Человек над стратосферой

ЧЕЛОВЕК НАД СТРАТОСФЕРОЙ

Земное притяжение как невидимая цепь приковывает человека к нашей планете. Еще пятьдесят с лишним лет назад К. Э. Циолковский доказал, что эту силу может преодолеть только ракетный корабль. Теперь реактивные самолеты летают быстрее звука, а скорость ракет достигает 7000 километров в час. Ракета уже поднималась на высоту 400 километров.

Как известно, в этом году в ряде стран создаются искусственные спутники Земли. Они предоставят возможность наблюдать солнце и планеты, минуя толщу атмосферы, откроют необыкновенно широкие перспективы научных исследований. Проектируемые сейчас спутники Земли не будут долговечными. Даже крайне разреженные слои атмосферы все же окажут сопротивление и постепенно снизят высоту полета спутника.

Но уже в ближайшем будущем другие спутники Земли смогут существовать неограниченное время, если их полет по орбите будет проходить на высоте не ниже 350 километров. Это вполне достижимо, если придать ракете скорость около 8 километров в секунду и забросить ее на достаточную высоту. Сначала спутники будут летающими автоматическими лабораториями, а потом и станциями с людьми. Они станут центрами наблюдений за Землей и мировым пространством.

При достижении скорости ракеты свыше 11,2 километров в секунду она преодолеет силу земного притяжения и устремится в межпланетное пространство.

Сейчас человечество находится на первом этапе решения этой сложной проблемы - изучаются верхние слои атмосферы, исследуются возможности пребывания человека в космическом корабле.

В различных местах земного шара проводится периодическое зондирование атмосферы с помощью ракет. Оснащенные новейшей автоматической аппаратурой, они приносят нам все новые научные данные о путях в космос. Эти сведения имеют важное значение для разработки медицинских мероприятий по обеспечению безопасности человека в ракетном корабле при полете в верхних слоях атмосферы и в межпланетном пространстве.

Ученые разрабатывают методы защиты человека от неблагоприятного влияния внешних факторов во время полета и сохранения работоспособности астронавтов.

Каковы же необычные условия, в которых окажутся пассажиры ракетного корабля?

Набирая высоту, человек прежде всего ощущает значительную разреженность воздуха, фактически отсутствующего на высоте более 1000 километров. Падение барометрического давления, то есть уменьшение давления столба воздуха на квадратный сантиметр площади, вызывает значительные нарушения жизнедеятельности организма. Начиная с высоты 8000 метров, у человека могут возникнуть так называемые декомпрессионные расстройства - боли в суставах, кожный зуд, отечность мягких тканей, нарушения дыхания, приступы кашля.

Это объясняется тем, что растворенный в крови азот при пониженном барометрическом давлении переходит в газообразное состояние и тазовые пузырьки давят на нервные окончания тканей.

По мере подъема появляется еще более серьезная угроза здоровью человека. Известно, что в условиях пониженного барометрического давления вода, например, закипает не при ста градусах, а при более низкой температуре. Как показали опыты на животных, на высоте 19-20 километров при низком барометрическом давлении жидкости в организме могут закипать даже если температура тела сохраняется на уровне 36,5 градуса.

Разумеется, в таких условиях жизнедеятельность не возможна.

Самым надежным способом защиты человека от воздействия пониженного барометрического давления является герметически закрытая кабина. В ней будет поддерживаться необходимое для сохранения здоровья давление воздуха. Так, например, в современных самолетах, летающих на высоте 12 километров, поддерживается давление воздуха, соответствующее высоте в четыре километра.

Но как же быть, если астронавт окажется, хотя бы на короткое время, в разреженной атмосфере, например, на искусственном спутнике Земли? Тогда он наденет скафандр, который по существу будет миниатюрной герметически закрытой кабиной. В скафандре можно свободно передвигаться и выполнять необходимую работу.

