тическую разработку. Однако, мы живем в такой век, когда «рас­стояние от самых безумных фантазий до совершенно реальной дей­ствительности сокращается с поразительной быстротой» (М. Горь­кий). И нет сомнения в том, что в области космонавтики действи­тельность в самый короткий срок превзойдет наиболее дерзкие меч­тания. Кто знает, может быть некоторые из наших читателей, ко­торые сейчас впервые знакомятся с проблемами космонавтики, сами внесут ценный вклад в ее дальнейшее развитие. Как показывают первые полеты советских людей в межпланет­ное пространство, наша наука и техника уже сейчас позволили ус­пешно справиться со сложной задачей подготовки завоевателей космоса. Все наши прославленные космонавты, прежде чем занять место в кабинах космических кораблей и отправиться в далекие не­изведанные рейсы, прошли всестороннюю тренировку на специаль­ных тренажерах и установках, много раз в земных условиях репе­тировали свой космический полет. Эта кропотливая и тяжелая ра­бота дала свои плоды. ЗАЧЕМ ЧЕЛОВЕК ИЗУЧАЕТ КОСМОС? Люди посылают ракеты в космос и сами летят туда не из про стого любопытства. Эти полеты нельзя также рассматривать как своеобразную подготовку к «переезду» человека с нашей достаточ­но обжитой планеты в другие миры в поисках новых впечатлений и лучшей жизни. Нам, советским людям, строящим счастливую ком­мунистическую жизнь на Земле, незачем менять ее на другую пла-чету! Но для того, чтобы лучше изучить природу нашей Земли, по­нять историю ее развития, ее будущее, надо обязательно познако­миться с другими планетами и изучить их. Однако это еще не все. Наука сейчас подошла к такому этапу своего развития, когда мно­гие важные вопросы уже нельзя решить, оставаясь на дне воздуш­ного океана. Атмосфера, защищая нас как экран от вредных кос­мических излучений, весьма затрудняет исследование с Земли дру­гих планет с помощью астрофизических и спектрографических методов. Серьезно мешает атмосфера и астрономическим наблюдениям. Она преломляет идущие к нам от светил лучи, частично поглощает их. Это уменьшает видимую яркость звезд, вызывает их мерцание, а в результате дрожание и расплывчатость изображений светил в телескопах. Здесь поможет только космическая обсерватория. Она позволит наблюдать мир небесных тел в неискаженном виде. На такой стан­ции небесные тела можно будет фотографировать со значительным увеличением и с большой продолжительностью экспозиции. Ведь конструкции телескопов ввиду отсутствия силы тяжести на спутнике сильно упростятся и облегчатся, а размеры намного возрастут. Рас­четы показывают, что зеркало диаметром 2,5 м при фокусном рас­стоянии 27,5 м даст изображение Луны диаметром 25 см, а Марса — 3,7 мм. С космической обсерватории наблюдателю будет казаться, что небо абсолютно черное. На его фоне видимая яркость небесных тел значительно возрастет. Это позволит сфотографировать звезды и звездные скопления, недоступные земным телескопам. А с помощью радиотелескопов можно будет исследовать радиоизлучения небес­ных тел во всем известном нам диапазоне электромагнитных волн. Но этим далеко не исчерпывается значение спутников Земли. Жизнь человека тесно связана с погодой. Ее капризы — опустоши­тельные ливни и наводнения, знойные засухи и жгучие холода, жес­токие штормы и ураганы — приносят людям огромные убытки и не­исчислимые бедствия. Очень важно уметь предвидеть погоду, чтобы предпринять необходимые меры защиты. Но в настоящее время ми­ровая метеорологическая служба располагает для этого весьма ограниченными возможностями: метеорологические станции есть только на одной трети нашей планеты. Это понятно — остальные две трети заняты морями и океанами. А ведь там, собственно говоря, формируется погода. Помочь точно предсказать погоду, раскрыть природу метеоро­логических явлений могут только искусственные спутники Земли (фиг. 3 и 4). Оборудованные необходимой аппаратурой для наблю­дения за процессами, происходящими в кузнице погоды — атмосфе­ре, они в течение полутора-двух часов выяснят расположение и ха­рактер облачного покрова, районы плохой и хорошей погоды, дви­жение теплых и холодных воздушных масс, движение льдов, зарож­дение и развитие ураганов и передадут эти данные на Землю. Так как Земля вращается, то при каждом следующем своем обо­роте спутник может наблюдать погоду уже в новых районах, при­мыкающих к предыдущим. Это позволит определить, куда и с ка­кой скоростью переместился шторм, какие циклоны и антициклоны затухают, а какие усиливаются, куда сместились теплые и холод­ные воздушные массы. Наблюдая с метеорологических спутников процессы, протекающие в атмосфере Земли, мы не просто получим картину погоды в какой-то определенный момент и в ограниченном районе, а обнаружим основные тенденции ее развития в масштабе всей планеты. Для метеорологических спутников наилучшей орбитой, по-види­мому, может оказаться полярная орбита. При движении по ней спутник будет «прослеживать» практически все районы земного шара. Так с появлением спутников Земли и электронно-вычислитель­ной техники начинается новый этап в совершенствовании методов долгосрочного прогнозирования погоды и возникает новая наука — космическая метеорология. Можно с уверенностью сказать, что ме­теорологические исследования с помощью ракет и спутников откро­ют перед человечеством и возможности управлять погодой. Спутники помогут человечеству решить еще одну сложную за­дачу. Как известно, мощные потоки энергии, излучаемой Солнцем, доходят до земной поверхности лишь в незначительной степени. Их задерживает атмосфера, они рассеиваются в космическом про­странстве. Для многих приборов межпланетных станций и искус­ственных спутников источниками питания энергией служат солнеч­ные батареи. Пока они дают сравнительно небольшую мощность, но Фиг. 3. Американский метеороло- Фиг. 4. Схема системы мете- гический спутник «Тирос VI» на орологических спутников. третьей ступени ракеты-носителя (видны солнечные элементы и две телевизионные камеры спутника). со временем, когда гелиотехника получит достаточное развитие и будет решена проблема беспроволочной передачи мощных потоков энергии, спутники, видимо, позволят наладить энергоснабжение Земли из космоса. Уже сейчас с помощью космических ракет и искусственных спут­ников изучается распространение радиоволн. Это очень важно для усовершенствования сверхдальней космической связи, для органи­зации с помощью систем спутников глобальной системы связи меж­ду любыми точками на Земле, в том числе для осуществления сверх­дальних телевизионных передач с одного континента на другой (фиг. 5). А вот еще одно применение искусственных спутников. До сих пор мы не знаем точной формы нашей планеты. А это имеет чрез-вычайно важное значение для составления географических карт в настоящее время точная картография материков выполнена толь­ко для части земной суши. Фиг. 5. Система спутников для глобальной связи и телевидения. Известно, что скорость движения спутника даже по круговой орбите непостоянна. Над полюсами она больше, а в экваториальном поясе Земли меньше. Советский ученый Ф. Красовский подсчитал, ____ что расстояние от центра Зем­ли до экватора должно быть на 21 382 м больше, чем до полю­са. Поскольку сила земного притяжения обратно пропорци­ональна квадрату расстояния от центра Земли, то для урав­новешивания этой силы спут­ник должен двигаться над по­люсами с большей скоростью, чем над экватором. Наблюдая за изменением скорости поле­та спутника, можно будет уточ­нить форму нашей планеты и более точно измерить расстоя­ние между континентами. Ведь оно определено пока с точно­стью только до 100 ж! А для проведения астрономических наблюдений и выполнения ря­да геодезических и топографических работ необходимая точность в знании координат точек на земной поверхности должна составлять порядка 10—15 мм. Основная сила, определяющая движение спутника Земли после того, как он выведен на орбиту, — это сила земного притяжения. Двигаясь в поле тяготения, спутник очень чутко реагирует на все изменения этого поля, вызванные изменениями состава коры и ха­рактера земных недр (фиг. 6 и 7). Ю Фиг. б. Спутники-разведчики земных недр. Спутник как бы чувствует, что находится под ним: залежи тя­желых железных руд, массивные горные кряжи или сравнительно легкие океанские воды. Чем больше масса в данном районе, тем сильнее он здесь притягивается. А поскольку масса Земли распре­делена неравномерно, то спутник, испытывая определенные возму-одения, движется по волнообразной траектории. Фиг 7. Предполагаемый вид американского спутника S-50 (POGO-1), пред­назначенного для геофизических исследовании. Наблюдая с помощью оптических и радиотехнических средств за движением спутников, можно изучить строение нашей планеты и распределение крупных неоднородностей в земной коре. Это поз­волит не только уточнить форму земного шара, но и открыть новые районы, в которых залегают те или иные полезные ископаемые. Осо­бенно много залежей полезных ископаемых можно будет найти в районе обширных водных пространств, которые сейчас в этом отно­шении почти совсем не изучены. Недалеко время, когда автоматически действующие станции бу­дут изучать сначала без непосредственного присутствия человека физические условия на поверхности Луны, затем атмосферу и по­верхность планет солнечной системы, в первую очередь, по-видимо­му, Венеры и Марса.Как ни парадоксально это звучит, но тайны происхождения жиз­ни на нашей родной планете, да и происхождение самой Земли, мы будем разгадывать не только на Земле, но и в космосе — при ис­следовании других планет и миров. Таким образом, освоение космоса позволит открыть нам новые законы природы, новые тайны Земли и неба, поможет людям луч­ше устроить жизнь у себя на Земле. Мы теперь уже говорим о нашем космическом будущем, как обязательном этапе в дальнейшем прогрессе и эволюции человече­ского общества. И тысячу раз был прав К. Э. Циолковский, когда говорил: «Наша планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели». Однако всестороннее исследование физических условий в око­лопланетных пространствах и на поверхности планет солнечной си­стемы с помощью автоматически действующих станций — пока только глубокая разведка, самый первый этап дороги к познанию. Результаты этих исследований, как предполагают некоторые ученые, будут исчерпывающе полными и достоверными лишь тогда, когда человек сам лично проверит донесения приборов, сам выйдет во Все­ленную. Ведь как бы ни было совершенно устройство автоматичес­ких станций, как бы ни была продуманна программа их работы, только непосредственное участие человека в исследованиях космо­са, так сказать, «а месте, позволит до конца познать неизвестные пока явления в других мирах. Вот почему уже первые шаги чело­века в космос, становящиеся все более и более значительными, пред­ставляют огромную важность для развития науки. Освоенным космос можно будет считать лишь тогда, когда там прочно утвердятся и будут жить люди. Только люди, воочию увидев то, что мы называем космическими далями, смогут решить слож­нейшие научные задачи. Земля и соседние с ней планеты имеют, по-видимому, одинако­вое происхождение и сходную историю. Но очень многое на них сов­сем не так, как у нас. Поэтому необычайно интересно сравнить их с нашей родной планетой. На Земле, например, вода и воздух дав­но стерли все следы прошлого, изменили поверхность до неузна­ваемости. А на Луне все сохраняется миллионы лет почти без из­менения. Там и сейчас можно увидеть следы событий, которые про­исходили в древнейшие времена. Особый -интерес представляют для нас Марс и Венера. Не исключено, что на этих планетах есть какая-то жизнь. Изучая ее, сравнивая ее формы с земными формами жизни, ученые, возможно, раскроют тайны развития растений и животных, которые сейчас выяснить трудно. Некоторые ученые считают, что развитие Венеры по сравнению с Землей задержалось и эта планета сейчас должна напоминать Землю, какой она была миллионы лет назад. Некоторые данные о Венере дал американский космический аппарат «Маринер» (фиг. 8). Про Марс думают наоборот, что его развитие ушло вперед. Если это действительно так, то на Венере мы сможем изучить прошлое нашей планеты, а на Марсе — ее будущее. Можно представить себе, как интересно было бы увидеть своими глазами то, что происходи­ло на Земле в древнейшие времена, когда жизнь здесь только зарождалась, или то, что может быть с Землей через миллионы лет. Вот почему так важно изучить природу наших «соседей» не в телескоп, а «на месте». Существует уже много проектов меж­планетных кораблей для полета на эти планеты (фиг. 9). Трудно сейчас даже представить себе все зна­чение проникновения лю­дей во Вселенную, всю пользу этого шага для прогресса на Земле. Ког­да Герц открыл электро­магнитные колебания, то он сам думал, что его от­крытие едва ли имеет ка­кое-либо практическое значение. Однако даль­нейшие изучения физичес­ких явлений, связанных с этим открытием, привели к невиданному расцвету новой области техники — радио. Так и здесь: просто невозможно предугадать все конкретные практиче­ские последствия выхода человека в космос. Однако вспомним, как рисовал себе это наш великий соотечественник К. Э. Циолковский, вспомним и то, какими пророческими оказались его соображения и мысли по поводу развития ракетной техники, а ведь в то время они казались фантастическими даже большим ученым. И несомненно, его мечты о том, что человечество с огромной для себя пользой в конце концов выйдет из своей «земной колыбели», тоже вполне осу­ществимы, реальны. Но мы не должны забывать и о том, что империалисты стремят­ся использовать научные достижения для иных целей. Нельзя здесь не вспомнить о том, как достижения ядерной физики в первую оче­редь были применены на войне: весь мир помнит ужасы Хиросимы. 