Ускорение - Факторы космического полета

В течение очень длительного времени считалось, что большие скорости передвижения оказывают вредное влияние на человека, а скорость в 500 км/ч является чуть ли не предельно переносимой человеком. По мере накопления научных данных эти опасения рассеялись. Каждый человек перемещается с огромной скоростью вместе с Землей и этого не ощущает. Люди, живущие на широте Москвы, вращаются вокруг земной оси со скоростью около 940 км/ч, и это никоим образом не влияет на них. Скорость движения Земли, а следовательно, и всех ее обитателей вокруг Солнца составляет примерно 108 000 км/ч, но это не оказывает вредного влияния на организм животных и человека. Не ощущает человек и своего перемещения вместе с Солнечной системой в мировом пространстве, происходящего со скоростью 70 000 км/ч.

Таким образом, на организм человека влияет не сама скорость, а ее изменение. Изменение скорости по величине или направлению в единицу времени называют ускорением. При ускорении все тела, в том числе тело человека, испытывают влияние механических сил. Между силой и ускорением имеется прямая зависимость: действующая на тело сила равна произведению массы тела на ускорение. Поэтому принято говорить о влиянии на организм человека ускорений, понимая под этим действие механических сил, изменяющих скорость или направление движения.

Изучая функциональные изменения, происходящие у животных и человека под влиянием ускорения, обычно измеряют те силы, с которыми человек действует на свою опору. Эти силы действуют в направлении, противоположном ускорению, и равны по своей величине силе, которая приложена к телу человека. Поэтому, рассматривая условия старта космического корабля, необходимо, прежде всего, рассчитать или определить величину силы, с которой космонавт будет давить на кресло, пол кабины и т. д. Это создает дополнительную нагрузку для организма человека, вызывая те или иные деформации. Отношение силы, с которой тело давит на опору, к весу данного тела принято называть перегрузкой и говорить о действии перегрузок.

В зависимости от направления действия перегрузок различают перегрузки, направленные вдоль тела (продольные), перпендикулярно продольной оси тела - от груди к спине или от спины к груди (поперечные), а также справа налево или слева направо (боковые). Иногда продольные перегрузки делят на положительные, когда перегрузки действуют в направлении от головы к ногам, и отрицательные, когда они направлены от ног к голове. В зависимости от времени действия принято различать перегрузки ударные и длительные. При старте космического корабля до момента его выхода на орбиту на человека действуют перегрузки продолжительностью несколько минут. Чтобы преодолеть силу земного тяготения и выйти в межпланетное пространство Солнечной системы, космический корабль должен развить конечную скорость более 11,2 км/с. Исходя из этого, если он будет двигаться от Земли с ускорением 20 м/с, то достигнет указанной скорости лишь через 9,5 мин. При таких условиях, чтобы удалиться от Земли на расстояние 3136 км, необходимо иметь большие запасы топлива на борту, что скажется на размерах ракеты и уменьшит ее полезный груз, т. е. массу научной аппаратуры и оборудования для экипажа. Конечно, этого можно избежать путем сокращения периода разгона ракетной системы и увеличения его скорости. Таким образом, известную экономию полезных размеров и массы космического корабля можно получить путем уменьшения времени разгона с 9,5 до 4,5 мин. Тогда действующие на космонавтов перегрузки увеличатся в 3,5-4,5 раза. С целью экономии расхода горючего было бы желательно дальнейшее увеличение ускорения космического корабля на участке разгона ракетной системы. Однако увеличивать ускорение корабля безгранично нельзя, так как это связано с определенной устойчивостью человеческого организма к действию перегрузок.

Живые существа обладают различной устойчивостью к перегрузкам. Подобный факт был отмечен еще К. Э. Циолковским, установившим, например, что тараканы-пруссаки легко выдерживают даже 300-кратное увеличение своего веса, а цыплята - 10-кратное и более. Исследования на собаках показали, что эти животные выживают даже при 5-минутном воздействии 80-кратных поперечных перегрузок. Физиологические пределы переносимости перегрузок для человека несравненно ниже.

Действие перегрузок тем значительнее, чем больше их абсолютная величина и продолжительность. Если при старте ракеты человек будет размещаться так, что его голова и туловище будут обращены в сторону движения, он испытает воздействие продольной перегрузки, направленной от головы к ногам. Переносимость человеком длительных перегрузок в направлении от головы к ногам ограничена. Человек обладает известной приспособленностью к действию подобных перегрузок, однако их чрезмерная длительность грозит неприятными для него последствиями. Если, например, четырех-, пятикратная перегрузка длится 20-25 с, то она может вызвать неприятные ощущения и некоторые функциональные изменения в организме человека. При этом человека сильно прижимает к сиденью, у него смещаются мягкие ткани лица, нижняя челюсть отвисает, голова с трудом удерживается в обычном положении; движения становятся неточными, требуют много времени для выполнения; появляются чувство тяжести и болезненность в икрах ног; возникают нарушения дыхания и сердечной деятельности.

