Юрий Никитин - Полеты богов и людей
Если в своем активе древние действительно имели опыт космических полетов, к примеру, на «виманах-аэрофугах», не во сне, а наяву, то наше и их восприятие факторов невесомости есть та область знаний, где наработанный опыт адаптации и принцип решения приспособленческих устройств может во многом совпадать. Человеческий фактор на столь исторически коротком промежутке времени измениться практически не мог. Что человек ощущал в полете тогда, то ощущает и сегодня. Как вынужден был приспосабливаться к вызову космоса тогда, так и сегодня. К примеру, у человека в невесомости перестраиваются привычные в земных условиях двигательные акты и его пространственная координация. В еще большей степени подвергается перестройке структура движений при пребывании в так называемом безопорном положении. В космоплавании, например по кабине космической станции, при отсутствии веса человек не взаимодействует с привычными на Земле внешними силами: опора на ноги, руки и части туловища. На первых порах практика отечественной космонавтики потребовала выработать, оценить и предложить шагнувшему в неизведанное пространство космонавту наиболее простые способы поворотов (изменение пространственных положений) при ориентации человека относительно продольной (по курсу), поперечной (по тангажу) и передне-задней (по крену) осей тела. Кошка при падении всегда поворачивается лапами вниз. Человек своими руками и ногами, как и кошка лапами, может сообщать себе разнообразные движения и так подобрать эти движения, не взаимодействуя с посторонними телами, что будет плавно поворачивать свое туловище, но уже не на Земле, а в космосе внутри кабины космического корабля. За реализацию проекта в 1964 году взялись биомеханик Звездного городка, а практически тренер космонавтов кандидат биологических наук В. И. Степанцов и физиолог высотной физиологии кандидат медицинских наук А. В. Еремин. В процессе работ к ним присоединился старший тренер гимнастики, кандидат педагогических наук С. А. Алекперов. На XVII Международном астронавтическом конгрессе с 9 по 15 октября 1966 года в Мадриде, после теоретических расчетов моментов инерции человеческого тела и отдельных его частей (руки, ноги) и экспериментальных исследований с использованием горизонтальной вращающейся платформы («скамейка» Жуковского), подкидной сетки и в условиях невесомости при полете на самолете по вертикальной параболе Кеплера, которая позволяла воспроизводить состояние невесомости в течение 20–30 сек., был сделан доклад «Основы биомеханики человека в безопорном положении»/10/. Полет «по параболе Кеплера» проводился следующим образом. Самолет набирал достаточную высоту, затем делал «горку», переходил в пике и выключал двигатели. После остановки двигателей начиналось свободное падение. Затем включались в работу двигатели: самолет выходил из пике и вновь начинал набирать высоту. Время свободного падения ограничивали прочностные возможности самолета Период свободного падения составлял отрезок времени в полете по параболе Кеплера, когда возникало необходимое для исследований состояние невесомости.
Схема параболического полета самолета для воспроизведения кратковременной невесомости
В эти секунды «космоплавания» отрабатывались и отбирались нужные упражнения. Был предложен комплекс движений рук и ног, выполняя которые, космонавт без скафандра, при сохранении эстетики отобранных движений, мог по желанию или необходимости поворачиваться вокруг продольной и поперечных осей тела, делать винтообразный поворот и тем самым свободно ориентироваться внутри помещения космической станции. Экспериментальную отработку заложивших фундамент поведенческих навыков космонавта при пребывании в состоянии невесомости в кабине космической станции выполнили мастер парашютного спорта Александр Киселев и биомеханик Виктор Степанцов. Летающие лаборатории «АЛ ТУ-104», а затем «АЛ ИЛ-76» пилотировал дважды Герой Советского Союза генерал-майор Амедхан Алиев.