13 Фиг. 8. Схема космического аппарата «Мари-нер», запущенного американцами для иссле­дования трассы Земля — Венера: / — солнечные датчики; 2 — двигатель для коррекции траектории; 3 — антенна радиометра; 4 — реактивные управляющие сопла для ориентации аппарата; 5 — консоль магнитометра; 6 — ионизационная каме­ра; 7 — панель солнечных элементов; 8 — антенна, на­правленная на Землю; 9 — основное электронное оборудование; 10 — аппаратура для исследования плазмы; // — вспомогательное электронное оборудова­ние; 12 — всенаправленная антенна. Да и сама ракетная техника зародилась ради военных целей. Наше мирное небо бороздят спутники-шпионы, запускаемые в США. Сравнительно недавно в печати стали появляться сведения о том, что в США начата специальная подготовка «военных космонавтов». Цели такой подготовки очень далеки от научных задач, далеки от проблем мирного освоения космоса. Один из таких проектов (фир­мы Дуглас Эйркрафт) предполагает постройку двухступенчатого возвращаемого пилотируемого ракетоплана «Астро» (фиг. 10). Фиг. 10. Предполагаемый вид ракетоплана «Астро» — А-2. Вторая ступень его, выводимая на орбиту спутника Земли, могла бы использоваться в качестве орбитального бомбардировщика, раз­ведывательного спутника, антиспутника-опознавателя, антиспутни­ка-перехватчика и т. п. У нас, в Советском Союзе, при всех стартах космических объек­тов открыто говорится о целях очередного эксперимента во Все­ленной и каждый раз эти цели носят сугубо мирный характер. Иное дело в США. Военное ведомство осуществило вывод серии спутни­ков на различные орбиты, причем цель этих экспериментов была засекречена. Когда Генеральная Ассамблея ООН приняла решение о регистрации всех пусков космических объектов в секретариате ООН, США поспешили зарегистрировать свои спутники, но... воз­держались от регистрации «объектов, которые подлежат возвра­щению с орбиты на Землю». Это относилось как раз к спутникам, запущенным Пентагоном. «Космос должен быть мирным», — снова говорят сегодня совет­ские люди, Коммунистическая партия, Советское правительство. Вполне понятно, что лишь всеобщее и полное разоружение смо­жет исключить использование космоса для войны, создаст проч­ную основу для широкого международного сотрудничества в освое­нии космического пространства на благо всего человечества и тогда завоевание людьми космического пространства будет идти еще бо­лее быстрыми шагами. 15Совместные полеты советских космических кораблей, которые доказали возможность не только дальнейшего проникновения в кос­мос, но и возможность жить и работать там длительное время, представляют собой новый величайший триумф нашей отечествен­ной науки и техники. Используя преимущества нашего социалистического строя, ис­пользуя социализм как стартовую площадку, наш народ еще не один раз порадует весь мир замечательными успехами в освоении космического пространства. Впереди новые задачи, новые косми­ческие рубежи. ЧЕЛОВЕК И АВТОМАТЫ В КОСМОСЕ Первые полеты советских и американских космонавтов показа­ли, что в космосе наиболее эффективные исследования будут вес­тись главным образом при участии человека. Правда, некоторые зарубежные ученые считают, что присутст­вие человека на борту сложных космических кораблей не обяза­тельно. Все, что он сможет сделать, гораздо лучше, по их мнению, выполнит автоматически действующее оборудование. Другая группа ученых, наоборот, считает автоматические устройства недостаточно надежными. Они утверждают, что из-за этого часто будут возникать повреждения и отказы в работе. Однако это неправильно, не следует противопоставлять челове­ка полностью автоматически действующему оборудованию. Наобо­рот, непосредственное участие людей в космических полетах, управ­ление кораблем, его разнообразными и исключительно сложными системами выдвигает требование сочетать психофизиологические возможности человека (ограниченные самой природой) с техниче­скими устройствами все возрастающей сложности. С ними космо­навт при полете тесно взаимодействует. Необходимость такого сочетания при полетах в космическом про­странстве становится очевидной, если мы посмотрим, какие функции выполняет человек как звено или элемент системы управления и в чем он превосходит машину или уступает ей. Как и во многих трудовых процессах на Земле, человек в кос­мическом полете — самое важное организующее и пока еще самое надежное звено. Дело в том, что во многих случаях он может дей­ствовать более разносторонне и с большим успехом, чем автомати­ческие устройства, какими бы они ни были совершенными. Так, 2—1876 17 космонавт, выполняя при полете роль оператора и наблюдателя, мо­жет восстанавливать работоспособность разнообразных технических систем космического корабля, если те или иные их элементы выйдут из строя, способен безотказно, периодически восстанавливая свои силы, работать. С помощью разнообразных автоматических средств человек в состоянии легче и точнее, чем только одни автоматы, вывести кос­мический корабль на заданную или желаемую орбиту. Дополни­тельная регулировка той или иной автоматической системы космо­навтом в полете, по всей вероятности, позволит упростить конструк­ции этих систем, сделать их более надежными. Человек с большим успехом, чем полностью автоматизированные системы, сможет про­водить с помощью различных приборов некоторые научные наблю­дения при космическом полете. Говоря техническим языком, он об­ладает большей разрешающей способностью в особо трудных условиях полета и может принимать на месте не подготовленные заранее решения, изменять программу работы автоматических уст­ройств, контролировать, отменять и утверждать наиболее важные решения автоматических систем и выполнять операции, не подда­ющиеся полной автоматизации на современном уровне развития техники. Таким образом, особенности человека крайне важны в первую очередь в наиболее трудных условиях продолжительных космиче­ских полетов, требующих от космонавта полного напряжения всех его сил. Человек в настоящее время превосходит автоматические устройства: — по диапазону восприятия световых и звуковых сигналов; — по гибкости контрольных действий и по возможности их улуч­шения; — по способности хранить большое количество информации в течение длительного времени и использовать ее в нужный момент; — по способности обучаться; — по способности к выработке методов решения; — по способности воспринимать, объяснять и объединять в еди­ное целое информацию, поступающую к нему через различные орга­ны чувств. Однако без технических, в первую очередь автоматических, средств человек в космосе становится совершенно беспомощным. Ведь многочисленные устройства космического корабля исключи­тельно сложны. Более того, без автоматической аппаратуры, обес­печивающей восстановление газовой среды, продуктов питания и воды, «заботящейся» о поддержании самой жизни человека, вообще невозможны продолжительные полеты людей в космическое прост­ранство. Предоставленный самому себе космонавт не в состоянии сразу охватить всю информацию, необходимую для контроля и управле­ния кораблем и его системами. Он может оказаться не способным 18 своевременно сделать расчеты, которые обеспечивали бы быстрое решение встающих перед ним задач по управлению полетом и вы­полнению научной программы. Ему трудно будет реагировать с требуемой скоростью и точностью на поступающую от приборов и устройств корабля информацию. И здесь человеку помогает авто­матика, без нее космические полеты были бы невозможны. По­чему? В отличие от машин на характере деятельности космонавта в полете отрицательно сказываются разнообразные, чисто субъектив­ные состояния: страх, неуверенность, скука, раздраженность, уста­лость. Может случиться, что эти состояния значительно затруднят деятельность человека, даже выведут его из строя в самый реши­тельный и ответственный момент. В силу своих особенностей чело­век в полете может промедлить с решением, колебаться, допускать ошибки. А это приведет к нежелательным последствиям: к значи­тельному снижению качества работы по управлению кораблем и его системами, нарушению заданного ритма и, в конечном счете, к аварийной ситуации. Наконец, еще один существенный недостаток людей, по сравне нию с машиной. Реакция нашего организма слишком «медленна» для космичес­ких скоростей, а органы чувств весьма «неповоротливы». В самом деле, ответная реакция человека на изменение создавшейся обста­новки и устранение причины, которая вызвала это изменение, зани­мают несколько секунд. А космический корабль за это время проле тит десятки километров. Каковы же самые общие свойства машин? Здесь уместно напомнить, что в кибернетике1 машиной называ­ют систему, способную совершать действия, ведущие к определен­ной цели. Значит, и живые существа, в частности человек, в этом кибернетическом смысле — тоже машины. Да, человек — самая со­вершенная из пока известных нам кибернетических машин, в кото­рой программа заложена генетически2. Однако между человеком и машиной есть глубочайшее различие. Неправильное понимание, некритическое, ничем не оправданное, наивное копирование пси­хофизиологических процессов человека не раз приводило к гру­бому антропоморфизму3 при построении машин и автоматических устройств. Обратная, не менее уродливая, сторона антропоморфизма — это механицизм. При решении данной проблемы он выражается в том.что человек в системе «человек — машина» рассматривается как не­одушевленный механизм, ничем принципиально не отличающийся от других машинных звеньев системы. Но, как известно, машина не знает человеческих слабостей: не «пугается» и не «теряется» при возникновении опасных ситуаций, не «устает» в человеческом смыс­ле этого слова. Она обладает огромной пропускной способностью—? совершает десятки и сотни тысяч операций в секунду—может «за­помнить» и обработать несравненно большее количество информа­ции, чем самый натренированный человек. Машина развивает такую силу и скорость, о которых человек не может даже мечтать; она выполняет не только механические пов­торяющиеся действия, но и сложную «умственную» работу: может совершать логические операции, решать оперативные задачи, счи­тать, причем делает она это великолепно, очень часто, гораздо луч­ше и быстрее, чем человек. Такие свойства машины очень ценны в условиях космических полетов, особенно для навигационных расче­тов (для быстрого выбора оптимальных и безопасных трасс), для ведения научных наблюдений, для радиосвязи, для стабилизации и ориентации космического корабля на орбите, для исследований на планетах и т. п. Короче говоря, машина превосходит человека: — быстротой ответа на сигнал; — способностью прилагать плавно и точно большую силу; — способностью очень точно выполнять повторные, стереотип­ные действия и задачи; — хранением информации в «свернутом» виде и полным осво­бождением от ненужной информации; — скоростью расчетов; — способностью выполнять одновременно несколько различных функций. Но при всех этих .