При подъеме на высоту, наряду с уменьшением барометрического давления, понижается давление кислорода во вдыхаемом воздухе и содержащемся в легких. В связи с этим уменьшается насыщение гемоглобина кислородом и в организме начинается кислородное голодание.

На высоте более 4000 метров у человека появляется высотная болезнь, выражающаяся в расстройстве функций центральной нервной системы. Сначала у него возникает чувство душевного подъема, напоминающее состояние легкого опьянения. Потом настроение падает. Возникают изменения в деятельности сердца, органов зрения, слуха, равновесия, затрудняется дыхание. Иногда при хорошем общем самочувствии наступает потеря сознания. Для предотвращения этих нарушений могут служить обычные автоматически действующие кислородные приборы, но только до высоты 12 километров. Кислородное голодание на больших высотах предупреждается лишь с помощью приборов, подающих кислород под повышенным давлением. Но и это может служить лишь аварийным средством кислородного обеспечения в полете.

Более надежным является скафандр, но он требует такого огромного количества газообразного кислорода, какое невозможно запасти для полета. Вполне возможно применение скафандра с химическим выделением кислорода и поглощением продуктов жизнедеятельности организма. Однако в этом скафандре можно пробыть в разреженной атмосфере лишь недолго.

Длительный полет ракетного корабля возможен только в герметически закрытой кабине с замкнутой системой вентиляции. Кабина будет заполнена обычным воздухом, захваченным с поверхности Земли. Для пополнения его убыли экипаж корабля возьмёт с собой баллоны с жидким кислородом. Предполагается также возмещение убыли кислорода с помощью растений, поглощающих углекислоту и выделяющих кислород.

Исследования показали, что наука, безусловно, справится с задачей создания условий нормального существования экипажа в герметически закрытой кабине ракетного корабля. Возможно выполнение всех основных гигиенических требований: воздух будет автоматически очищаться, увлажняться, подогреваться или охлаждаться:

В условиях невесомости

Во время межпланетного полета необходимы надежные средства защиты человека и от таких внешних воздействий, как низкая температура, ультрафиолетовое, космическое излучение и метеориты.

Совсем еще недавно думали, что по мере удаления от поверхности Земли температура воздуха постепенно понижается, приближаясь где-то в межпланетном пространстве к абсолютному нулю -273 градусам. Исследования показали, что это не так.

В средних широтах, до высоты в 11 километров, температура действительно равномерно понижается на 6,5 градуса через каждый километр. Однако, в дальнейшем, падение температуры прекращается, и

она становится постоянной, равной до высоты 25 километров примерно минус 56,5 градуса. С высоты 25- 30 километров начинается подъем температуры, которая на уровне 40-50 километров повышается, доходя до 0 градусов. На этих высотах относительно много газа озона. Поглощая невидимые глазом ультрафиолетовые лучи и задерживая проникшее с Земли тепло, слой озона, таким образом, резко повышает температуру воздуха. До высоты 80 километров вновь понижается температура, достигая минус 70-80 градусов. С подъемом в ионосферу начинается новое повышение температуры воздуха, причем на высоте 200 километров она превышает плюс 200 градусов, а на высоте 300 километров достигает 1500 градусов выше нуля.

Такое повышение температуры является результатом непрерывной ионизации воздуха, распада и восстановления молекул кислорода и азота.

Как же защитить экипаж ракетного корабля от такой высокой температуры?

Оказывается, что человек в этих условиях не только не сгорит, но даже не почувствует тепла, а термометр не нагреется.

Дело в том, что тепло определяется движением молекул газовой среды. В крайне разреженных верхних слоях атмосферы частицы воздуха движутся с огромной скоростью и регистрируются только специальными приборами. Общее количество этих частиц так мало, что находящееся там тело не нагревается. Поэтому не следует опасаться нагрева ракетного корабля во время полета в ионосферу.

