Вилли Лей - Ракеты и полеты в космос
Рассмотрим основные проблемы полета человека в космос. Прежде всего пилот должен выдержать значительные перегрузки при взлете ракеты. Затем, в течение всего полета, пока не начнется торможение, он будет находиться в состоянии невесомости, то есть при нулевом g. В космическом пространстве он и его корабль встретятся с опасностью воздействия космических лучей и столкновения с метеоритами. Кроме того, полет в космос связан с резкими температурными колебаниями и целым рядом других, менее существенных факторов.
Легче всего исследовать проблему влияния на человека больших перегрузок. Еще Оберт в одной из первых опубликованных им работ предлагал изучить сопротивляемость человеческого организма высоким перегрузкам с помощью большой центрифуги. Этот метод позволил тщательно исследовать и решить проблему перегрузок. Были составлены специальные таблицы, где значениям времени, необходимого для разгона ракеты до второй космической скорости (11,2 км/сек), соответствовали определенные значения возникающих при этом перегрузок. Из приведенной ниже таблицы становится ясно, что когда скорость нарастает медленно, то время для достижения второй космической скорости увеличивается, а перегрузка уменьшается, и наоборот.
Эта таблица неизбежно порождает вопрос, что будет легче для человека: выдержать небольшую перегрузку в течение долгого времени или перенести непродолжительную, но очень большую нагрузку?
Известно, что мелкие животные могут выдерживать большие ускорения, с человеком же дело обстоит хуже. Самыми высокими ускорениями, которые испытывает человек, являются ускорения, возникающие при крутых виражах и выводе самолета из пикирования на большой скорости. Еще в годы войны было установлено, что пилот с трудом переносит кратковременные ускорения порядка 4 g, а при 6 g теряет сознание. Ни один пилот не выдерживал перегрузки в 4 g продолжительностью в несколько минут.
Испытаниям на центрифуге подвергались только добровольцы. Чтобы исключить побочные влияния быстрого вращения, испытания проводились в темноте со слабо освещенным центром вращения, для того чтобы человек мог фиксировать на нем свой взгляд. В качестве дополнительной меры предосторожности кабина тренажера оборудовалась выключателем, дававшим испытуемому возможность в любой момент прекратить тест. Первые тесты с ускорением в 3 g подтвердили правильность теоретических предположений. Никто не пострадал, но все выражали сильное недовольство: испытуемые почему-то теряли всякое представление о времени. Затем были проведены тесты с перегрузками в 4 g. Ко всеобщему удивлению, испытуемые переносили их гораздо легче. Тогда людей подвергли тестам на 5 g, 6 g и так далее, вплоть до 10 g. Это было очень трудное испытание, однако люди выдерживали его, не теряя сознания. Один из пилотов подвергся даже невероятному испытанию - на перегрузку в 17 g в течение целой минуты и перенес его сравнительно хорошо.
Причина этого непонятного на первый взгляд явления была очень скоро найдена. Дело в том, что в самолете-истребителе летчик сидит прямо. Когда самолет выходит из пикирования, ускорение, которое испытывает пилот, направлено вдоль позвоночного столба и действует сверху вниз, вызывая усиленный отлив крови от головного мозга и связанную с этим потерю сознания. В центрифуге, так же как и в космическом корабле, ускорение направлено почти под прямым углом к позвоночному столбу человека, поэтому при испытаниях ощущается только большое напряжение, но распределение крови в организме существенно не меняется.
Условия этих испытаний были значительно более тяжелыми, чем условия реального космического полета. Ускорение сообщалось непрерывно в течение всего времени, необходимого для разгона ракеты до второй космической скорости (11,2 км/сек), хотя в действительности было бы достаточно разгона до 8 км/сек. При испытаниях ускорение было постоянным, но в условиях реального полета оно сначала будет довольно низким и только перед окончанием работы двигателей каждой ступени достигнет максимальных значений. На рис. 64 показан вычисленный фон Брауном график ускорений трехступенчатого космического корабля, способного выйти на орбиту спутника Земли. Проведенные по этому графику испытания показали, что человек переносит их довольно легко.
