представляют сведения в военной области, в области эко­номики, науки и техники, во внешней политике, в области разве­дывательной, контрразведывательной и оперативно-розыскной де­ятельности зарубежных государств, прежде всего, потенциальных противников и конкурентов.

    Знание конкретных угроз защищаемой информации создает возможность постановки задач по определению рациональных мер защиты информации, предотвращающих угрозы или снижа­ющих до допустимых значений вероятность их реализации. Меры по защите информации с позиции системного подхода рассматри­ваются как результаты функционирования системы защиты. Они могут представлять собой конкретные действия персонала, пред­ложения по приобретению и установке технических и програм­мных средств, требования к сотрудникам, определенные в соот­ветствующих правовых документах, и т. д.

    В принципе для предотвращения или, по крайней мере, существенного снижения уров­ня конкретной угрозы безопасности информации можно предло­жить несколько мер по ее защите. Однако их эффективность мо­жет существенно отличаться. Выбор любой меры защиты инфор­мации, так же как в иной любой сфере, производится по показате­лям оценки эффективности, которые учитывают степень выполне­ния задачи и затраты ресурса на ее решение. Многообразие угроз безопасности информации порождает многообразие мер ее защи­ты. Эффективность каждой меры защиты безопасности информа­ции оценивается своими локальными (частными) показателями эффективности. Их можно разделить на функциональные (опе­ративные) и экономические. Функциональные показатели харак­теризуют уровень безопасности информации, экономические-расходы на ее обеспечение. Так как уровень безопасности инфор­мации определяется величиной потенциального ущерба от реали­зации угроз, то в качестве локальных функциональных показате­лей эффективности защиты информации используются как показа­тели количества и качества информации, которая может попасть к злоумышленнику, так и характеристики реально возникающих уг­роз безопасности информации.

    Ограничение доступа к информации устанавливается федеральными законами в целях защиты основ конституционного строя, нравственности, здоровья, прав и законных интересов других лиц, обеспечения обороны страны и безопасности государства. Обязательным является соблюдение конфиденциальности информации, доступ к которой ограничен федеральными законами. Защита информации, составляющей тайну государственную, осуществляется в соответствии с законодательством Российской Федерации о тайне государственной. Федеральными законами устанавливаются условия отнесения информации к сведениям, составляющим тайну коммерческую, тайну служебную и иную тайну, обязательность соблюдения конфиденциальности такой информации, а также ответственность за ее разглашение. Информация, составляющая тайну профессиональную, подлежит защите в случаях, если на ее обладателей федеральными законами возложены обязанности по соблюдению конфиденциальности такой информации. Не может быть ограничен доступ к:

    1) нормативным правовым актам, затрагивающим права, свободы и обязанности человека и гражданина, а также устанавливающим правовое положение организаций и полномочия государственных органов, органов местного самоуправления;

    2) информации о состоянии окружающей среды;

    3) информации о деятельности государственных органов и органов местного самоуправления, а также об использовании бюджетных средств (за исключением сведений, составляющих государственную или служебную тайну);

    4) информации, накапливаемой в открытых фондах библиотек, музеев и архивов, а также в государственных, муниципальных и иных информационных системах, созданных или предназначенных для обеспечения граждан (физических лиц) и организаций такой информацией;

    5) иной информации, недопустимость ограничения доступа к которой установлена федеральными законами .

    Риск владельца информации зависит от уровня инженерно-технической защиты информации, который, в свою очередь, опре­деляется ресурсами системы. Ресурс может быть определен в виде количества людей, привлекаемых к защите информации, в виде ин­женерных конструкций и технических средств, применяемых для защиты, денежных сумм для оплаты труда людей, строительства, разработки и покупки технических средств, их эксплуатационных и др. расходов. Наиболее общей формой представления ресурса яв­ляется денежная мера. Ресурс, выделяемый на защиту информа­ции, может иметь разовый и постоянный характер.