Не подвергаясь тепловому влиянию окружающей среды, ракетный корабль неизбежно окажется под действием чрезвычайно интенсивного здесь солнечного излучения, поглощая своей поверхностью прямые лучи Солнца. В известной мере действие солнечных лучей можно предотвратить, если окрасить одну часть кабины в белый цвет, чтобы отражать лучи, а другую часть - в черный цвет, чтобы использовать, если понадобится, солнечную энергию для нагревания кабины.

Значительно более сложной, но вполне разрешимой является задача предохранения ракетного корабля от действия ультрафиолетовых лучей.

Почти 90 процентов этих лучей, падающих на Землю, задерживается слоем озона. В атмосфере его очень мало. Если собрать озон на поверхности Земли, то толщина слоя не достигла бы и 3 миллиметров. Но если бы в атмосфере исчез озон, то Земля через несколько минут после этого превратилась бы в выжженную Сахару. Слой озона, как броня, защищает растения, животных и человека от губительных ультрафиолетовых лучей. В полете над стратосферой человек будет лишен этой озонной защиты, но ее заменят броня ракетного корабля и окна со специальными стеклами.

Еще большую угрозу для астронавтов таят в себе космические лучи. Отличаясь небольшой интенсивностью, они имеют в своем составе тяжелые частицы ядер атомов тяжелых химических элементов - кальция, железа и др. Проникая в кожную и мышечную ткань тела, эти лучи не приносят существенного вреда, но могут стать серьезной угрозой, если затронут нервные центры.

Биологическое действие космических лучей проверялось в опытах на животных, которых поднимали в шарах-зондах. Воздействие космических лучей не вызвало у них каких-либо изменений в деятельности организма и лишь обесцветило волосяной покрав. Однако следует сказать, что положено только начало изучению этих лучей и поискам способов защиты от их воздействия на организм.

Во время полета над стратосферой возможно попадание в ракетный корабль метеоритов. Подсчитано, что в атмосферу Земли ежегодно влетает не менее ста миллиардов мельчайших метеоритных частиц. Удар метеорита весом 20-30 граммов, летящего со скоростью 30-90 километров в секунду, мгновенно пробьет броню кабины и вызовет катастрофу. Но такие сравнительно крупные метеориты очень редки. Если расположить в мировом пространстве мишень размером 100х100 метров, то попадание в нее метеорита возможно лишь один раз за 2000 лет.

Все же, чтобы избежать случайностей и надежно защитить человека от метеоритов, предусматривается оборудование ракетного корабля специальными протектора ми; стенки же его будут состоять из отсеков, как у морского судна.

На астронавтов окажет влияние не только окружающая среда, но и движение самого ракетного корабля. Человек будет ощущать такое необычайное состояние, как увеличение или уменьшение веса своего тела.

Раньше думали, что скорость 500 километров в час - предел для организма человека. Но не следует забывать, что каждый человек ежесекундно совершает полеты со скоростью свыше ста тысяч километров в час. Такова примерно скорость движения нашей планеты по орбите. Однако эта скорость не оказывает никакого вредного влияния на организм человека.

В чем же тут дело?

Дело в том, что на организм человека влияет не сама скорость, а те силы, которые возникают при ускорении. В период старта ракетного корабля человек будет испытывать влияние силы инерции в направлении, противоположном скорости ракеты. Это вызывает у него ощущение значительной перегрузки тела - увеличения его веса в несколько раз. Сила инерции прижмет человека к сиденью, он с трудом будет двигать руками и ногами, сами движения станут неточными, у него возможно нарушение дыхания, затруднится деятельность сердца и других органов.

При такой перегрузке организма может произойти смещение внутренних органов и нарушение их нормальной деятельности.

Это в свою очередь может дезорганизовать психические процессы - понизить сообразительность, внимание и т. д. Вместе с тем под действием перегрузки, направленной вдоль оси тела, затруднится приток крови в мозг от сердца и облегчится ее отток.

Вследствие нарушения мозгового кровообращения и недостаточного снабжения кровью сетчатой оболочки глаза у человека возникает перед глазами черная пелена.

