Еще об особенностях жизни космонавтов в космическом корабле
При полете в космическом пространстве самым непривычным для человека оказалось, конечно, состояние невесомости. Представляет ли невесомость опасность для членов экипажа? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно иметь в виду, что любой живой организм приспособлен нормально функционировать лишь в привычных для него условиях. Человек рождается и проводит всю свою жизнь, находясь в поле тяготения Земли, т. е. ощущая свой собственный вес и вес предметов, с которыми ему приходится иметь дело. Любая работа на Земле и даже простое движение требуют от человека затраты энергии, напряжения мышц.
Человек особенно после напряженного трудового дня нуждается в отдыхе. Отдых приятен, но попробуйте длительно, днями и неделями, лежать в постели. Как вы себя будете чувствовать? Не очень хорошо. Вы почувствуете себя вялым, ваши мускулы станут дряблыми. А если после длительного ничегонеделания пробежитесь, то быстро выдохнетесь. Вот почему спортсмены ежедневно в обязательном порядке занимаются и физической зарядкой, и выполняют целый комплекс специальных физических упражнений.
Следовательно, человеческому организму нужен не только отдых, но и физическая нагрузка. На Земле мы, даже когда ничего не делаем, тренируем свое сердце. Оно, ни на секунду не останавливаясь, перекачивает кровь в нашем организме.
Невесомость - это такое состояние, когда тело теряет вес. Становятся невесомы руки, ноги, невесомы также и кровь, и все внутренние органы. Сердцу приходится гонять по кровеносным сосудам невесомую кровь. Для этого особых усилий не требуется. Даже когда космонавты выполняют тяжелую работу, сердце имеет меньшую нагрузку, чем при нормальной деятельности человека на Земле. А мускулы рук и ног и другие мускулы тела? Они также практически не имеют ощутимой нагрузки. Таким образом некоторые части человеческого организма, находящегося в космическом корабле, пребывают в вынужденном состоянии бездеятельности.
На Земле к такому состоянию близок больной человек, длительно находящийся на постельном режиме. Когда он выздоравливает и, встав с постели, пытается сделать первые шаги, он чувствует большую слабость. Слабость - это не только результат болезни, не меньшее влияние на ослабление оказывает и длительное пребывание на постельном режиме, т. е. бездеятельность организма. Подобное же может случиться и с людьми, длительно находящимися в состоянии невесомости.
Рассмотрим подробнее, в чем сказывается вредное действие невесомости на организм человека. Как мы уже говорили, любая работа, производимая в состоянии невесомости, требует меньшей затраты энергии, чем на Земле. Когда мы работаем, мы затрачиваем энергию, вырабатываемую в нашем организме из пищи, которую мы потребляем. Пища в нашем организме окисляется кислородом, который мы забираем из воздуха при дыхании. Кислород, поступая в легкие, связывается красными кровяными шариками и затем потоком крови разносится по всему организму.
Уменьшение расхода энергии на выполнение всякого рода работы (в том числе и просто движения) приводит к уменьшению потребления организмом кислорода, вследствие чего в меньшем количестве требуется красных кровяных шариков - разносчиков кислорода. Поскольку потребность мышц тела в притоке крови уменьшается, уменьшается и объем крови, перекачиваемый сердцем. Сердце, не получив надлежащей тренировки, слабеет. Если человек будет длительное время находиться в состоянии невесомости, то, вернувшись на Землю, он физически будет себя чувствовать как глубокий старик. Его отвыкшее от усиленной работы сердце будет не в состоянии справиться с обычными земными нагрузками.
