Журнал "Здоровье" №9 (69) 1960

Проблемы космического полета

Кандидаты медицинских наук О. Г. Газенко и В. Б. Малкин

Рисунки Ю. Зальцмана

По образному выражению К. Э. Циолковского, человек готовится совершить «великий шаг» — проникнуть в межзвездное пространство. На пути к осуществлению этой, пожалуй, самой дерзновенной мечты десятков поколений людей стоит еще немало трудностей.

В течение последних лет в Советском Союзе проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по подготовке полета человека в космос. 15 мая 1960 года войдет в историю как день первого испытания специального космического корабля, предназначенного для длительных полетов в межзвездном пространстве. И хотя на борту его еще нет человека, но там оборудовано жилое помещение для него — герметическая кабина. Положено начало созданию надежных космических кораблей, обеспечивающих безопасный полет человека к планетам солнечной системы.

В нашей стране и за рубежом проводятся многочисленные исследования животных при полетах на ракетных летательных аппаратах в верхние слои атмосферы. В результате накоплены ценные научные данные.

Опираясь на достижения различных смежных областей знания, космическая медицина должна решить основные вопросы, связанные с полетом человека в космическом пространстве. Речь идет об изучении влияния необычных условий полета на физиологические функции организма, о разработке оборудования и систем, обеспечивающих человеку необходимые жизненные условия на космическом корабле, а также безопасность в случае возникновения непредвиденных аварийных ситуаций. Очень важно знать, как будут воздействовать на организм ускорения при взлете и возвращении на землю ракеты.

Наконец, при подготовке космических полетов исключительное значение приобретают психологические исследования.

В самом деле, представим себе человека, который летит к звездам. Тысячи километров отделяют его от родной земли, необычны условия полета. Космонавт находится в герметической кабине; в состоянии изоляции и а условиях невесомости должен выполнять многостороннюю и сложную работу. Он должен оценивать показания приборов, регистрирующих основные данные среды в кабине: температуру, газовый состав воздуха, степень его ионизации, влажность. В случае необходимости ему, возможно, придется непосредственно вмешаться в управление полетом, все это несомненно будет создавать известное напряжение.

На основании точных экспериментальных данных ученые приходят к выводу, что, пожалуй, еще два фактора полета остаются пока недостаточно изученными: влияние на организм космической радиации и длительного состояния невесомости. Впрочем, и в этом отношении строятся достаточно положительные прогнозы.

Любуясь яркими красками вечернего неба, красотой и величием природы, мы не задумываемся над тем, что зарево вечерних сумерек, причудливо окрашивающее облака, — все это, как и сама наша жизнь, зависит от легкой газовой оболочки Земли — ее атмосферы. При подъеме на большие высоты, по мере удаления от поверхности Земли, атмосфера все более и более разрежается. Постепенно она не только теряет способность рассеивать свет и проводить звук, но и становится абсолютно непригодной для жизни.

В верхних слоях атмосферы и за ее пределами живые организмы лишаются необходимого для дыхания кислорода, испытывают действие низкого барометрического давления, оказываются подверженными губительному влиянию ультрафиолетового излучения солнца и космической радиации.

Атмосфера не только надежно защищает растительный и животный мир нашей планеты от различных видов солнечной радиации, космического излучения, но и является единственным источником совершенно необходимых для жизни химических веществ, прежде всего кислорода, углекислого газа и воды.

Для изучения влияния пониженного барометрического давления на животных и человека французский физиолог Поль Бер еще в прошлом столетии предложил использовать специальную лабораторную установку — барокамеру. Эксперименты в барокамерах дали наиболее ценные сведения о влиянии низкого барометрического давления на живые организмы.

Современная барокамера представляет собой достаточно больших размеров герметически закрывающуюся своеобразную стальную комнату, которая посредством трубопровода соединяется с мощным насосом, откачивающим из нее воздух. В камере есть смотровые окна — иллюминаторы, через которые экспериментатор может наблюдать за поведением подопытного животного.

Опыты в барокамерах позволили обнаружить весьма интересную закономерность. Оказалось, что чем сложнее организм животного, чем выше ступень его эволюционного развития, тем труднее оно переносит низкое барометрическое давление. Например, лягушка — представитель холоднокровных животных — оказалась способной в течение многих часов сохранять жизнь при очень низких величинах барометрического давления, соответствующих высотам в 20–30 километров. Таких условий не могут переносить теплокровные животные — собаки, кролики, кошки, белые крысы, голуби.

Особенно остро чувствует изменения, происходящие во внешней среде, человек. При быстрых подъемах на высоте 7,5 тысячи метров человек может потерять сознание уже через 8—10 минут. Если до высоты 12,5 тысячи метров дыхание чистым кислородом предотвращает развитие острого кислородного голодания, то на высотах свыше 15 тысяч метров из-за резкого снижения барометрического давления и падения давления кислорода во вдыхаемом воздухе может наступить кислородное голодание в течение 10–15 секунд независимо от того, дышит человек воздухом или чистым кислородом.

Представим себе, что мы через толстое стекло иллюминатора наблюдаем за поведением белой крысы во время «подъема» в барокамере. На высоте 4–5 километров поведение крысы почти не изменяется; можно лишь заметить, что дыхание стало более глубоким и частым. На высоте 6–7 километров животное начинает вести себя беспокойно; на высоте 8—10 километров у него появляются приступы судорог, продолжительность которых все нарастает. Далее животное не в состоянии сохранять нормальную позу — оно лежит на боку или «а спине, резко и судорожно дышит.