    Для обеспечения эффективной защиты информации необходимо лицензирование деятельности предприятий по защите информации и сертификация средств защиты информации.

    Лицензированием в области защиты информации называется деятельность, заключающаяся в передаче или получении прав на проведение работ в области защиты информации. Государственная политика в области лицензирования отдельных видов деятельности и обеспечения защиты жизненно важных интересов личности, общества и государства определяется Постановлением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 1994 г. № 1418 «О лицензировании отдельных видов деятельности» (в ред. Постановлений Правительства РФ от 05.05.95 № 450, от 03.06.95 № 549, от 07.08.95 № 796, от 12.10.95 № 1001, от 22.04.97 № 462, от 01.12.97 № 1513, также см. постановление от 11.02.02 № 135).

    Лицензией называется разрешение на право проведения работ в области защиты информации. Лицензия выдается на конкретные виды деятельности на три года, по истечении которых осуществляется ее перерегистрация в порядке, установленном для выдачи лицензии.

    Лицензия выдается в том случае, если предприятие, подавшее заявку на получение лицензии, имеет условия для проведения лицензирования: производственную и испытательную базу, нормативную и методическую документацию, располагает научным и инженерно-техническим персоналом.

    Организационную структуру системы государственного лицензирования деятельности предприятий в области защиты информации образуют:

    · государственные органы по лицензированию;

    Государственные органы по лицензированию:

    · организуют обязательное государственное лицензирование деятельности предприятий;

    · выдают государственные лицензии предприятиям-заявителям;

    · согласовывают составы экспертных комиссий, представляемые лицензионными центрами;

    · осуществляют контроль и надзор за полнотой и качеством проводимых лицензиатами работ в области защиты информации.

    · формируют экспертные комиссии и представляют их состав на согласование руководителям соответствующих государственных органов по лицензированию, которыми являются ФСТЭК и ФСБ;

    · планируют и проводят работы по экспертизе предприятий-заявителей;

    · контролируют полноту и качество выполненных лицензиатами работ.

    Лицензионные центры при государственных органах по лицензированию создаются приказами руководителей этих органов. Экспертные комиссии формируются из числа компетентных в соответствующей области защиты информации специалистов отраслей промышленности, органов государственного управления, других организаций и учреждений. Экспертные комиссии создаются по одному или нескольким направлениям защиты информации.

    Лицензированию ФСТЭК России подлежат:

    · сертификация, сертификационные испытания защищенных технических средств обработки информации (ТСОИ), технических и программных средств защиты, средств контроля эффективности мер защиты информации, программных средств обработки, защиты и контроля защищенности;

    · аттестация систем информатизации, автоматизированных систем управления, систем связи и передачи данных, объектов ВТ и выделенных помещений на соответствие требованиям руководящих и нормативных документов по безопасности информации;

    · разработка, производство, реализация, монтаж, наладка, установка, ремонт, сервисное обслуживание защищенных объектов информатики, технических средств защиты и контроля эффективности мер защиты информации, защищенных прог­раммных средств обработки, защиты и контроля защищенности информации;

    · проведение специальных исследований на побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН) ТСОИ;

    · проектирование объектов в защищенном исполнении.

    В соответствии со статьей 17 Федерального закона от 08.08.2001 № 128-ФЗ «О лицензировании отдельных видов деятельности» (с изменениями, введенными Федеральным законом от 02.07.2005 № 80-ФЗ) лицензированию подлежат следующие виды деятельности (в области защиты информации):

    · деятельность по распространению шифровальных (криптографических) средств;

    · деятельность по техническому обслуживанию шифровальных (криптографических) средств;

    · предоставление услуг в области шифрования информации;

    · разработка, производство шифровальных (криптографических) средств, защищенных с использованием шифровальных (криптографических) средств информационных систем, телекоммуникационных систем;

    · деятельность по разработке и (или) производству средств защиты конфиденциальной информации; деятельность по технической защите конфиденциальной информации;

    · деятельность по выявлению электронных устройств, предназначенных для негласного получения информации в помещениях и технических средствах (за исключением случая, если указанная деятельность осуществляется для обеспечения собственных нужд юридического лица или индивидуального предпринимателя).