достоинствах машин, автоматов следует пом­нить: они делают то, и только то, что им указал человек, и по тем правилам (алгоритму), которые он для них разработал. Вот почему на современном уровне развития техники наилучшие результаты дает сочетание человеческих возможностей и автомати­ческого оборудования. При таком сочетании надежность систем уп­равления космическим кораблем значительно возрастает. Подсчитано, например, что надежность автоматической системы управления корабля, предназначенного для облета Луны и возвра­щения на Землю, составляет 22%. При участии человека она воз­растает до 70%. Ну а если у человека будет возможность устранять повреждения в системе, то этот процент доходит до 93%. Когда на борту корабля есть человек, то в ряде случаев вес автоматического оборудования можно резко уменьшить. Широкие возможности для обеспечения наилучшего (оптималь­ного) сочетания человека и машины на космических кораблях от­крываются при использовании разнообразных кибернетических уст­ройств. Кибернетика позволяет получить исходные данные для проек­тирования корабля и всевозможных его автоматических систем и устройств. Она необходима для конструирования линий связи, бор­товых вычислительных электронных машин и управляющих уст­ройств, которые в огромном количестве имеются на космических кораблях, а также для расчета орбитальных трасс и их корректи­ровки в процессе полета. Необходимость широкого использования средств кибернетики в системах космического корабля выдвигает требования тщательно изучать взаимодействия человека, автомата и машины при их сов­местной работе. Главная задача кибернетики как науки об опти­мальном управлении состоит в том, чтобы заменить человека авто­матами в тех условиях, когда работа становится для него непосиль­ной. Во всех остальных случаях кибернетика помогает решать наи лучшим образом сложнейшие задачи по управлению. В настоящее время автоматические системы, применяемые для управления космическим кораблем, в ряде случаев еще уступают по своему качеству системам, в которых управление осуществляет че­ловек. Для примера сошлемся на авиационную практику. Опытный летчик, хорошо освоивший технику пилотирования определенного типа самолета (т. е. приспособивший нервно-психическую деятель­ность своего организма к динамическим свойствам самолета), весь­ма точно управляет рулями и сектором газа, предотвращает значи­тельные отклонения фактического положения самолета от заданно го. Обычные системы автоматического пилотирования пока не име­ют в своей замкнутой цепи звеньев, обладающих подобными евойст вами. Программы, по которым действуют космические автоматические приборы, до последнего времени разрабатывались на Земле нь основе земного опыта и земной психологии человека. Вот почему очень многое из особенностей космической обстановки остается не­известным и неучтенным. Только непосредственная активная творческая деятельность че­ловека в космосе, его гибкая приспособляемость к новой обстанов­ке обеспечат наилучшее управление автоматикой, позволят выяс­нить наиболее характерные и важные факторы и явления. Это так­же заметно уточнит и ускорит составление заданий и программ для последующих полетов автоматических космических аппаратов и че­ловека. Кибернетический автомат будет управлять космическим кораб­лем не всегда. Нередко управление будет переходить в руки чело­века. Скажем, нужно изменить курс, произвести какие-то исследо­вания, может быть лучше рассмотреть метеорит или «погнаться» за большим космическим телом; тогда космонавт выключит автомат и начнет управлять кораблем сам. Но о всех возможных случайно­стях, которые встретятся на пути в такой погоне, об опасностях, ко­торые могут появиться во время полета, когда человек что-то про­смотрел, автоматы или предупредят, или, в случае большой опаснос­ги, сами подключатся к управлению. Естественно, что человек в та­ком случае не должен им мешать. Впрочем вполне может случиться, что на поверхность других пла­нет первой ступит не нога человека, а «нога», если ее так можно назвать, кибернетического автомата. Ведь наука пока располагает далеко не достаточными данными о состоянии атмосферы и воз­можности жизни на планетах нашей солнечной системы, чтобы че­ловек мог свободно разгуливать по ним. Спокойно и безопасно сту­пить на «землю» этих планет, человек сможет лишь после целого ряда предварительных исследований. А эту задачу смогут решить специальные автоматы. Снабженные различной измерительной аппаратурой, фото- и ки­ноаппаратами, приемо-передающей радиостанцией и телевизионной камерой, такие автоматы будут первыми разведчиками неведомых миров. Естественно, что у кибернетической машины для исследования планет будет запоминающее устройство очень большой емкости — ведь сведения, которые будут собраны, представят большую цен­ность для человека. Кроме того, она, как говорят специалисты, должна иметь исключительно развитую логику, т. е. обладать спо­собностью анализировать собранную информацию и самостоятель но ориентироваться в непредвиденной обстановке. Уже сейчас можно предположить, что кибернетический развед­чик должен будет пройти определенное количество километров в заданном направлении, произвести замеры и анализы атмосферы, почвы, воды, уровня радиации, провести топографическую и фото­графическую съемку местности и т. п. Это, так сказать, общая, ос­новная программа действий разведчика. Однако предусмотреть все а программе невозможно. Поэтому, когда кибернетический развед­чик окажется в непредвиденной обстановке, он должен будет дей­ствовать в ней самостоятельно. Ну, скажем, на пути встретилась трещина, ее нужно обойти так, чтобы затратить на это как можно меньше времени. А если разведчик подойдет к водоему, то ему не­обходимо взять воду для анализа, определить ее температуру, плот­ность, соленость, оценить, можно ли в ней двигаться, не повредит ли вода его аппаратуре. Кроме того, ему всегда необходимо оцени­вать свои запасы энергии, приводящей в движение его механизмы и обеспечивающей питанием аппаратуру, причем оценивать с таким расчетом, чтобы ее хватило на обратный путь к космическому ко­раблю. Чтобы создать подобные «разумные» разведчики и снабдить ими будущих космонавтов, ученым предстоит решить еще целый комп­лекс сложнейших проблем. Наиболее трудная из них —проблема надежности всех этих средств, потому что ненадежному автомату нельзя доверять ни управление космическим кораблем, ни решение других, даже казалось бы простых задач. Какие же проекты автоматических устройств сейчас разрабаты­ваются? Одна американская фирма (Бендикс) создала проект самоход­ной установки для исследования Луны и даже изготовила ее модель {фиг. 11). По мнению специалистов фирмы самоходные установки такого типа смогут изучать поверхность Луны, выбрать место по­садки космического корабля, расставить сигнальные знаки с целью обеспечения безопасности его посадки, перевозить людей и грузы, а также помогать при создании лунной базы. Грузоподъемность этой самоходной установки 125 кг, вес 796 кг, длина 6,7 м, высота 2,43 м, надежность 90% при дальности дейст­вия 800 км и 50% при дальности действия 3200 км. По проекту самоходная установка (в сложенном виде на плат­форме) и оборудование для мягкой посадки запускаются с Земли при помощи ракеты. После посадки на Луну установка спускается с платформы и развертывается. При этом она получает энергию от силовой установки, смонтированной на платформе, а затем вклю­чается автономный источник энергии. Самоходная установка представляет собой сваренную из труб раму на трех колесах. Одно колесо — спереди, два сзади. Расстоя­ние между колесами 3,7 м, диаметр каждого колеса 152 см. ширина 30 см, вес 11,8 кг. Применение пневматических шин на Луне невозможно, поэтому для амортизации установки колеса имеют осо­бую конструкцию. У них есть работающие на продольный изгиб спицы, изготовленные из отпущенного алюминия. Торцы их связа­ны «перепонками» из нержавеющей стали. У каждого колеса свой электродвигатель, радиатор и коробка скоростей (весом 5,5 кг), ко­торая обеспечивает передний и задний ход со скоростями 8; 4 и 0,4 км/ч. В задней части рамы установлен экранированный ядерный ис­точник энергии мощностью 3 кет. В передней части, на наибольшем удалении от ядерного реактора, в специальном контейнере разме­щено электронное оборудование. Установка снабжена перископом и антенной. Фирма изучает также возможности создания целой серии четы­рехколесных самоходных установок (вес 1100—2700 кг), допускаю­щих модификацию без замены основных узлов. На таких установ­ках можно будет смонтировать кабины на одного, двух или трех космонавтов (вес кабин, соответственно, 900, 1150 и 1300 кг). В этом случае ядерный источник энергии придется, вероятно, заменить топ­ливными элементами. Другая американская фирма (Спейс Дженерал) тоже разраба­тывает самоходную установку для исследования поверхности Луны (фиг. 12). Габариты ее в сложенном положении 1,2x1,2x0,4 м. А в отношении веса публикуются различные данные: 45, 50 и 61 кг. Для движения по поверхности Луны у i:ee будет три пары «ног» (третья пара ног на фигуре не видна). По расчетам установка смо­жет перемещаться со скоростью 3—5 км/час, «перешагивать» через препятствия высотой более 10 см и преодолевать уклон до 15°. Об-Фиг. 11. Модель (1 : 10) самоходной установки для исследова­ния Луны: а — в сложенном виде на платформе, б — в развернутом виде; / — ра­диатор ядерного источника энергии, 2 — радиатор колеса, 3 — колеса. 4 — опоры платформы, 5 — платформа, 6 — перископ, 7 — антенна, 8 — экран ядерного источника энергии, 9 — контейнер с электронным оборудованием. щий вес ее приборного оборудования 11,8 кг; оно рассчитано на два месяца работы. Для питания мотора, двигающего «ноги», и приборного оборудования (общая потребляемая мощность 100 вт) служат аккумуляторные батареи, заряжаемые солнечными элемен­тами. Предполагают, что установкой будет управлять оператор с на­земной станции. На экране своего пульта он увидит лунную по­верхность. Ее изображение будет получаться при помощи смонти­рованной на самоходной установке стереоскопической телевизион- Фиг. 12. Еще один проект установки для исследования Луны: а — в сложенном положении, б — в рабочем положении; / — антенна. 2 — панель с солнечными элементами. 3 — манипулятор, 4 — телевизионная камера. ной камеры. Если во время движения связь нарушится, то установ­ка» автоматически остановится, отступит назад примерно на 3 ж и останется неподвижной до возобновления связи. Аппаратура «раз­ведчика» должна работать 8 час в сутки, пока он будет находиться в пределах прямой видимости со станции. Остальное время лунно­го дня используется для зарядки батарей с помощью солнечных элементов. Их панели автоматически поворачиваются к Солнцу. Высота установки с откидными панелями и антенной—1,5 м. Еще один интересный проект космической аппаратуры — Прос-пектор — разрабатывает американская фирма Сперри Гироскоп. Аппарат представляет собой два полусферических контейнера, смонтированных на колесном шасси. Ведущие колеса изготовлены из металлической проволоки. Над контейнерами на кронштейне установлен коллектор солнечных лучей, а перед контейнером — ан­тенна. На сферической поверхности контейнеров монтируются из­мерительные приборы и телевизионная камера. Между контейнера­ми расположена пусковая труба для ракеты, которая должна до- Фиг. 13. Предполагаемый вид космического аппарата «Сервейер А>: 1нТ/н°мЛяНеТ1Й датчик' 2 -панель с солнечными элементами, 3 - всенаправленная антенна 4 - телевизионная камера. 5 - зонд для изучения подпочвенного гТпя S~SSnnn5 ДЛЯ изУцения магнитных свойствлуннымро* !" б"ЛмЛ1С0,лСЖаТЫМ/еЛИеМ ДЛЯ «аДДУва топливные баков / Р J ?e"eIwS ьые камеры 10 — приборы для анализа образцов лунных пород // - устпойстно ппя /ТУпепТ обРазцов' ^- приборы для измерения темг.ературТ'у пове^хнТти Луны / с вмонтированным акселерометром, 24 - прибор для изме­рения скорости звука в лунных породах, 25 - баллон со сжатым азотом для оеак-тивных управляющих сопел 14, 26 - прибор для определения 9нер?етическ5?о спект ?елеск°опаа ^к0с^чрпкоп ?