"Техника-молодежи" 1959 г №7, с.6-8, обл 4

Б. ДАНИЛИН,
кандидат
технических наук
Рис. И. КАЛЕДИНА

Первыми живыми существами, проникшими в верхние слои атмосферы, были собаки. Исключительно важное значение имеет эксперимент, поставленный на втором искусственном спутнике Земли. Во время этого эксперимента в течение длительного времени изучалось состояние животного, находившегося в герметичной кабине спутника, который мчался со скоростью 8 км/сек на огромном расстоянии от поверхности Земли, достигавшем 1 700 км.

Для того чтобы животное могло безболезненно перенести воздействие ускорений во время старта, а затем длительное время находиться в условиях невесомости, его положение в кабине было фиксировано. Легкая тканевая одежда и фиксирующие металлические цепочки ограничивали подвижность животного, но давали ему возможность стоять, сидеть, лежать, а также совершать небольшие движения в направлении продольной оси кабины.

Проблема кормления животного и удаления продуктов его жизнедеятельности потребовала своего оригинального решения. Ведь для поддержания нормального функционирования животному необходима жидкая пища. Однако

Шутка В. КАЩЕНКО

в условиях невесомости жидкость, как известно, не падает вниз (да и может ли быть «низ» в космическом корабле!), а распространяется по всей кабине. Поэтому в расположенной перед животным кормушке находился необходимый запас пищи в виде желеобразной массы, в состав которой, помимо основных пищевых веществ, входило большое количество воды. Запас пищи и воды был рассчитан на 7 суток.

Изоляция продуктов жизнедеятельности осуществлялась с помощью устройства в виде резиновой одежды, соединенной с емкостью, в которой собирались отходы.

Поддержание в кабине спутника необходимого газового состава осуществлялось с помощью высокоактивных химических соединений, выделяющих необходимый для дыхания кислород и поглощающих углекислоту и избыток водяных паров.

Установленные на теле животного датчики с помощью радиотелеметрической системы передавали на Землю наиболее важные сведения о состоянии дыхания и кровообращения животного.

Когда были проведены расшифровка и анализ записи принятых наземными станциями сигналов, то оказалось, что животное удовлетворительно перенесло воздействие ускорений, вибраций и шума работающего двигателя.

Обработка данных показала также, что, после того как спутник вышел на орбиту и Лайка стала постоянно находиться в состоянии невесомости, такие важные показатели, как электрокардиограмма, частота пульса и дыхания, приближались у нее к норме.

Важнейший вывод, который можно сделать после этого эксперимента, заключается в том, что длительный полет в космосе удовлетворительно переносится таким высокоорганизованным животным, как собака.

МОЖЕТ ЛИ ЧЕЛОВЕК ПОЛЕТЕТЬ В КОСМОС?

Для того чтобы человек мог оторваться от Земли и взлететь в необозримые просторы космоса, он прежде всего должен безболезненно перенести те значительные перегрузки, которые возникают при стремительном нарастании скорости после старта космического корабля. Воздействие ускорения на живой организм зависит от его величины, времени действия, скорости нарастания, а также направления, в котором вызываемая ускорением сила действует на тело человека.

Опыты показали, что человек лучше всего переносит ускорение по направлению спина— грудь (взлет) или же грудь — спина (посадка). В пределах переносимых ускорений человек может видеть, думать и выполнять пальцами определенные движения. Если же ускорение приложить по направлению ноги — голова или голова — ноги, то переносимость ускорений резко снижается.

Переносимость ускорений резко повышается (более чем в два раза) в том случае, если человека поместить в воду. Однако вряд ли потребуется такого рода защита, поскольку и без нее человек при соответствующих условиях, по-видимому, сможет перенести возникающие при взлете космического корабля ускорения.

Для того чтобы в результате ошибок со стороны космонавта, неисправности аппаратуры или каких-либо других неучтенных факторов организм космонавта не смог подвергнуться воздействию очень сильных ускорений, быстро меняющих свою величину и направление, за рубежом был разработан проект специальной противоперегрузочной катапультируемой капсулы.