В экспериментах на животных было также установлено, что, помимо острого кислородного голодания, само по себе понижение барометрического давления может вызвать в организме явления газообразования и кипения. На высоте 7 километров и выше, растворенные в тканях газы начинают выделяться в виде пузырьков. Они закупоривают просветы мелких кровеносных сосудов, сдавливают нервные окончания. В результате этих явлений может развиться декомпрессионная болезнь. Наиболее характерным признаком ее являются боли в мышцах и суставах, кожный зуд; в тяжелых случаях, когда пузырьки газа закупоривают мозговые сосуды, возникают параличи.

Согласно законам физики, при снижении барометрического давления до 47 миллиметров ртутного столба, то есть на высоте 19,2 тысячи километров, вода закипает при температуре плюс 37 градусов. Приблизительно на этой же высоте кипит и кровь. При подъеме животных на высоту 19–20 километров кипение тканей первоначально возникает в тех областях тела, где низкое давление: в венозных сосудах, правом желудочке сердца, в плевральной полости. На рентгеновских снимках, сделанных в барокамере, уже через несколько секунд после подъема отчетливо виден пар. Водяной пар быстро образуется и в области подкожной клетчатки, поэтому объем тела животных резко увеличивается,

Если такое «кипящее» животное быстро, через 15–20 секунд, спустить на землю, то кипение прекратится. Буквально на глазах животное «похудеет», так как водяной пар снова превратится в жидкость. При этом животное будет чувствовать себя вполне удовлетворительно. Такие эксперименты дают основание считать, что в процессе кипения не участвует вода, входящая в структуру клеток организма.

Совершенно очевидно, что человек и животные в космическом полете должны быть надежно защищены от крайне опасного действия на организм низкого барометрического давления. Еще в прошлом столетии на воздушных шарах удавалось подняться очень высоко. Уже тогда ученые начали работать над созданием специальных средств защиты человека от влияния разреженной атмосферы.

В 1875 году во Франции три воздухоплавателя на воздушном шаре «Зенит» достигли высоты, превышающей 8 километров. Они не смогли воспользоваться кислородом, взятым в небольшом количестве с земли. В результате двое из трех членов экипажа погибли от острого кислородного голодания. Трагическая гибель стратонавтов «Зенита» пробудила у ученых многих стран интерес к вопросам обеспечения безопасности полетов на больших высотах. В России великий химик Д. И. Менделеев, а во Франции исследователь Поль Бер независимо друг от друга предложили применять герметические кабины, в которых во время полета можно было бы поддерживать давление, близкое к атмосферному.

Идея использования герметической кабины для защиты человека от действия разреженной атмосферы развивалась впоследствии в трудах К. Э. Циолковского. Он считал, что при межпланетных полетах астронавты должны находиться в герметических помещениях — кабинах, в которых будут поддерживаться определенная температура и необходимое давление. При относительно кратковременных полетах в космос, например на Луну, можно взять с Земли запас кислорода, а углекислоту удалять из кабины посредством химических веществ — щелочей, способных ее поглощать.

Во время длительного пребывания в космосе при полетах на долгоживущих искусственных спутниках земли едва ли можно обеспечить нормальные условия космонавтам за счет запасов кислорода и химических веществ, поглощающих углекислый газ. Ведь потребуются невероятно большие запасы кислорода и химикалиев. В связи с этим К. Э. Циолковский предложил на космических кораблях и на долгоживущих спутниках земли создавать искусственную атмосферу, используя замечательные свойства зеленых растений.

Герметические кабины на будущих космических кораблях, по всей вероятности, будут регенерационного типа.

Регенерационная установка сможет поддерживать нормальный состав воздуха. Кислород непрерывно будет поступать в воздух кабины, а угольная кислота и излишняя влага — поглощаться специальными химическими веществами. Ученые полагают, что при относительно непродолжительных полетах рациональнее использовать в регенерационных устройствах жидкий кислород, а для поглощения углекислоты — щелочи.

Одновременно с решением основных задач, обеспечивающих человеку безопасность полета, должны быть учтены и другие важные физиолого-гигиенические вопросы, такие, как поддержание в кабине постоянной температуры, защита от шума, вибрации, удобство рабочих мест и кресел для пассажиров, освещение и многое другое.

Необходимо предусмотреть и маловероятные случаи. Например, кабину пробил метеорит, в результате чего резко упало давление. Чтобы космонавты не пострадали, необходимо специальное высотное снаряжение, которое бы автоматически создало вокруг тела необходимый уровень давления.

Испытания первого советского космического корабля с герметической кабиной имеют колоссальное значение для развития астронавтики. Полученные данные очень ценны для осуществления будущего управляемого полета человека в космосе и показали правильность положений, принятых при создании корабля. Результаты проведенной работы позволяют перейти к дальнейшим этапам испытаний.

Штурм космоса продолжается. 19 августа 1960 года в Советском Союзе осуществлен запуск второго космического корабля на орбиту спутника Земли. Основной задачей запуска является дальнейшая отработка систем, обеспечивающих жизнедеятельность человека, а также безопасность его полета и возвращения на Землю, все прогрессивное человечество приветствует новый выдающийся вклад СССР в великое дело мирного освоения межпланетного пространства.