Продолжительное действие таких перегрузок приводит к нарушениям в системе кровообращения. При действии перегрузок в направлении от головы к ногам затрудняется приток крови от сердца к головному мозгу, тогда как отток ее от мозга облегчается. Это обусловливает появление у человека потемнения в глазах, ощущения серой или черной пелены перед глазами и даже временной потери сознания. При продолжении действия перегрузки в этих условиях у человека может наступить частичная или полная потеря сознания.

Помимо этого, действие подобных перегрузок может вызвать смещение и деформацию внутренних органов, что, в свою очередь, вызовет нарушение их нормальной деятельности. В этих условиях от деформированных тканей и органов начинает поступать в кору головного мозга поток необычных нервных импульсов. В результате могут наступить изменения высшей нервной деятельности, временная дезорганизация психических процессов: понижение сообразительности, внимания и т. д.

Исследования показали, что перегрузки, действующие в направлении от ног к голове, переносятся человеком хуже. Состояние, подобное действию однократной отрицательной перегрузки, человек испытывает, когда висит на турнике вниз головой. При действии трехкратной перегрузки в направлении от ног к голове наблюдаются отек лица, пульсация в висках, затруднение дыхания, а иногда и усиленное слезотечение. Здоровый человек может переносить без вреда 3-кратную перегрузку в течение лишь 5-6 с. При 4- или 5-кратной перегрузке состояние человека резко ухудшается: возникают режущая боль в висках, резкое покраснение лица вследствие прилива крови к голове, кровотечение из носа, нарушение зрения, выражающиеся в появлении красной пелены перед глазами, а затем спутанность и потеря сознания. Таким образом, переносимость перегрузок рассмотренных направлений относительно тела человека невелика, поэтому их следует избегать в космических полетах.

Действие поперечных перегрузок человек переносит лучше, чем действие продольных, как по величине, так и по продолжительности. Перегрузки, действующие в поперечном направлении, не вызывают нарушения кровоснабжения органов и тканей, так как при этом не происходит существенных перемещений крови и деформации органов. Это объясняется, в частности, тем, что поперечные перегрузки действуют перпендикулярно или почти под прямым углом к основным кровеносным сосудам. Вследствие этого возможность перемещения крови в верхнюю или нижнюю половину тела минимальна. Подобное положение тела облегчает приток крови от сердца к голове, так как величина гидростатического давления столба крови уменьшается. Это обстоятельство было учтено, в частности, при подготовке и проведении запуска Второго искусственного спутника Земли. Находившееся на борту спутника животное (собака Лайка) было расположено так, что направление действия перегрузки было поперечным.

Влияние поперечных перегрузок большой длительности изучено недостаточно, однако экспериментальные данные, полученные при запуске Второго искусственного спутника Земли, в последующих полетах животных, а также в полетах космонавтов, подтвердили, что только при таком положении тела космонавты могут выдерживать многократные продолжительные перегрузки.

В наземных экспериментальных исследованиях установлено, что 12-кратные поперечные перегрузки, действующие на человека в течение 2 мин, не вызывают каких-либо существенных изменений кровообращения, а 15-кратные поперечные перегрузки длительностью 5 с создают лишь умеренное затруднение дыхания, но не влекут за собой каких-либо неблагоприятных последствий. Имеются данные о том, что 10-кратные поперечные перегрузки могут без вреда переноситься человеком в течение 3 мин, а 3-кратные --- в течение 6 мин. Из этого следует необходимость размещения человека в космическом корабле таким образом (особенно на участке выведения космического корабля на орбиту и при входе в плотные слои атмосферы с целью возвращения на Землю), чтобы действие перегрузок было направлено перпендикулярно к продольной оси человека или под небольшим углом, т. е. человек должен находиться в положении полулежа.

Человек при действии перегрузок в направлении "спина-грудь" или "грудь-спина" может переносить значительные по величине перегрузки в течение длительного времени. После окончания действия ускорений, т. е. после того, как космический корабль будет выведен на орбиту, человек будет находиться в условиях невесомости. Это необычное состояние, почти не встречающееся в условиях Земли, будет действовать в течение всего полета космического корабля по орбите. Изучение физиологического действия состояния невесомости представляет исключительный научно-практический и теоретический интерес. Необходимо отметить, что этот вопрос малоизучен, так как состояние невесомости в земных условиях невозможно создать в течение продолжительного времени. Кроме того, практика жизни на Земле до настоящего времени не ставила этого вопроса перед наукой. Иное дело сейчас. Как отразится на состоянии нервной системы человека выключение сигнализации с обширной зоны нервных рецепторов, функционирование которых связано с гравитационным полем Земли? Как повлияет на функционирование других органов чувств человека и их взаимодействие то необычное состояние вестибулярного анализатора в условиях невесомости, когда будет отсутствовать влияние гравитационных сил Земли. И поэтому вполне понятно, что среди медико-биологических проблем, возникающих в связи с космическими полетами, в настоящее время первостепенное значение придается проблеме невесомости.

Похожие статьи




Ускорение - Факторы космического полета

Предыдущая | Следующая