При значительной и продолжительной перегрузке человек может потерять сознание.

Тренировка на центрифуге.

Как же предотвратить эти неблагоприятные явления?

Для уменьшения перегрузки организма во время старта астронавты будут располагаться в полулежачем положении в кресле с откидной спинкой. Такая поза поможет с успехом переносить 10-12-кратные перегрузки организма.

Перед полетом астронавтам необходимо тренироваться на центрифуге, подкидной сетке и других аппаратах. Особенно важны упражнения, развивающие мускулатуру и прежде всего мышцы брюшного пресса. Напряжение мышц будет противодействовать во время старта смещению внутренних органов; оно уменьшит приток крови в нижнюю половину тела и тем самым поможет лучше переносить перегрузку организма.

Немалую роль сыграет специальный противоперегрузочный костюм. Он состоит из резиновых камер, заполненных сжатым воздухом. Эти камеры, сдавливая кровеносные сосуды в нижней половине тела, предупредят скопление там крови.

Когда, наконец, ракетный корабль преодолеет силу земного притяжения и уйдет в межпланетное пространство, человек окажется в условиях полной невесомости.

Как возникает это удивительное явление?

Известно, что вес любого тела, находящегося на Земле, не постоянен. Он зависит от того, на каком участке земной поверхности находится тело. Один и тот же груз на экваторе окажется легче, чем на Северном полюсе, где наша планета несколько сплюснута и расстояние от поверхности Земли до ее центра меньше, чем у экватора. Величина давления тела на свою опору зависит от действия земного притяжения и центробежной силы, возникающей при вращении Земли вокруг своей оси.

Увеличение скорости движения тела ведет к увеличению центробежного эффекта, и тем самым к уменьшению веса тела, который полностью исчезнет, если оно достигнет скорости 8 километров в секунду и таким образом освободится от земного притяжения.

Большая часть исследователей считает, что жизнь в условиях невесомости вполне возможна. Это доказывают опыты на животных.

В верхние слои атмосферы были запущены ракеты с обезьянами. У них состояние невесомости длилось до двух минут. Автоматические приборы регистрировали деятельность различных органов, и в результате выяснилось, что заметных изменений функций организма у подопытных животных не произошло.

В начальный период пребывания человека в условиях полной невесомости возможны серьезные нарушения его двигательных функций. Обычно, чтобы поднять, например, руку, нужно преодолеть не только силу ее инерции, но и вес руки. Если же этот вес будет равен нулю, то придется преодолевать лишь инерцию конечности. Между тем человек будет производить движения с такой же силой, как и в обычных условиях. Это приведет к резким размашистым движениям и их регулирование потребует постоянного психического напряжения.

В условиях невесомости исчезнет понятие о низе и верхе. Человек с одинаковым успехом сможет отдыхать как лежа, так и стоя.

Дышать можно будет только при постоянном принудительном токе воздуха, иначе выдыхаемая углекислота задержится у рта. Для того чтобы напиться воды, ее придется с силой всасывать в рот.

Несмотря на то, что условия невесомости явятся весьма необычными, все же человек сумеет к ним приспособиться. Это подтверждают наблюдения над человеком, находившимся в условиях невесомости около 10-15 секунд. Подобные условия возникли во время пикирования самолета с большой высоты с ускорением, равным примерно ускорению силы земного притяжения. Человек в это время выполнял очень простое задание - писал крестики в определенном порядке. Сначала он допускал грубые ошибки, но потом сумел соразмерять свои движения и задание выполнял без ошибок.

Если в межпланетных кораблях будут созданы вращающиеся кабины, то за счет действия центробежных сил возникнет искусственная тяжесть. Так, по-видимому, и будет решена проблема невесомости.

Научные достижения последних лет позволили решить ряд сложных медико-биологических проблем, связанных с подготовкой полетов в космос. Несомненно, астронавтам будут созданы в полете все условия для нормальной жизнедеятельности.