ластиц' ? ~ ЗСРКЗЛ0 телевизионной Гм'еры И-адкало lining' ~ телескоп, 30 - приборы для измерения атмосферного давления и оп­ределения газового состава атмосферы, 31 - сейсмометры, 32 - антеннадля связи с Землей, ставить на Землю образцы лунных пород. Предусмотрена также возможность анализа образцов на месте с передачей данных по те­леметрическим каналам. На фиг. 13 представлена схема аппарата «Сервейер А», пред­назначенного для изучения Луны. При решении различных исследовательских задач автоматиче­скими системами-разведчиками большая роль будет принадлежать человеку-оператору. Лишь с его помощью можно будет успешно вы­полнить программу исследований, используя автоматические уст- Человек- операпюрлГУ Фиг. 14. Космонавт в системе управления кораблем. ройства. Ведь сейчас трудно даже представить себе, чтобы автомат без участия человека смог выбрать подходящее место для посадки на какой-либо планете или осуществить наиболее удачный способ возвращения космического аппарата на Землю с учетом всех не­предвиденных обстоятельств. Какова бы ни была степень автоматизации технического про­цесса, руководящая и организующая роль всегда остается за чело­веком. И на космических кораблях приходится иметь дело с комплексными кибернетическими системами «человек — машина» (фиг. 14), и здесь нужно находить наиболее рациональное сочетание характеристик человека и машины. Причем, на космическом кораб­ле эта необходимость детального изучения всех физиологических и психологических возможностей человека, максимально используе­мых при полете, сказывается особенно ярко. Наконец, человек пока единственный, кто может распознать формы жизни в космосе. В системе «человек — машина» человек — управляющий эле­мент (или оператор), а машина — объект управления. Всякое уп­равление осуществляется так, что на управляющие воздействия за­трачивается меньшее количество энергии, чем количество энергии, расходуемое объектом управления. В любой системе управления всегда есть органы управления, т. е. своего рода «клапаны», откры вающие или закрывающие путь большому количеству энергии, но приводимые в действие за счет сравнительно небольших уси лий. Задача космонавта — оператора состоит в том, чтобы обеспе чить с необходимой точностью заданный режим работы корабля Космонавт сопоставляет получаемую информацию о состоянии ко рабля с хранящимися в его памяти сведениями и принимает необ кодимые решения. Наблюдение за движением корабля и действую щими на него внешними силами нужно для компенсации вредных явлений, для проверки «отработки» кораблем действий оператора, для выявления и определения опасных или недопустимых режимов работы корабля. За режимами полета корабля и за окружающей обстановкой космонавт в простейшем случае наблюдает непосредственно глаза ми и слухом, но по большей части посредством специальных при боров. Они разделяются на два класса: на контрольно-индикатор ные, сигнализирующие об отклонениях параметров от заданных зна чений, и на контрольно-измерительные, непрерывно показывающие количественные изменения параметров. Деятельность космонавта как управляющего звена в системе «человек — машина» можно разделить на следующие три этапа: — получение информации от различных приборов и других ус j ройств корабля (сенсорные или чувственные функции космонавта); — обработка полученной информации и выработка управляю щего воздействия на корабль или его системы — оценка принятых сигналов, обобщение, объяснение и сравнение их с планом полета (вычислительно-логические функции космонавта); — приложение управляющего воздействия к органам управле ния кораблем и его системам (моторные функции космонавта). При взаимодействии человека с машиной на космическом ко рабле необходимо учитывать специфические условия работы кос монавта в полете. К числу их относятся: — большая длительность полета, который может продолжаться не только сутки, но и месяцы, даже годы. А это приводит к частич­ной или даже полной потере выработанных ранее навыков по управ лению кораблем при наиболее трудных этапах полета (например, при посадке на Землю по возвращении из длительного космическо го путешествия). Вдобавок при длительных полетах космонавт, кроме управления системами, должен выполнять и другие работы исследовательские, ремонтные и т. п.; — когда космический корабль попадает на орбиту, он необычно медленно реагирует на управляющие воздействия. А это дает кос монавту своеобразный «избыток» времени, что отрицательно ска­зывается на сосредоточении его внимания, вызывает дополнитель ную усталость, ухудшает точность выполнения задачи по стабили зации полета; — необычность в ряде случаев выполняемых работ, например, сборка движущихся по орбитам частей космического корабля; — изменение в широких пределах гравитационного поля (пере­грузка, невесомость, частичная невесомость) и изменение в связи с этим функционирования отдельных частей тела и анализато­ров; — стесненность космонавта в кабине корабля, неподвижность, работа в системе замкнутого и необычного микроклимата, эмоцио­нальная напряженность, оторванность от привычной социальной среды на Земле; — нехватка времени в аварийных и непредвиденных заранее ус­ловиях в полете. Условия работы космонавта в полете требуют напряжения всех физических сил, всех моральных качеств. В различных ситуациях он должен приспосабливать свою психику к сложным, быстро- или медленнотекущим процессам по управлению кораблем. Здесь речь идет о пластичности высшей нервной деятельности человека, о ее тренируемости, т. е. о способности психических функ­ций человека к развитию, утончению и совершенствованию. Прак-?ика при тренировках показывает, что у человека имеются большие резервы для утончения своих чувственных (сенсорных) возможно­стей. Для примера сошлемся на представителей «земных» профессий. Обычная чувствительность человека при определении просвета меж­ду поверхностями двух каких-либо деталей не превышает 0,01 мм, а опытные шлифовальщики различают просвет до 0,0005 мм. Тек­стильщики, которые занимаются окраской тканей, отличают до ста оттенков черного цвета. Нетренированный испытатель этого не ви­дит. Опытный летчик по звуку работы авиадвигателя свободно определяет скорость вращения вала с точностью до 1—2%, а нетре­нированный — с точностью не более 8—10%. Тренированный человек может достигнуть также того, что быст­рота реакции при движении его пальцев составляет 0,15 сек, для кисти руки — 0,17 сек, для движения предплечья в локтевом суета ве — 0,20 сек, движение плеча — 0,20 сек. У нетренированного чело­века быстрота этих реакций значительно ниже. Участие человека-оператора в управлении кораблем можно представить в виде автоматического звена с присущими ему харак геристиками — запаздыванием, точностью действия и др. Всякое звено системы управления по принятой технической тер минологии, должно обладать входом и выходом. Входом такого зве на, как человек-оператор, являются органы его чувств (рецепто­ры), а выходом — исполнительные органы (эффекторы). Как же схематично выглядит деятельность оператора в процессе управле­ния? Возникающие в рецепторах импульсы по нервным путям пе­редаются в центральную нервную систему, там перерабатываются, а затем и воздействуют на исполнительные органы (мускулы рук. ног и т. д.). Деятельность этих последних, в свою очередь, оказы­вает обратное воздействие на рецепторы. Нервные импульсы имеют электрическую природу и распространяются со скоростью до 100 м/сек вдоль оболочек нервных волокон. В рецепторах при их раздражении ритмически возникают им­пульсы, частота которых тем выше, чем сильнее раздражение. Из пяти органов чувств человека (зрение, слух, обоняние, осязание и вкус), по которым поступают сигналы (информация), главную роль, как правило, играет зрение, затем идет слух. С их помощью и об­разуются те свойства входа у человека-оператора как звена системы управления, которые обеспечивают высокие качества этой системы. А выходные сигналы оператора образуют те усилия, которые соз- Фиг. 15. Человек-оператор (космонавт)—неотъемлемая часть замкнутого контура управления: / — показания приборов. 2 — зрительный образ на «входе» оператора. 3 — неизменные свойства человека-оператора. 4 — адаптивные и оптимизирующие свойства оператора, 5 — сила на «выходе» оператора, 6 — корабль, 7 — динамика корабля. даются его мускулами. Человека-оператора можно рассматривать как звено с обратной связью. Со стороны входа он является одно-канальной системой, так как способен сосредоточить свое внимание или на сигналах, поступающих на вход, или на сигналах, поступаю­щих по обратной связи. Человек-оператор реагирует на поступивший сигнал лишь после того, как получил сигнал реакции по обратной связи на предыду­щий сигнал. Причем, он постоянно запаздывает в реакции на вос­принимаемые им сигналы — в пределах 0,18—0,24 сек. Кроме того, человек-оператор опаздывает и с проверкой своего действия — ре­акции (около 0,20 сек). В результате получается, что прерывистость (дискретность) приема сигнала составляет у него 0,38—0,44 сек. Таким образом человек-оператор может действовать в качестве усилителя, интегратора и дифференциатора, но лишь когда входные сигналы лежат в диапазоне частот от 0 до 0,5 гц. При более высо­ких частотах он уже не способен производить усиление, интегриро­вание и дифференцирование. В схеме, показанной на фиг. 15, космонавт является как бы не­отъемлемой частью замкнутого контура управления, ведь получив 30 через органы зрения информацию с индикатора о положении кораб­ля он целесообразно управляет газовыми рулями. Выход управле­ния по цепи обратной связи вновь поступает на индикатор. Таким образом, индикатор выдает информацию оператору (космонавту) как о входе, так и о выходе системы. В одном из экспериментов перед оператором ставилась простая задача: удержать передвигающуюся отметку в центре экрана инди­катора, воздействуя на систему управления. Сигнал отклонения от­метки на индикаторе был нестационарным, т. е. оператор заранее его предсказать не мог. Если отклонение отметки имеет определен­ную периодичность, то человек постепенно приспосабливается к этому и вносит упреждение на его изменение. Характер участия человека-оператора в управлении определяет­ся при помощи опытов на специальной установке. Обычно, в таких установках генератор входных сигналов выдает сигналы, имеющие частоту до 1 гц, т. е. полосу частот, которой обладает человек, если характеризовать его свойствами электрического фильтра. В про­цессе управления, когда система может имитировать движение кос­мического корабля, динамические характеристики человека-опера­тора изменяются так, что приближаются к оптимальным (наи­большим). Все параметры замкнутой системы управления, на которой про­водится опыт, известны за исключением характеристик человека-оператора. Поэтому на основе методов теории автоматического ре­гулирования можно определить его динамические характеристики для данного вида управления, т. е. в зависимости от выполняемой им функции. Эксперименты показывают, что если опытный опера­тор утомляется, то его характеристики приближаются к характе­ристикам малоопытного оператора. Когда частота сигнала больше 0,5 гц, то оператор уже не в со­стоянии следить за ним. Это объясняется тем, что на более высо­ких частотах реакция человека сопровождается меньшим расходом энергии, чем на низких. Следует отметить также, что реакция опе­ратора на высоких частотах входного сигнала носит более «случай­ный характер». Если оператор не тренируется, то он весьма медленно приспо­сабливается к изменениям процесса управления, в результате ухуд­шается качество регулирования. В космонавтике для подготовки человека к полету применяют специальные тренажеры, моделирующие в лабораторных условиях полет космического корабля. Об этих устройствах мы подробно рас­скажем в следующих главах. Тренажеры позволяют «подогнать» характеристики человека-оператора к заданным характеристикам для определенных условий космического полета. Кроме того, они дают возможность опреде­лить, насколько космонавт способен пользоваться оборудованием, органами управления, приборами, сигнализаторами.Анализ работы человека на космическом корабле показывает, что он там не пассивный наблюдатель, не пассажир, созерцающий окружающую обстановку. У космонавта есть вполне определенные функции, которые автоматические устройства нередко выполняют фзначительно хуже. Только наиболее полное сочетание человека с автоматическими устройствами в системе «человек — машина» позволит наилучшим образом использовать пилотируемые космические корабли. Ведь их в безграничные просторы вселенной направляет воля, сила и ра­зум человека — для исследования и освоения космического прост­ранства. И здесь важнейшее значение приобретает новая еще наука -инженерная психология. Она возникла на стыке автоматики, пси­хологии, физиологии, математики, электроники. Инженерная пси­хология изучает взаимодействие и наилучшее сочетание человека-оператора с машиной в системе «человек — машина». Основные ее направления: изучение психофизиологических возможностей опера­тора и его характеристик как «живого звена» системы управления; обоснование требований к системам управления с участием челове­ка-оператора (разработка систем кодирования информации, ис­пользуемой оператором для отображения состояния машин и про­цессов, происходящих в них, наиболее удачное оформление органов управления и рабочих мест операторов); разработка требований к средствам тренировки операторов. Как видим, без инженерной психологии просто невозможно бы­ло бы разрабатывать системы космического корабля и готовить космонавтов к их нелегкой, опасной деятельности в космическом полете. Ведь функции человека и машины — двух подсистем в од­ной системе «человек — машина» — на космическом корабле тесно переплетаются, значит нельзя правильно построить эту систему без учета психофизиологических данных космонавта и возможностей автоматических устройств. Следует помнить, что система «человек — машина» имеет дело с некоторым обменом информации. Вот почему вопросы взаимодей­ствия, сочетания человека и машины решаются в разных системах по разному. Там, где главное — ручное управление, машина нужна человеку как помощник, а сам он — основной элемент системы, вы­бирающий и регулирующий режимы ее работы. В полуавтоматиче­ской системе человек несет большую умственную нагрузку и выпол­няет значительное число логических операций, а машина имеет чисто