Герметическая капсула выполнена в виде шара с двумя полуосями, с помощью которых она фиксируется в космическом корабле в поперечном положении и может вращаться на 360° в плоскости, проходящей через продольную ось корабля. Центр тяжести капсулы находится в плоскости вращения, но смещен относительно ее полуосей таким образом, чтобы каждый раз, когда меняется направление ускорения, капсула тотчас же принимает такое положение, при котором перпендикуляр, соединяющий ось вращения с центром тяжести капсулы, совпадает с направлением действия ускорения. При этом кресло космонавта вместе с капсулой автоматически поворачивается так, чтобы ускорение воздействовало на человека только в поперечном направлении по линии грудь — спина, и не допускает возникновения ускорений, направленных по линии голова — сердце. Спинка кресла, к которой при воздействии ускорения с большой силой прижимается тело космонавта, выполнена из мягкого упругого материала и в точности соответствует конфигурации его тела.

МЕТЕОРНАЯ ОПАСНОСТЬ И КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Преодолев воздушную оболочку Земли, космический корабль попадает в межпланетное пространство.

Совсем еще недавно считали, что межпланетное пространство является пустотой, которой на Земле нельзя достичь даже самыми совершенными высоковакуумными насосами.

Исследования последних лет показали, что это совсем не так. В настоящее время считают, что в каждом кубическом сантиметре межпланетного пространства находится около тысячи частиц. Кроме того, оно пронизывается потоками космических лучей, летящими от Солнца корпускулами, а также микрометеорами. Последние представляют собой крошечные пылинки, песчинки, а также обломки камней, железа, льда и различных минералов, масса которых обычно составляет доли грамма, а скорость относительно Земли достигает 70 км/сек.

Место подопытного животного в ракете оборудовано множеством приборов. Эта «собачья конура» спроектирована на базе новейших достижений физики, химии и автоматики.

Ударяясь о поверхность космического корабля, метеоры взрываются и образуют своеобразные кратеры, диаметр которых в сотни раз больше размеров самого кратерообразующего метеора.

В результате на поверхности космического корабля могут появиться выбоины, причем даже самая прочная сталь не может полностью противостоять «метеорной эрозии».

Однако наиболее существенную опасность для космических полетов представляют крупные метеорные тела, способные пробить оболочку космического корабля.

Возможно, что окажется целесообразным разделить кабину на несколько отсеков с автоматическим контролем давления в каждом из них. Это позволит быстро изолировать поврежденный отсек, после чего с помощью специальных приборов можно найти место течи в нем и устранить ее.

Насколько вероятна встреча космического корабля с более или менее крупным метеором?

Опыт показал, что за многие месяцы своего стремительного полета в космосе ни один из наших спутников не был поврежден или отклонен со своей орбиты ударом крупного метеорного тела. Таким образом, спутники установили, что метеорная материя находится в космосе в чрезвычайно раздробленном состоянии, а следовательно, межпланетные полеты вполне возможны, только поверхность космических кораблей придется покрывать специальной броней.

Наибольшую опасность для человеческого организма представляет космическая радиация. Запуск искусственных спутников Земли и космической ракеты впервые позволил ученым получить сведения об интенсивности космической радиации на громадных расстояниях, превышающих 100 тыс. км.

При этом было обнаружено, что вокруг Земли на расстоянии до 50 тыс. км вращается громадное количество электронов. В результате бомбардировки металлической поверхности космического корабля эти электроны могут вызывать появление рентгеновских лучей, значительно усиливающих ионизирующую радиацию. Поскольку энергия этих электронов сравнительно невелика, для их поглощения достаточно на обшивку корабля нанести защитный слой.

Интенсивность космических лучей на больших расстояниях от Земли настолько мала (через 1 кв. см пролетают всего две частицы в секунду), что не может вызвать лучевую болезнь у будущих космонавтов.

Однако время от времени, хотя и очень редко, на Солнце происходят взрывные процессы, в результате которых возникают мощные потоки космических лучей, и условия полета в это время наименее благоприятны.

В ПОЛЕТЕ

Для полетов человека вокруг Земли, продолжительность которых не будет превышать нескольких часов, по-видимому, сможет быть использована противоперегрузочная капсула, снабженная установкой для регенерации воздуха и катапультируемая при приземлении космического корабля.