    В рамках рассматриваемых видов деятельности были выпущены отдельные постановления Правительства Российской Федерации, разъясняющие порядок лицензирования. Среди них:

    · Постановление Правительства Российской Федерации от 26.01.2006 № 45 «Об организации лицензирования отдельных видов деятельности»; Постановление Правительства Российской Федерации от 15.08.2006 № 504 «О лицензировании деятельности по технической защите конфиденциальной информации»;

    · Постановление Правительства Российской Федерации от 31.08.2006 № 532 «О лицензировании деятельности по разработке и (или) производству средств защиты конфиденциальной информации»;

    · Постановление Правительства Российской Федерации от 23.09.2002 № 691 «Об утверждении положений о лицензировании отдельных видов деятельности, связанных с шифровальными (криптографическими) средствами».

    В соответствии с этими документами лицензиаты обязаны ежегодно представлять в орган по лицензированию или аттестационный центр сведения о количестве выполненных работ по конкретным видам указанной в лицензии деятельности. Лицензиаты несут ответственность за полноту и качество выполняемых работ, обеспечение сохранности государственной тайны, доверенной им в ходе практической деятельности.

    Для нормального функционирования систем электронного документооборота (ЭДО) необходимо разработать процедуры разрешения возможных конфликтов. Стороной таких конфликтов, кроме участников ЭДО и фирмы-провайдера, может быть и фирма-разработчик программного обеспечения.

    3. Методы (способы) и средства защиты информации

    Можно выделить следующие методы (способы) и средства защиты информации (таблица 2):

    1. Организационные методы (способы) и средства защиты информации.

    2. Инженерно-технические методы (способы) и средства защиты информации, включающие в себя: физические, аппаратные, программные, криптографические и комбинированные методы (способы) и средства защиты информации.

    Таблица. Способы защиты информации.

    Защита кабельных линий

    Защита системы электропитания

    Защита дисковой системы

    Защита от э/м излучения

    Разработка стратегии и планов безопасности

    Ограничение доступа к ПЭВМ

    Работа с кадрами

    Создание специальных органов ОБИ

    Разработка планов для чрезвычайных ситуаций

    Программные и программно-аппаратные средства

    Системы разграничения доступа

    Системы контроля доступа

    Средство защиты информации — техническое, криптографическое, программное и иное средство, предназначенное для защиты информации, средство, в котором оно реализовано, а также средство контроля эффективности защиты информации.

    Организационные методы (способы) защиты информации предполагают регламентацию производственной деятельности и взаимоотношений сотрудников (исполнителей) на нормативно-правовой основе, исключающей или существенно затрудняющей неправомерное овладение конфиденциальной информацией.

    Эти методы (способы) включают в себя: организацию режима и охраны средств (объектов) информатизации; организацию работы с сотрудниками и документами; организацию использования средств (объектов) информатизации, например, СВТ; организацию работы по анализу и оценке внешних и внутренних угроз безопасности информации.

    Инженерно-техническая защита информации — это совокупность органов, технических средств и мероприятий, направленных на защиту информации.

    Методы (способы) инженерно-технической защиты информации базируются на применении физических, аппаратных, программных и криптографических средств защиты.

    Физические средства защиты информации — это методы и устройства, инженерные сооружения, исключающие или существенно затрудняющие проникновение злоумышленников к объектам информатизации (источникам конфиденциальной информации). Эти средства создают преграды на пути движения злоумышленников к объекту защиты информации и включают в себя: системы ограждения и физической изоляции; системы контроля и управления доступом; запирающие устройства и хранилища. К данным средствам относятся системы охраны и охранно-пожарной сигнализации, охранного телевизионного наблюдения, охранного освещения, ограждения и системы физической охраны.

