Интересно, что выяснить проблемы, связанные со столь важными для авиации и астронавтики инерционными перегрузками, ученым помогают… жирафы! Если у летчиков под действием перегрузки кровь отливает от мозга и из-за кровяного голодания клеток мозга наступает потеря сознания, то почему такое кровяное голодание мозга не происходит у жирафов, у которых сердцу так трудно подавать кровь в очень высоко расположенную голову? По всем теориям жирафы должны страдать из-за своей необычной «конституции» — большого расстояния от сердца до мозга. Мало того, когда жирафы после питья поднимают голову, то при этой «инерционной перегрузке», в соответствии с существующими представлениями, они должны были бы терять сознание. Что же помогает им так легко справляться с трудными условиями работы их кровеносной системы? Группа ученых проводит в настоящее время в Африке опыты, которые должны дать ответ на этот вопрос, интригующий медицину, авиацию и астронавтику.
Большое значение имеет продолжительность действия перегрузки. В течение коротких промежутков времени человек может выдержать очень большие перегрузки. Имеющимся в этом отношении опытом мы обязаны главным образом авиации. Так, можно считать, что перегрузке, не превышающей двух, то есть когда вес человека увеличивается вдвое, человек может подвергаться без заметного ущерба для своего здоровья в течение весьма продолжительного времени. Принятая в качестве допустимой при взлете межпланетного корабля перегрузка, равная четырем, может переноситься человеком (вес его увеличится в этом случае до 200–250 килограммов) в течение нескольких минут, вероятно, без серьезных нарушений функций организма.[129] В течение долей секунды могут быть перенесены перегрузки до 15 и даже 20, в этом случае человек может «весить» более тонны! Подобные перегрузки возникают, например, при прыжках в воду в самый момент погружения в нее.
Карусель-центрифуга для тренировки летчиков: вверху — перед испытанием, внизу — во время испытания.Для исследования влияния больших инерционных перегрузок на человеческий организм, как и для тренировки летчиков, еще Циолковским были предложены и теперь используются специальные установки. Применяется, например, длинная рельсовая дорожка, по которой с помощью ракетного двигателя разгоняется тележка с сидящим на ней человеком; эта тележка потом резко тормозится для создания перегрузки. При некоторых испытаниях на такой установке человек выдерживал 35-кратную перегрузку в течение 1/5 секунды. Для этой же цели служит своеобразная карусель-центрифуга, представляющая собой длинный, в 15–20 метров, рычаг с укрепленным на его конце сиденьем для человека или испытательной кабиной. Центрифуга вращается вокруг своей оси с помощью электродвигателя. Такая установка позволяет создавать практически любые перегрузки в течение неограниченного времени: перегрузка создается при вращении центробежной силой. При испытании с различными животными перегрузка достигала многих десятков. Несомненно, что подобные установки будут использованы в будущем и для тренировки астронавтов.[130]
Легко понять, почему в различных положениях человек по-разному переносит перегрузку. Отток крови от мозга или, наоборот, прилив к нему крови, а также нагрузка на сердце при инерционных перегрузках зависит от веса действующего на эти органы «столба» крови, который, в свою очередь, определяется высотой этого «столба». Хуже всего поэтому действуют перегрузки на стоящего человека. Когда человек сидит, то он может выдержать гораздо большие перегрузки, особенно если эти перегрузки действуют от головы. Наибольшие перегрузки он может выдержать, когда лежит. Вот почему с появлением первых реактивных самолетов, при полете которых могут возникать из-за большей скорости и большие перегрузки, конструкторы стали пытаться укладывать летчика на живот или на спину. Это позволяло им также уменьшать поперечное сечение фюзеляжа самолета, что приводило к уменьшению лобового сопротивления и увеличивало скорость полета. Однако надо сказать, что такое лежачее положение не слишком понравилось летчикам, хоть им было и легче переносить инерционные перегрузки при выполнении фигур высшего пилотажа. В настоящее время обычно поступают иначе. Летчика усаживают в так называемое противоперегрузочное кресло. Когда самолет неподвижен или перегрузка мала, например в горизонтальном полете или при взлете, летчик сидит в этом кресле, как в обычном. Если же перегрузка увеличивается, задняя спинка кресла автоматически откидывается назад, тем сильнее, чем больше перегрузка. При больших перегрузках летчик почти лежит на спине.