Вверху: схема полета ракеты с катапультированием подопытного животного продолжительностью около 400 секунд. Внизу: записи дыхания и пульса четырех подопытных животных на разных этапах полета: А — включение приборов, Б — момент старта, В — выключение двигателя (начало периода невесомости), Г — отделение головной части ракеты, Д — вхождение в плотные слои атмосферы (окончание периода невесомости), Е — период равномерного движения головной части, Ж, 3 — моменты открытия парашютов, И — момент приземления.

Однако даже полет к самому ближайшему небесному телу — Луне — займет уже несколько дней. Не может же в течение этого времени человек неподвижно сидеть в кресле, будучи привязан к нему ремнями. Человек должен иметь возможность двигаться в кабине, а следовательно, ее размеры должны быть увеличены, и в ней должны быть созданы все условия, необходимые для нормальной жизнедеятельности космонавта.

Внутри кабины должны быть установлены специальные приборы, автоматически регулирующие температуру, влажность, газовый состав и давление воздуха. Другая группа приборов должна сообщать космонавту сведения об условиях полета.

При полетах на короткие расстояния (например, к Луне), по-видимому, еще можно обойтись без корректировки курса космического корабля. Но вряд ли можно запустить космический корабль в точно определенный момент, под нужным углом и с определенной скоростью, для того чтобы направить его на цель, которая удалена на десятки и сотни миллионов километров и сама движется с колоссальной скоростью в 20— 30 км/сек. Здесь на помощь человеку должен прийти «звездный компас», направленный на отдаленную звезду и постоянно корректирующий путь корабля по заданному курсу.

Громадные скорости полета и колоссальные расстояния межпланетных путешествий существенно ограничивают возможности человека в роли штурмана космического корабля.

Скорость ответной реакции человека на изменение создавшейся обстановки занимает не менее 1,5 сек., а ведь за это время космический корабль пролетит 12-15 км. Двигаясь с такой громадной скоростью, человек не может своевременно отреагировать на появление крупного метеора и изменить курс космического корабля. Если же движение происходит вблизи какой-либо планеты, то человек не сможет различить даже наиболее крупные детали ее поверхности.

На большой высоте прямой солнечный свет не ослаблен и почти не рассеян, что приводит к резким контрастам между затененными и освещенными поверхностями. Отсутствие ориентиров не дает ощущения глубины, лишит человека возможности оценивать размеры, расстояния и относительную скорость других тел.

Поскольку космонавт должен иметь возможность активно вмешиваться в управление полетом космического корабля, то необходимо разработать специальные приборы, которые смогли бы скомпенсировать несовершенство человеческого зрения и центральной нервной системы, увеличив радиус восприятия и быстроту реакции до требуемого значения.

Трудность управления космическим кораблем усугубляется еще тем, что сразу же после значительной перегрузки, которая имеет место при взлете, мгновенно наступает необычное для человеческого организма состояние полной невесомости. При этом космонавт может потерять пространственную ориентацию, внезапная легкость дыхательных движений может вызвать усиленный приток воздуха к легким, и могут возникнуть нарушения функций других органов.

Влияние невесомости на живой организм, помимо кратковременных опытов при подъеме собак на ракетах, изучалось также при полетах самолетов по специально разработанному режиму. Установлено, что в большинстве случаев кратковременное пребывание в состоянии невесомости не вызывает существенных нарушений физиологических функций живого организма. Однако устойчивость организма к воздействию невесомости различна. Иногда при этом наблюдается расстройство в координации движений, нарушается кровообращение, возникают различного рода иллюзорные ощущения. Интересно, что при повторном многократном пребывании организма в условиях невесомости человек постепенно приспособляется к этому необычному для него состоянию, начинает достаточно свободно ориентироваться в пространстве и приобретает способность совершать точно координированные движения.

Для того чтобы космонавту легче было ориентироваться в пространстве, его, по-видимому, лучше всего фиксировать в кресле в первое время полета. Для обеспечения требуемой физической нагрузки могут быть использованы резиновые тяги в области суставов, а также специальные костюмы, создающие искусственную нагрузку. Изучается также вопрос о возможности создания хотя бы небольшого по величине искусственного тяготения за счет вращения кабины, что существенно облегчит космонавту выполнение своих обязанностей.

