Освоение невесомости

Из всех аспектов подготовки космонавтов хотелось бы остановиться на одном - проверке на невесомость, о воздействии которой на организм человека нам до этого мало что было известно. Как уже говорилось, в начальный период проводились тренировочно-ознакомительные полеты космонавтов на самолетах УТИ-МиГ-15-с созданием состояния невесомости при выполнении полета по параболе ("горка"). В каждом полете осуществлялись три "горки", создающие кратковременное состояние невесомости. Начало и конец состояния невесомости определялись по индикатору и плексигласовому шарику, который всплывал в начале невесомости и опускался на ниточке к середине кабины при окончании действия невесомости.

Космонавтам требовалось выполнить три полета. В первом из них они ознакомились с состоянием невесомости, отрабатывали возможность ведения радиопереговоров с Землей. Во втором полете изучались координация движений, острота зрения, возможность приема пищи и воды, а в третьем полете проводилась регистрация физиологических параметров.

Результаты каждого полета нами тщательно анализировались. Для изучения некоторых вопросов, связанных с координацией движений в условиях невесомости, использовался специальный дозиметр. Космонавт левой рукой должен был держать дозиметр на уровне глаз, а двумя пальцами правой руки, поднятой до уровня плечевого сустава, нажимать на рычаг дозиметра, создавая мышечное усилие в 750 г. Результаты записывались на ленту киноаппаратом. Анализ киноматериала, полученного при работе с дозиметром, показал, что в невесомости точность работы с прибором существенно не нарушалась.

Координированные движения в условиях невесомости изучались при анализе результатов "пробы письма" и работы на специальном координографе. Испытуемый писал свои имя и фамилию, ставил дату и подпись. Полученные образцы записи "пробы письма" показали, что кратковременное пребывание в состоянии невесомости, как правило, не влияло на почерк.

Надо сказать, что, например, Ю.А.Гагарин задания выполнял без затруднений. В условиях невесомости он работал ритмично, его движения были координированными, плавными, выполнялись в быстром темпе и достаточно четко. Точность и плавность движений обеспечивали свободный прием пищи (твердой, полужидкой и жидкой). Юрий Алексеевич отметил, что проглатывание воды и пищи в состоянии невесомости никаких особенностей по сравнению с наземными условиями не имеет.

При принятии воды часть ее разбрызгивалась в виде шариков, которые плавали по кабине. Результаты исследований позволили сделать вывод, что в космических полетах жидкую и полужидкую пищу принимать можно, акт глотания не нарушается, целесообразно хранить пищу в специальных эластических емкостях и тубах. В дальнейшем это было учтено и применено на различных космических кораблях и орбитальных станциях "Салют".

В этих же полетах исследовалась возможность (и качество) приема и передачи речи в условиях кратковременной невесомости. Для оценки качества передачи речи использовалась стандартная фраза: "Сквозь волнистые туманы пробирается луна", позволяющая на слух определять качество передачи с последующим анализом частотного спектра. Установлено, что в условиях кратковременной невесомости качество приема и передачи речи было хорошее, никаких затруднений не отмечалось.

В условиях параболических полетов Ю.А.Гагарин до этого ни разу не летал. Тем интереснее его первые впечатления, которые он записал в бортовой журнал после полетов.

"Первый полет. До выполнения "горок" полет проходил как обычно нормально. При входе в "горку" прижало к сиденью. Затем сиденье отошло, ноги приподнялись с пола. Посмотрел на прибор: показывает невесомость. Ощущение приятной легкости. Попробовал двигать руками, головой. Все получается легко, свободно. Поймал плавающий перед лицом карандаш и шланг кислородного прибора.

На второй "горке" снял маску. После создания невесомости затянул ремни маски, подогнал ее, взял карандаш и попробовал вставить в гнездо координографа. Попал хорошо, даже свободнее, чем на Земле. На третьей "горке" во время невесомости, ослабив привязные ремни, попробовал поворачиваться на сиденье, двигать ногами, поднимать их, опускать. Ощущение легкости и свободы. В пространстве ориентировался нормально. Все время видел небо, Землю, красивые кучевые облака. Показания приборов читались хорошо. После полета состояние обычное.

