Рис. 5. Система координат и обозначений при действии перегрузок
Переносимость человеком перегрузки определяется ее величиной, продолжительностью, градиентом нарастания и спада, направлением по отношению к той или иной оси тела и индивидуальными особенностями организма. Величина переносимой человеком перегрузки тем больше, чем короче время ее действия, а воздействие перегрузки в поперечном направлении к оси тела переносится легче, чем в продольном.
Оценка устойчивости организма к действию ускорений зависит от выбранного критерия переносимости. В связи с этим различают границы «выживаемости» и пределы физиологической устойчивости, оцениваемой по начальным признаком нарушений деятельности различных функциональных систем организма.
В качестве объективных критериев переносимости человеком перегрузок наиболее часто используются показатели, связанные с расстройством зрения: отсутствие реакции на световые сигналы, симптомы нарушения глазодвигательной реакции, прекращение слежения за заданным объектом и др. Так, при действии продольных ускорений +Gz основными критериями устойчивости являются зрительные нарушения в виде серой или черной пелены, отсутствие реакции на световые сигналы, свидетельствующие о близости полной потери работоспособности и сознания. Снижение давления в сосудах ушной раковины до 50—40 мм рт.ст. у подавляющего большинства людей предшествует потере зрения.
При поперечных ускорениях +Gx достоверным критерием достижения предельной переносимости являются расстройства сердечной деятельности и потеря зрения.
Переносимость перегрузки существенно индивидуальна и зависит от состояния здоровья, возраста, психологической подготовленности.
Допустимые величины и длительность действия ускорений определяются физиологической переносимостью и операторскими возможностями человека. Физиологические пределы выносливости и работоспособности могут быть связаны между собой, но не обязательно равны. Как правило, работоспособность ухудшается раньше достижения предела физиологической устойчивости. Вот как описал субъективное восприятие перегрузок во время опасного испытательного полета американский летчик Джимми Коллинз: «Центробежная сила — огромное невидимое чудовище — вдавливала мою голову в плечи и так прижимала меня к сидению, что мой позвоночник сгибался и стонал под тяжестью. Кровь отлила от головы, в глазах потемнело. Сквозь сгущающуюся дымку я смотрел на акселерометр и неясно различал, что прибор показывает 5,5 g. Я освободил ручку и последнее, что увидел, была стрелка акселерометра, движущаяся обратно к 1 g. Я был слеп, как летучая мышь. У меня страшно кружилась голова. Я посмотрел по сторонам на крылья самолета. Я их не видел. Я ничего не видел. Я посмотрел туда, где должна быть Земля. Спустя немного она начала показываться, словно из утреннего тумана. Зрение возвращалось ко мне, так как я освободил ручку и уменьшил перегрузку».
Безусловно, о надежности и безопасности пилотирования в данном случае говорить не приходится.
Пределы физиологической устойчивости человека к действию перегрузок различного направления в зависимости от величины и длительности их действия могут существенно отличаться.
Физиологическая переносимость ускорений ограничена главным образом реакциями организма на перераспределение крови, механическое затруднение дыхания, смещение и деформацию внутренних органов. Чем больше величина составляющей перегрузки совпадает с направлением основных магистральных сосудов тела, проходящих вдоль позвоночника, тем нарушение со стороны общей гемодинамики выражены сильнее. В этом случае перераспределение крови приводит к появлению признаков нарушения мозгового кровообращения, что лимитирует продолжение воздействия.
При поперечных ускорениях изменения со стороны общей гемодинамики существенно меньше. Этим и был определен выбор позы для космонавтов в ПКА при его выведении на орбиту и спуске на Землю. Оптимальной, с этих позиции, оказалась поза, показанная на рис. 6, где а — угол между результирующим вектором ускорения и вертикалью корабля; е — угол наклона спинки кресла; х — угол между линиями: центр сердца — сетчатка глаза и продольной анатомической осью тела.
