ГЛАВА II Осторожно: космос!

Температура

Каким образом в космическом корабле и в космическом скафандре поддерживается оптимальный температурный режим, будет рассказано в главе V. Здесь мы рассмотрим лишь влияние температуры на космического путешественника. Еще в 1878 году известный французский физиолог Клод Бернар писал: «Среда, в которой находятся внутренние органы и ткани человеческого тела, всегда постоянна. Изменения в окружающей человека атмосфере на нее не влияют, и поэтому можно считать, что у высших животных физические условия внутренней среды неизменны. Все механизмы их жизнедеятельности направлены на выполнение единой задачи: сохранить постоянство этих условий».

Одним из основных параметров физических условий внутренней среды является постоянная температура внутренних органов человека, которая составляет 37°С и изменяется лишь в очень небольших пределах. Увеличение температуры тела всего на 10% даже на весьма непродолжительный отрезок времени для высших животных, и особенно для человека, может быть смертельным. Столь изумительная стабильность температуры является результатом взаимосвязанной работы нескольких физиологических систем теплового гомеостаза, который поддерживает равновесие (баланс) между теплом, вырабатываемым человеческим телом, и теплом, отводимым во внешнюю среду. Этот процесс иллюстрирует приведенная на помещенном ниже рисунке механическая модель. Тепло вырабатывается в результате протекающих при обмене веществ (метаболизме) реакций окисления веществ, содержащихся в продуктах питания. Оно отводится в окружающую среду через кожный покров посредством лучеиспускания, теплопроводности и конвекции, легкими, а также с мочой и фекальными массами, причем на долю кожного покрова приходится около 87% отводимого тепла. К указанным трем способам добавляется еще и испарение (когда человек потеет). Только 11% тепла отводится выдыхаемым из легких воздухом и 2 % — мочой и фекальными массами.

Рис. 17. Теоретическая модель, показывающая, как поддерживается в организме человека тепловой баланс [температура внутренних органов изменяется не более чем на 0,5°С]. Тепло, образующееся в результате метаболических процессов в тканях [1], передается потоком крови через сердце [2] к охлаждающим воздухом легким [3] и снова возвращается к двойному насосу – сердцу [2]. Отсюда тепло передается к коже [8] – главному холодильнику. Тепловой поток регулируется чувствительным термостатирующим органом – гипоталамусом [4] – и управляется клапанами мелких артерий [7]. Гипоталамус, воспринимая сигналы о перегреве тела, которые он получает от кожных терморецепторов [6], приводит в действие потовые железы [5] и затормаживает в тканях организма [1] метаболические процессы.

На Земле, где температура воздуха колеблется от — 70 до +50°С, сложная система терморегуляции человека прошла большой эволюционный путь. Используя соответствующую одежду и другие средства защиты, человек может жить в любом уголке земного шара, начиная от знойной пустыни и кончая полярными областями. Однако никакая одежда не поможет человеку адаптироваться к температурным условиям космического пространства. В лабораторных условиях, используя очень сложную искусственную защиту, человек едва способен переносить в течение коротких промежутков времени температуры ниже — 50° и выше + 260°С. Эти экстремальные температуры ни в коем случае нельзя считать пределами функциональных возможностей человека, так как тепловой функциональный диапазон человека гораздо уже. Наивысшая работоспособность сохраняется при отклонении температуры окружающей среды от оптимального значения на ± 5° С.

Рис. 18. Время, в течение которого человек способен эффективно работать в условиях экстремально высоких температур окружающей среды. Температуру внутри кабины космического корабля тщательно поддерживают в пределах оптимальной величины

При внешней температуре ниже 10°С теряют гибкость пальцы, а при температуре выше 25°С становится очень утомительной тяжелая физическая работа. При температуре +30° замедляется умственная деятельность. Приведенный график показывает, как зависит продолжительность эффективной работы от температуры окружающей среды.

Если исключить солнечное излучение, то самым большим источником тепла, который воздействует на космический корабль, является аэродинамическое трение во время запуска корабля и вхождения его в плотные слои атмосферы при возвращении на Землю. Когда корабль «Аполлон» со скоростью 40 000 км/час проходит через плотные слои атмосферы, температура его головной части и теплозащитной оболочки достигает 2260° С. При такой температуре материалы, из которых выполнена эта оболочка, плавятся и испаряются в окружающее пространство, унося с собой тепло. Небольшое количество тепла проходит через обшивку внутрь корабля, но система жизнеобеспечения корабля и скафандры обеспечивают космонавтам температуру около 23°С.

Таким образом, можно считать, что в ближайшем будущем большую часть работы в космосе человек будет проводить внутри космического корабля и в скафандре на поверхности Луны или на удаленной на сотни километров земной орбите. В каждом случае он будет защищен современными средствами от воздействия температурных условий окружающей среды. Но, очевидно, для полетов в межпланетное пространство инженерам придется разработать еще более совершенные системы тепловой защиты.

Далее…