Природа - экономный и расчетливый конструктор. Прочность скелетных костей человеческого тела точно соответствует нагрузке, которую он должен выдерживать. А нагрузка их - это вес мышц, крови, внутренних органов. В невесомости скелет практически не испытывает нагрузки. К чему это приводит? Вы знаете, что у молотобойцев большие и крепкие бицепсы, а у людей нефизического труда они и небольшие и слабые. Изо дня в день молотобоец заставляет непрерывно работать мышцы рук. Организм усиливает эти мышцы, развивает их в большей степени, чем другие. Наоборот, если какие-то органы выключаются из работы, они постепенно слабеют. Кости нашего скелета довольно прочные. Прочность костей обуславливается наличием в их составе элемента кальция. В невесомости скелет лишается обычной нагрузки, тело человека делается невесомым и прочность костей становится излишне большой. Организм принимает меры к тому, чтобы в нем не было лишнего, ненужного. Вот почему при длительных полетах может иметь место так называемое декальцинирование костей скелета космонавтов. Из организма с отходами удаляется кальций, в результате чего кости теряют прочность.
Итак, невесомость при полетах, которые будут продолжаться неделями и месяцами, может оказать вредное действие на организм космонавтов, и в нем могут произойти необратимые процессы.
Можно ли в условиях космического корабля, совершающего длительный полет, устранить вредное влияние невесомости? Для этого космонавты должны во время полета выполнять определенные физические упражнения. Такие упражнения замедляют протекание вредных процессов, которые могут иметь место в организме, находящемся в состоянии невесомости. Медиками созданы различного рода лекарственные препараты, прием которых также способствует снижению влияния невесомости на организм человека. При не очень длительных полетах комплекс специальных физических упражнений в сочетании с лекарственными препаратами может оказаться достаточным средством против вредного влияния невесомости. А при полетах, продолжающихся месяц, два, потребуются более действенные меры.
Каким образом можно полностью устранить вредное действие невесомости на организм членов экипажа? Самым радикальным средством, конечно, было бы такое, которое позволило бы создать в космическом корабле, находящемся в полете, «весомое состояние».
Искусственную тяжесть проще всего создать, если заставить тело совершать вращательное движение вокруг некоторой оси. Сила, действующая при этом на тело, сообщает ему центростремительное ускорение а = w²r, где w - угловая скорость вращения, а r - радиус окружности, по которой движется тело массой m. В соответствии со вторым законом Ньютона F = ma. Если сделать ускорение равным 9,8 м/сек², т. е. ускорению свободного падения, то F = mg. В свою очередь тело будет действовать на опору с силой, равной F по величине, но противоположной по направлению (третий закон Ньютона), т. е. оно приобретет вес (Р = - F = - mg).
Можно ли это осуществить на космическом корабле? Космическому кораблю, движущемуся с постоянной скоростью, допустим по околоземной орбите, можно придать вращательное движение вокруг одной из его осей. В зависимости от положения относительно оси вращения того или другого предмета, находящегося на борту космического корабля, он приобретает какое-то ускорение. Очевидно, предметы, центр массы которых совпадает с осью вращения, ускорением обладать не будут, а чем дальше центр массы предмета располагается от оси вращения, тем большим ускорением он будет обладать.
Осуществить эту закрутку корабля вокруг одной из его осей технически нетрудно. Находясь на некотором удалении от оси вращения в таком корабле, космонавт будет испытывать действие некоторой силы, т. е. он не будет ощущать состояния невесомости, а поэтому в его организме не должны происходить процессы, которые вызываются длительным пребыванием в состоянии невесомости. Придавать космическому кораблю вращательное движение вокруг одной из его осей не всегда удобно по ряду причин. Корабль в космическом пространстве должен быть ориентирован в определенном положении. Если же он будет вращаться, то трудно будет наблюдать за Землей или другими небесными телами, а потому кораблем трудно будет управлять. Поэтому такой способ создания искусственной тяжести в космическом корабле малоприемлем.
Более целесообразно иметь внутри космического корабля устройство, подобное обычным каруселям, конечно, миниатюрных размеров, которое может приводиться во вращение электромотором. Космонавты по мере надобности могут пользоваться этим устройством для того, чтобы почувствовать свой вес.