Рис. 6. Оптимальная поза космонавта в ПКА
Положение космонавта в горизонтальном кресле при угле α+ε=8...12° с бедрами, согнутыми так, что колени подняты на высоту глаз, представляет собой наилучший компромисс для переносимости ускорений +Gx.
Профилактика расстройств и повышение устойчивости организма к перегрузкам осуществляется в двух основных направлениях.
1. Физические методы: применение противоперегрузочных компенсирующих костюмов; придание оптимальной позы по отношению к вектору перегрузки с помощью специального кресла с профилированным ложементом; дыхание при повышенном давлении.
2. Физиологические методы: неспецифические и специфические виды физической тренировки, общее закаливание организма; применение фармакологических средств; тренировки на центрифуге.
Повышение адаптационных возможностей организма к перегрузкам целенаправленными тренировками на центрифуге связано с проявлением скрытого механизма перераспределения крови, который включается при нарушении кровообращения. При систематических воздействиях перегрузок в центральной нервной системе образуются новые (требуемые) условно-рефлекторные связи, начинающие действовать с появлением перегрузки. Таким образом может быть повышена устойчивость организма к ускорениям на 1,5—2 g.
В этом здании размещена уникальная центрифуга ЦФ-18
Рассмотрим кратко устройство и основные характеристики одной из самых больших в мире центрифуг ЦФ-18, которая функционирует в ЦПК им. Ю. А. Гагарина.
Это уникальное инженерное сооружение со следующими техническими характеристиками:
радиус вращения центра тяжести кабины ........................................ 18 м
диапазон создаваемых перегрузок:
с одноместной кабиной.................. 0—30 g
с двухместной .............................. 0—20 g
максимальный градиент нарастания (убывания) перегрузок ........................ 5 g/c
полезный вес в кабине ........................ 500 кг
вес вращающихся масс........................ 300 т
Ферма ЦФ-18 установлена непосредственно на роторе двигателя постоянного тока номинальной мощностью 6 МВт. Кабина центрифуги помещена в карданов подвес, что обеспечивает ориентацию вектора перегрузки в любом заданном направлении. Кабина герметична и, по существу, представляет собой миниатюрную термобарокамеру с регулировкой:
температуры в диапазоне ........... +12 — + 50° С
давления в пределах .................. 800 — 40 мм.рт.ст.
относительной влажности в пределах........................................ 30 — 70%: газового состава Од, N2 и СО2 в любых соотношениях
Центрифуга позволяет имитировать перегрузки, сопровождающие космический полёт
Управление вращением ЦФ-18 может осуществляться как в ручном режиме испытателем с пульта, установленного в кабине, так и в автоматическом режиме по программам, задаваемым от бортовой цифровой вычислительной машины или внешнего вычислительного комплекса.
Электрические связи кабины с внешними устройствами, пультами и вычислительным комплексом осуществляются через вращающиеся контактные устройства.
Пневматическая связь системы вакуумирования и регулирования газового состава кабины осуществляется через герметичные вращающиеся воздушные переходы.
Для анализа вдыхаемого и выдыхаемого испытателем воздуха в кабине установлен газоанализатор.
Оперативный контроль за состоянием испытателя в процессе вращения осуществляется с главного пульта врача, куда выводятся такие параметры, как электрокардиограмма, частота пульса, частота дыхания, электромиограмма, артериальное давление в плече, в мочке уха и др. С пульта врача ведутся двусторонние переговоры с испытуемым и телевизионное наблюдение за его состоянием.
Для углубленного анализа процесса тренировки в ходе ее разбора параметры психофизиологического состояния и параметры, характеризующие операторские возможности, записываются на магнитных и графических регистраторах.
Центрифуга ЦФ-18 используется в Центре подготовки космонавтов для отбора кандидатов в космонавты, проведения врачебно-летной комиссии, клинико-физиологических обследований космонавтов, исследований возможностей космонавтов управлять ПКА в условиях, максимально приближенных к полетным. На базе этой центрифуги функционирует тренажер по выполнению операций на таких ответственных участках полета, как выведение на орбиту и спуск на Землю.
