Текст книги "На космическом корабле"
Автор книги: Марек Корейво
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 11 страниц)
КОРОТКИЕ ПОЛЕТЫ – НЕ ПРОБЛЕМА
Теперь, когда состоялись первые полеты на спутниках Земли длительностью около недели, стало известно, что состояние невесомости не столь опасно для организма, как это предполагалось ранее.
Еще до того, как первый человек совершил орбитальный полет, ученые провели множество опытов, чтобы убедиться, не повредит ли состояние невесомости человеку и не повлечет ли за собой вредные последствия.
Первые опыты с невесомостью были проведены в Советском Союзе в 1949–1950 гг., когда в малых ракетах посылались животные на высоту 110, потом 150 и 212 км. Быстрый прогресс в конструкции ракет позволил уже 3 ноября 1957 года выслать сравнительно крупный космический корабль в полет вокруг Земли с собакой на борту. Почти два года спустя, на борту подобного корабля были помещены сразу две собаки. Проведенные потом исследования показали, что полет и состояние невесомости, длившиеся целые сутки, не оказали заметного влияния на жизнедеятельность организма собак. Это было доказательством безопасности орбитального полета и для человека.
И действительно, после еще нескольких опытов с животными, пришла очередь полета в космос человека. Первый в истории человечества космонавт, Юрий Гагарин, после своего исторического полета 12 апреля 1961 года, длившегося 1 час и 15 минут, определил состояние невесомости как приятное. Физиологические исследования показали, что и на этот раз невесомость не оставила никаких неприятных последствий в организме космонавта.
Однако следующий космонавт, Титов, который находился в состоянии невесомости 25 часов, реагировал совершенно иначе. Правда, его физические и психические способности нарушены не были, пульс и дыхание оставались нормальными, но у него появились тошнота и головокружение вследствие нарушения работы вестибулярного аппарата, типичные для морской или воздушной болезни. Эти нарушения у Титова отмечались не в течение всего полета, а только до седьмого витка. Когда космонавт вернулся на Землю, после тщательного физиологического обследования ученые стали задавать себе вопрос: являются ли такие нарушения типичными для всех людей, или они зависят от индивидуальных особенностей каждого. И если они индивидуальны, то является ли это следствием недостаточной тренировки космонавта, его аллергии (повышенной чувствительности), или каких-либо физиологических факторов. Чтобы разрешить сомнения, послали в космос одновременно двух космонавтов, на двух космических кораблях, на несколько дней, но перед полетом провели тщательную тренировку.
В космос полетели Николаев и Попович. Благодаря длительной тренировке перед полетом и соблюдению врачебных советов во время полета (они должны были избегать резких движений головой, пока организм не приспособится к новым условиям), нарушения не появились. Столь же хорошо перенесли невесомость другие космонавты: Валентина Терешкова и Валерий Быковский.
Ученые пришли к выводу, что невесомость не представляет собой физиологической проблемы в течение нескольких дней, при том условии однако, что организм будет предварительно хорошо подготовлен путем длительных тренировок, а во время полета космонавты будут соблюдать осторожность при поворотах головы.
Однако, будет ли невесомость совершенно безопасна во время длительных полетов? Физиологи дают на этот вопрос уклончивый ответ. Они утверждают, что невесомость воздействует на весь организм, и вследствие этого следует ожидать, что влияние невесомости в течение многих недель или месяцев вызовет неприятные последствия. Поэтому необходимо искать соответствующие средства, исключающие их.
ИСКУССТВЕННОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ
Человеческий организм может приспособиться к длительной невесомости, подобно тому, как он приспосабливается к жаре, холоду, влажности и другим условиям, господствующим во внешней среде. Но сколько времени потребуется для такого приспособления? Не вызовет ли вредных последствий сама попытка приспособиться к невесомости? Не произойдут ли изменения в основных тканях организма, в его клетках?