    Аппаратные средства защиты информации предназначены для решения следующих задач [1]:

    · проведения специального исследования объекта информатизации с целью выявления возможных технических каналов утечки информации;

    · выявление каналов утечки информации;

    · блокирования (локализации) каналов утечки информации;

    · поиска и обнаружения средств шпионажа;

    · противодействие несанкционированному доступу к объектам информатизации.

    Эти задачи могут быть решены посредством [5]:

    · предотвращения утечки обрабатываемой информации за счет побочных электромагнитных излучений и наводок, создаваемых функционирующими средствами, а также за счет электроакустических преобразований;

    · исключения или существенное затруднение несанкционированного доступа к обрабатываемой или хранящейся в технических средствах информации за счет применения реквизитов защиты (паролей, идентифицирующих кодов), устройств измерения индивидуальных характеристик человека (голоса, отпечатков) с целью его идентификации;

    · применения устройств для шифрования информации;

    · выявления возможно внедренных в импортные технические средства специальных устройств съема (ретрансляции) или разрушения информации (закладных устройств).

    Программные средства защиты информации включают в себя [4]:

    программные средства собственной защиты, присущие собственно самому программному средству;

    программные средства защиты в составе самого объекта информатизации (защиты аппаратуры, жестких дисков и т.п.);

    программные средства защиты с запросом информации, требующие для своей работы ввода дополнительной информации с целью идентификации полномочий пользователей;

    средства активной защиты, инициируемые при неправильном вводе пароля, указании неправильной даты и времени, при запуске программ, несанкционированном доступе;

    средства пассивной защиты, направленные на предостережение, контроль, поиск улик, доказательств в целях неотвратимости раскрытия преступления.

    Назначение программных средств защиты [1]:

    предотвращение специальных программно-математических воздействий, вызывающих разрушение, уничтожение, искажение информации или сбои в работе средств вычислительной техники (далее — СВТ);

    идентификацию технических средств (терминалов, устройств группового управления вводом-выводом, ЭВМ, носителей информации), задач и пользователей;

    определение прав пользователей (потребителей) информации (дни и время работы, разрешенные к использованию задачи и технические средства обработки информации);

    контроль работы технических средств и пользователей;

    регистрацию работы технических средств и пользователей при обработке информации ограниченного доступа;

    уничтожение информации в записывающем устройстве после использования;

    сигнализацию при несанкционированных действиях;

    вспомогательные программы различного назначения: контроля работы механизма защиты, проставления грифа секретности (конфиденциальности) на выдаваемых документах;

    Программные средства обеспечивают выполнение следующих функций защиты информации:

    · защита информации (данных) от копирования;

    · защита программ от копирования;

    · защита информации (данных) от вирусов;

    · защита программ от вирусов;

    · защита каналов связи.

    Виды программных средств защиты информации:

    · идентификации файлов, технических средств и аутентификации пользователей;

    · регистрации, контроля и идентификации работы технических средств и пользователей;

    · разграничения и ограничения доступа пользователей к ресурсам;

    · защиты операционных средств ЭВМ, прикладных программ пользователей;

    сигнализации нарушений использования средств информатизации и др.

    Программные средства обеспечивают:

    · защиту данных и программ;

    · сохранение конфиденциальности и целостности данных;

    · требуемое качество обработки данных, защиту программ, являющихся коммерческой тайной, наиболее уязвимых для злоумышленника.

    Комбинированные средства защиты информации — совокупность аппаратных, программных и криптографических средств защиты информации.

    4. Возможные ТКУИ на объектах информатизации и угрозы безопасности информации в автоматизированных (информационных) системах;

    Реализация угроз нарушения информационной безопасности является следствием одного из следующих действий и событий: разглашения конфиденциальной информации, утечки конфиденциальной информации и несанкционированный доступ к защищаемой информации. При разглашении или утечке происходит нарушение конфиденциальности информации с ограниченным доступом .