Второй полет. Полет проходил как обычно. При создании невесомости приподняло от сиденья, руки и ноги висят в воздухе. В процессе записи физиологических функций сидел, не шевелясь. Смотрел на приборы, на Землю, облака. При перегрузке попадать в гнезда координографа труднее, чем на Земле. В невесомости попадать легко - ничего не мешает. Самочувствие хорошее, усталости нет, все нормально.

Третий полет. Моя задача - сидеть смирно, записывать физиологические функции организма. Полет проходил как обычно. Ощущение невесомости: легкость, свобода движений, приятно. Висишь в воздухе, руки и ноги висят, голова работает четко. Показания приборов различаются хорошо, как обычно, реакция на все раздражители нормальная".

Физиологические показатели Ю.А.Гагарина во время полета на самолете УТИ-МиГ-15 существенно не отличались от предполетных данных. Заметных изменений в электрокардиограмме не наблюдалось. Его организм был чрезвычайно вынослив, обладал добротным запасом прочности и устойчивостью вестибулярного аппарата. Он выполнил без ошибок всю намеченную медицинскую программу в трех параболических полетах и получил отличную оценку по переносимости кратковременной невесомости.

В последующем, после полета Г.С.Титова, тренировкам и изучению функции вестибулярного аппарата как на Земле, так и на самолетах стали уделять еще больше внимания. Для этой цели были разработаны и изготовлены специальные стенды, которые, в том числе и вращающееся кресло, устанавливались на самолете.

Для тренировок космонавтов в условиях кратковременной невесомости был оборудован новый самолет-лаборатория Ту-104А. Были убраны кресла из самолета я образован "бассейн невесомости". Внутреннюю часть салона обили поролоном, чтобы предупредить удары и ушибы при выводе самолета из параболы.

В каждом полете самолет выполнял по 6 "горок", перерывы между которыми составляли 15 мин. Состояние невесомости продолжалось 25 - 28 с, а при вводе и выводе самолета из параболы создавались перегрузки 1,5±0,5 ед. Самолет был оборудован световой и звуковой сигнализацией. В переднем салоне разместили два стола, на которых укреплялась медицинская аппаратура для регистрации физиологических функций в условиях полета.

Находясь в горизонтальном полете, космонавты ждали на табло высвечивания сигнала "Внимание - перегрузка!", а затем "Внимание - невесомость!". Кроме того, руководителем медицинских экспериментов подавался сигнал звонком и голосом об окончании невесомости. Программа тренировок состояла из нескольких этапов. На первом из них космонавты знакомились с состоянием невесомости. Сначала все они сидели, зафиксированные ремнями к креслу, а на последних трех "горках" отстегивали привязные ремни и плавали в безопорном пространстве. На втором этапе изучалась координация движений как в фиксированном положении к креслу, так и в "бассейне невесомости". На третьем этапе у всех космонавтов проводилась регистрация физиологических функций. В каждом полете проводилась киносъемка космонавта. Для отработки режимов невесомости на высоте 8 - 9 км летчику Герою Советского Союза А.К.Старикову и его экипажу впервые пришлось в таких условиях выполнить 10 полетов на самолете Ту-104А, прежде чем были получены все необходимые данные для воспроизведения состояния невесомости. Только после этого сначала были выполнены четыре параболических полета с испытателями, а затем и с космонавтами. К этим тренировкам подключился заслуженный летчик-испытатель СССР К.Д.Таюрский, который со своим экипажем сделал много полетов вместе с Ю.А.Гагариным.

А.К.Стариков и К.Д.Таюрский были назначены ведущими летчиками-испытателями по целому ряду научно-исследовательских работ на самолете Ту-104А, включавших исследования, связанные с подготовкой полета человека в космическое пространство. Максимальная скорость полета самолета, близкая к околозвуковой, позволяла получить достаточно продолжительное время невесомости, а его прочность обеспечивала выдерживание многократных знакопеременных перегрузок и безопасное выполнение маневра для получения режима невесомости.

Выполнение маневров на самолете Ту-104А для получения максимально возможного времени невесомости связано с выходом его на большие углы атаки, близкие к критическим. Малейшая неточность или ошибка в технике пилотирования при выполнении этих маневров могли привести к аварийной ситуации. Поэтому от летчиков и всего летного экипажа требовалось безупречное выполнение своих обязанностей. Ведущие летчики-испытатели должны были обладать и достаточной физической силой, так как продольные усилия на штурвале во время выполнения маневра для получения невесомости составляли 60 - 80 кг. С такими усилиями на штурвале необходимо было выдерживать очень точно заданный режим полета.