По-видимому надо изыскать средства, способные облегчить космонавтам длительное пребывание в условиях невесомости и увеличить сопротивляемость человеческого организма к ее вредным воздействиям. Такими средствами могут быть медикаменты, вводимые внутрь в виде таблеток или уколов во время полета, снижение температуры тела (гипотермия), даже замораживание и, наконец, гипноз.
Однако, такие средства появятся в отдаленном будущем, а пока что на первый план необходимо выдвинуть технические средства, в основном такие, которые позволят создать на космическом корабле искусственное тяготение.
Мы уже знаем, что ученые проделали опыт с искусственным тяготением на мышах. Теперь все чаще говорится о возможности создания искусственного тяготения на космических кораблях. Над претворением этой идеи в жизнь работают многие инженеры. Речь идет о постройке такого корабля, который во время полета вращался бы с постоянной скоростью, что вызвало бы искусственную силу тяготения, как следствие центробежной силы. Об этом писал 70 лет тому назад теоретик и отец нынешней космонавтики, Константин Эдуардович Циолковский. Теперь его идеи стали осуществляться на практике.
Как будет выглядеть такой космический корабль, как его вывести на орбиту, как обеспечить нормальную его работу?
Основной вопрос: какова сила тяготения, которая должна быть создана на корабле? Должна ли она быть такой же, как на Земле, или может быть меньше? Речь идет об экономии энергии, необходимой для создания тяготения на крупном космическом корабле, экономии в расходовании материалов. Для получения небольшой силы тяготения достаточно малого запаса энергии, да и сам корабль может быть меньше.
Каким будет такой космический корабль? Мы его представляем себе в виде кольца с диаметром порядка 200 метров, вращающегося в одной плоскости наподобие автомобильного колеса. Внутри такой «покрышки» находились бы помещения для людей, научная аппаратура, техническое оборудование и быть может помещения для растений.
Такой корабль можно смонтировать из частей, доставляемых с Земли при помощи ракет. Корабль мог бы постоянно вращаться вокруг Земли по орбите и служить в качестве исследовательской станции или отправной базы для кораблей, уходящих в полет на другие планеты.
Уже проделаны расчеты, определяющие диаметр такого кольца и скорость вращения, которая обеспечила бы соответствующую силу тяготения.
УСКОРЕНИЕ ИЛИ МАГНИТНЫЕ САПОГИ?
Наука знает еще несколько способов получения искусственного тяготения. Например, во время далеких межпланетных путешествий можно создать постоянное ускорение полета путем соответствующего дозирования работы двигателей. Достаточно ускорения 1/10 g, чтобы космонавты уже не ощущали невесомости и чувствовали себя вполне хорошо.
Невесомость можно, до известной степени, преодолевать также с помощью специальных устройств. Чтобы облегчить космонавтам передвижение по кораблю в условиях невесомости, некоторые специалисты предложили применить «магнитные сапоги».
Если стены космического корабля будут выложены полосами листового железа, а космонавты наденут на ноги сильные электромагниты, чтобы пройти по кораблю, достаточно будет ступить на ближайшую железную полосу; благодаря влиянию магнитного притяжения космонавт будет двигаться по ней, как по земле.
Второй способ заключается в применении специальных ковров, поверхность которых покрыта нейлоновыми петлями, и сапог с густой сетью крючков. При ходьбе по такому ковру человек может сохранить нормальное положение по отношению к плоскости пола. Испытания таких ковров уже проведены в американских лабораториях, причем ковер помещался на потолке, и человек ходил по нему.
Конечно, это только полумеры. Чтобы космонавты могли находиться на космическом корабле в течение месяцев или даже нескольких лет, проблема должна быть решена радикально.
ГРАВИТОГЕН
Известные надежды в этом отношении дает идея одного из американских ученых, который использовал довольно еще спорное предположение о существовании «гравитационных волн».
Этот ученый, профессор Вебер, создал прибор, способный воспринимать эти волны, и в настоящее время работает над конструкцией аппарата для искусственного создания «гравитационных волн». Пока что его усилия не дали сколько-нибудь удовлетворительных результатов, и многие специалисты относятся к самой идее создания такого аппарата с большим сомнением.
