В полете животные встретятся с необычным для них явлением — так называемыми ускорениями.
Всем хорошо известно, что когда трамвай или троллейбус трогается с места и набирает скорость, то нас прижимает к спинке сидения, толкает в противоположную сторону. Чем резче, быстрее начинается такое движение, тем с большей силой это происходит.
Иногда такое явление может быть выражено гораздо ярче. Вы садитесь за руль гоночной машины, которая трогается с места с необычной для автомобиля скоростью: за две секунды скорость машины достигает 120 км/час. В момент рывка невидимая рука властно отбрасывает вас назад, вдавливает в сидение. Тело наливается необычной тяжестью, трудно двигаться, дышать.
Некоторым людям приходится относительно часто испытывать на себе действие больших ускорений. Это выпадает, например, на долю летчиков в таких полетах, которые предполагают резкие эволюции самолета. Возникающие в результате этого силы увеличивают вес тела летчика, прижимают его к сидению, наклоняют его голову, втискивают ее в плечи, до неузнаваемости изменяют черты лица.
Поразительны заснятые на кинопленку изменения лица летчика в моменты, когда он выводил самолет из резкого пикирования. Кадр за кадром показывает, как перекашиваются черты лица, как отвисает вниз челюсть, как изменяется положение зрачка. Необычная картина: лицо человека неожиданно приобретает незнакомый, поражающий своей формой вид!
Не менее удивительны в это время и ощущения человека. Ему кажется, что голова пылает огнем, трудно дышать, ощущается ноющая боль в области груди и спины. И что еще хуже: теряется зрение. Иногда даже может наступить потеря сознания. Все это происходит в ответственный момент полета, когда каждая секунда таит в себе массу опасностей. К счастью, если ускорения не долговременны и не чрезмерны, физиологические функции и самочувствие быстро приходят в норму.
Другой пример говорит о действии очень больших сил. Отважные космонавты, решившиеся лететь на Луну, находились внутри пушки в алюминиевом снаряде. Выстрел мощностью в 22 миллиарда лошадиных сил сообщает снаряду скорость около 40 000 км/час. Он движется с колоссальным ускорением. Через какие-то доли миллисекунды из жерла вылетает плотный кусок металла. Что же произошло с людьми? Возникшее ускорение отбросило их, ударило в заднюю стенку снаряда, расплющило.
Именно это должно было бы неизбежно случиться с героями романа Жюля Верна «Из пушки на Луну», не будь они, на их счастье, вымышленными. Никакие приспособления не спасли бы их от действия сил ускорения.
Описанные выше факты строго закономерны. Они неизменно возникают при резких переходах от одной скорости к другой или при изменении направления движения.
Какая сила вызывает все эти явления? Какова природа их возникновения? Отвечая на этот вопрос, нельзя не обратиться к интересному физическому явлению — увеличению силы тяжести.
Изменение скорости по величине или направлению в единицу времени называется ускорением. При ускорении все тела, в том числе и человек и животное, испытывают влияние механических сил, величина которых равна произведению массы тела на ускорение. Так как масса данного человека или животного — величина постоянная, то величина механических (инерционных) сил в данном случае будет прямо пропорциональна ускорению. Мерой ускорения может быть то ускорение, с которым движется свободно падающее тело. Еще Галилей, сбрасывая шары с башни, доказал, что любое тело при падении увеличивает свою скорость на 9,81 м в каждую секунду. Такое ускорение возникает под влиянием земного притяжения (обозначается оно буквой g, от латинского слова gravitatio — тяжесть).
Изучая изменения, происходящие в организме под влиянием ускорений, обычно измеряют те силы, которые прижимают человека к опоре, оценивают то, с какой силой человек давит на эту опору, на кресло, пол кабины и т. д. При взлете действует вес тела плюс добавочная сила, которая будет тем большей, чем большей будет величина ускорения. Если ускорение свободно падающего тела равно 9,8 м/сек2, или одному g, то увеличение ускорения до двух, трех и т.д. g будет означать, что вес тела человека во время действия этих сил будет соответственно в два, три и т. д. раза больше, чем в нормальных условиях.
Представим себе, что космонавт весом 70 кг вертикально взлетает в космическом корабле, при этом в один из моментов взлета он испытывает перегрузки в 8 g. Это значит, что в это время его вес увеличивается до 560 кг (70x8 = 560). Естественно, что чем меньше времени будет действовать такая перегрузка, тем легче ее перенесет человек или животное.