Проанализировав данные, полученные во время полетов космонавтов и испытателей на самолете Ту-104А, было показано, что невесомость действует на людей по-разному. Условно всех людей можно разбить на три группы, отличающиеся поведением и субъективными ощущениями, находясь в состоянии невесомости. В первую группу входят люди, которые хорошо переносят состояние невесомости и чувствуют себя даже лучше, чем на Земле. У этих лиц сохраняется высокая работоспособность. Инженер Б.В.Блинов, одним из первых испытателей побывавший в условиях кратковременной невесомости, рассказал, что если писатели и поэты написали, что есть на Земле рай, то это рай только в одном месте - в условиях невесомости. Чувство восторга, радости и блаженства испытывают люди этой группы в условиях невесомости. К ним относились прежде всего летчики-истребители, летавшие на реактивных самолетах, а также те, которым кратковременное чувство невесомости было уже знакомо.

Люди, относившиеся ко второй группе, испытывают в условиях невесомости различные неудобства. Им кажется, что они находятся в перевернутом положении проваливаются вниз головой, выполняют переднее и заднее сальто, у них возникает чувство правого или левого крена. У некоторых наступает пространственная дезориентировка. После нескольких полетов эти явления проходят, и представители этой группы чувствуют себя лучше и могут быть космонавтами.

К третьей группе относятся те, у кого в условиях невесомости наблюдается побледнение кожных покровов лица, головокружение, головные боли, слюнотечение, а иногда и рвота, т.е. люди, имеющие вестибуляторно-вегетативную неустойчивость. Им необходимо очень много тренироваться на самолетах с учетом того, чтобы перерыв между полетами был не более 3 - 4 месяцев, так как в течение этого времени сохраняется адаптация организма к воздействию невесомости.

Проведенные исследования еще раз позволили ответить на весьма важные вопросы в отношении возможности и времени адаптации организма к условиям кратковременной невесомости. Установлено, что это время различно для разных людей и зависит от тренированности, устойчивости вестибулярного аппарата и общего количества налета часов в условиях невесомости.

Полученные данные показали, как важно проводить систематические тренировки космонавтов на самолете-лаборатории, так как они способствуют более быстрой адаптации человеческого организма к воздействию длительной невесомости. Такую же точку зрения в отношении тренировок космонавтов в условиях невесомости на самолете-лаборатории неоднократно высказывал Ю.А.Гагарин.

Надо сказать, что при проведении исследований в условиях кратковременной невесомости в Советском Союзе, помимо космонавтов, на самолете-лаборатории Ту-104А летало свыше 200 людей различной профессии: техники, механики, научные сотрудники. Приходилось, конечно, летать и нам, медикам, чтобы непосредственно контролировать воздействие невесомости на космонавтов. Так, например, с одним только Ю.А.Гагариным я совершил 22 подобных полета. И честно скажу, в первых 7 полетах я чувствовал себя плохо, были явления дискомфорта: бледность кожного покрова лица, холодный пот, слюнотечение, тошнота и рвота.

Вспоминается такой случай. Мы сделали два полета на самолете Ту-104А и пошли в столовую обедать. На первое нам подали украинский борщ, и мы с аппетитом стали его есть. Но после двух полетов у меня нарушилась координация движений, рука с ложкой дрожала, и я никак не мог попасть ею в рот. Ю.А.Гагарин посмотрел на меня, улыбнулся и пошутил: "А доктор-то вчера, видимо, согрешил. С завтрашнего дня я сам лично буду проводить медицинский осмотр и давать заключения о годности Вас к полету". Все засмеялись, я тоже. И действительно, возвращаясь домой, я шел пошатываясь, словно пьяный.

Однако от полета к полету общее мое состояние улучшалось, и в последующем я полностью адаптировался к условиям невесомости.

