ГЛАВА II Осторожно: космос!

Невесомость

До недавнего времени невесомость считали очень серьезной опасностью, угрожающей человеку в космическом полете. Однако сейчас установлено, что космонавт к этому состоянию адаптируется. Перед первыми пилотируемыми полетами в космос ожидали, что в условиях невесомости у космонавта наступят самые разнообразные расстройства. Предполагали, что в числе этих расстройств будет образование язв, размягчение костей и потеря веса, снижение мышечного тонуса, развитие легочных инфекций, морская болезнь, нарушение системы ориентации, образование камней в почках, возникновение синуситов и обезвоживание организма, развитие ортостатического коллапса («ленивое сердце»), а также потеря аппетита. Однако советские и американские космонавты во время полетов, длившихся до 14 суток, получили в той или иной форме лишь немногие из этих расстройств.

Рис. 24. Основным органом системы пространственной ориентации человека является вестибулярный аппарат внутреннего уха. Полукружные каналы А, Б, В [слева] дают человеку ощущение угловых ускорений относительно трех взаимно перпендикулярных осей. Овальный и круглый мешочки [справа] воспринимают линейные ускорения. Нервные сигналы от этих органов позволяют головному мозгу сохранять пространственную ориентацию:
1 – горизонтальная плоскость; 2 – полукружный канал; 3 – амплуа; 4 – овальный мешочек; 5 – круглый мешочек

Особенно большие опасения вызывало предположение, что в условиях невесомости космонавт потеряет способность к ориентации, так как его вестибулярному аппарату придется функционировать в отсутствие гравитационного поля. Вестибулярный аппарат — сложная биологическая система (см. схематическое изображение). Она состоит из трех полукружных каналов и отолитовых органов, которые часто сравнивают с инерциальной системой стабилизации космического корабля или по крайней мере с его стабилизированной платформой. Три полукружных канала, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, являются рецепторами угловых ускорений. Овальный и круглый мешочки, расположенные приблизительно под прямым углом относительно друг друга, позволяют воспринимать линейные ускорения.

Нервные сигналы, вырабатываемые в результате стимуляции этого органа, суммируются в центральной нервной системе с сигналами, вырабатываемыми проприорецепторами, и таким образом сообщают человеку информацию о положении его конечностей, шеи и туловища в пространстве. Суммируются также сигналы, поступающие от органа зрения, и сигналы, вырабатываемые тактильными рецепторами кожи. Ушной лабиринт, глаза и систему проприорецепторов часто называют «триадой ориентации».

У космонавтов наблюдались лишь некоторые расстройства способности к ориентации, и только Г. С. Титов («Восток-2») был близок к морской болезни. У космонавтов Б. Б. Егорова и К. П. Феоктистова («Восход-1») на протяжении большей части полета было ощущение, что они находятся в положении «вверх ногами». Они испытывали также небольшое головокружение как при быстрых, так и при медленных поворотах головы. У Б. Б. Егорова к этому добавились потеря аппетита и неприятное ощущение в области живота, которое достигло максимума на седьмом часу полета. Однако ни один из космонавтов не потерял трудоспособности. Командир корабля «Восход-1» В. М. Комаров не испытывал никаких неприятных или болезненных влияний невесомости. По-видимому, в адаптации космонавта к условиям невесомости большую роль играет тренировка: В. М. Комаров имел за плечами несколько лет специальных тренировок, в то время как Б. Б. Егоров и К. П. Феоктистов тренировались лишь несколько месяцев. Очень важно, что не нарушалась способность к ориентации и у космонавтов, выходивших в открытый космос. Гораздо опаснее, чем потеря способности к ориентации, влияние долговременной невесомости на сердечно-сосудистую систему космонавтов, которая ослабевает и теряет свой мышечный тонус. Действие невесомости отчетливо проявилось даже во время сравнительно непродолжительных полетов по программе «Меркурий». Так, вышедшего после приземления корабля «Фейт-7» космонавта Г. Купера заметно шатало. Причиной этого была ортостатическая гипотензия и застой крови в ногах. Чтобы определить степень этого расстройства, в программу пилотируемых полетов «Джеминай» были включены соответствующие обследования. До и после полетов космонавтов обследовали на специально разработанном «наклонном столе». Исследования космонавтов, пробывших в состоянии невесомости 4, 8 и 14 суток, позволили установить, что сердечно-сосудистая система снова адаптируется к привычным условиям земной гравитации в течение 48—50 час. Испытания на велоэргометре также показали, что после 14-дневного полета на «Джеминай-7» работоспособность командира корабля Ф. Бормана снизилась на 19%, а второго пилота Дж. Ловелла — на 26%. Аналогичные симптомы зарегистрированы и у экипажа корабля «Восход-1».

Во время космических полетов отмечали также ряд второстепенных симптомов влияния невесомости. Так, несколько космонавтов, участвовавших в полетах по программе «Джеминай», сообщали о том, что в первые сутки полета они ощущали тяжесть в голове. Это ощущение было аналогично тому, которое испытывают гимнасты, повиснув на трапеции вниз головой, однако покраснения лица и глаз и пульсации крови в висках космонавты не наблюдали. Ощущение тяжести в голове продолжалось около восьми часов и затем пропадало. Причины этого явления еще полностью не выяснены, однако специалисты-медики полагают, что оно является следствием скопления крови в области грудной клетки, когда происходит перестройка системы кровообращения и адаптация ее к условиям невесомости.