Идея создания аппарата, излучающего волны тяготения, то есть гравитогена, положена в основу также и других проектов. Действительно, если удастся искусственно создавать тяготение, то почему бы не создать аппаратуру, уничтожающую силу тяготения, что может повести за собой полный переворот в жизни человечества?
Подумайте, что за блестящие открылись бы перспективы!
Ведь человек мог бы по своему желанию лишать себя веса, или, наоборот, искусственно его увеличивать. Самолеты, ракеты, космические корабли перестали бы расходовать огромную энергию на подъем с Земли и на полет в пространстве. Они стали бы гораздо экономичнее, удобнее и легче. По всей вероятности они стали бы похожи на пресловутые «летающие блюдца», способные подниматься и спускаться вертикально, притом с огромной скоростью в момент старта.
Возможность ликвидации силы тяготения – вопрос далекого будущего; пока что инженерам приходится серьезно заниматься значительно менее сложной проблемой, но также актуальной, решить которую необходимо уже сегодня, а именно проблемой выхода космонавта из космического корабля в космическое пространство.
ТРУДНОСТИ СНАРУЖИ КАБИНЫ
Представим себе, что космический корабль во время полета встретился на своем пути с роем метеоритов и что некоторые из них повредили наружную обшивку корабля. Устранить повреждение изнутри корабля не всегда возможно, и капитан корабля отдал приказание произвести наружный ремонт. Чтобы выполнить приказание, одному или нескольким космонавтам, одетым в специальные дополнительные скафандры, необходимо выйти наружу через особый шлюз. Понятие «выйти» следует принять с некоторой оговоркой, так как космонавт, сам находясь в состоянии невесомости, очутится в космической пустоте. Таким образом, как только он выйдет из кабины корабля, любое, даже самое малое движение, может повлечь за собой неожиданные последствия, а попытка космонавта приблизиться к кораблю и совершить какую-либо ремонтную операцию, окажется сложной и трудной проблемой. Конечно, космонавту нет надобности сохранять нормальное положение «головой вверх» – ведь в космосе нет понятия верха и низа, и нормальное положение там совсем иное, чем на Земле. Первая операция, которую должен будет проделать космонавт – это прикрепление фала к стенке корабля. Находясь на другом конце фала, космонавт может быть уверен, что сможет вернуться на корабль и не останется навсегда в космосе, что могло бы случиться, если бы ему не удалось вернуться на борт корабля.
Но как двигаться вне корабля?
За спиной и у пояса космонавта прикреплены батареи небольших ракет; нажимая кнопки на щитке, находящемся на груди, космонавт может запускать различные ракеты и, пользуясь их отдачей, передвигаться в нужном направлении.
При обследовании корабля космонавт обнаружил два отверстия, пробитые в обшивке метеоритами, и приступает к ремонту. Сначала ему необходимо просверлить несколько небольших отверстий в обшивке, сделать внутри этих отверстий винтовую нарезку, приложить к стене заплату и закрепить ее болтами. Перед тем, как начать работу, космонавту необходимо приставить к обшивке корабля ручку с магнитной присоской, чтобы держаться за нее во время работы, после чего надо вытянуть из-за пояса электродрель, напоминающую по внешнему виду пистолет. Постановка заплаты на обшивке корабля, в этих условиях, осуществляется легко и просто, все действия и операции проводятся быстро и уверенно.
Однако тот, кто думает, что космонавт может работать обыкновенной дрелью, хорошо знакомой всем механикам на Земле, глубоко ошибется. Достаточно было бы пустить в ход такую дрель, чтобы увидеть совершенно неожиданные последствия. Дело в том, что космонавт стал бы вращаться вокруг дрели наподобие пропеллера. Ведь масса космического корабля значительно больше находящегося в вакууме тела космонавта.
