náhled|vpravo|Výzkumná a výcviková hlubinná stanice Hydronaut H03 DeepLab pracující v režimu laboratoř na suchu Hydronaut je český projekt Matyáše Šandy zabývající se vývojem a provozováním unikátní vědecké podvodní (hlubinné) laboratoře (stanice) nazývané Hydronaut H03 DeepLab poskytující podmínky pro výzkumné a výcvikové (tréninkové) simulační programy přežití osob v extrémním izolovaném prostředí (v psychicky a fyzicky náročných podmínkách). Zařízení je využitelné pro vesmírný výzkum a plánování pilotovaných kosmických misí (tzv. analogických misí) a to za přesně monitorovaných a kontrolovaných vědeckých podmínek a při současném masivním sběru dat. V roce 2020 byl projekt Hydronaut zařazen do podnikatelského inkubátoru Evropské kosmické agentury (ESA BIC) v Praze.
Stručný popis Hlavní komponentou projektu Hydronaut je vertikálně řiditelné zařízení (hybridní stanice konstruovaná jako kombinace hladinového plavidla, kesonu a ponorky) určené pro maximálně 3 osoby a jejich dlouhodobý pobyt (v délce několika dnů až týdnů) pod vodní hladinou. Uvnitř zařízení lze plně kontrolovat atmosféru (tlak, vlhkost, obsah CO2) a ovládat i umělé osvětlení a sledovat tak vliv uzavřeného prostředí nejen na lidský organismus (např. stres), ale i na různé materiály, zařízení či jiný biologický materiál.
Programy jednotlivých misí lze řídit palubním online systémem zvaným Common Tongue (produkt společnosti l–st Cloud Republic). Systémy pro monitorování vnitřního prostředí v zařízení zaštiťuje Ústav mechaniky tekutin a termodynamiky, Fakulta strojní, ČVUT v Praze. Systémy pro sledování fyziologických veličin a pohybových aktivit posádky má na starosti Katedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulty biomedicínského inženýrství ČVUT v Praze.
Unikátnost tohoto transportovatelného zařízení spočívá v možnosti jeho použití na suchu i pod vodní hladinou (za současné schopnosti měnit hloubku zanoření) a nepřetržité komunikace posádky s externím týmem podpory (nonstop support). Ten zahrnuje osoby s různými dovednostmi a dílčími úkoly (pořizování poznámek, dozor nad plněním časového harmonogramu mise, záznam významných změn do misijního deníku – protokolu apod.)
Použitelnost Zařízení lze využít pro vědecký výzkum (biologický, medicínský, psychologický, psychosociologický, kosmický, technický, kybernetický, zemědělský), výzkum chování materiálů v prostředí se speciální vlhkosti o specifikovaném tlaku, pro výcvik specializovaných potápěčů či záchranářů, jakož i pro výběr a testování členů budoucích posádek (výzkum fyzické a psychické kondice, vliv stresu v extrémních podmínkách, ověření schopností týmové spolupráce a přežití osob v uzavřeném prostoru). Podvodní stanice je použitelná pro výcvik astronautů, členů speciálních jednotek integrovaného záchranného systému (IZS), pro lékařský, biologický a psychologický výzkum.
Krátká historie Autorem návrhu (duchovním otcem) Hydronauta je profesionální technický potápěč, designér (konstruktér) a kosmický architekt Matyáš Šanda, který se myšlenkou na podvodní stanici začal zabývat v roce 2007. Na realizaci projektu se následně v průběhu dalších více než 15 let podílely desítky lidí a řada týmů včetně vědců z ČVUT.
Mezinárodní odborné veřejnosti byl projekt Hydronaut prezentován v roce 2010 na Astronautickém kongresu v Praze. Koncem roku 2013 v pražském Radotíně započala stavba podvodní stanice Hydronaut H03 DeepLab. Pod hladinu zatopeného lomu v Jesenném na Semilsku (u Jizerských hor nedaleko Železného Brodu) byla hlubinná stanice umístěna ke konci roku 2018. K financování projektu přispěla i veřejná sbírka.
Podrobný popis Účel stanice Výzkumná a výcviková stanice Hydronaut H03 DeepLab byla navržena pro různě dlouho trvající pobyty malých skupin osob pod vodou a „na suchu“ za účelem výzkumu vlivu extrémního prostředí jak na neživé objekty (materiály, technologie) tak i na lidi (vliv izolace + extrémního prostředí na psychologii jednotlivců).