Во время пребывания в условиях невесомости и американские и советские космонавты похудели. Потеря в весе составляла от 2 до 6 % общего веса тела и, по-видимому, не зависела от продолжительности действия невесомости. Так, во время 14-дневного полета «Джеминай-7» космонавт Ф. Борман потерял 6,2% своего веса, а космонавт С. Карпентер во время полета на корабле-спутнике «Меркурий-7», длившегося всего лишь 5 час, потерял 3,9% своего веса. Аналогично этому советский космонавт В. Ф. Быковский во время пятидневного полета на корабле «Восток-5» потерял 3,6% своего веса. Очевидно, эти потери в весе не являются простым следствием обезвоживания организма; у большинства космонавтов вес восстанавливался в течение 24 час после окончания полета. Такие потери в весе могут быть вызваны изменением объема крови вследствие уменьшения содержания воды в плазме.

Под влиянием невесомости происходит также уменьшение содержания в костях кальция и других минеральных веществ. Измерить эти потери трудно, но чтобы хоть приблизительно оценить их, до полета и после него делают рентгенограммы, которые затем сравнивают с помощью денситометра. У советских и американских космонавтов наблюдалось также уменьшение общего объема крови, плазмы и количества и массы красных кровяных шариков (эритроцитов). Особенное недоумение вызывает уменьшение общей массы эритроцитов. Оно может быть вызвано влиянием невесомости, но в такой же мере может происходить и от воздействия гипоксии, диеты, а также неподвижности космонавта во время космического полета. Возможно, это является результатом воздействия нескольких из указанных факторов.

Располагая данными о деминерализации костей и ослаблении сердечно-сосудистой системы в условиях невесомости, ученые установили, как необходима космонавтам во время космического полета физическая тренировка. При полетах «Джеминай» космонавты пользовались для этой цели эспандером. В частности, во время 14-дневного полета «Джеминай-7» космонавты ежедневно в течение 10 мин использовали эспандер для тренировки рук и ног. Кроме того, они делали изометрическую гимнастику для поддержания тонуса мышц. Подобные простые устройства можно с успехом применять и на небольших космических кораблях. Чтобы экипаж космического корабля находился всегда в форме, на орбитальных станциях предполагается сооружать специальную центрифугу.

Можно и всему космическому кораблю сообщить небольшое вращательное движение, превратив его тем самым в некое подобие центрифуги, чтобы на космонавтов действовала искусственная частичная гравитация. Результаты исследований показывают, что для этих целей достаточно создать гравитацию всего лишь в 0,33 g. Однако при использовании эффекта вращения возникает сила Кориолиса, под действием которой руки и ноги космонавта движутся не в тех направлениях, в каких нужно. Такое нарушение координации движения проявляется особенно сильно, когда космонавт перемещается к центру или от центра вращения. Величина силы Кориолиса рассчитывается по формуле

где

V — скорость передвижения космонавта;

W — его вес;

n — ускорение центрифуги, выраженное в единицах g;

G — гравитационная постоянная;

r — радиус вращения платформы или станции.

Было предложено несколько способов создания в космическом корабле искусственной гравитации, один из них — использование магнитных ботинок, для передвижения по стальному полу. Эксперименты, проведенные в условиях кратковременной невесомости, которую создавали в самолете, летящем по баллистической кривой, показали, что использование таких ботинок вполне реально. Однако космонавты в таких ботинках передвигаются медленно и неестественно, и сами ботинки очень неудобны. Предполагается также использовать небольшие ручные реактивные двигатели, аналогичные тому, который применял космонавт Э. Уайт на «Джеминай-4» (см. снимок). Правда, такие двигатели трудно использовать на небольших космических станциях, да и просто непрактично применять их при передвижении на небольшие расстояния. Исследовалась и возможность использования ботинок с реактивными двигателями. Но применение всех этих небольших реактивных двигателей требует сложного оборудования, поэтому для передвижения в условиях невесомости космонавту, вероятно, пока придется пользоваться тросами и поручнями.

Рис. 25. Находясь в открытом космосе, американский космонавт Э.Уайт пользуется ручным реактивным двигателем

В заключение можно сказать, что в условиях космического полета адаптивные изменения происходят, по-видимому, только в сердечно-сосудистой, кроветворной и мышечно-скелетной системах человека. Ни одно из этих изменений, вероятно, не достигает значительной величины за двухнедельный период. Поэтому специалисты в области космической медицины считают, что данные по физиологии человека, полученные во время осуществленных до настоящего времени космических полетов, можно считать справедливыми и для полетов с продолжительностью до 30 суток, во время которых, как можно надеяться, условия космоса не окажут вредного воздействия на организм человека. При подготовке более длительных полетов в космос понадобится значительно больший объем информации. Эту информацию легче всего получить на орбитальных космических станциях с многочисленным экипажем космонавтов, за которыми космонавты-медики смогут вести наблюдения в течение месяцев. И это, вероятно, будет следующим после исследования Луны шагом в американской и советской космических программах.

Далее…

Падение кровяного давления при перемещении человека из горизонтального или сидячего положения в вертикальное. — Прим. ред.