    Утечка конфиденциальной информации — это бесконтрольный выход конфиденциальной информации за пределы ИС или круга лиц, которым она была доверена по службе или стала известна в процессе работы. Эта утечка может быть следствием:

    • — разглашения конфиденциальной информации;
    • — ухода информации по различным, главным образом техническим, каналам;
    • — несанкционированного доступа к конфиденциальной информации различными способами.

    Разглашение информации ее владельцем или обладателем есть умышленные или неосторожные действия должностных лиц и пользователей, которым соответствующие сведения в установленном порядке были доверены по службе или по работе, приведшие к ознакомлению с ним лиц, не допущенных к этим сведениям.

    Возможен бесконтрольный уход конфиденциальной информации по визуально-оптическим, акустическим, электромагнитным и другим каналам.

    К факторам утечки могут, например, относиться:

    • — недостаточное знание работниками предприятия правил защиты информации и непонимание (или недопонимание) необходимости их тщательного соблюдения;
    • — использование неаттестованных технических средств обработки конфиденциальной информации;
    • — слабый контроль за соблюдением правил защиты информации правовыми, организационными и инженерно-техническими мерами.

    Несанкционированный доступ (НСД). Это наиболее распространенный вид информационных угроз заключается в получении пользователем доступа к объекту, на который у него нет разрешения в соответствии с принятой в организации политикой безопасности. Обычно самая главная проблема определить, кто и к каким наборам данных должен иметь доступ, а кто нет. Другими словами, необходимо определить термин «несанкционированный».

    По характеру, воздействия НСД является активным воздействием, использующим ошибки системы. НСД обращается обычно непосредственно к требуемому набору данных, либо воздействует на информацию о санкционированном доступе с целью легализации НСД. НСД может быть подвержен любой объект системы. НСД может быть осуществлен как стандартными, так и специально разработанными программными средствами к объектам. защищенность автоматизированный утечка информатизация

    Есть и достаточно примитивные пути несанкционированного доступа:

    • — хищение носителей информации и документальных отходов;
    • — инициативное сотрудничество;
    • — склонение к сотрудничеству со стороны взломщика;
    • — выпытывание;
    • — подслушивание;
    • — наблюдение и другие пути.

    Любые способы утечки конфиденциальной информации могут привести к значительному материальному и моральному ущербу как для организации, где функционирует ИС, так и для ее пользователей.

    Ошибочное использование информационных ресурсов, будучи санкционированным, тем не менее, может привести к разрушению, раскрытию. или компрометации указанных ресурсов. Данная угроза, чаще всего, является следствием ошибок в программном обеспечении АИС.

    Уничтожение компьютерной информации — это стирание ее в памяти ЭВМ, удаление с физических носителей, а также несанкционированные изменения составляющих ее данных, кардинально меняющие содержание (например, введение ложной информации, добавление, изменение, удаление записей). Одновременный перевод информации на другой машинный носитель не считается в контексте уголовного закона уничтожением компьютерной информации лишь в том случае, если в результате этих действий доступ правомерных пользователей к информации не оказался существенно затруднен либо исключен.

    Имеющаяся у пользователя возможность восстановить уничтоженную информацию с помощью средств программного обеспечения или получить данную информацию от другого пользователя не освобождает виновного от ответственности.

    Уничтожением информации не является переименование файла, где она содержится, а также само по себе автоматическое «вытеснение» старых версий файлов последними по времени.

    Блокирование компьютерной информации — это искусственное затруднение доступа пользователей к компьютерной информации, не связанное с ее уничтожением. Другими словами, это совершение с информацией действий, результатом которых является невозможность получения или использование ее по назначению при полной сохранности самой информации.