Pomocí hlubinné laboratoře Hydronaut H03 DeepLab je možno simulovat tzv.analogické vesmírné mise odehrávající se v izolovaném, uzavřeném a extrémním prostředí (ICE) tj. např. pod vodou, na hladině, na souši. Předmětem výzkumu může být například i testování vlivu posunu cirkadiánních rytmů či komunikačního zpoždění na psychický stav a chování posádky.
Ve vodě zanořená stanice může dynamicky měnit svoji hloubku ponoru, takže je použitelná pro výzkumné a výcvikové programy, hyperbarický lékařský a psychologický výzkum, vývoj a testování technologií, IRS, školení speciálních vojenských jednotek nebo kosmických agentur.
Popis stanice Stanice Hydronaut H03 DeepLab (o „suché“ hmotnosti 35 tun a s výškou téměř 7 metrů) umožňuje provoz v režimu 24 hodin / 7 dní v týdnu. K dispozici je obyvatelná plocha 10 m² a obyvatelný objem 20 m³. Hlavní válec Hydronauta má průměr 2,6 metru a délku 4,8 metru. Stanice (připomínající přistávací kosmický modul) je vybavena dvěma plováky, řadou nádrží na kyslík, přechodovou komorou a masivní základnou, která slouží k ukotvení celé laboratoře na vodním dně.
Vnitřní prostředí (habitat) je vybaveno senzory pro sledování environmentálních podmínek, jsou zde denní a infračervené kamery pro neustálý monitoring prostoru a osob a umělé osvětlení umožňující simulaci různých denních / světelných cyklů. Vnitřní habitat (+ ovládací a datový systém) je napájen rozvodem o bezpečném napětí 12 V. V případě potřeby připojení většího množství přístrojů je možné celý systém přenastavit na napěťový rozvod 24 V. Stanice disponuje pokročilými technologiemi pro kontrolu prostředí, komunikaci a sběr dat. (Některé z nich jsou implementovány buď jako zcela unikátní vyvíjená zařízení či jako testované prototypy.) Variabilita palubního systému umožňuje dodatečnou implementaci jakéhokoliv parametru (zařízení), pokud vyvstane jeho potřeba pro realizaci prováděného výzkumu.
Hladinová jednotka Stanici H03 DeepLab lze ovládat z tzv. hladinové jednotky. Ta tvoří stanoviště a nejnutnější zázemí velitele posádky, který řídí polohování stanice a dekompresního modulu LifePod a systémy podpory života. (Pokud si to konkrétní experiment vyžaduje, lze posádku po určitou dobu zcela izolovat od řídícího střediska a od podpůrných týmů.)
Stanici lze použít pro samostatnou práci mimo základnu, po omezenou dobu i bez hladinové jednotky. Stanice může fungovat buď zcela autonomně (samostatně) nebo začleněna do dalších komplexnějších struktur. (V lomu v Jesenném byla stanice propojena s hladinovou flotilou, řídicím střediskem a logistickým zázemím). Pro dodávku vzduchu, energií i výměnu dat je stanice vybavena tzv. standardizovanými rozhraními (interfaces).
Palubní komunikační systém Komunikační spojení mezi posádkou habitatu a podpůrným týmem umožňuje speciální palubní komunikační systém nazývaný Common Tongue. Ten umožňuje i sběr dat ze širokého spektra čidel, jimiž stanice disponuje. Kromě komunikace s jednotlivými členy posádky umožňuje Common Tongue i živé (online, live) nepřetržité sledování životních funkcí osob a vnitřní atmosféry v habitatu. Systém umožňuje plánovat výzkumný program (úkoly) a získávat online data o všem, co se odehrává v útrobách stanice (jak ve stavu zanoření, tak i na suchu). Během pobytu v Hydronautu dostává jeho posádka úkoly k řešení a průběh jejich řešení, změny v chování řešitelů a míra jejich soustředění je sledována a vyhodnocována rovněž pomocí systému Common Tongue. Tak lze prakticky sledovat vliv stresu na soustředění a na „mentální výkon“ mozku. Univerzalita a otevřenost systému Common Tongue umožňuje (v případě potřeby konkrétního výzkumu) i připojení dalšího specializovaného systému.