Во время первых полетов у космонавтов изучалась координация движений с помощью аппаратуры "Жасмин", исследовалась биомеханика движений в условиях безопорного пространства, определялась мышечная сила кистей рук в обычном состоянии и при нахождении в скафандре. В последующих полетах регистрировалась электрокардиограмма в трех стандартных отведениях. Прибором "Резеда-5" изучались показатели внешнего дыхания, газообмен и энерготраты. Аппаратурой "Левкой-3" определялось кровенаполнение сосудов головного мозга и органов грудной клетки.

Вспоминаю, как Ю.А.Гагарин с большим желанием принимал участие в тренировках и экспериментах. Каждый полет на самолете Ту-104А приносил ему радость и удовлетворение. Он полюбил эти полеты, а состояние невесомости его восхищало. Работал Ю.А.Гагарин с большой энергией и с еще большей отдачей. Он был великим оптимистом, работоспособным и трудолюбивым человеком. Мне приходилось наблюдать, как в перерыве между параболическими "горками", а они составляли от 12 до 15 мин, Ю.А.Гагарин все время занимался каким-то делом, например, отвечал на письма молодежи, которые он приносил с собой в большом количестве. Особенно много тренировались Ю.А.Гагарин и В.М.Комаров весной 1967 г., оба готовились к полету на корабле "Союз". И в периоды между "горками" они разбирали вопросы, которые надо было решать во время тренировок. Оба хорошо знали, что "Союз" - новый корабль и его надо будет испытывать.

В августе 1962 г. Ю.А.Гагарина назначили командиром отряда космонавтов, а еще через некоторое время он стал заместителем начальника Центра подготовки космонавтов по летно-космической подготовке. Большой оптимист и неистощимый на шутки, он стая гораздо строже к себе, так же относился и к проказам своих товарищей. Однажды во время состояния невесомости на самолете-лаборатории один из космонавтов вплыл... в кабину экипажа. Может, в былые времена Ю.А.Гагарин и поддержал бы озорную шутку товарища, но на сей раз он сделал ему строгое внушение, понимая, как опасна была эта шутка для работы экипажа.

Большой объем "плавательного бассейна" самолета Ту-104А позволил исследовать двигательную активность людей, находящихся в безопорном пространстве, так как в будущих полетах продолжительностью до полугода и больше космонавты должны свободно перемещаться во всех направлениях как внутри, так и вне космических кораблей. Ю.А.Гагарин и сам участвовал в шести таких полетах. В первой "горке" он должен был всплыть и управлять своим телом в безопорном пространстве, в последующих четырех "горках" - вращать телом вправо, влево, сделать переднее и заднее сальто. Эти эксперименты выполнялись как с открытыми глазами, так и с закрытыми (для изучения степени участия зрительного анализатора в этих условиях).

Материалы полученных кинокадров показали, что в первом полете у Ю.А.Гагарина отмечалась некоторая напряженность и неуверенность при выполнении заданных движений. В последующих полетах он приспособился к состоянию безопорного пространства, стал более точно выполнять заданные движения, приобрел способность сохранять устойчивое положение тела и спокойно перемещаться в безопорном пространстве. Движения стали более плавными и координированными, что указывало на приспособляемость организма и быструю выработку двигательных навыков в условиях невесомости.

Установлено, что фиксация положения тела и точность выполнения заданных движений в безопорном пространстве лучше удавались тем космонавтам, которые до этого имели необходимые навыки по управлению телом (летчики, парашютисты, гимнасты). Это обстоятельство лишний раз указывает на необходимость включения в физическую подготовку космонавтов таких видов спорта, как акробатика, прыжки в воду, прыжки с парашютом. Выявлено, что органы зрения в безопорном пространстве играют большую роль для определения своего тела в пространстве и выполнения координированных движений.

Пожалуй, один из самых любимых экспериментов, которые выполнял Ю.А.Гагарин во время параболических полетов, - это фотографирование предметов во время парения в безопорном пространстве. С расстояния 4 м в течение 20 с при нахождении в безопорном пространстве Ю.А.Гагарин фотоаппаратом "Зенит-3М" должен был несколько раз сфотографировать предмет, рядом с которым находился цилиндр с внутренней подсветкой. Эти эксперименты он выполнял с большим удовольствием. При нахождении в безопорном пространстве координация движений у него не нарушалась, движения с каждым полетом становились все более плавными и четкими.