Мы уже говорили о том, что в космическом пространстве, над Землей, начиная с высот порядка несколько сот километров, располагаются так называемые радиационные пояса. Толщина радиационных поясов достигает нескольких тысяч километров. Эти радиационные пояса представляют определенную опасность для экипажей космических кораблей. Люди, находящиеся в корабле, при прохождении им радиационных поясов могут получить опасную дозу облучения и заболеть лучевой болезнью. Но это только в том случае, когда корабль проходит зону пространства, занятую радиационным поясом. Если же полет космического корабля проходит по околоземной орбите на высотах ниже границы ближнего радиационного пояса, то они не представляют опасности. Когда же корабль отправляется к другим небесным телам, тогда обойти радиационные пояса практически невозможно. Уже проведен не один полет космических аппаратов с Земли к другим планетам. Действие радиации от поясов замерялось специальными приборами, установленными на борту этих аппаратов.
Радиационную опасность для экипажа космического корабля могут представлять как источники, расположенные на борту корабля (радиоизотопные энергетические установки), так и находящиеся вне корабля. Защита от проникающей радиации и заряженных частиц (электронов) и нейтральных (нейтронов) осуществляется применением специальных материалов. Толщину защитного экрана выбирают такой, чтобы через него не могли проходить быстро двигающиеся частицы. Стенки орбитального отсека космического корабля, изготовленные из тонкого алюминиевого листа, уже препятствуют прохождению внутрь корабля частиц радиационного излучения. Толстый же слой тепловой защиты, который. наносится на наружную поверхность спускаемого аппарата, представляет довольно основательную защиту от некоторых видов радиации.
Расчеты показывают, что полет космического корабля через пространство, занятое тремя поясами Земли, если он продолжается несколько десятков минут, не представляет реальной угрозы здоровью космонавтов. Даже тонкая оболочка корпуса орбитального отсека корабля настолько уменьшает проникающую способность этих частиц, что они становятся практически безопасными. Очевидно, если во время прохождения космическим кораблем пространства, занятого радиационными поясами, члены экипажа будут находиться не вблизи стенок отсека, а за каким-либо устройством (прибор, контейнер для хранения пищи и др.), они получат меньшую дозу облучения.
Тонкая стенка орбитального отсека космического корабля оказывается вполне достаточной и для того, чтобы защитить членов экипажа от постоянно действующей галактической радиации. Эта радиация имеет практически одинаковую интенсивность в любой точке космического пространства и не изменяется во времени. Где бы ни находился космический корабль, в межпланетном пространстве на него всегда действует галактическое излучение.
Мы уже говорили, что действие облучения от радиационных поясов Земли ограничивается тем временем, которое необходимо космическому кораблю для прохождения зоны пространства, занятой ими, а для этого требуется лишь 10 - 15 мин. За это время, даже при самых неблагоприятных условиях, космонавты не смогут получить дозы облучения, которая вредно отразилась бы на их здоровье. А вот галактическая радиация облучает корабль непрерывно, пока он находится в космическом пространстве. Действие радиации в теле человека при этом накапливается, и в конце концов через какое-то время галактическая радиация может вызвать в организме заболевание.
В космических кораблях, предназначенных для длительных полетов, необходимо устанавливать специальную защиту, которая бы более сильно, чем стенки корабля, могла ослабить интенсивность потока частиц галактической радиации. Защитой от галактического излучения может служить слой вещества, хорошо поглощающий частицы, из которых состоит это излучение.
При выборе материала для защитного покрытия следует учитывать два фактора: во-первых, как хорошо материал задерживает частицы галактического излучения и, во-вторых, насколько он увеличивает вес корабля. Очевидно, защита должна обеспечивать требуемое понижение интенсивности потока частиц галактического излучения при минимальном увеличении веса корабля.