Monitoring vnitřního prostředí Systémy pro monitorování vnitřního prostředí (habitatu) v zařízení Hydronauta zaštiťuje tým odborníků z Ústavu mechaniky tekutin a termodynamiky, Fakulta strojní, ČVUT v Praze. Tento tým zodpovídá za návrh a konstrukci unikátního zařízení pro online dlouhodobé a nepřetržité sledování stavu atmosféry (teplota, vlhkost, tlak, složení atmosféry) uvnitř habitatu. Krom toho se sleduje i intenzita osvětlení a „tepelné“ spektrum světla uvnitř H03 DeepLab. Použité zařízení rovněž sleduje palubní napětí (12 nebo 24 V) a spotřebu elektrické energie habitatu. Veškerá data získaná měřením v reálném čase jsou zasílána do velícího střediska mise.
Vliv světla Dvěma hlavními faktory způsobujícími tzv. ponorkovou nemoc jsou stísněný prostor a chybějící denní světlo. Efekt uzavřeného prostoru je umocňován tím, že světelný zdroj (stropní svítidlo) vrhá paprsky dolů, což jednak nepříjemně oslňuje posádku a navíc vytváří tzv. jeskynní efekt (subjektivní pocit „padajícího“ stropu). Naopak osvětlení svítící zdola nahoru se od stropu odráží, což vytváří iluzi „vynořené ponorky, otevřeného poklopu a průniku denního světla“. Pro potřeby Hdronauta bylo vyvinuto tzv. prokognitivní osvětlení nazvané Spectrasol, které imituje spektrum slunečního záření během dne a způsobuje téměř dokonalý efekt slunečního světla. Tím je zajištěno, že i při absenci skutečného denního světla zajistí systém Spectrosol odpovídající hladinu hormonu serotoninu během dne, což je důležité pro správné ukotvení a celkové fungování cirkadiánního rytmu (střídání bdění a spánku).
ESA BIC V roce 2016 byl v Praze založen tzv. Podnikatelský inkubátor Evropské kosmická agentury (ESA BIC) jehož úkolem je podporovat projekty související s vesmírem, ale také projekty zpětně aplikující kosmické technologie do „pozemského“ použití. (V roce 2018 vznikl obdobný inkubátor v Brně.) Oba inkubátory poskytují finanční podporu (50 000,- Eur), odborné podnikatelské a technické vedení pro dvouleté programy. Na konci roku 2020 byl projekt Hydronaut zařazen do podnikatelského inkubátoru Evropské kosmické agentury (ESA BIC) v Praze. Projekt Hydronaut ale spolupracuje kromě ESA BIC ještě s mnoha českými akademickými pracovišti a firmami působícími v oborech: strojírenství, medicína a psychologie.
Little Moon City Prague náhled|vpravo|Řídicí a dohledové centrum (Mission Control Center) Hydronauta odkud lze sledovat a ovlivňovat veškeré dění mise, monitorovat a zaznamenávat data z čidel a přístrojů uvnitř Hydronauta Little Moon City Prague (LMCP; Měsíční městečko Praha) je komplexní kosmický trenažer skládající se z následujících částí: Výzkumná a výcviková stanice Hydronaut H03 DeepLab; Řídicí a dohledové centrum (Mission Control Center) umístěné poblíž Hydronauta (vestavěné ve speciálně upraveném návěsu nákladního auta) nabízí zázemí pro realizaci výzkumných a výcvikových programů (monitoring posádky, základny a jednotlivých modulů, nepřetržitý sběr dat, server pro vzdálený přístup k datům a ovládání některých technologických prvků, vybavení pro dokumentaci a komunikaci se vzdálenými pracovišti). Z Mission Control Center lze v podstatě sledovat a ovlivňovat veškeré okolní dění a současně monitorovat a zaznamenávat data z čidel a přístrojů uvnitř habitatu Hydronauta. Stan pro výkon činností mimo laboratorní prostory (EVA). Stan slouží členům posádky jako „měsíční habitat“ pro simulované přebývání mimo modul Hydronaut H03 DeepLab. Ze stanu se budou moci provádět „výstupy“ a lze tu vykonávat různé simulované vědecké činnosti.
Umístění LMCP „na souši“ má zpřístupnit účast v tréninku i osobám bez potápěčského výcviku (+ studentům technických oborů na ČVUT Praha). Po aplikaci jednoduchých změn je možno nastavit celý systém pro testování technologií a jednoduché výzkumy i celkové programy týmových misí (nácvik složitých záchranářských situací nebo realistickou simulaci vesmírných misí).