Как же узнать, что происходит с живыми организмами при больших ускорениях? Погибнут они «ли останутся живыми, отделавшись глубокими изменениями в организме? При каких величинах ускорений это наступит? И т.д. Получить ответы на эти вопросы помогают особые экспериментальные стенды. Такие стенды имеются как у нас, так и за рубежом. Вот как может выглядеть один из них.
По узкому небольшому коридору проходим в помещение: оно круглой формы и наверху под самым потолком — широкий ряд окон. Здесь светло и чисто. В самом5 центре комнаты — странное сооружение. Это центрифуга — длинная стальная ферма, напоминающая пролет железнодорожного моста. Она может приводиться во вращение мощным электродвигателем. На ее конце закреплена кабина, в которой помещается кресло и необходимые приборы. В кресле можно удобно разместиться, положив руки на подлокотники, поставив ноги на специальные валики. При желании можно изменить угол между спинкой и сидением — получится некое подобие кровати. Кресло можно приспособить и для собак. Таким образом создаются экспериментальные условия для изучения действия больших ускорений на организм.
Одна из моделей
центрифуги
Еще К.Э. Циолковский для изучения переносимости ускорений использовал центрифугу. Все быстрее и быстрее вращается небольшая кабина, а К.Э. Циолковский все увеличивает ее скорость. Внутри, в специальной коробочке, насекомые: тараканы-прусаки. Вот их вес увеличивается в 200, 226, а затем и в 250 раз. Но они — живы. Так ученому удалось установить, что тараканы-прусаки легко выдерживают 300-кратное увеличение своего веса, цыплята— 10-кратное.
Центрифуга, с которой работал Циолковский, была несовершенна. Технические завоевания позволили в настоящее время использовать для науки мощные механизмы, создающие большие величины ускорений. Появились также и такие устройства, которые дают возможность получить и испытать действие линейных ускорений.
Вот одно из таких устройств, описание которого приводится в зарубежной литературе.
Представьте себе тележку, установленную на рельсах и приводимую в движение реактивными двигателями. У нее нет колес, она скользит на особых полозьях и резко останавливается при помощи специального гидротормоза. Стремительный рейс такой тележки сопровождается вьющимся за ней трехметровым огненным столбом. Башмаки тележки скользят по слою расплавленного металла. Сменный стальной вкладыш, толщиной около одного сантиметра, при скорости 2500 км/час почти полностью стирается за один рейс.
Рельсовый путь такого аппарата сделан с особой точностью: малейшая оплошность, вызывающая на железной дороге лишь покачивание вагона, при такой скорости может повести к катастрофе. В США на одной из реактивных тележек, скользящих по рельсовым путям в испытаниях без человека, была достигнута скорость в 3500 км /час и перегрузки в 100 раз.
В течение ряда лет вопросы влияния перегрузок на организм были в центре внимания многих советских ученых. Эти вопросы продолжают быть актуальными и сейчас.
В результате многих опытов было установлено, что насекомые переносят ускорение, увеличивающее их вес в 2000 раз, при времени действия 1—2 минут. Лягушки переносят увеличение их веса в пятьдесят раз. Кошки — в двадцать раз. Собаки выживают при таких ускорениях, когда их вес за пять минут увеличивается в 80 раз, при этом маленькая, например с лайку, собачка начинает весить 480 кг, т. е. почти полтонны. Но вернемся в помещение, где расположена центрифуга.
Вот научный сотрудник, работающий над вопросами действия перегрузок на организм животных, проверяет медицинскую аппаратуру, установленную в кабине. Он тщательно еще раз просматривает соединение электрических проводов, поочередно запускает различные приборы. Лаборантка быстро укрепляет животное в кресле, она продевает ремни, крепко опоясывая ими маленькое тело собаки, проверяет, не давят ли они, удобно ли животному.
Лисичка на центрифуге перед тренировкой
Серенькая Марсианка с гладкой посеребренной шерстью, не двигаясь, тревожно следит глазами за всем, что делается вокруг нее. Животное привыкло к самым различным опытам и научилось с подобающим «самообладанием» вести себя. В кресле центрифуги Марсианка впервые.
Идут «последние приготовления. Входная дверь закрывается. Вход в помещение во время движения центрифуги категорически запрещается, это опасно. Вот раздается команда: «Пуск мотора!»
