Из-за разницы в космических программах США и СССР все исследования на тему долговременного пребывания в космосе принадлежали до недавнего времени в основном русским, как и рекорд по длительности полета, поставленный космонавтом Валерием Поляковым, который провел на орбитальной станции «Мир» 438 дней – с 8 января 1994 по 22 марта 1995 г. Однако данных о том, что испытывает человек во время краткосрочного пребывания в космосе, и у американцев, и у русских накопилось достаточно.
Желудок в пятки и глаза из орбит
Первая трудность, подстерегающая астронавта, – ускорение на старте, когда космический аппарат разгоняется с нуля до первой космической (орбитальной) скорости
{31}. Скорость как таковая никакого влияния на организм человека не оказывает. Даже сейчас, сидя с этой книгой в руках, вы несетесь сквозь космическое пространство со скоростью 108 000 км/ч, вращаясь при этом со скоростью 1670 км/ч
{32} вместе с Землей, которая обращается вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси. В салоне самолета при отсутствии видимых ориентиров стремительность движения точно так же не ощущается, если самолет летит с постоянной скоростью по прямой. Совсем другое дело, когда самолет резко ныряет или закладывает вираж. Тем самым подтверждается тот факт, что наш организм способен различать смену скорости и направления и быстро приспосабливаться к новому состоянию при отсутствии дальнейших изменений.
Ускорение измеряется в терминах перегрузки, где за единицу (+1g) принимается воздействие земного тяготения на поверхности планеты. Линейным ускорением называется изменение скорости без изменения направления, тогда как радиальное ускорение – это смена направления без смены скорости. Линейное ускорение большинству из нас хорошо знакомо – это та самая сила, которая прижимает вас к спинке сиденья в гоночной машине или в кресле самолета при отрыве от земли. Гораздо более сильные перегрузки испытывает пилот истребителя, катапультируемого с авианосца, космонавт при запуске космического корабля или гонщик при ударе автомобиля о кирпичную стену на полной скорости. Радиальное ускорение возникает у мотоциклистов, гоняющих по отвесной стене, или в самолете, закладывающем крутой вираж. При смене направления пассажирским авиалайнером перегрузка обычно составляет не более 1,3g, однако современные истребители на крутых виражах могут выдавать и под 8g. Обычно самолет выполняет развороты с внутренним скольжением – в этом случае кровь приливает к ногами и «желудок уходит в пятки». Это называется положительной перегрузкой, поскольку вектор ее совпадает с вектором земного притяжения. Иногда самолет может разворачиваться с внешним скольжением – тогда кровь и внутренние органы устремляются к голове. Возникает отрицательная перегрузка, когда «глаза выскакивают из орбит». Перегрузку в -1g вы можете легко испытать и сами, просто встав на голову. Испробовать более высокие перегрузки обычный человек может, пожалуй, только в парке развлечений, где на некоторых достижениях современной индустрии аттракционов перегрузки могут достигать +4g. Именно они прижимают вас к сиденью, когда вагончик переворачивается вверх тормашками в гигантской петле, размазывают по стенке во вращающейся центрифуге (это уже отрицательные перегрузки) и подбрасывают желудок к горлу, когда поезд на американских горках ныряет вниз с вершины.
Вопрос о том, насколько значительные перегрузки способен выдержать человеческий организм, очень интересует ВВС всего мира, поскольку пока мощь и маневренность военных летательных аппаратов ограничена физическими возможностями летчиков. Обычно, чтобы выяснить воздействие увеличенной силы притяжения, человека раскручивают на центрифуге. Принцип действия у нее такой же, как у отжима в стиральной машине, когда центробежная сила отбрасывает мокрые вещи к стенкам крутящегося барабана, выжимая из них воду. В центрифуге человека пристегивают ремнями, чтобы он не улетел, однако на жидкости организма центробежная сила действует по-прежнему и они так же реагируют на перегрузки. Испытуемый садится в подвижную кабину, закрепленную на шарнире, которая при раскручивании отклоняется под углом, и голова испытуемого оказывается обращенной к оси аппарата. При этом возникает положительная перегрузка, от которой кровь приливает к ногам. На таких центрифугах проходят проверку на устойчивость к перегрузкам будущие астронавты и пилоты истребителей.
По мере возрастания величины перегрузки человек все больше теряет работоспособность. При +2g тело наливается тяжестью, обвисают ткани лица, тяжело становится подняться из сидячего положения. При +3g невозможно стоять, затем начинает отключаться цветовое зрение, и перед глазами с двух сторон смыкается серая пелена. При +4,5g зрение выключается совсем, хотя слух и мыслительные способности еще функционируют. При +8g человек уже не может поднять ни руку, ни голову. Примерно при +12g большинство теряет сознание, оседая в кресле мешком, и голова безвольно болтается на плечах. На этом этапе или при замедлении могут возникнуть конвульсии (на жаргоне это называется «изображать бешеного цыпленка»). В настоящее время, чтобы стать пилотом истребителя, новобранец американских ВВС должен выдерживать перегрузки в +7,5g в течение 16 секунд. Однако даже не теряя сознания, пилот при такой перегрузке не сможет выбраться из истребителя самостоятельно, поэтому их кресла оборудованы катапультирующими устройствами.
Наше тело хорошо приспособлено к земному тяготению. Большей частью мы его не замечаем, хотя с возрастом оно неизбежно дает о себе знать обвисанием кожи и развитием варикоза. Но перегрузки – это совсем другое дело. При положительной перегрузке кровь может так сильно устремляться к ногам, что сердце не справляется с перекачкой, кровоснабжение мозга падает и наступает потеря сознания. Дышать тоже становится труднее, поскольку диафрагма опускается, затрудняя выдох. Уменьшается вентиляция нижних сегментов легких. При этом из-за вызванных перегрузкой изменений в кровообращении верхняя часть легких хуже снабжается кровью. Таким образом, перегрузка существенно уменьшает газообмен в верхушках и основаниях легких.
Чтобы справиться с этим, военных летчиков учат упражнениям на дыхание и напряжение мышц. Напрягая мышцы ног, они сдавливают вены и тем самым перенаправляют кровь обратно к сердцу и мозгу. Однако управляя истребителем типа «Торнадо» или F16, выполнять такие упражнения, конечно, затруднительно, поэтому летчики облачаются в специальные антигравитационные штаны. При больших перегрузках они раздуваются, сдавливая ногу и помогая направить кровь к сердцу. Как показали испытания на центрифуге, самые сильные перегрузки выдерживают люди невысокого роста (что логично). Высокорослые в этом смысле находятся в проигрыше – поскольку сердце и мозг расположены дальше друг от друга.