Правда, по фотографиям можно было судить, что в первых полетах Юрию Алексеевичу не всегда удавался эксперимент. Он не попадал в цель, не было качественного изображения. Затем, с приобретением опыта, фотокадры получались уверенно. Пребывание в безопорном пространстве приносило Ю.А.Гагарину большую радость и наслаждение.

Летчик-испытатель К.Д.Таюрский так отмечает в дневнике свои впечатления о Ю.А.Гагарине в этот период: "Во многих полетах принимал участие Юрий Алексеевич Гагарин в качестве инструктора-космонавта, а потом и сам тренировался к полету на корабле "Союз". Будучи заместителем начальника Центра подготовки космонавтов, он присутствовал на предполетной подготовке, проводил послеполетные разборы. Всегда спокойный, доброжелательный он действовал успокаивающе как на космонавтов, так и на всю бригаду, ведущую подготовку к очередному полету.

...Мы всегда были рады появлению в кабине экипажа Юрия Алексеевича с сообщением, что все идет по плану, все нормально.

Внимательно осмотрев пространство впереди по курсу полета, бросив взгляд на приборы и удовлетворенно улыбнувшись, Юра уходил в "бассейн невесомости", чтобы принять непосредственное участие в тренировке очередной группы космонавтов. Иногда он просил разрешения посидеть в кресле правого летчика, но не злоупотреблял этим, а чаще всего оставался в кабине понаблюдать за работой экипажа.

Надо было видеть, с каким удовольствием он брался за штурвал, оказавшись в кресле пилота. Гагарин весь сиял, управляя огромным лайнером с непривычно тяжелым для него, летчика-истребителя, управлением".

Много полетов сделал Ю.А.Гагарин в условиях невесомости во время тренировок космонавтов в бытовом отсеке (БО). Бытовой отсек был расположен в первом салоне самолета Ту-104А. В нем космонавты вместе с методистами обучались надевать скафандры и ранцы. Сначала научились извлекать их из укладок, затем надевали и тренировались в такой последовательности, в какой предусмотрено штатной программой космического корабля. В бытовом отсеке учились перестыковывать разъемы, проводили в скафандре монтаж и демонтаж штанги для киноаппарата, отрабатывали действия космонавтов в аварийной ситуации при ухудшении самочувствия одного из них, а также тренировались переходить по поручням из "пассивного" в "активный" корабль.

В процессе выполнения работ осуществлялась регистрация частоты пульса, дыхания, жизненной емкости легких и легочной вентиляции. Между "горками" производилось измерение температуры кожных покровов лба и выяснялась субъективная оценка ощущения космонавта в скафандре. Кстати, Ю.А.Гагарин, наблюдая за выполнением космонавтами и исследователями эксперимента с ворсовыми застежками, предсказал большое практические применение их в космонавтике.

По своей должности Ю.А.Гагарин интересовался буквально всеми аспектами подготовки космонавтов. Мне вспоминается такой случай. Для изучения тонких координированных движений человека в условиях кратковременной невесомости надо было сделать стенд с использованием штатной ручки управления космического корабля. Основу стенда составляла штатная ручка управления космическим кораблем с вмонтированной оптической осветительной системой. Перемещение ручки управления отражалось смещением перекрестия на экране. Регистрация смещения производилась с помощью специального киноаппарата.

Методика исследования заключается в обводе геометрической фигуры на экране ручкой управления (перекрытие светлых полос) в определенный промежуток времени (за 10, 15 и 20 с), который визуально контролируется по часам. В качестве геометрических фигур были выбраны равнобедренный треугольник и окружность.

Задача создать такой стенд была поставлена перед инженером и кинооператором Г.В.Анисимовым, имеющим большой опыт изобретателя. Примерно через 6 - 7 мес. Георгий Валерианович разработал, изготовил и установил на самолете специальный стенд "Координация". На одной из тренировок Ю.А.Гагарин увидел на самолете этот стенд и просил рассказать, что это за "чудище".

Ю.А.Гагарин внимательно выслушал методику проведения эксперимента, а затем попросил разрешения самостоятельно поработать на этом стенде. Он сел на стул, взял ручку управления космическим кораблем и стал световым лучом обводить сначала треугольник, а затем окружность.