Вероятно, пассажиры межпланетного корабля будут сидеть в подобных креслах или же им с самого начала придется лечь на спину. Кресла для пассажиров должны быть достаточно упругими, чтобы принимать форму лежащего на них человека — это облегчит пассажирам перенесение нагрузки.
Циолковский рассматривал возможность помещения пассажиров при взлете межпланетного корабля в гидроамортизатор — сосуд, заполненный жидкостью со специально подобранным удельным весом, равным удельному весу человеческого тела. Поскольку любое тело, погруженное в жидкость, теряет в весе столько же, сколько весит вытесненная им жидкость, то пассажир, сидящий в ванне, предложенной Циолковским, не будет весить ничего, и в этом случае никакая перегрузка ему страшна уже не будет.[131]
График, показывающий, как допустимые инерционные перегрузки зависят от времени их действия и от положения человека. Заштрихованы области, характерные для авиации и астронавтики.Весьма вероятно использование в астронавтике специальных противоперегрузочных костюмов, которые уже применяются в авиации. Между двумя слоями ткачи такого костюма вдувается под давлением воздух, вследствие чего внутренний слой плотно облегает тело летчика и препятствует нарушению кровообращения.
Положение с перегрузкой могло бы оказаться критическим, если бы оно заставило совершать весьма длительный, постепенный взлет и такую же посадку. Однако, как было показано выше, при перегрузке, равной четырем, взлет будет продолжаться не более 6–7 минут, в течение которых эта перегрузка будет, вероятно, перенесена пассажирами корабля без чрезмерных неприятностей. Даже уменьшение перегрузки до трех увеличит продолжительность взлета только до 8 минут. Таким образом, опасения, связанные с действием перегрузки при взлете, которые так часто высказывались в прошлом, по всей вероятности являются преувеличенными.
Иначе обстоит дело с влиянием на человека полной потери веса, которая следует сразу же за исчезновением перегрузки при взлете. Как только двигатель корабля перестает работать и корабль оказывается в свободном полете, тяжесть на корабле исчезает и пассажиры перестают весить. Конечно, несколько обидно «похудеть» сразу на четверть тонны, но это совершенно неизбежно. «Невесомыми» пассажиры корабля будут во время почти всего полета — значит, в течение нескольких суток при полете на Луну или многих месяцев — при более дальних полетах. Как они будут себя при этом чувствовать? Это одна из важнейших проблем астронавтики.
Обычно в многочисленных фантастических романах и рассказах отсутствие веса у пассажиров межпланетного корабля преподносится как ощущение необыкновенной легкости, как чувство необычайно приятное и возбуждающее. Однако вряд ли это будет так на самом деле. Вероятно, первое впечатление от исчезновения веса будет связано с мгновенным ощущением потери опоры. Опора как бы внезапно уйдет из-под ног, и это вызовет инстинктивную попытку схватиться за что-нибудь, чтобы удержаться. Затем установится ощущение падения в бездонный колодец — надо думать, ощущение не для слабых душ. В течение всего времени невесомости вместо приятного ощущения легкости пассажиры межпланетного корабля будут находиться в состоянии постоянного напряжения. Однако можно надеяться, что человек в конце концов, в результате длительной и упорной тренировки, сможет приспособиться к этому состоянию.
Мы не знаем ни одной жизненно важной функции человеческого организма, выполнение которой зависит от веса. Дыхание, кровообращение, пищеварение, движение — все эти функции выполняются в результате действия нервной системы и мускулатуры (мышц) человеческого тела и от веса не зависят.[132] Точно так же не зависит от веса и действие органов чувств: зрение, слух, обоняние, вкус.
Вместе с тем отсутствие веса вызовет все же, как можно предполагать, ряд расстройств в человеческом организме. Опыт, накопленный в этом отношении наукой, еще чрезвычайно мал, и поэтому пока приходится ограничиваться, к сожалению, лишь предположениями, основанными на наших знаниях функций отдельных частей человеческого организма.