механические функции. Ну а в автоматических системах чело­век повышает надежность, осуществляя их техническое обслужива­ние (обнаружение неисправностей, определение их характера и устранение этих неисправностей). Человек также внимательно сле­дит за сигналами приборов, чтобы быстро принять меры, если си­стема перейдет на режим, не предусмотренный заложенной в нее программой, или же попадет в такие условия, которые не были учте­ны конструктором. На космических кораблях, безусловно, есть и в дальнейшем бу­дут применяться как ручное управление, так и системы полуавто­матического и полностью автоматического управления. Мы уже отмечали, что в автоматических системах человек по­вышает надежность. А проблема надежности — это проблема номер один в современной технике. Практически надежность любой управляемой или контролируе­мой человеком технической системы зависит также от надежности его работы. Имеющиеся в литературе данные говорят о том, что около 70% аварий самолетов в США происходят не из-за отказа оборудования, а за счет «человеческого фактора», т. е. вследствие непредвиденных отклонений в обычном течении процессов управле­ния у летчиков. Таким образом с проблемой надежности технического оборудо­вания неизбежно тесно связана проблема надежности работы чело­века-оператора. Это, конечно, разные, но отнюдь не раздельно ре-шаемые проблемы. Разные потому, что механизмы надежности работы человека глубоко специфичны. Вместе с тем, степень на­дежности работы оператора во многом зависит от правильного «стыкования» его с технической системой (например, воспринимае­мость сигналов, показаний приборов и т. п.). Так, процент ошибок при чтении шкал изменяется в зависимости от их вида в преде­лах от 35 до 0,5. С другой стороны, и надежность работы самой технической системы в известной мере зависит от возможностей использования оператора как дублирующего, резервирующего звена. Проблемы сочетания человека и машины применительно к кос­монавтике возникают задолго до отправления в полет — еще при расчете и проектировании корабля и его систем. При выборе наилучшей конструкции, при расчетах прочности и надежности элементов корабля большую роль играют вычислитель­ные машины. Без них практически невозможно в короткие сроки и с нужной точностью произвести необходимые расчеты. Важное значение при создании систем управления и навигации корабля имеют специальные моделирующие устройства (стенды). На них испытывают многие варианты, отрабатывают наиболее удач­ные из них. Например, в конструировании систем регенерации газо­вой среды в кабине космического корабля большую помощь могут оказать так называемые физиологические «роботы». По заранее разработанной программе они «усваивают» определенное количест­во кислорода и выделяют требуемое количество углекислого газа, влаги и тепла (фиг. 16). Не менее важное значение математические вычислительные ма­шины имеют при расчете траекторий космических кораблей. Слож­ная зависимость данных траекторий от условий в атмосфере, от изменяющихся в процессе полета характеристик ракеты-носителя, влияние небесных тел на движение корабля — все это просто не­возможно учесть и рассчитать без помощи машин. 3-1876 33Да и при подготовке корабля к полету, на старте нельзя обой­тись без наземных автоматов (фиг. 17). Они проверяют исправность и готовность ракеты-носителя и корабля, даже ремонтируют неко­торые элементы систем. Причем проверка и ремонт проводятся пря­мо-таки молниеносно, во много раз быстрее, чем это может сделать человек. Что касается подготовки космонавта к профессиональной дея­тельности по управлению кораблем и его системами, то и здесь Фиг. 16. Блок-схема кибернетического уст­ройства — «физиологического робота», ис­пользуемого для испытания систем регене­рации газовой среды в космических кораб­лях. большое значение имеют автоматы, вычислительные и моделирую­щие устройства. С их помощью создаются и действуют специальные наземные тренажеры, воссоздающие условия полета в космическом корабле. На активном участке полета (подъем с Земли и посадка), когда космонавт испытывает большие перегрузки, основную роль играют автоматические системы управления. Это они направляют корабль на нужную траекторию, регулируют в соответствии с заданной про­граммой скорость полета, подают команды на отделение отрабо­тавших ступеней ракеты-носителя. 34 На пассивном участке полета (полет по орбите), наряду с уст­ройствами автоматической стабилизации и ориентации, использу­ются и ручные системы управления кораблем. Здесь уже возраста­ет роль космонавта. При этом особое значение приобретают спе­циальные приборы: по их показаниям космонавт управляет ко­раблем. В процессе полета по орбите космонавт может при помощи раз­личных автоматических устройств управлять системами регенера­ции (восстановления) газовой среды в кабине, воды и пищи. Система ракета-носитель- к ,> - корабль К1Г \J Рабочие блоки (генератора/ стимулирую­щих с и гнал об) Переходные 5 пони Управление сти­мулирующими сигналами Пульт управления г Программирую­щее устройство (перфолрнто) Компаратор и логическая схема] Селектор измерений Индикаторы „годен*-,,не годен" визуальное и леча-тающее считыва­ющие успщйстда Испытуемая система Ддтоматическое наземное испытательное, контрольное и управляющее устройство- - Фиг. 17. Наземные автоматы проверяют исправность и готовность ракеты-носителя и корабля к старту. (Одна из опубликованных схем). Человек и машина в космическом корабле сочетаются и на дру­гих этапах полета. К ним можно отнести: радиосвязь, научные наб­людения, выход из корабля, работа по стыковке, причаливанию и сборке частей ракет на орбите, высадка на другие небесные тела и возвращение на Землю. Круг вопросов, относящихся к проблеме сочетания человека и машины в космонавтике, весьма широк. Их решение поможет луч­ше выполнить такие важнейшие задачи, как исследование и освое­ние космического пространства. КОСМОНАВТА КОНТРОЛИРУЕТ ВРАЧ Осуществив первые космические полеты вокруг Земли, человек совершил великий шаг. Но это лишь начало освоения Вселенной. Чтобы завоевать околосолнечное пространство, потребуются значи­тельные усилия, ведь нужно будет решить огромное число*весьма сложных научных и технических проблем. Речь идет не только о совершенствовании конструкций летательных аппаратов, об изы­скании наилучших видов топлива, о разработке оптимальных мето­дов управления, навигации и связи, ио и о решении большого числа медико-биологических проблем, связанных с обеспечением космо­навтам необходимых условий в полете. Среди них важное значение имеют вопросы отбора, подготовки и тренировки будущих космо­навтов. Предварительная подготовка на Земле к сложнейшим услови­ям космического полета поможет космонавту успешно перенести все трудные испытания. Задача тренировок — выработать у буду­щих членов экипажей космических кораблей необходимые профес­сиональные навыки, повысить устойчивость их организма к небла­гоприятным условиям космического полета и тем самым облегчить полет, сделать его безопасным. Однако нельзя точно предвидеть, что ожидает космонавта в по­лете, невозможно предугадать, какие у него могут возникнуть но­вые, неизвестные в земных условиях, реакции. Поэтому при косми­ческом полете необходим непрерывный контроль (и он осуществ­ляется!) за основными физиологическими функциями космонавта (дыханием, сердечной деятельностью, температурой тела и т. п.). Для оценки самочувствия космонавта большое значение имеют его личные сообщения. Но следует помнить, что подобная оценка во всех случаях весьма субъективна. Вот почему такое значение приоб-36 ретает сейчас новая отрасль науки — биотелеметрия. Это наука о передаче физиологических функций на расстояние с использова­нием методов радиотелеметрии. Она дает возможность дистанцион­но, на большом расстоянии, определить реакцию живого организма на внешние раздражители. Известно, что в каждой сложной экспедиции участвует врач. Ученые считают, что и в космических полетах, кроме пилота-инже­нера, владеющего комплексом технических знаний, будет врач, ко­торый сможет оценить влияние полета не только на своего спутни­ка, но и прочувствовать его на самом себе. Фиг. 18. Чтобы лететь в космос, нужно здоровье, здоровье и еще раз здоровье- Врач в космических экспедициях необходим и для оказания не­отложной медицинской помощи космонавтам и для проведения про­филактических работ. Специально подготовленный врач успешно справится со сложными задачами по управлению, контролю и об­служиванию систем регенерации и кондиционирования воздуха, си­стем питания и водообеспечения. Пока в космических полетах врачи не принимают участия. Но они незримо «присутствуют» в кабине корабля и контролируют кос­монавта при помощи биотелеметрии. В отдельных случаях физиологические функции космонавта ре­гистрируются с помощью автоматических бортовых технических средств с последующей передачей данных на Землю по радио или доставкой их при возвращении космонавта из полета.Физиологические функции космонавта регистрируются также в период его подготовки и тренировки на различных наземных стен­дах и установках. Это позволяет заранее оценить, как космический полет повлияет на организм человека, и дает возможность принять объективное решение о его пригодности к сложной, трудной про­фессии космонавта. Медико-биологические телеизмерения заключаются в врачеб­ном контроле за состоянием основных жизненных функций человека (частота пульса, дыхания, температура тела) и в физиологических исследованиях. Врачебный контроль дает возможность быстро, оперативно оп­ределить отклонения в состоянии здоровья, которые требуют не­медленных решений. Цель физиологических исследований — более подробное изучение влияния космического полета на состояние раз­личных органов, сравнение состояния космонавта с предыдущим периодом, составление прогноза на некоторое время вперед. При этих исследованиях обычно производятся: — регистрация биотоков сердечной мышцы. Ведь сердце — свое­го рода электрогенератор, вырабатывающий биотоки. Если на тело человека наложить специальные электроды, отводящие электриче­ские потенциалы, то эти токи можно измерить; — запись тонов сердца с помощью миниатюрных датчиков-мик­рофонов, располагаемых на грудной клетке; — измерение кровяного давления. Делают это, регистрируя пуль­совые колебания при различных давлениях, которые создаются пневматической манжетой, размещенной над кровеносным сосудом; — регистрация биотоков мозга (с помощью накладных электро­дов); — регистрация частоты и глубины дыхания по изменению объе­ма грудной клетки или по количеству вдыхаемого и выдыхаемого воздуха; — запись мышечных биотоков с помощью накладных электро­дов. Она характеризует степень напряжения мышц. Ведь при их работе, при их сокращении, непременно возникают биотоки, ве­личина которых превышает биотоки, возникающие при работе сердца; — определение степени двигательной активности человека. Следует отметить, что методы радиотелеметрии незаменимы и широко используются еще до полета в космос, при исследованиях и тренировках космонавтов на различных стендах и специально оборудованных самолетах. В аппаратуре регистрации и измерения физиологических функций человека используются новейшие до­стижения современной радиоэлектроники. Уже сейчас, благодаря применению совершенной и разнообраз­ной техники, удалось получить достаточно точные сведения о сос­тоянии живых организмов на всех участках полета космических ко­раблей: определить показатели функции сердечно-сосудистой сис­темы и головного мозга, мышечную активность, характер дыхания, температуру тела, артериальное давление крови и т. п. Биопотенциалы сердца (электрокардиограммы), мозга (элек­троэнцефалограммы) и мышц (электромиограммы) обычно регист­рируются в нескольких отведениях (фиг. 19, а и б). Каждое отве­дение означает, что биопотенциалы снимаются с двух точек орга­низма. Характер дыхания определяется по степени изменения пери- Фиг. 19. а) Расположение электродов на теле космонавта для регистрации элек­трокардиограммы, позволяющей исследовать биотоки сердца по двум взаимно перпендикулярным осям во фронтальной плоскости, а также электрокардиограм­ма и кинетоградиограмма Г. С. Титова: вверху — сделанные за две минуты до старта, внизу — во время орбитального полета, б) Г. С. Титов. На снимке видны датчики для регистрации физиологических функций космонавта, в том числе электроэнцефалограммы. Справа — запись био­логической активности мозга здорового человека. Хорошо виден основной мозго­вой ритм—12 колебаний в секунду. Равномерность и правильная форма этого ритма в виде синусоиды позволяют назвать его «мозговым метрономом». метра грудной клетки или по количеству вдыхаемого и выдыхаемо­го воздуха. Измерение артериального давления крови проводится путем регистрации максимального (систолического) и минимально­го (диастолического) ее давления в сосудах. Ряд физиологических функций, которые регистрируются при кос­мических полетах, не являются электрическими величинами (на­пример, глубина и частота дыхания, температура тела, кровяное давление и др.). Для их измерения необходимы специальные дат­чики, преобразующие эти величины в электрические. Здесь создано несколько систем.