А помните ли вы, что существует еще и мощное солнечное корпускулярное излучение? Оно по своей интенсивности не идет ни в какое сравнение с интенсивностью излучения галактической радиации или с излучением радиационных поясов Земли. Но мощное солнечное излучение бывает редко (один-два раза в год) и продолжается сравнительно недолго - часами, иногда сутками. От мощного солнечного излучения стенки космического корабля не спасут. Нужна более надежная защита экипажа.
Предполагается, что для защиты экипажа от такого рода радиации целесообразно будет в космическом корабле монтировать камеру-убежище, имеющую толстые стенки из материала, хорошо поглощающего частицы солнечного радиационного излучения. Расчеты показывают, что вес убежища, обеспечивающего необходимую защиту, будет не слишком большим.
Так как мощная солнечная радиация, как правило, длится всего несколько часов, нет необходимости делать убежище большого объема, в котором человек чувствовал бы себя достаточно удобно.
Возникает вопрос: а когда космонавты должны войти в кабину-убежище? Они ведь не знают, когда Солнце начнет посылать смертоносные лучи. Для этого на борту космического корабля должен быть установлен прибор, который заранее бы оповещал космонавтов о надвигающейся угрозе. Такие приборы уже разработаны.
Вы, наверное, знаете, что мы с вами, живя на Земле, не летая в космическое пространство, облучаемся непрерывно космическими частицами. Правда, воздушная оболочка настолько сильно ослабляет число и энергию этих частиц, что они не представляют уже никакой опасности для нашего здоровья. Как мы узнаем о том, что такие частицы достигают поверхности Земли? С помощью специальных приборов, называемых датчиками Гейгера-Мюллера. Такого же типа приборы можно устанавливать и на борту космического корабля.
Ввиду того что в космическом пространстве неизмеримо больше концентрация заряженных частиц, эти приборы все время будут давать сигнал о их наличии. Концентрация заряженных частиц, показываемая датчиками Гейгера - Мюллера по времени, будет практически неизменной. С начала же образования мощного солнечного излучения концентрация частиц, показываемая датчиками Гейгера - Мюллера, начинает быстро расти. Вот этот момент - начало роста концентрации заряженных частиц в кабине космического корабля - и будет являться сигналом к тому, чтобы все члены экипажа скрылись в убежище. Сигналом о том, что опасность миновала, будет опять-таки показание прибора - резкое уменьшение концентрации заряженных частиц в кабине корабля.
Так может осуществляться защита человека, находящегося на борту космического корабля, от различных видов радиационного излучения.
Чтобы выйти в открытый космос, космонавт должен надеть скафандр. Назначение скафандра - обеспечить жизнедеятельность и безопасность космонавта, когда он находится вне корабля. Для того чтобы человек мог жить, он прежде всего должен дышать и, что также весьма важно, поддерживать соответствующий температурный режим тела.
В самых простых по устройству скафандрах, которые позволяют покидать борт космического корабля и выходить в открытый космос, но находиться недалеко от корабля, подача воздуха для дыхания и вентилирование тела космонавта производятся из кабины через шланг, соединенный со скафандром. Существуют и более сложные конструкции скафандров, позволяющие человеку находиться в открытом космосе и не иметь связи через шланг с кабиной корабля. Такие скафандры имеют автономную (т. е. независимую) систему жизнеобеспечения и систему отвода тепла от тела космонавта. Скафандр с автономной системой жизнеобеспечения и вентиляции представляет собой герметичный костюм из плотной материи. На нем крепится ранец с системой подпитки атмосферы, используемой космонавтами для дыхания, кислородом и очистки атмосферы от вредных примесей, выделяемых человеком (углекислый газ и излишки водяных паров). Кислород, необходимый для подпитки атмосферы в скафандре, удобнее всего получать из химических источников, как это делается при получении кислорода, идущего на подпитку воздуха кабины корабля. Если использовать для этого надперекиси щелочных металлов, то они, как мы уже знаем, не только выделяют кислород при разложении, но одновременно и производят очистку воздуха от углекислого газа.
