ГЛАВА II Осторожно: космос!

Ускорение

При космическом полете влияние ускорения наблюдается, прежде всего, при старте, когда корабль быстро набирает скорость. В этот период, длящийся около 5 мин, на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. Другими словами, вес космонавта во время запуска корабля как бы увеличивается в семь раз. Описывая влияние ускорения на организм человека, целесообразно пользоваться системой координат, достаточно понятной и инженерам и медикам. На приведенном здесь рисунке схематически представлен широко распространенный метод обозначения направлений действия ускорений. Он основан на определении направления ускорения инерционных сил. Здесь же представлен и другой, может быть, менее точный, но более наглядный метод обозначения направлений действия перегрузок по смещению внутренних органов или положения глазного яблока. Пользуясь приведенной терминологией, можно сказать, что при максимальном ускорении во время запуска космического корабля на космонавта действуют перегрузки 7 +g_x, или 7 g — вдавливание глазного яблока (обозначения по первому и второму методам соответственно).

Человек легче всего переносит перегрузки по оси +g_х. Далее, в порядке уменьшения выносливости, следуют перегрузки в направлениях —g_х, +g_z и —g_z. Однако способность переносить перегрузки (величина допустимых перегрузок) у разных людей различна и зависит от ряда факторов, например от скорости нарастания перегрузки, температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и даже от эмоционального состояния космонавта. Существуют, несомненно, и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не совсем выяснено.

Перегрузки, связанные с ускорением, вызывают значительное ухудшение функционального состояния организма человека: замедляется ток крови в системе кровообращения, снижаются острота зрения и мышечная активность. Постарайтесь представить себе, как трудно поднять потяжелевшую в семь раз руку и тем более производить ею манипуляции по переключению органов управления. Поэтому в моменты перегрузок при ускорении или торможении космического корабля большинство операций, связанных с его управлением, должно быть автоматизировано. На помещенном ниже рисунке показано, какие максимальные перегрузки может преодолеть человек, двигая головой и конечностями.

Замедление кровообращения происходит вследствие кажущегося увеличения веса крови. Нормальное давление крови у человека на уровне сердца составляет 0,12 атм. Поскольку голова находится примерно на 30 см выше сердца, то при ускорении 4 g этого давления достаточно лишь для того, чтобы кровь могла дойти до головного мозга. Чтобы обеспечить кровоснабжение головного мозга при ускорении 8 g, сердце должно увеличить напор крови более чем вдвое. При ускорении 5 g, направленном по оси —g_z, кровь «утяжеляется» настолько, что сердце вообще не может гнать ее к голове и человек испытывает ощущение «черной пелены», перед глазами и теряет сознание. Если действие ускорения направлено в противоположную сторону по оси +g_z, перед глазами встает «красная пелена» и наступает потеря сознания в результате прилива крови к голове.

Рис. 6. Ускорения, которые может преодолеть человек, двигая головой и конечностями.
а – поднять и опустить кисть руки; б – поднять и опустить предплечье; в – поднять и опустить всю руку; г – наклонить голову вперед и откинуть назад; д – передвинуть голень со ступней; е – поднять и опустить голень со ступней; ж – поднять и опустить всю ногу

Уже под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в направлении +g_z, длящемся более 3 сек, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения. Вообще с увеличением перегрузок острота зрения уменьшается, поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности. При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести. Эта иллюзия возникает в результате воздействия ускорения на отолитовые органы. При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта так называемая окологиралъная иллюзия является следствием воздействия перегрузок на полукружные каналы. Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по оси +g_x. Космонавт, лежа на спине, находится почти в горизонтальном положении. Угол между его спиной и бедром составляет примерно 100°, а между бедром и голенью — 117°. Наклон спины составляет приблизительно 12°. Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.

Рис. 7. На первых пилотируемых космических кораблях серии «Меркурий» использовали особые противоперегрузочные кресла, отлитые по индивидуальным для каждого космонавта моделям. Когда космонавт занимает в таком кресле показанное на фотографии положение, мозг в достаточной степени снабжается кровью и при ускорении до 10 g, а при кратковременных перегрузках – даже до 25 g

Рис. 8, 9. Кресла на космических кораблях «Аполлон» сконструированы так, чтобы тело космонавта могло занять самое удобное положение, позволяющее выдерживать ускорение

Рис. 10. Будущие космические скафандры, возможно, будут обеспечивать защиту космонавта благодаря жестким сегментам, расположенным со стороны спины и на коленях. С помощью выступов на спине скафандр будет крепиться к креслу и таким образом фиксировать положение космонавта на время действия перегрузок

Рис. 11. Действие ускорений на тело можно уменьшить с помощью обжимающего тело компенсационного костюма

На космических кораблях «Меркурий» кресло космонавта отливалось по форме его тела. Такое кресло надежно закрепляет тело космонавта, предотвращая непроизвольные сдвиги, и хорошо защищает от боковых ускорений. Однако отлитое по индивидуальной модели кресло оказалось слишком тесным, поэтому на космических кораблях «Джеминай» и «Аполлон» от него пришлось отказаться.

На рис. 8 и 9 показаны кресла, которые используют на кораблях «Джеминай» и «Аполлон».

В настоящее время испытывается космический скафандр полужесткого типа (рис. 10), который защищает космонавта как от перегрузок, так и от пониженного давления внешней среды. На жесткой каркасной части этого скафандра имеются специальные выступы, которые входят в соответствующие пазы — разъемы в кресле и таким образом фиксируют положение скафандра и космонавта. В таком кресле можно выдержать ускорения до 30 g, действующие в любых направлениях. Как только прекращается действие перегрузок, космонавт может быстро отделиться от кресла и передвигаться в скафандре по кораблю. Несколько более сложно устройство для создания противоперегрузочного давления (рис. 11). Оно представляет собой закрепленную на нижнем белье космонавта систему трубок водяного охлаждения, расположенных вокруг туловища и бедер. Такой костюм защищает космонавта от действия перегрузок и одновременно может быть использован для отвода выделяемого телом тепла, подобно тому, как это осуществляется в костюме водяного охлаждения в скафандре «Аполлон», предназначенном для исследования Луны.

При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте. Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели направление +g_x. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.

Далее…

Действие ускорений на космонавта также имеет место при входе в плотные слои атмосферы при возвращении и зависит от конструкции корабля. — Прим. ред.