Камерная или проводная система (фиг. 20). Физиологические функции регистрируются в наземных, лабораторных условиях (на пример, в экранированной камере), где испытуемый находится в неподвижном состоянии. С регистрирующей аппаратурой его свя­зывают провода. Техника регистрации заключается в том, что электрическое на­пряжение, снимаемое с датчика, усиливается, а затем приводит в действие регистратор. Для одновременной регистрации нескольких функций обычно применяют многоканальные телеметриче­ские системы. Лабораторная радиотелеметрическая система (фиг. 21). Здесь регистрация фи­зиологических функций организма осу- к а мера] J Фиг. 20. Блок-схема одноканальной провод­ной системы: /-датчик, ^-усилитель низ­кой частоты, 3 — регистри­рующее устройство. Фиг. 21. Блок-схема лабораторной одноканальной телеметрической системы: / — датчик, 2 — усилитель низкой час­тоты, в — модулятор, 4 — высокочастот­ный генератор, 5 — высокочастотный приемник, 6 — дешифратор, 7 — усили­тель низкой частоты, 8 — регистрирую­щее устройство. ществляется в условиях, когда космонавт свободно перемещается. Передающую часть системы обычно помещают непосредственно на испытуемом. Благодаря но­вейшим достижениям радио­электроники, вес и размеры передающей части очень не­велики и поэтому не создают каких-либо неудобств. Радиотелеметрическая си­стема. Состояние космонавта контролируется на расстоя­ния, когда он находится на подвижном объекте в непод­вижном состоянии (напри­мер, лри исследованиях на самолете в условиях невесо­мости или ла космическом корабле) и связан с подвижным объек­том проводами. Физиологические показатели регистрируются на Земле. Комбинированная радиотелеметрическая система (фиг. 22). Ко­ Фиг. 22. Блок-схема одноканальной комби­нированной радиотелеметрической системы: nv7a^4HK; 2 ~~ Усилитель низкой частоты, 3 - мо-тп^^~ВЪ1СОКОЧаСТОШЫЙ генератор. 5 - ре-7 - дешиАРпятпп 6 ~* высокоч^тотный приемник, дешифратор, 8 - усилитель низкой частоты я — регистрирующее устройство. смонавт, находящийся в полете, не имеет проводной связи с объек­том; он несет передающую часть телеметрической системы на себе. Ее электрические сигналы передаются на Землю специальным при-емо-передатчиком. В будущем такая система регистрации физиоло­гических функций, вероятно, найдет широкое применение на больших космических кораблях, где человек сможет перемещаться свободно. При биотелеметрических измерениях не исключено, что фи­зиологическая информация может накапливаться непосредственно на борту корабля, а затем передаваться по специальной программе на Землю. Как видно из приведенных нами блок-схем, неотъемлемая и весьма существенная их часть — датчики. Они бывают самые раз­ные по своему назначению, принципу действия и конструктивному выполнению. Так, мы уже упоминали, что при изучении деятельно­сти сердечно-сосудистой системы, коры головного мозга и мышц биопотенциалы легче всего обнаруживаются электродами, нало­женными на определенные места испытуемого. Электроды представ­ляют собой металлические пластины, чаще всего из благородных металлов, имеющие разнообразные формы и покрытия. Частоту пульса можно регистрировать с помощью пьезоэлектри­ческих, тензометрических, электромагнитных и других датчиков. Их обычно располагают на грудной клетке. Принцип работы таких датчиков состоит в том, что участки тела, пульсирующие при из­менении кровонаполнения сосудов, воздействуют на чувствитель­ные элементы. Это вызывает появление определенного сигнала на выходе датчика. Применяются здесь и фотоэлектрические датчики. Для регистрации дыхания используются индуктивные, емкост­ные, термоэлектрические и другие датчики. Иногда дыхательные движения (пневмограмма) отмечаются сравнительно просто — при помощи специального угольного датчика (микрофонный порошок), вмонтированного в грудной пояс космонавта. Этот датчик факти­чески «следит» за изменением периметра грудной клетки. Температуру тела измеряют с помощью датчиков, чувствитель­ными элементами которых чаще всего бывают термисторы. При ре­гистрации артериального давления крови широкое распространение получил так называемый «косвенный» метод, когда датчик (напри­мер, пьезоэлектрический) воспринимает колебания (осцилляции) кровеносных сосудов при сдавливании их манжеткой, наполняемой воздухом. Чтобы определить степень насыщения крови кислородом, при­меняют фотодатчики. Разнородные по своим характеристикам фо­тосопротивления по-разному реагируют на изменение степени на­сыщения крови кислородом, нарушая баланс определенной схемы и вызывая появление электрического напряжения. Современный уровень развития космической биотелеметрии по­ка позволяет передавать лишь отдельные данные о состоянии жи­вого организма. А чтобы получить достаточно полную информацию о нем, приходится направлять на Землю одновременно довольно большое число параметров (фиг. 23). Ведь если мы получим сиг­налы только о частоте пульса и дыхания, то сможем судить лишь о наличии жизни. Этого явно недостаточно хотя бы потому, что у лю­дей эмоциональные реакции, особенно в условиях космического по­лета, могут привести к таким изменениям частоты пульса и дыха­ния, которые похожи на симптомы сердечной недостаточности или тяжелейшей болезни — коронаросклероза. Сейчас уже делают­ся первые шаги, чтобы передавать не отдель­ные параметры, а дан­ные, характеризующие общее состояние орга­низма. Как известно, у Г. С. Титова наблюда­лись некоторые отри­цательные реакции ор­ганизма в условиях невесомости. В связи с этим ученые решили регистрировать у кос­монавтов при подго­товке и проведении группового полета А. Николаева и П. По­повича еще ряд физио­логических функций. Так была обеспечена регистрация электроокулотраммы (фиг. 24), характеризующей работу мышц глазного яблока. Считается, что его быстрые ритмичные движения в какую-либо сторону связаны с началом возникновения «морс­кой» болезни, бапись биотоков мышц глазного яблока позволя­ет определить количество и ско­рость движения глаз, а также развиваемые мышечные усилия. Для регистрации этих биотоков используются миниатюрные сере­бряные электроды, расположен­ные справа и слева у наружных углов глаз. В условиях космического по­лета и при тренировках на Земле ученым потребовалось контролировать эмоциональное состояние космонавта. Для этого применяется датчик, позволяющий получать сведения об изменении сопротивления кожи. Уровень сопротивле- ние 23. Система крепления электродов и датчиков, применявшихся в космических по^ 1 ' 1 1 1 ! | I г I г I , Фиг. 24чОбразец окулограммы, за­писанной по телеметрии (внизу шкала времени в сек). 42 ния кожи можно регистрировать, например, на подошвах ног с по­мощью сухих электродов. Установлено, что величина сопротивле­ния кожи постоянному току увеличивается при дремоте, во время сна, при пониженной двигательной активности. При глубоком утом­лении в результате длительного бодрствования это сопротивление постепенно увеличивается, а при возбужденном состоянии — пони­жается. Страх, гнев, интерес к окружающему ведет к снижению величины сопротивления кожи. У людей ослабленных или находящихся в условиях длительной изоляции, когда на них не действует большое число внешних раз­дражителей, наблюдаются такие же изменения сопротивления ко­жи, как и у людей в состоянии сонливости или начального периода сна. Широкое применение радиотелеметрии при космических поле­тах заставляет уделять серьезное внимание вопросу, как согласо­вать объем передаваемой информации с емкостью каналов для пе­редачи сигналов. Дело в том, что для передачи одних параметров (например, мышечных биотоков) требуется весьма широкая поло­са частот, для других (например, данных о давлении в кабине) — узкая. А общая емкость радиоканала пропорциональна ширине по­лосы и частот и мощности передатчика. При увеличении дальности космических полетов емкость радио­телеметрических каналов, конечно, уменьшится. Ведь чтобы сохра­нить необходимую мощность радиопередатчика, потребуется сузить полосу передаваемых частот. А дальнейшее углубление исследова­ний безусловно приведет к значительному увеличению количества регистрируемых параметров. Вот почему сейчас перед учеными остро стоит проблема разра­ботки действенных методов кодирования информации. Решение проблемы позволит повысить содержание информации в сигнале и использовать каналы малой емкости. В частности, предполагает­ся, что можно создать такие системы врачебного контроля за сос­тоянием космонавта, которые дадут информацию лишь в двоичном коде — «хорошо» и «плохо». Это должны будут делать специальные быстродействующие математические вычислительные машины. Они проведут первичный анализ, на основании которого можно опреде­лить состояние здоровья или выявить болезнь. Такие машины должны тщательно отрабатываться и проверять­ся сначала при наземных тренировках космонавта и только затем направляться в полет в качестве стандартного бортового оборудо­вания космического корабля. Вся тренировка космонавтов на различных установках и трена­жерах, имитирующих или моделирующих условия космического по­лета, сопровождается регистрацией различных физиологических функций. И только их тщательный анализ позволяет ученым делать вывод, что тот или иной человек пригоден для полета в космос. Для первого наступления на космос наиболее подходящие люди были найдены в военной авиации. Почему выбор пал на них? Ведьхорошо закаленные люди имеются повсюду. Выносливостью, фи зической закалкой и моральной устойчивостью отличаются и моря ки-подводники, и водолазы, и танкисты, и пограничники, и шахте ры, и металлурги. И все же, чтобы стать космонавтом, еще недостаточно тех ка честв, которые вырабатывают в человеке эти профессии. Нужны не только выносливость и стойкость. Космонавт должен уметь управ­лять кораблем и пользоваться сложнейшей техникой, понимать по­лет и вести в нем наблюдения, очень быстро находить и немедлен­но осуществлять правильные решения. Особенно важно все это для первых полетов, когда в космическом корабле отправляется в труд­ный путь лишь один человек. Кто более всего подходит для этого? Конечно же, летчик. Он приучен к точной работе в условиях острой нехватки (дефицита) времени, у него быстрая реакция на все происходящее. Скорости современных самолетов вырабатывают у него постоянную готов­ность к действию. А эти качества особенно необходимы космонавту. Однако, как следует из сказанного, не всякий летчик обладает всем тем, что потребуется от человека в первых космических полетах. Более всего «сродни» такие качества летчику-истребителю. Он при­вык действовать в самолете один, самостоятельно, наблюдать и оце­нивать в стремительном полете быстро меняющуюся обстановку, действовать без промедления. На своем корабле он — разносторонний специалист: пилот, штурман, связист, механик. И все это очень понадобится космонав­ту— там, в космическом полете, ему тоже придется одному вести наблюдения и записи, следить за приборами, производить замеры, поддерживать связь с Землей, проводить киносъемку, делать нави­гационные расчеты, управлять кораблем и его многочисленными системами. Дисциплина, внутренняя собранность, воля к победе, смелость, свойственные летчику-истребителю, — все это в полете превратится в его «вторые крылья». Конечно, в дальнейшем в число космонавтов, кроме летчиков, будут включены и научные работники — инженеры, астрономы, гео­физики, врачи, геологи и др. Но что же встретит человек в космосе, как он должен подгото­виться на Земле к тому, чтобы успешно перенести все сложные ус­ловия полета? Здесь и перегрузки, шум, вибрация — на активном участке полета ракеты, и длительная невесомость в орбитальном полете, и необычная «космическая» тишина, неподвижность и оди­ночество при пребывании в кабине малого объема, и специфичность решаемых задач в полете при выходе из корабля и высадке на планеты, и т. п. Только упорный труд, терпение, выдержка, регулярные, целе­направленные и тщательные тренировки на различных тренажерах, стендах, установках, специальные полеты на самолетах, прыжки с парашютом и многое, многое другое дают возможность значи-44 ? тельно повысить общую выносливость, закалить организм космо­навта и подготовить его к профессиональной деятельности. Не очень давно в американской печати появилось сообщение о том, что организм человека можно «приспособить» для путешествий в космос при помощи химических и электронных средств. Для кос­мических полетов, говорится в