Отвод излишков тепла от тела космонавта, находящегося в открытом космосе в скафандре, не менее сложная задача, чем обеспечение его кислородом для дыхания. Для этого приходится оборудовать скафандр довольно сложным устройством. На тело космонавта надевается специальная рубашка охлаждения. Через такую рубашку циркулирует по очень небольшим по диаметру трубкам вода. Проходя через рубашку, вода нагревается за счет тепла, выделяемого телом космонавта, после чего поступает в радиатор. Радиатор представляет собой несколько металлических трубок, укрепленных на поверхности скафандра. Трубка радиатора излучает в окружающее космическое пространство тепло, вследствие чего жидкость, протекающая через трубки, охлаждается. Циркуляция воды и по охлаждающей рубашке и по радиатору обеспечивается насосом, работающим от электромотора. Таким образом, в комплект скафандра, который может обеспечивать независимое от корабля существование космонавта в космическом пространстве, должен входить и источник электроэнергии, необходимый для питания электромотора. Наиболее удобным источником электроэнергии для таких скафандров являются химические батареи.
Скафандр в космическом пространстве в известной степени выполняет роль обычного земного костюма. Ведь на улицу, особенно в холодное время года, не выйдешь, не надев соответствующей одежды. Правда, назначение одежды в земных условиях более скромное, чем скафандра в космосе. Одежда на Земле предохраняет организм от охлаждения ниже допустимого уровня. Роль скафандра в космическом пространстве более многогранна и важна. Одежду шьют из тонких тканей, поэтому она не стесняет движений. Из каких же материалов делают скафандры? Так как скафандр должен быть герметичным, т. е. не пропускать воздух, его нельзя изготавливать из обычных хлопчатобумажных, шерстяных или шелковых тканей. Скафандры делают из специальных, воздухонепроницаемых тканей. Но скафандры можно делать не только из мягких тканей. В иных случаях удобнее делать их из металла.
Скафандры подразделяются на мягкие и жесткие, в зависимости от материала, из которого они изготовлены. К жестким относятся скафандры, изготовленные из металлических листов, к мягким - из тканей. Когда космонавт находится в открытом космосе, то практически нет причин, которые могли бы вызвать повреждение тонкой оболочки скафандра. Когда же космонавт передвигается по поверхности небесного тела, то опасность повреждения оболочки скафандра значительно увеличивается. Поэтому для выхода в космическое пространство, не связанного с посадкой на поверхность небесного тела, считается более удобным мягкий скафандр, для высадки же на Луну или другие тела солнечной системы удобнее и надежнее жесткие металлические скафандры.
Следует отметить, что уже созданы ткани из искусственных волокон, которые так же эластичны и мягки, как обычная хлопчатобумажная ткань, и в то же время обладают исключительно высокой прочностью. Скафандры, изготовленные из нескольких слоев такой ткани, обеспечивают не меньшую, а, пожалуй, даже большую безопасность космонавтов при высадке на Луну, передвижении по лунной поверхности, производстве работ, запланированных в соответствии с программой полета.
Мы кратко рассмотрели вопрос о том, какая опасность подстерегает человека, находящегося в космическом пространстве, и какие существуют меры по борьбе с ней.
Полет в космос требует от космонавтов хорошей физической подготовки, а также и отличной подготовки технической. Программа каждого космического полета чрезвычайно насыщена, и экипажу космического корабля приходится много трудиться для ее выполнения. Трудиться в необычных, непривычных для человека условиях, и поэтому труд этот не только почетный, приносящий пользу ряду отраслей науки, но и тяжелый, утомительный. Космонавты, пилотирующие космические корабли, совершают трудовой подвиг и проявляют при этом большое мужество и храбрость. Вот почему все наши космонавты, участвующие в космических полетах, удостоены звания Героя Советского Союза.
