1) при аварийном покидании корабля на старте или взлете;
2) при посадке на Землю.
Кроме того, при падении, столкновении, резком торможении или внезапном броске, которые могут иметь место в процессе выполнения космонавтом различных заданий, организм также подвергается действию ударных ускорений: тотальных (все тело испытывает механические нагрузки) и локальных (распространение деформации или сотрясения ограничивается только областью приложения силы).
Степень воздействия ударных ускорений на организм может существенно изменяться, во-первых, в зависимости от условий размещения членов экипажа в кабине космического корабля, во-вторых, от выбранных методов спасения или посадки и, в-третьих, от характеристики реактивных энергодатчиков катапультирования или средств амортизации при приземлении. Особенно неблагоприятные условия возникают при аварийном использовании указанных систем. В этом случае величина ускорения, например в момент посадки на скальный грунт, может возрасти в десятки раз.
Значительные по величине ударные ускорения не только вызывают нарушения физиологических функций, но могут привести к повреждению костного аппарата, мягких тканей и отдельных органов тела.
Поэтому ко всем летательным аппаратам и их системам (например, катапультирования, приземления) предъявляются определенные физиолого-гигиенические требования с целью ограничения предельных воздействий ударной перегрузки и создания оптимальных условий для экипажа (размещение, позы и т. д.) при их возникновении.
Всестороннее изучение физиологических и биомеханических реакций у человека, подвергаемого воздействию, позволяет разработать профилактические и защитные средства, предупреждающие отрицательное влияние ударных ускорений на организм.
Ударные ускорения, встречающиеся в космических полетах, чаще всего по своей физической характеристике прямолинейные ускорения.
Ударные ускорения, возникающие при раскрытии парашюта, вынужденной посадке самолета, катапультировании пилота, приземлении спасательной капсулы или кабины космического корабля, имеют, как правило, продолжительность не более одной секунды. Поэтому их также называют кратковременными ускорениями, хотя это определение менее точно, так как нередко радиальные (центростремительные), прямолинейные или угловые ускорения с малой скоростью их нарастания, являясь кратковременными, не носят ударного характера.
Наряду с терминами «ударные» или «кратковременные ускорения» в отечественной литературе и практике прочно укоренился также термин «ударные перегрузки», который отражает более существенные стороны явления и поэтому более удобен в анализе физиологических реакций организма.
Под термином «перегрузка» понимается механическая нагрузка, действующая сила, тогда как термин «ускорение» выражает изменение скорости и легче ассоциируется со скоростью вообще, которая, как известно, является индифферентным раздражителем. Понятие перегрузки непосредственно передает смысл механического воздействия на организм, когда последний находится в условиях изменяющейся скорости движения. В этом смысле допустимо сказать, что сущностью действия ускорения на организм является перегрузка, вызывающая механическое напряжение всех (главным образом, опорных) элементов тканей и органов тела.
Помимо большой скорости нарастания и кратковременности действия, ударные перегрузки характеризуются также максимальной величиной («пиком») и полнотой диаграммы. Необходимо, кроме того, обращать внимание на скорость спада перегрузки, особенно когда после первого импульса сразу же идут последующие – совпадающие по направлению или противоположные перегрузки. В этом случае может наступать отрицательное для организма суммирование эффекта воздействия.
• Ударные перегрузки в зависимости от условий их возникновения и по сходству физических параметров могут быть подразделены на четыре группы, характерные для следующих случаев:
– катапультирование пилота из кабины летательного аппарата;
– спасение (катапультирование) космического корабля на старте с экипажем в кабине;
– раскрытие парашюта, на котором происходит спуск кабины (капсулы) или космонавта после катапультирования;
– приземление (посадка) экипажа в кабине (капсуле) на грунт или водную поверхность.
Параметры перегрузок в зависимости от особенностей применяемых средств или условий их использования (скорость полета, плюсовая или минусовая температура и т. д.) могут существенно варьировать, приближаясь к характеристикам смежной группы.
• Переносимость человеком ударных перегрузок зависит от многих факторов:
– величины, времени действия и скорости нарастания перегрузки;
– направления вектора перегрузки относительно продольной оси тела человека;
– уровня физиологических функций перед воздействием;
– активного или пассивного состояния тела к моменту воздействия;
– позы тела;
– площади опорных поверхностей, воспринимающих действие силы;
– условий фиксации тела человека в ускоряемой системе. Большинство факторов, определяющих переносимость ударных перегрузок, относится к биомеханике человека, к условиям приложения механической энергии к телу и ее трансформации в нем.
Реакция организма на ударные перегрузки. Количественно реакция тела человека на воздействие ударной перегрузки достаточно сложна и еще мало изучена. Принято выделять три качественных вида первичной реакции организма на ударное воздействие:
– нарушение физиологических функций в результате непосредственного действия сильного механического раздражителя;
– реакция опорных тканей тела на тотальное действие ударной перегрузки;
– микротравматические изменения в паренхиме органов и жизненно важных центрах при действии ударной перегрузки на организм.
Для изучения влияния на организм ударных перегрузок, а также для отработки различных средств защиты, спасения и безопасной посадки применяются специальные катапульты и ударные стенды, представляющие собой сложные инженерные сооружения.
Воздействие на человека комплекса факторов, связанных с ударной перегрузкой, вызывает ответные реакции, которые условно можно разделить на несколько периодов.
1. Предварительное усиление функций.
2. Нарушение функции органа или системы в результате непосредственного приложения механической ударной силы.
3. Период первичного последействия (рефлекторное нарушение функций).
4. Период реактивных изменений, в основном реакция на микротравматическое действие перегрузки.
1. Предварительное усиление функций наступает, как только возникает аварийная ситуация или когда человек попадает в обстановку эксперимента или испытаний с предстоящим воздействием ударной перегрузки. Функциональные изменения в это время имеют преимущественно условно-рефлекторный характер и являются защитной реакцией на возможное повреждающее действие сильного раздражителя.
Подобная условная реакция у человека возникает в ответ на необычную обстановку, на связанный с действующим фактором какой-либо натуральный или словесный раздражитель. В этот период организм подготовляется к предстоящему воздействию. Путем усиления физиологических функций как бы накапливаются необходимые резервы для поддержания жизнедеятельности в новых, чрезвычайных условиях. Предварительное усиление функций имеет генерализованный характер и является неспецифической защитной реакцией.
По существу, глубиной физиологических изменений в этот период определяется устойчивость функциональных систем организма к внешнему воздействию.
2. В момент самого ударного воздействия, продолжительность которого измеряется долями секунды, не успевают развиться выраженные изменения исследуемых функций организма; если возникающие при этом деформации не достигают необратимых пределов, то этот кратковременный период непосредственного приложения механической энергии, вызывающий многообразные, но очень непродолжительные ограничения жизненных процессов, переходит в последующий, более длительный период.
3. Период последействия. В проявлении физиологических функций в этом периоде наблюдаются две качественно различные стадии.
• Первая – это стадия первичных рефлекторных нарушений, вызванных непосредственным действием механической силы на ткани и органы, следствием чего является торможение, ослабление данной функции. Характером реакций в это время, по существу, определяется предел переносимых величин ударных перегрузок. Если наблюдается резко выраженное ослабление функции (например, падение уровня артериального давления), то дальнейшее увеличение действующего фактора может привести к развитию патологического состояния. Ослабление функции может быть относительным, когда снижение показателей отмечается по сравнению с уровнем предварительного усиления, или абсолютным, когда показатели функции снижаются ниже исходной, нормальной величины (например, падение уровня максимального артериального давления ниже 100 мм рт. ст.).