сообщении, необходимо изменить организм человека, превратив его в своеобразного робота — Сай-борга. Человек приспособлен к комфортабельной жизни на Земле. А Сайборга можно при помощи научных средств подготовить к су­ществованию в космосе. У него не будет возникать проблемы вос­становления кислорода в кабине, поскольку ему не нужно будет дышать. Его «легкие», питаемые солнечными батареями и присое­диненные к артериям, будут удалять углекислоту из крови и заме­нять ее кислородом. К организму человека, вероятно, пишется далее в сообщении, надо присоединить специальный осмотический насос, чтобы выз­вать состояние, близкое к зимней спячке (состояние анабиоза) и дать ему возможность пережить таким образом длинное и утоми­тельное космическое путешествие. Но зачем нужно направлять такого «сонного» человека в кос­мос? Какую пользу он принесет науке? В нашей стране подготовка космонавтов опирается не на плоды фантазий, а на серьезные научные основы. Мы придерживаемся принципа: постараться заранее, на Земле, приучить человека к раз­личным факторам космического полета, сделать его более устой­чивым к этим факторам. Правда, и в США далеко не все ученые занимаются бесплодными фантазиями. Об этом говорят полеты американских космонавтов, показавших хорошую подготовку. Всем известно, что перед тем как совершить первый самостоя­тельный полет на самолете, летчик проходит специальный курс обучения и тренировок. Заканчивается этот курс обычно зачетным полетом с инструктором на учебно-тренировочном самолете, пред­ставляющем собой двухместный вариант того самолета, на кото­ром планируется самостоятельный полет летчика. Ну а как же надо было поступать нашим летчикам-космонав­там? Ведь до них полеты в космос никогда не проводились. Каким же образом ученым удалось, не имея учебно-тренировочного ко­рабля-спутника, «принять» зачет от первых космонавтов и выпус­тить их в космический полет? На помощь здесь приходят различные тренажеры, которые поз­воляют, не отрываясь от Земли, провести «полет» в космос. Кос­монавт летает... на Земле! Появление таких тренажеров стало возможным благодаря ус­пехам нашей науки и техники, в частности, кибернетики, автома­тики и вычислительной техники. Естественно, прежде всего будущий космонавт должен быть аб­солютно здоров. Это главное, но не единственное условие. Систе­матические тренировки, закаливание, занятия физической культу- 45рой и спортом делают людей еще более здоровыми, сильными, вы носливыми. Физической тренировке врачи придают большое зна чение. Однако, как показала практика, не все виды спорта одинаковс полезны для будущих космонавтов. По-видимому, наилучшие ре зультаты могут дать спортивные игры — футбол, хоккей, баскетбол Например, ученые заметили, что именно у лиц, занимающихся спортивными играми, прекрасно тренируются дыхание, сердечно­сосудистая система, совершенствуются функции аппарата равнове­сия. А это очень важно для подготовки человека к состоянию не­весомости и различным изменениям траектории полета корабля в космосе. Как ни странно, но занятия боксом скорее вредны для будуще­го пилота. Наблюдения показали, что у курсантов авиационных училищ, начавших заниматься боксом, появляются на первых по­рах обучения серьезные недостатки в управлении самолетом из-за излишней резкости движений. Дело в том, что во время занятий боксом спортсмен, хотя и должен реагировать быстро, само движе­ние всегда совершает в полную силу. И, конечно, если пилот будет дергать рычаги управления тоже на «всю мощь», то из этого ничего хорошего не получится. В спортивных же играх, особенно в коллек­тивных, воспитывается точное взаимодействие с партнером, разви­вается чувство соразмерности движений. Итак, наиболее полезно заниматься спортивными играми, при­чем вовсе не требуется овладевать высотами мастерства. Глав­ное — тренировка выносливости, быстроты, точности реакций, ук­репление костно-мышечного аппарата, сердечно-сосудистой и дыха­тельной системы. И еще одно существенное качество вырабатывает­ся в спортивных играх: когда спортсмен чувствует, что падает, что ему трудно устоять, он падает правильно и избегает травмы. Фут­болисты, хоккеисты, волейболисты умеют правильно падать из са­мых неожиданных положений и легко переносят резкие толчки и удары. Это качество имеет огромное значение для космонавта: оно очень поможет ему при прыжках с парашютом, при колебаниях корпуса ракеты, при тяжелых перегрузках. Космонавты должны хорошо владеть своим телом, уметь коор­динировать движения в условиях, когда нет твердой почвы под но­гами. Это достигается занятием такими видами спорта, как прыжки в воду, прыжки на лыжах с трамплина, акробатика и, конечно, па­рашютный спорт. В период подготовки наши замечательные космо­навты успешно занимались этими видами спорта. КОСМОНАВТ ПРИОБРЕТАЕТ ВЕС Проведены последние приготовления к старту. Ракета вместе с космическим кораблем установлена на космодроме, все их систе­мы проверены и действуют нормально. Космонавт подходит к стар­товой площадке, прощается с товарищами, с создателями замеча­тельной техники, входит в лифт и плавно поднимается к отсеку ракетной системы, в котором расположена кабина корабля. Вот он уже в кабине, люк герметически закрывается, последний раз про­веряются системы связи, аппаратура управления и контроля... Кос­монавт докладывает по радио, что все в порядке; он и его корабль готовы к полету. И наконец —сигнал к полету. Старт!.. Включились двигатели, ракета вздрогнула и, покачиваясь, стала плавно набирать скорость. В это время космонавт должен успешно перенести сильный шум двигателей, вибрации и уско­рения. Вибрация сопутствует космическому полету до тех пор, пока включены двигатели. Каждый, наверное, знает, что это такое. Но с неприятным действием вибрации на организм мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни сравнительно редко. С ней, например, знакомы строители, которым приходится работать с вибрационными инструментами. Ее иногда приходится испытывать в автобусах, в трамваях, когда вдруг что-то начинает дребезжать, и это дребез­жание неприятно отдается в теле, от пяток к голове. В космическом полете частота и амплитуда колебаний могут достигать значитель­ных величин. А ускорение? Его ракета получает в первое же мгновение взлета.Мы чувствуем на себе влияние ускорений. При увеличении ско­рости автомобиля нас «вдавливает» в сиденье, при уменьшении — мы «отрываемся» от него. При резких поворотах нас бросает из стороны в сторону. Всякое изменение скорости по величине или на­правлению приводит к возникновению ускорений, и человек неиз­бежно подвергается действию механических сил — перегрузке. Различают четыре вида ускорений: — линейные ускорения — при изменении скорости прямоли­нейного движения; — центростремительные ускорения — при изменении направле­ния движения; — угловые ускорения — при изменении угловой скорости дви­жения; — ускорения Кориолиса — при одновременной комбинации вра­щения и прямолинейного движения. Линейные ускорения воздействуют на космонавта при разгоне космического корабля на активном участке полета, при входе ко­рабля в плотные слои атмосферы планеты. При катапультировании космонавта из корабля в случае аварии или при подходе к Земле и приземлении космонавта самостоятельно, вне кабины корабля, возникают так называемые ударные ускорения — частный случай уже знакомых нам линейных ускорений. В будущем линейные ускорения могут сопровождать космонав­та и более длительное время. Дело в том, что при полетах к не­бесным телам, удаленным от Земли на очень большие расстояния, очевидно, будут применяться новые эффективные источники энер­гии, которые помогут значительно сократить время полета. С этой целью двигатель космического корабля будет, вероятно, работать довольно продолжительное время. Значит корабль полетит с не­которым ускорением. Ведь в соответствии с законами физики даже небольшие ускорения приведут к значительному выигрышу во вре­мени. А человек во время таких межпланетных полетов будет под­вергаться длительному воздействию перегрузки. Линейные ускорения бывают положительными или отрицатель­ными — если скорость нарастает или уменьшается. Величина их за­висит от начальной и конечной скорости и пути, пройденного за вре­мя изменения скорости. Особенно сильно на будущих маневренных космических поле­тах скажутся центростремительные ускорения. Они хорошо извест­ны нашим авиаторам, так как возникают при выполнении фигур высшего пилотажа из-за изменения направления скорости. Вели­чина центростремительного ускорения зависит от скорости полета и радиуса кривой траектории полета корабля. Угловые ускорения могут возникнуть при некоторых режимах полета, при вхождении корабля в плотные слои атмосферы. Уско­рения Кориолиса воздействуют на космонавта при поворотах его тела, когда корабль вращается, двигаясь по орбите. Выражаются ускорения в метрах на секунду в квадрате. Чаще всего это числа, кратные величине ускорения свободно-падающего тела, т. е. 9,81 м/сек2. Как известно, такое ускорение получают на Земле все тела — от действия силы притяжения к ней. Все тела обладают массой. Вот почему при возникновении ус­корений на них действует сила, направленная в сторону, противо­положную движению. Эту силу принято называть перегрузкой. При действии перегрузки вес космонавта возрастает во столько раз, во сколько возникшее ускорение больше ускорения силы тяжести. Физиологическое влияние перегрузки на организм зависит от ее величины, от времени действия, повторяемости (частоты) дейст­вия, направления по отношению к продольной оси тела (следова­тельно, и от позы космонавта) и от состояния организма. Только взаимодействие всех этих факторов определяет реакцию организма на перегрузку. Величина переносимой человеком перегрузки и время ее дей­ствия обычно находятся (в известных пределах) в обратной зави­симости: чем короче время ее действия, тем большую перегрузку может перенести космонавт. Вот почему нельзя указать какую-ли­бо общую, максимально переносимую перегрузку. Ее величина всегда будет зависеть от времени и направления действия. Счи­тается, что без особых расстройств организм человека выдержива­ет продольные перегрузки до 8 крат продолжительностью в среднем до 3 сек, и до 5 крат продолжительностью 12—15 сек. Мгновенное действие (меньше 0,1 сек) ударных перегрузок, как, например, при катапультировании, человек переносит отлично и выдерживает даже двадцатикратные перегрузки. Напомним здесь, что величина ускорения, с которой движется космическая ракета, определяет время, через которое она достиг­нет в полете заданной скорости. Так, если ускорение в три раза пре­высит земное (земное ускорение обозначается буквой g), то, напри­мер, вторая космическая скорость (11,2 км/сек) будет достигнута за 9 мин 31 сек, если в пять раз — за 4 мин 45 сек, в семь раз — за 3 мин 10 сек, в десять раз — за 2 мин 6 сек. Чтобы ракетный двигатель использовался самым наилучшим образом, время его работы должно быть как можно более коротким. Иначе говоря, для разгона ракеты до требуемой скорости прихо­дится допускать большие ускорения. Поэтому при недостаточной мощности ракеты-носителя космонавт подвергается большим пере­грузкам. Например, при баллистических полетах американских кос­монавтов перегрузки достигали 10—11-кратной величины. В про­тивоположность этому мощные советские ракеты позволяют осу­ществить сравнительно плавный выход в космос на достаточно длинном отрезке пути, так что наши космонавты не испытывали чрезмерных перегрузок. При входе в атмосферу торможение со­ветского космического корабля происходит также достаточно плавно. Как же действуют перегрузки на человека? Первые сведения об их неблагоприятном влиянии были получе-4-1876 49ны из авиации. Вот как красочно, хотя и несколько преувеличенно, описал действие больших перегрузок американский летчик-испы­татель Джимми Коллинз. «Центробежная сила — огромное невидимое чудовище — вдав­ливала мою голову в плечи и так прижимала меня к сиденью, что мой позвоночник сгибался и я стонал под этой тяжестью. Кровь отлила от головы, в глазах темнело. Сквозь сгущающуюся дымку я смотрел на акселерометр и неясно различал, что прибор показы­вает пять с половиной. Я освободил ручку, и последнее, что я уви­дел, была стрелка акселерометра, движущаяся обратно к единице. 