Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук

обезьяны в США и собаки в СССР. Ученым казалось, что главной проблемой при полетах станет перегрузка – эффект, когда при движении с ускорением вес тела возрастает в несколько раз. Этот эффект повсеместен. Человек подпрыгнул, и во время касания земли его скорость резко снижается до нуля – перегрузка. Поезд или машина стартует, лифт поднимается или опускается – перегрузка. Но небольшие ускорения не вызывали каких-нибудь значимых проблем.

С другой стороны, огромные перегрузки испытываются при автомобильных авариях, когда автомобили на полной скорости врезаются в препятствие, – но в подобной ситуации это уже неважно.

Даже когда появились первые самолеты, летательные аппараты разваливались раньше, чем у летчиков проявлялись негативные последствия для организма. Пилотов стали заботить неприятные ощущения, особенно с учетом что самолеты становились крепче и быстрее. Исследования шли, но не очень активно.

Зато для путешествий на ракетах этот фактор уже имел огромное значение, так как тело могло стать тяжелее в пять-шесть раз. Медики стали исследовать влияние перегрузки еще до начала стартов. Были созданы центрифуги, которые за счет вращения, а именно центробежной силы, создавали перегрузку. Выяснилось, что перегрузка воздействует очень сильно и вызывает много проблем со здоровьем. Причем в зависимости от силы, длительности и направления воздействия на организм она проявляется по-разному.

Самое неприятное – действие в направлении голова – ноги. Во-первых, происходит деформация, сдавливание, а при особо больших нагрузках может быть и перелом позвоночника, особенно в области шеи и таза. Во-вторых, кровь отливает от головы, из-за чего учащается сердцебиение и начинает пропадать зрение. Сетчатка очень чувствительна к снижению кровоснабжения и быстро реагирует на него. Сначала пропадает периферическое зрение, потом окружающее пространство видно, как из туннеля (эффект так и называется – туннельное зрение), а в конечном итоге происходит потеря сознания из-за нехватки кислорода для нормальной работы мозга.

Если перегрузка действует в обратном направлении, ноги – голова, может быть даже хуже. Без фиксации головы травма шеи обеспечена. Но даже если эту проблему решить, из-за прилива крови к голове и, соответственно, повышения артериального давления возникают проблемы с мелкими сосудами-капиллярами. При увеличении перегрузки сосуды в голове могут лопнуть, что приведет к полной потере зрения и всевозможным проблемам с мозгом.

Значительно лучше дело обстоит, если перегрузка имеет направление грудь – спина. Хотя все симптомы имеют место, но проявляются они в меньшей степени. Больше площадь, равномернее распределяется нагрузка, соответственно, уменьшается давление на каждую из частей тела. Но если увеличивать время и силу воздействия – проявляются другие симптомы: из-за сдавливания грудной клетки уменьшается объем легких, возникает одышка, происходит деформация черепа, мягких тканей и органов.

Откуда ученые узнали об этих особенностях? Разумеется, ни собаки, ни обезьяны не могли рассказать о туннельном зрении, но на это указывало их поведение. Благодаря школе академика Павлова медики отлично знали об условных и безусловных рефлексах четвероногих друзей человека и дрессировали собак так, чтобы те действовали тем или иным образом в разных ситуациях, например лаяли, когда не видят еду. Когда лакомство на центрифуге лежало слева от собаки, то при возникновении туннельного зрения собака переставала его видеть – и подавала голос. Новые эксперименты дали пищу для размышлений и последующих исследований в других областях медицины.

С обезьянами в США дело обстояло сложнее – хотя их организм больше похож на человеческий, поведение предсказать значительно сложнее, и дрессировке они поддаются хуже.

В итоге для собак удалось определить положение тела и диапазон перегрузок, при которых животные могли совершить полет, а также было проверено несколько методик отбора и тренировки. Медики заметили, что на разных особей перегрузка влияет в разной степени и со временем организм собак привыкает и переносит их лучше. После этого начались эксперименты в «боевых» условиях. Первыми стали два пса, Дезик и Цыган. В 1951 году на ракете Р‐1В они поднялись на высоту 100 км. Эксперимент окончился удачно – собаки вернулись живыми, бодрыми и здоровыми. Значит, выводы медиков оказались верны. Но это было только начало. Ракеты становились мощнее, а перегрузки – выше. В помощь собакам начали разработку специального противоперегрузочного костюма и контейнера.

Ученые уже задумывались о создании таких устройств для летчиков, но имеющиеся образцы практически не использовались. Идея костюма проста – нужно воспрепятствовать оттоку крови с помощью физического сжатия нижней части тела. Резиновые жгуты или трубочки наполняются жидкостью или воздухом, сдавливают ноги и сосуды в них, и кровь туда течет менее охотно, а значит, дольше остается в голове, питая кислородом мозг.

Такие костюмы ученые стали делать для собак. Получалось с переменным успехом, но для науки это хорошо – становится ясно, какая конструкция лучше. Накопленный опыт помог в изготовлении более эффективных противоперегрузочных костюмов для летчиков и гонщиков. А позже выяснилось, что правильный выбор положения тела и конструкции кресла для космонавтов эффективнее, чем специализированная одежда.

Так как человеческий организм отличается от собачьего, после выяснения безопасных параметров тесты начали проводить с людьми. Собаки Пестрая и Белянка в полете перенесли перегрузки в 24g, то есть их вес вырос в 24 раза. Джон Пол Стэпп испытал на земле перегрузку в 30g. Были рассчитаны средние нормы, которые в настоящее время используются при проектировании и оценке безопасности транспортных средств, катапультных кресел, парашютных систем и даже аттракционов.

Для космонавтов разработали кресло, в котором тело располагается в наиболее удобной позе – позе эмбриона, – причем имеется возможность регуляции угла наклона для изменения направления перегрузки, а внутренний ложемент идеально отливается по фигуре конкретного человека и фиксирует его, защищая от повреждений скелета.

Для пилотов самолетов, гоночных болидов, да и просто водителей автомобилей это не получится, но благодаря собранным космонавтами данным число фатальных травм от перегрузок при ДТП или аварийном катапультировании значительно снизилось. В 2003 году человек перенес рекордную перегрузку в 214g и выжил.

Очень важными оказались тренировки. Разработанный комплекс упражнений позволял космонавтам и летчикам подготовить организм и уменьшить негативное влияние эффекта перегрузки. Например, чтобы уменьшить отток крови к ногам, напрягаются мышцы нижней части тела и шеи – так частично сужаются сосуды, и отток крови от головы идет медленнее. Чтобы сохранить дыхание при перегрузке, необходима тренировка диафрагмы, и специальный комплекс упражнений взяли на вооружение различные спортсмены и люди, профессии которых сопряжены с постоянными и серьезными физическими нагрузками.

Для получения более точной информации медики разработали новые методы и инструменты диагностики. Внутри ракеты очень мало места, и много приборов там не разместишь. На собаках крепились датчики артериального давления и температуры, снималась электрокардиограмма и впервые – фонокардиограмма (запись вибрации и