К счастью, ныне космонавты располагают электродрелями специальной конструкции, и опасность такого забавного положения теперь уже сведена к минимуму.
Космические электродрели изготовлены и опробованы в условиях, близких к господствующим в космическом пространстве. Эти электродрели поступили на вооружение американского космического корабля, который должен полететь на Луну с экипажем в три человека.
ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ КИПЯЩЕЙ ВОДЫ
Человек не может выдержать слишком низкую или слишком высокую температуру. Лучше всего он себя чувствует при температуре около 20 по Цельсию. Если принять во внимание индивидуальные различия и учесть силу привычки, то можно сказать, что лучшая температура для жизнедеятельности человека находится в пределах 16–25 градусов. Достаточно, чтобы температура внешней среды отклонилась всего лишь на несколько градусов в ту, или другую сторону, и человек начинает чувствовать себя плохо, теряет физическую и умственную силу. Длительное пребывание в неблагоприятной температуре может повлечь за собой печальные последствия, вплоть до тяжелого заболевания.
Все же, человеческий организм прекрасно справляется с небольшими отклонениями от нормальной температуры, благодаря природной приспособляемости, которая к сожалению при больших перепадах температур перестает действовать.
Правда, чувствительность к холоду или жаре можно до некоторой степени регулировать при помощи одежды, но в небольших пределах.
Что же происходит в организме под воздействием возрастающей внешней температуры?
Во-первых, начинает сильнее биться сердце, происходят изменения во всей кровеносной системе; внутри тела сосуды сокращаются, а периферийные, находящиеся под кожей, наоборот, расширяются. Из тканей в кровь проникает вода, из крови вода поступает к коже, происходит выделение пота – защитная реакция организма против повышенной температуры.
Если такое состояние продолжается длительное время, в особенности, если температура постоянно повышается, потение приводит к значительной потере воды в организме. Вместе с водой выделяются минеральные соли, что приводит к ухудшению обмена веществ и к поражению многих органов. Способность человека к физическому и умственному труду резко падает, время реакции на внешние раздражения увеличивается, значительно снижается способность к сосредоточению внимания. Одновременно появляются слабость, головная боль, бессонница, подавленное состояние.
Длительное пребывание при повышенной температуре вызывает симптомы неврастении, сгущение крови, уменьшение количества кровяных телец, нарушение работы сердца и многих желез внутренней секреции.
Конечно, в таких условиях и говорить не приходится о нормальном выполнении задач.
Чувствительность к высокой температуре в значительной степени зависит от влажности внешней среды; чем суше воздух, тем выше температура, которую может выдержать человеческий организм. Каковы же пределы выносливости организма против высоких или низких температур?
Предел высокой температуры, которую может выдержать человеческий организм в течение нескольких минут без одежды, составляет 120 градусов; нижний предел в подобных условиях не превышает минус 55 градусов.
Мы уже упоминали о том, что здоровый и натренированный человек может с успехом вынести значительную внешнюю температуру, но в течение сравнительно короткого отрезка времени. Во время опытов, проводимых в специальных термокамерах, установлено, что легко одетый человек выдерживает температуру воздуха плюс 70 градусов в течение 70 минут, 80 градусов – 55 минут, 90 градусов – 40 минут и 115 градусов всего лишь – 20 минут. При дальнейшем повышении температуры человек терял сознание, в основном вследствие прекращения дыхания.
Как предохранить космонавтов от воздействия больших температурных колебаний?
Конструкторы в первую очередь обратили внимание на возможность изоляции кабины космического корабля. Внутри кабины можно поддержать постоянную температуру порядка 20 градусов и соответствующую влажность воздуха с помощью известных и применяемых в жилищном строительстве кондиционеров. Таким образом, с этой стороны особых затруднений не было.