    Компрометация информации, как правило, реализуется посредством внесения несанкционированных изменений в базы данных, в результате чего ее потребитель вынужден либо отказаться от нее, либо предпринимать дополнительные усилия для выявления изменений и восстановления истинных сведений. В случае использования скомпрометированной информации потребитель подвергается опасности принятия неверных решений со всеми вытекающими последствиями.

    Отказ от информации, в частности, непризнание транзакции (операции в банке) состоит в непризнании получателем или отправителем информации фактов ее получения или отправки. В условиях маркетинговой деятельности это, в частности, позволяет одной из сторон расторгать заключенные финансовые соглашения «техническим» путем, формально не отказываясь от них и нанося тем самым второй стороне значительный ущерб.

    Основными типовыми путями несанкционированного доступа к информации, являются:

    • — перехват электронных излучений;
    • — принудительное электромагнитное облучение (подсветка) линий связи с целью получения паразитной модуляции;
    • — применение подслушивающих устройств (закладок);
    • — дистанционное фотографирование;
    • — перехват акустических излучений и восстановление текста принтера;
    • — хищение носителей информации и документальных отходов;
    • — чтение остаточной информации в памяти системы после выполнения санкционированных запросов;
    • — копирование носителей информации с преодолением мер защиты;
    • — маскировка под зарегистрированного пользователя;
    • — мистификация (маскировка под запросы системы);
    • — использование программных ловушек;
    • — использование недостатков языков программирования и операционных систем;
    • — включение в библиотеки программ специальных блоков типа «Троянский конь»;
    • — незаконное подключение к аппаратуре и линиям связи;
    • — злоумышленный вывод из строя механизмов защиты;
    • — внедрение и использование компьютерных вирусов.

    Необходимо отметить, что особую опасность в настоящее время представляет проблема компьютерных вирусов, ибо эффективной защиты против них разработать не удалось. Остальные пути несанкционированного доступа поддаются надежной блокировке при правильно разработанной и реализуемой на практике системе обеспечения безопасности

    Способы воздействия угроз на информационные объекты подразделяются на:

    • — информационные;
    • — программно-математические;
    • — физические;
    • — радиоэлектронные;
    • — организационно-правовые

    5. Классификация технических каналов утечки информации

    Информация передается полем или веществом. Это может быть либо акустическая волна, либо электромагнитное излучение, либо лист бумаги с текстом и т.п. Другими словами, используя те или иные физические поля, человек создает систему передачи информации или систему связи. Система связи в общем случае состоит из передатчика, канала передачи информации, приемника и получателя информации. Легитимная система связи создается и эксплуатируется для правомерного обмена информацией. Однако ввиду физической природы передачи информации при выполнении определенных условий возможно возникновение системы связи, которая передает информацию вне зависимости от желания отправителя или получателя информации — технический канал утечки информации.

    Технический канал утечки информации (ТКУИ) — совокупность объекта технической разведки, физической среды распространения информативного сигнала и средств, которыми добывается защищаемая информация.

    Утечка — бесконтрольный выход конфиденциальной информации за пределы организации или круга лиц, которым она была доверена.

    Утечка (информации) по техническому каналу — неконтролируемое распространение информации от носителя защищаемой информации через физическую среду до технического средства, осуществляющего перехват информации.

    На вход канала поступает информация в виде первичного сигнала. Первичный сигнал представляет собой носитель с информацией от ее источника или с выхода предыдущего канала. В качестве источника сигнала могут быть:

    • объект наблюдения, отражающий электромагнитные и акустические волны;
    • объект наблюдения, излучающий собственные (тепловые) электромагнитные волны в оптическом и радиодиапазонах;
    • передатчик функционального канала связи;
    • закладное устройство;
    • источник опасного сигнала;
    • источник акустических волн, модулированных информацией.

    Так как информация от источника поступает на вход канала на языке источника (в виде буквенно-цифрового текста, символов, знаков, звуков, сигналов и т. д.), то передатчик производит преобразование этой формы представления информации в форму, обеспечивающую запись ее на н