Рис. 64. Ускорения, возникающие при запуске трехступенчатой космической ракеты-корабля. Максимальное ускорение в 8- 9 g наблюдается в течение очень короткого времени
В действительности человек, который подвергнется воздействию ускорений согласно графику фон Брауна, будет двигаться со скоростью 8 км/сек, но при этом он будет невесом. Это положение всегда очень трудно представить себе, и, чтобы объяснить его, воспользуемся более наглядным примером. Предположим, что прямо перед нами установлен яркий источник света. Если смотреть на него, постепенно увеличивая расстояние, он будет казаться все слабее и слабее, но не исчезнет совсем. Когда он будет настолько слаб, что мы не сможем его различать невооруженным глазом, нам помогут оптические приборы. В конце концов расстояние увеличится настолько, что этот источник потеряет для нас всякое значение. То же самое происходит и с телом, которое удаляется от небесного тела, имеющего относительно мощную сферу притяжения. Для Земли расстояние, на котором ее притяжение не будет иметь никакого значения, составит примерно 260 000 км.
Почему же тогда на расстоянии гораздо меньшем указанного человек делается невесомым? Ведь на него еще продолжает оказывать действие сила земного тяготения. Причина этого заключается в том, что у человека нет органов ощущения скорости и силы тяжести. То, что чувствуют ноги летчика, стоящего на бетонной взлетно-посадочной полосе, это не сила тяжести, а лишь сопротивление ей. Бетонированная полоса и грунт под ней мешают летчику двигаться в направлении действия силы тяжести. Вот если у него под ногами внезапно откроется глубокая шахта, он под действием силы тяжести упадет в нее и разобьется. Но пока не достигнет дна, он не почувствует никакого притяжения. Он просто потеряет ощущение собственного веса, ибо ничто не препятствует его падению. Падающий летчик в этом примере испытывает, как принято говорить, «нулевое g» (состояние невесомости).
Это же происходит и с человеком, летящим на космическом корабле. Отсутствие ощущения веса можно было бы назвать свободным падением, но слово «падение» не совсем уместно, так как космический корабль может двигаться в любом направлении. Поэтому вместо «свободного падения» пользуются безотносительным выражением «нулевое g».
Вряд ли правы те, кто утверждают, что ощущение, появляющееся у человека при нулевом g, будет напоминать никогда не кончающееся падение и что по меньшей мере сомнительно, сможет ли человек когда-нибудь приспособиться к нему.
Я считаю, что это просто результат неправильного словоупотребления, когда в течение долгого времени состояние невесомости обозначалось термином «свободное падение». На самом же деле ощущение нулевого g и чувство, испытываемое при падении, не имеют друг с другом ничего общего.
К сожалению, подвергнуть человека испытанию на реакцию при нулевом g гораздо труднее, чем при ускорении в несколько g. К тому же физиологи, например, говорят, что нулевое g вообще не влияет на функции человеческого организма. Известно, что лишь небольшой процент работы сердца затрачивается на преодоление силы тяжести крови; большая же часть ее расходуется на преодоление трения в кровеносных сосудах. Равным образом и дыхание, глотание и освобождение от мочи и кала осуществляются не за счет силы тяжести, а благодаря сокращению наших мускулов.
Недавно был произведен эксперимент по исследованию влияния нулевого g на животных. Две обезьяны и две белые мыши были помещены в специально сконструированной кабине на ракете «Аэроби». Мыши находились в медленно вращающемся прозрачном пластмассовом барабане, где в течение всего полета их положение фиксировалось кинокамерой. Обезьяны были привязаны ремнями к лежакам из губчатой резины. Регистрация деятельности сердца обезьян, их дыхания и прочих функций производилась с помощью специальных приборов.
После того как ракета набрала максимальную высоту, кабина отделилась от нее и стала падать. В этот момент, как показала кинопленка, мыши пришли в замешательство. Обезьяны были перед стартом анестезированы (усыплены), но их электрокардиограммы, как и кардиограммы мышей, почти не отличались от контрольных, полученных за день, до полета и через день после него. На определенной высоте раскрылся парашют кабины, и она благополучно приземлилась. Как только обезьян выпустили из нее, одна быстро и с аппетитом съела предложенный ей банан.
Для этих испытаний были специально выбраны молодые; обезьяны, но не потому, что молодые животные обладают большей выносливостью. Если бы экспериментаторы взяли старых обезьян и одна из них околела по прошествии нескольких месяцев, то возникли бы бесконечные споры о том, является ли это следствием данного эксперимента или нет. В дальнейшем эти обезьяны в течение ряда лет демонстрировались в зоологическом саду в Вашингтоне[50].