↑ Так глаз киноаппарата непрерывно следит за поведением любого животного при полете исследовательской ракеты. Подлинные записи поведения и самочувствия знаменитой Лайки. Обратите внимание на неправильные волны в нижней строке — актограмме. Это из невообразимой дали космоса до нас пришло известие: Лайка заворочалась, а потом успокоилась.

Для обеспечения продолжительных полетов существенное значение приобретает проблема обеспечения человека кислородом, водой и пищей, потребление которых в течение года достигает 2 т. Здесь наряду с установками для искусственной регенерации воздуха, использующими химические вещества, должны применяться биологические методы регенерации воздуха с помощью различных водорослей. Некоторые водоросли, например хлорелла, очень быстро растут, увеличивая свой вес в сутки в 6-7 раз, и содержат все необходимые для человеческого организма вещества.

Большой запас пищи вряд ли можно поместить в кабине, а концентраты в виде таблеток не могут удовлетворить человека продолжительное время, так как не обеспечивают физиологической потребности кишечника в определенном объеме пищи. Поэтому большое значение приобретает возможность выращивания съедобных водорослей.

ВОЗВРАЩЕНИЕ НА ЗЕМЛЮ

Благополучное возвращение на Землю — одна из сложных и пока еще до конца не решенных задач космонавтики.

При вхождении космического корабля в плотные слои атмосферы даже в том случае, если предварительно скорость его будет значительно снижена, наружная оболочка корабля и воздух в герметичной кабине будут сильно разогреваться. Если скорость летательного аппарата составляет 1,5 км/сек, его носовая часть нагревается до температуры свыше 1000°. Какую температуру может перенести человек? Опыты показали, что при влажности воздуха в 30% человек может находиться при температуре 100° в течение 30 минут, а при температуре 200° всего лишь 3 минуты. При этом следует иметь в виду, что если в диапазоне 20-65°С чувствительность человека к колебаниям температуры достаточно велика, то при более высоких температурах она резко снижается. Вследствие этого контроль за температурой надо вести по приборам, не полагаясь на самочувствие человека.

С целью уменьшения разогрева оболочки корабля в результате трения о воздух можно покрывать ее огнеупорным керамическим составом. Нос корабля нужно сделать тупым, для того чтобы возникающая перед носом ударная волна отводила от корабля тепло. Могут быть созданы специальные системы, в которых используется испарение с поверхности жидкости, непрерывно поступающей на нее из кабины.

При снижении скорости космического корабля человек, продолжительное время находившийся в условиях невесомости, в результате которой у него может наступить детренировка сердечно-сосудистой системы и различного рода рефлексов, сразу же начинает испытывать значительные перегрузки. Поэтому для сохранения работоспособности нужно разработать такие режимы спуска, при которых человек смог бы постепенно приучиться переносить возникающие перегрузки.

Если приземление будет происходить в капсуле, то предварительно ее необходимо расположить таким образом, чтобы при ее отделении от космического корабля не могло возникнуть труднопереносимых человеком угловых ускорений. Находящийся в капсуле парашют должен автоматически раскрываться на определенной высоте. Капсула должна быть плавучей, иметь телескопическую антенну и в случае попадания в воду должна производить ее сигнальное окрашивание для того, чтобы кепсулу легко было обнаружить с самолета.

Могут быть и другие способы возвращения космонавта на Землю, в которых, в частности, первоначальное снижение скорости полета может быть произведено за счет работы реактивных двигателей, создающих тягу в направлении, противоположном движению космического корабля или отделившейся от него герметичной кабины. При снижении скорости до заданного значения должны вступить в действие тормозные парашюты, а затем уже и основная парашютная система, которая обеспечит плавный спуск всей кабины или же самого космонавта в специальном скафандре на Землю.

На вкладке, составленной по зарубежным источникам, изображен один из возможных вариантов противоперегруэочной капсулы, снабженной установкой для регенерации воздуха, которая может быть использована для непродолжительных полетов человека вокруг Земли. Капсула катапультируется при приземлении космического корабля и опускается на Землю с помощью автоматически раскрывающегося парашюта.