Если исходить из точки зрения создания перспективных образцов портативной техники космоплавания, то наиболее важным оставалось уяснение: какой характер имеет в безопорном положении однократное взаимодействие человека с опорой. Были рассмотрены две точки приложения реактивных сил относительно массы человеческого тела. Что выгоднее — толчок руками (ниже центра массы) или одномоментное подтягивание (выше центра массы). Для осуществления прицельного перемещения в выбранном направлении наиболее надежную точность дали опыты с подтягиванием. Толчок помимо поступательного движения придавал телу и вращательное движение. Неумеренный толчок приводил к ненужному переворачиванию. Создатели космической техники получили необходимые ориентиры. С точки зрения классической механики, на которую опираются инженеры-разработчики, «при подтягивании» точка приложения реактивной силы расположена спереди центра массы тела Центр массы выпрямленного человеческого тела расположен примерно в районе четвертого крестцового позвонка Лошадь, запряженная впереди саней с поклажей, — пример тянущей силы впереди центра массы. Пример реактивной силы, приложенной позади центра массы — буксир, толкающий на реке своим носом тяжелую баржу в корму. Командир катера и рулевой все время начеку, где подобная спарка плавсредств находится постоянно в состоянии неустойчивого равновесия/11/. Основные положения о месте оптимального приложения реактивной силы применительно к человеку, которые были получены учеными при имитации невесомости, видимо, знали и в древности. Их наглядно иллюстрирует фрагмент (рис. 4) из Мадридского кодекса майя. У летящей в небе дамы нарисованы отходящие из-за спины газовые струи.
Рис. 4. Фрагмент из Мадридского кодекса майя
Они расположены в районе подмышек и в середине нижнего края подола сарафана За спиной летящей дамы угадывается портативная реактивная установка ранцевого типа. Если провести векторы сил подмышечных газовых струй и газовой струи вдоль вертикальной оси ее тела, они пересекутся в районе шеи. Центр массы тела, как мы помним, — в районе поясницы. В. И. Степанцов, рассматривая рисунок, не без удивления заметил, что точка приложения реактивных газовых струй точно соответствует выводам из его экспериментов «с подтягиванием».
Инки из Тиауанако (Южная Америка) сохранили легенду о золотом корабле, прибывшим со звезд. Им командовала женщина, прозванная «Летающая тигрица». «Она принесла людям знания, а через некоторое время приказала отнести себя на вершину горы, где исчезла среди грохота и молний». Летающую тигрицу, судя по вспышкам света и грохоту, приняло при отлете на борт воздушное судно с традиционным для землян «менее совершенным» двигателем реактивного типа. В 1964 году В. И. Степанцов рассчитал и изготовил автономную маневровую установку с силой тяги 2 кг. Он назвал ее (рис. 5) «Портативной двигательной установкой» (ПДУ).
Рис. 5. Схема портативной двигательной установки ПДУ конструкции В. И. Степанцова: 1 — баллоны ВВД; 2 — пристяжные ремни; 3 — редуктор; 4 — трубопровод ВВД; 5 — шланг подающий; 6 — пистолет ручного управления; 7 — поворотная рамка с соплами тянущего типа; 8 — тормозное сопло толкающего типа
С 1964 по 1970 год ПДУ на летающих лабораториях прошла длительные и успешные испытания по всем аспектам возможных ситуаций на космическом корабле. Цель причаливания, которую необходимо было достигать космонавту в процессе космоплавания, помещали в самых неудобных местах и положениях. Испытатели отработали выполнение круговых движений, поворотов, разворотов и даже фигурное хождение «змейкой» за витающей в невесомости целью в узком лабиринте между механизмами станции. Подобную автономную ручную маневренную установку (АРМУ) разработали и американцы. Их программа четырехсуточного полета «Джемини-4» включала в себя и испытания своей установки в открытом космосе/12/. 20-минутный выход с АРМУ в открытый космос осуществил 03.06.1965 г. космонавт Эдвард Уайт/13/. Ранее ему пришлось, как и В. И. Степанцову, принимать деятельное участие с этой установкой при опытах на самолетах в полетах по параболе Кеплера. В. И. Степанцов начал свои работы по времени раньше. Нашей команде исследователей и пилотов каждая лишняя секунда дефицитной невесомости давалась ценой нечеловеческого напряжения. Времени свободного падения катастрофически недоставало.
В конце концов силовая конструкция крыльев летающей лаборатории для ускорения момента получения требуемых результатов была доработана и усилена. Вполне закономерно, что Степанцов В. И. с пристальным интересом и глубоким уважением отслеживал публикации о работах Уайта на общую для них тему. Чем продолжительнее время свободного падения самолета, тем разнообразнее можно составлять программу испытаний на одну «параболу». Виктор Ильич в полной мере испытал на себе все сюрпризы, которая способна преподнести испытателям высокая турбулентность воздушных потоков. Оказалось, что люди были готовы выдерживать значительно большие перегрузки, чем конструкция самолета. Зачастую невозможно было использовать и эти добытые с риском секунды. В свободном падении исследователей то неожиданно прижимало к бортам, то относило к передней или задней стенкам кабины. Упражнение приходилось начинать заново. Опять и опять набиралась высота, чтобы успеть выполнить все запланированное на сегодня.