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 перегрузки. Вскоре я снова стал хорошо видеть, выров­нялся и уже, по-видимому, летел некоторое время горизонтально. Но голова моя горела, а сердце стучало, как пневматический мо­лот... Я снова взобрался на пятнадцать тысяч футов (4500 м) и пошел вниз, нагоняя скорость до трехсот двадцати миль (520 км1час). На этот раз я более резко взял ручку на себя и, пре­жде чем успел освободить ее, заметил, что перескочил через шесть с половиной и дошел до семи g (семикратная перегрузка — авт.). Я чувствовал, как у меня сдавливаются внутренности, я вновь те­рял зрение и сознание. Однако мне помогло то, что я резче взял ручку на себя и скорее ее освободил. Потом я снова поднялся и сде­лал еще два пике. Они буквально расплющили меня... Я чувствовал себя так, как будто меня избили; мне казалось, что кто-то вынул мои глаза, поиграл ими и снова поставил на мес­то. Я чуть не падал от усталости и чувствовал острую стреляющую боль в груди. Спина у меня болела, и вечером из носа шла кровь... Назавтра... к моему удивлению, я чувствовал себя превосходно и подумал: «Должно быть, пикирующие полеты действуют укрепля­юще». Постепенно увеличивая величину ускорения, Джимми Коллинз смог в течение нескольких дней так натренироваться, что перенес продольную перегрузку в 9,5 g. Итак, при взлете или торможении космического корабля воз­никают значительные ускорения, а вследствие этого — сильные инерционные перегрузки. Они могут оказать вредное физиологи­ческое действие на человеческий организм. Увеличение веса выше допустимых пределов приводит, в частности, к нарушению деятель­ности сердца и мозга. Кровь становится во много раз тяжелее и скапливается в каких-либо областях организма (в зависимости от направления действия ускорения). К мозгу и сердцу она в необ­ходимых количествах уже не поступает. А это сказывается на са­мочувствии космонавта и при длительном воздействии больших перегрузок приводит к тяжелым последствиям. 50 Действие перегрузок распространяется и на все другие систе­мы, органы, ткани и клетки организма. В частносгл, у космонавта сильно затрудняется дыхание. При действии перегрузок от головы к ногам перед глазами по­является серая, а затем черная пелена. А когда действие такой пе­регрузки продолжается, люди теряют сознание. Разные люди различно реагируют на перегрузки, т. е. каждый человек обладает своей индивидуальной устойчивостью к пере­грузкам. Как показали наблюдения ученых, люди обладают низкой устойчивостью к действию перегрузок, направленных от ног к го­лове, по сравнению с перегрузками, направленными поперек тела человека. Достаточно вспомнить о неблагоприятном состоянии, ко­торое возникает у человека при перемещении его вниз головой. При трех-четырехкратном увеличении веса во время действия перегруз­ки от ног к голове у человека перед глазами появляется красная пелена, у некоторых может даже случиться кровоизлияние в глаза, а иногда появляется кровотечение из носа. Еще задолго до космических полетов ученые установили очень важный для космонавтики факт: человек достаточно устойчив к действию поперечных ускорений, т. е. при действии перегрузок в направлении, перпендикулярном длинной оси тела — от спины к груди или от груди к спине. А это значит, что человек в таких слу­чаях без существенного нарушения состояния своего здоровья мо­жет кратковременно переносить увеличение веса в 8—10 раз и да­же больше. При более длительном действии поперечных ускорений (несколько минут) человек выдерживает перегрузки уже несколь­ко меньшей величины. При этом у некоторых людей появляются за­труднения дыхания и острые загрудинные боли. Вот почему космонавт в корабле (на всех этапах действия на него линейных ускорений) должен располагаться так, чтобы пере­грузки действовали на него в направлении, перпендикулярном длинной оси тела. Для повышения его устойчивости к перегрузкам конфигурация кресла в кабине корабля и спинка сиденья соответ­ствуют формам человеческого тела. Для защиты человека от влияния перегрузок можно использо­вать специальную противоперегрузочную капсулу. Она устроена та­ким образом, что центр тяжести ее расположен эксцентрично, как в детской игрушке Ванька-встанька: как ее ни бросай, она всегда занимает одно положение — головой вверх. В печати приводилось описание такой капсулы в виде шара. С помощью двух полуосей она устанавливается в корабле в попе­речном положении. Вместе с размещенным в ней креслом летчика капсула может вращаться на 360° в плоскости, проходящей через продольную ось корабля. Центр тяжести ее находится в плоскости вращения, но смещен относительно полуосей таким образом, что каждый раз, когда меняется направление ускорения, она прини­мает положение, при котором перпендикуляр, соединяющий ось ее пращения, совпадает с направлением действия ускорения. 4* 51В результате кресло космонавта (вместе с капсулой) автома­тически разворачивается таким образом, что ускорение воздейст­вует на человека в наиболее благоприятном направлении — по ли­нии «грудь — спина». И так происходит на всех этапах действия перегрузок при взлете и посадке. Существуют и другие способы защиты космонавта от действия ускорений. Еще К. Э. Циолковский занимался разработкой средств, защищающих живые организмы при ускорениях. Он проявил здесь глубокое знание биологии и большую наблюдательность. У вели­кого ученого возникла тогда идея: уберечь живой организм от уда­ров и толчков посредством погружения его в жидкость равной ему плотности. Он писал: «Природа давно пользуется этим приемом, погружая зародыши животных, их мозги и другие слабые части в жидкость. Так она предохраняет их от всяких повреждений. Чело­век же пока мало использовал эту мысль». Справедливость этой идеи К. Э. Циолковский доказывал крайне простым, но убедительным экспериментом, который он описал в 1891 году в трудах Московского общества любителей естествозна­ния. В кружку или стакан с водой погружают яйцо. Для увеличе­ния плотности в жидкости растворяют поваренную соль до тех пор, пока яйцо не начинает подниматься со дна к поверхности сосуда. После того как оно приходит в равновесие (т. е. не опускается на дно и не поднимается наверх), можно ударить сосуд о стол с боль­шой силой и яйцо не разобьется. В то же время без воды оно даже при слабом толчке разваливается. Этим экспериментом был обос­нован универсальный принцип зашиты живых организмов от дей­ствия перегрузок различной физической характеристики. К. Э. Циолковский полагал, что благодаря гидравлическим за­щитным системам устойчивость человека к действию ускорения бу­дет поднята так, что он сможет выдерживать десятикратное уве­личение своего веса. Это предположение полностью подтвердилось экспериментами. Более того, была даже доказана возможность про­тивостоять действию ускорений, значительно превышающих \0g. Летом 1958 года в США в одной из лабораторий авиационной медицины проводились такие опыты. На центрифуге (см. ниже) укрепляли бак с водой и погружали в него одетого в легкий водо­лазный костюм человека. Эксперимент провели с девятью людьми и выяснили, что при полном погружении в воду человек, одетый в легкий водолазный костюм, может переносить длительное воздей­ствие (более 4 мин) радиальных ускорений, достигающих I3g. И это еще не был предел. В дальнейшем в США проводились опыты, в которых в специ­ально сконструированной капсуле, похожей по своей форме на тело сидящего человека, исследовалось влияние радиальных ускорений в условиях полного погружения тела в воду. Эта капсула, запол­ненная водой, устанавливалась вместе с испытуемым на центрифу­ге; причем устройство капсулы позволяло быстро выливать из нее воду, что было необходимо для безопасности обследуемого. 52 Биофизик Грей провел на себе такие эксперименты: перед пус­ком центрифуги он делал глубокий вдох, после чего отключал по­дачу кислорода и задерживал дыхание на 30 сек. Так он в течение 20—30 сек переносил в воде ускорения до 31g и при этом испыты­вал только умеренную боль в области живота. Значит погружение в жидкость с плотностью, близкой к сред­ней плотности тела человека, повышает его устойчивость к дейст: вию ускорения. Однако эта устойчивость не безгранична, хотя, казалось бы, по закону Архимеда можно полностью уравновесить тело в жидкости, точно рассчитав ее плотность, и тем самым защи­тить человека от каких угодно ускорений. К. Э. Циолковский писал: «В жидкости человек теряет вес, как бы последний велик не был. Поэтому в жидкой среде существо может выдержать огромное ускорение. Только неравномерность плотности различных частей его тела (кости, кровь) ограничивает безопасную величину ускорения ракеты и возбуждаемую им тя­жесть». В самом деле, позвоночные животные имеют костную ткань относительно высокой плотности и легочную ткань небольшой плотности. При ускорениях более плотные части тела, обладающие высоким удельным весом, будут стремиться сместиться вниз, а бо­лее легкие ткани, с небольшим удельным весом, — вверх. В ре­зультате между тканями с различным удельным весом возникнет напряжение, величина которого с нарастанием ускорений будет возрастать. И в конечном счете прочность тканей может оказаться недостаточной — возникнут разрывы и другие повреждения. Таким образом, многочисленные экспериментальные исследо­вания показали справедливость положения К. Э. Циолковского о том, что перегрузки легче переносить, погрузившись в жидкость. Однако, оценивая перспективу использования жидкостных за­щитных камер в кабинах космических кораблей, следует учитывать и достаточно серьезные отрицательные стороны этого метода. По­гружение в жидкость может затруднить проведение наблюдений и потребует специальных мероприятий, чтобы обеспечить дыхание космонавта в таких условиях. Кроме того, необходимо также учи­тывать, что действие большой перегрузки при возвращении косми­ческой ракеты на Землю, во время торможения ее плотными слоя­ми атмосферы, может сопровождаться и значительным нагревани­ем кабины. А устойчивость человека к высокой температуре в воде значительно ниже, чем в воздухе. Следовательно, только всесторонняя оценка взаимного влияния многих факторов в каждом конкретном случае позволит сделать заключение о целесообразности использования жидкостных (эм-мерсионных) камер в космических полетах. Как видим, воздействие перегрузок при космических полетах весьма существенно. Однако при систематической тренировке спо­собность организма переносить их можно значительно повысить. Это уже давно подтвердил опыт летчиков и спортсменов. Дело в том, что в организме человека имеются особые нервные механизмы,регулирующие кровообращение. Они включаются при нарушении кровообращения, в том числе и при воздействии перегрузок, и пе­рераспределяют кровь в организме. В результате систематических тренировок в центральной нервной системе образуются новые ус­ловно-рефлекторные связи. И механизмы, регулирующие кровооб­ращение, при воздействии перегрузок начинают включаться все раньше и раньше. В какой-то момент у тренирующегося расстрой­ство кровообращения будет предупреждаться уже в самом начале перегрузки. А этого и нужно было добиться. Здесь следует, однако, отметить, что «тренировочный эффект» при воздействии перегрузок проявляется главным образом при дей­ствии продольных перегрузок, в направлении «голова — ноги», «но­ги — голова». Когда мы говорим о влиянии перегрузки на организм человека, необходимо помнить, что человек не просто находится в кабине космического корабля. Ведь космонавт — активный участник по­лета. «Полет — это работа», — сказал первый космонавт Ю. А. Га­гарин. Значит, при оценке влияния перегрузки на организм чело­века в первую очередь следует установить, как изменяется работо­способность. Известно, что при действии перегрузок в первую очередь от­мечается нарушение координации произвольных движений. Были проведены опыты, в которых испытуемые во время действия пере­грузок должны быть имитировать покидание самолета. С этой це­лью они должны были вставать с кресла и передвигаться в опре­деленном направлении. Когда перегрузка, направленная от головы к ногам, не превышала 3g, испытуемые выполняли задание, хотя и с трудом, а при перегрузке в 4g передвижение оказалось уже невозможным. Как показали работы советских ученых, двигательные акты — рабочие движения руками — при действии ускорений существенно изменяются: время, необходимое для выполнения заданных дви­жений возрастает, а точность движений снижается. Кроме того, под действием перегрузок у человека изменяются мягкие ткани тела (фиг. 25). Все это приходится учитывать при подготовке полетов в космос. Здесь необходимо очень тщательно продумать режим полета и максимально облегчить космонавту условия для выполнения рабо­ты при перегрузках. Советские ученые успешно справились с этой трудной задачей: на всех этапах полета, а значит, и при перегруз­ках, наши славные космонавты Юрий Гагарин, Герман Титов, Ан-дриян Николаев, Павел Попович, Валерий Быковский и Валентина Терешкова сохраняли достаточный уровень работоспособности. Как же удалось на Земле так хорошо подготовить космонавтов к действию перегрузок, возникающих в космическом полете? Перегрузки, возникающие при взлете и посадке космического корабля, воссоздаются на Земле с помощью специальных тренаже­ров, идея которых была высказана в свое время К. Э. Циолковским. 54