Хуже обстоит дело с защитой космонавта от воздействия высоких температур, возникающих при прохождении корабля через плотные слои атмосферы непосредственно после старта или перед приземлением. После старта космический корабль пролетает через атмосферу со скоростью около 8 км в секунду, то есть восемь раз быстрее, чем пуля, выстрелянная из винтовки. Внешняя оболочка корабля сильно нагревается от трения о воздух и раскаляется, причем температура поверхности металла может дойти до нескольких тысяч градусов. К счастью время прохождения корабля через атмосферу слишком коротко (5–7 минут), и экипажу корабля в общем не угрожает значительное повышение внутренней температуры в кабине.
Дело усложняется при возвращении корабля на Землю, когда время его прохождения через атмосферу значительно удлиняется, и внешняя оболочка корабля нагревается сильнее. Однако удалось найти удовлетворительное решение путем придания кораблю обтекаемой формы для снижения трения и путем применения защитных экранов из огнестойких материалов.
В настоящее время перед конструкторами стоит серьезная задача защиты корабля от перегрева солнечными лучами во время длительного полета в космосе, и от холода во время нахождения корабля в тени.
МЫ ДЫШИМ ЧИСТЫМ КИСЛОРОДОМ
Воздух, которым мы дышим и к которому мы привыкли на Земле, состоит из смеси газов примерно следующего состава: 78 процентов азота, 20 процентов кислорода, 1 процент аргона и небольшое количество других газов.
Мы знаем, что в этой смеси кислород – наиболее важный и необходимый для поддержания жизни компонент. При дыхании человек потребляет кислород и выдыхает углекислый газ, возникший в организме в процессе обмена веществ. Это значит, что состав окружающего воздуха меняется с каждым вдохом и выдохом.
На открытом месте воздух быстро освежается, и его состав остается в норме. Иначе обстоит дело в закрытом помещении, например в кабине космического корабля.
Если бы у космонавтов не было соответствующего оборудования для освежения воздуха, они погибли бы в течение нескольких часов от кислородного голодания, при котором недостаток кислорода порождает различные болезненные явления и даже смерть, если в воздухе кабины останется только 7 процентов кислорода. Второй вредный фактор – излишек углекислого газа – тоже приводит к значительным осложнениям.
Отсюда следует, что воздух в кабине космического корабля должен постоянно освежаться. Но как? В этом и состоит главная проблема.
Проще всего было бы иметь баллоны, как у аквалангистов, но в этом случае пришлось бы загружать корабль большим количеством громоздких и тяжелых баллонов.
При коротких орбитальных полетах, или даже при путешествии на Луну это конечно возможно, но совершенно неприемлемо при длительных космических полетах.
Для человека, находящегося в полулежачем положении и не выполняющего тяжелой физической работы, требуется около 1 килограмма кислорода в сутки. Таким образом, планируя путешествие на Марс, пребывание на этой планете и возвращение на Землю, следовало бы предусмотреть багаж в количестве около 550 килограммов кислорода на одного космического путешественника.
ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА (УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ)
Но запас кислорода – это еще не все, надо подумать о веществе, необходимом для поглощения из атмосферы кабины накапливающегося в ней углекислого газа. Если воздух не очищать, количество двуокиси углерода будет нарастать, что вызовет нарушение жизнедеятельности организма космонавтов, а при концентрации 20–30 процентов, может стать причиной их смерти.
Чтобы предотвратить вредное влияние углекислоты, чаще всего помещают в кабине двуокись калия, которая превосходно поглощает углекислоту и удобна в употреблении. Но и этот способ не лишен недостатка. Дело в том, что двуокись калия весьма быстро насыщается так, что необходим запас этого вещества в размере около 1,5 килограмма в сутки на одного человека. Это значит, что для двух путешественников, отправившихся на Марс, потребуется запас около 1650 килограммов двуокиси калия. Суммируя это количество с запасом кислорода, нужным для дыхания, мы получим вес 2,8 тонны, что для космического корабля, в котором каждый грамм веса на счету, совершенно неприемлемо.
Трудности, возникающие при химическом поглощении двуокиси углерода, вынуждают нас к поискам других решений этой проблемы.