Обводил геометрические фигуры сначала медленно и неравномерно, а затем быстро и точно. Тонкие координированные движения в условиях кратковременной невесомости у него не нарушались, ошибок не было. Однако время, затраченное на обведение заданных фигур в условиях невесомости, было несколько большим, чем в горизонтальном полете. После окончания эксперимента он сказал, что особых трудностей при обводе геометрических фигур не испытывал, но обводить лучом треугольник было значительно легче, чем окружность. Ю.А.Гагарин был доволен выполненным экспериментом, когда выходил из самолета настроение у него было хорошее. Он смеялся и шутил.

Большое внимание во время параболических полетов уделял Ю.А.Гагарин тренировкам "выхода" П.И.Беляева и А.А.Леонова из. макета корабля "Восход-2" в условиях кратковременной невесомости. Этими тренировками он очень интересовался и держал их на контроле, так как от этих полетов во многом зависел выход человека в открытое космическое пространство.

В деревянном макете космического корабля, установленного на самолете, во время невесомости отрабатывались приемы действий космонавтов, уточнялись места размещения различного оборудования. Космонавты надевали в макете корабля скафандры, создавали в нем избыточное давление и постепенно отрабатывали выход из корабля и возвращение обратно в него.

При подготовке к полету двух кораблей "Союз" на самолете Ту-104А были установлены деревянные макеты двух кораблей, состыкованных друг с другом. На этих макетах космонавты Алексей Елисеев и Евгений Хрунов с помощью поручней и фиксирующего карабина на руках отрабатывали в условиях невесомости штатный переход из "пассивного" в "активный" корабль. Мне приходилось много раз участвовать в этих полетах с целью изучения физиологических показателей и энергозатрат у космонавтов во время выполнения в скафандре различных рабочих операций. На тело космонавта надевали датчики и электроды, а на лицо укрепляли маленькую маску с вертушкой для определения легочной вентиляции. Надевали скафандр и создавали давление 0,4 атм. Проводились также хронометрирование последовательности выполнения элементов упражнений и киносъемка космонавтов.

Ю.А.Гагарин в качестве инструктора-космонавта также сделал большое количество полетов с А.С.Елисеевым и Е.В.Хруновым. Он помогал надевать и снимать скафандр, внимательно наблюдал за каждым космонавтом во время их тренировок. Между "горками" подсказывал, как лучше выполнить тот или иной элемент полетного задания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой брошюре рассказывалось о становлении молодой науки - космической медицины и биологии. Прошло уже несколько десятилетий с тех пор, как эта наука делала еще только свои первые шаги. За это время она достигла значительного развития, обогатилась многочисленными данными, полученными при полетах космонавтов, в том числе на орбитальных научных комплексах, при экспериментальных полетах различных животных на борту биоспутников. Естественно, огромный объем работ был выполнен и в наземных лабораториях и научных институтах.

После благополучного начала освоения человеком невесомости специалистам в области космической медицины и биологии пришлось решать важную проблему реадаптации, с которой столкнулись при осуществлении продолжительных полетов в космос. И здесь космическая медицина и биология вновь одержали внушительную победу, выработав комплекс соответствующих профилактических средств и обеспечив длительное пребывание человека в космосе без каких-либо серьезных последствий для человеческого организма при возвращении на Землю. И поэтому поражающие воображение рекордные по продолжительности полеты советских космонавтов - это и огромное достижение советской космической медицины и биологии.

Как и любая наука, космическая медицина и биология не стоят на месте. И ей сегодня приходится решать различные проблемы, связанные с завтрашним днем космонавтики. Важное значение в этом направлении приобретают эксперименты с запусками животных на борту специализированных биоспутников. В частности, очередным достижением в данной области стал полет биоспутника "Космос-1667" в 1985 г. с обезьянками Верным и Гордым и другими биологическими объектами. В подготовке этого эксперимента и обработке его результатов приняли участие ученые НРБ, ВНР, ПНР, СРР, ЧССР, США и Франции.

Первые шаги - они самые сложные, самые ответственные, но и самые интересные и запоминающиеся. И все успехи, достигнутые в последующие годы, лишь еще раз подчеркивают важность работ, проводимых в, те незабываемые дни на заре космической эры.

Освоение невесомости

СОДЕРЖАНИЕ

ОСВОЕНИЕ НЕВЕСОМОСТИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