Кабина с собакой медленно трогается с места. В последний раз отчетливо видно тело животного, мордочка с приподнятыми ушами. Кресло движется по кругу все быстрее и быстрее. Соответственно оно отклоняется вверх и через несколько времени оказывается расположенным горизонтально на уровне рамы.
Инженер переводит стрелку и громко говорит: «два», «три», «три с половиной». Это значит, что вес кабины и всего, что находится в ней, увеличился в два, в три, в три с половиной раза.
Услышав новое число, ведущий эксперимент работник делает отметки на бесшумно скользящих, белых полосках бумажной ленты, где записываются электрокардиограмма, величина кровяного давления, дыхание и другие физиологические функции. Эти отметки в дальнейшем позволят ему проследить, как изменяются все эти характеристики с нарастанием перегрузок и затем, наоборот, с их уменьшением. Перо, записывающее кровяное давление, вычерчивает ровный ряд зубцов. Бежит бумажная лента и, когда величина перегрузок возрастает в 4 раза, зубцы становятся длинными, изменяется их форма. А скорость все нарастает. «Пять», — говорит инженер, — «шесть», «шесть с половиной»…
Перегрузка так велика, что если представить себе, что Марсианка вылеплена из свинца—металла очень тяжелого, то и этого окажется мало.
Когда расшифруют кривые, полученные на лентах записывающих приборов, можно будет отчетливо судить об изменении пульса животного, артериального давления, дыхания и других физиологических функций.
Большое внимание обращается на поведение собак во время действия перегрузок, в этом помогает специальный киноаппарат, закрепленный на кронштейне и направленный на животное. Собаки, привязанные к креслу, ведут себя относительно спокойно. Когда ускорение еще не очень велико, они двигают головой, стремясь удержать ее приподнятой. Возрастающая тяжесть затрудняет движения животного, голова начинает беспорядочно раскачиваться, а затем прижимается к креслу.
Особенно трудно приходится собакам, которых не привязывают. В этом случае вначале они обычно сидят в кресле. Когда центрифуга начинает вращаться, их передние лапы скользят. Животное вначале активно борется с этим, но затем просто находит то лежачее положение, в котором ему удобнее всего переносить вращение. Вот Белка, не удержавшись, ударилась о стенку кабины. Передние ее лапы расползаются, собака не может их сдвинуть, она ложится, голова и относительно свободная передняя часть туловища со значительной силой прижимается к креслу. Линда, когда центрифуга начала вращаться и вес собаки примерно утроился, стала лаять. Ее лай раздавался вначале относительно редко, затем все чаще и чаще.
После Марсианки центрифугированию подвергается Жемчужная, потом Лисичка, Гильда. И так все другие отобранные собаки. По тому, как изменяются при таких сильных воздействиях их основные физиологические показатели, судят о пригодности этих животных для полета.
Не так давно все эти испытания прошли собаки Лайка, а затем Стрелка и Белка, позднее Звездочка и Чернушка — первые четвероногие космонавты были отлично подготовлены к действию перегрузок. Советские ученые с гордостью смогли убедиться в том, что эта подготовка была построена правильно. Расшифровка сигналов показала, что животные удовлетворительно переносили перегрузки, возникающие в период, предшествующий выходу спутника на орбиту. У них лишь несколько повысилось число сердечных сокращений, участилось дыхание, а это является обычным при таких перегрузках.
Существуют центрифуги с герметичной кабиной, из которой можно откачивать воздух, изменять его газовый состав, создавать внутри ее различную температуру. На этой центрифуге проводится изучение одновременного воздействия ускорения, разрежения воздуха («высоты» полета, температурных факторов и т.д.
Управление движением центрифуги осуществляется с пульта, расположенного в центре вращения или (на последних моделях) выше, в стороне от центрифуги. За несколько секунд такую машину можно разогнать до большой скорости. Это позволяет получать более значительные перегрузки. Наблюдения за животными во время их вращения ведутся при помощи телевизионных установок, кинокамер. Одновременно непрерывно регистрируется электрокардиограмма, биотоки мозга, кровяное давление, дыхание, насыщение крови кислородом, делаются рентгеновские снимки.
Животных исследуют на центрифуге не только с целью отбора их для подготовки к полету, но и для выяснения многих общетеоретических вопросов. Организуя подготовку человека к полету в космос, важно знать, как ускорения влияют на живой организм.
