В мире пропавшей тяжести

Невесомость — явление новое и непривычное. Чтобы познакомиться как следует с ним, понадобилось пробиться в космос. Но предварительно следовало выяснить, как оно отразится на человеке. Все-таки нельзя забывать, что все живые существа на нашей планете всегда испытывали на себе могучую силу земного тяготения. Влияние его огромно. Оно определило величину и форму животных, ряд их физиологических функций. У людей в связи с вертикальным положением тела и прямой походкой выработались специфические психо-физиологические механизмы, которые противостоят действию сил гравитации и обеспечивают постоянное равновесие тела. И вот — совершенно новое состояние. Как перенесет его человек?

Еще К. Э. Циолковский, исходя из общетеоретических предпосылок, предполагал, что в условиях невесомости у человека будут возникать различные иллюзии и нарушится ориентация в пространстве. Однако он считал, что даже к таким необычным условиям можно приспособиться. «Все же эти иллюзии, по крайней мере в жилище, должны со временем исчезнуть», — писал ученый.

С тех пор было высказано немало соображений насчет того, как невесомость повлияет на состояние организма и на психическую деятельность. Скептики утверждали, что длительное пребывание человека в условиях невесомости вообще невозможно. Поэтому сначала опыты проводились на животных, которых помещали в высотные ракеты. Затем проверку стал проходить человек — правда, не в космосе, а в полете на реактивных самолетах, где воспроизводилась кратковременная невесомость (от 20 до 60 секунд).

Сейчас в нашей стране и за рубежом накоплен большой научный материал о влиянии такой невесомости на психо-физиологические функции. В зависимости от характера этого влияния людей делят на три основные группы.

В первую входят лица, которые переносят кратковременную невесомость без заметного ухудшения общего самочувствия. Они не теряют работоспособности в полете и лишь испытывают чувство расслабленности или облегчения из-за потери веса. В этой группе оказались все советские космонавты.

Приведем запись, сделанную одним из авторов (Ю. Гагариным) после полета на двухместном самолете, когда воспроизводилась кратковременная невесомость:

«До выполнения „горок“ полет проходил, как обычно, нормально. При вводе в „горку“ прижало к сиденью. Затем сиденье отошло, ноги приподнялись с пола. Посмотрел на прибор: показывает невесомость. Ощущение приятной легкости. Пробовал двигать руками, головой. Все получается легко и свободно. Поймал плавающий перед лицом карандаш и шланг кислородного прибора. В пространстве ориентировался нормально. Все время видел небо, землю, красивые кучевые облака».

Ко второй группе относят лиц, испытывающих при наступлении невесомости иллюзии падения, чувство, будто они переворачиваются, висят вниз головой. Это вызывает беспокойство, люди теряют ориентацию в пространстве и неправильно воспринимают окружающую обстановку. Это состояние длится 2–6 секунд и сменяется в ряде случаев веселым настроением (эйфорией). При этом они забывают о программе эксперимента, приходят в игривое настроение, испытывают радостное возбуждение. Один из ведущих американских психологов, Гератеволь, писал:

«На протяжении всей своей жизни я фактически ни разу не испытывал такого чертовски приятного состояния, как это было в условиях невесомости, и если бы мне снова предложили выбрать форму отдыха, я, несомненно, остановился бы на невесомости».

А вот запись из дневника одного из авторов этой книги — врача, летавшего в самолете-лаборатории, оборудованном «плавательным бассейном»:

«Ко времени первой „горки“ я сидел в кресле, пристегнувшись ремнями. По звуку двигателей и вибрации самолета догадался, что он берет разгон перед „горкой“. Через несколько секунд наступила перегрузка, и меня вдавило в кресло. С началом невесомости почувствовал, что проваливаюсь в бездну. Это ощущение, по моей оценке, длилось 1–2 секунды. Перед глазами „поплыли“ товарищи. Из-под моего кресла медленно поднялся парашют и завис в воздухе. Положение людей в безопорном состоянии было необычным: кто вверх ногами, кто как-то боком и т. д. Они двигались, кувыркались, принимали необычные позы, отталкивались от пола, потолка, стенок и быстро проплывали передо мной. Все казалось необычным и забавным. Достаточно хорошо зная теоретически ощущения в невесомости, я ожидал, что перенесу ее плохо, но получилось наоборот. Это вызвало чувство восторга. Большим пальцем я показывал товарищам, что чувствую себя хорошо. Затем невесомость прошла, и наступила опять перегрузка.

Во второй „горке“ я должен был „плавать“ в невесомости. Надел защитный шлем и лег на пол, покрытый толстым слоем поролона. Началась перегрузка, и меня вдавило в поролон. Состояние невесомости наступило внезапно; не успев опомниться, я почувствовал, что полетел вверх, а затем — в неопределенном направлении. Наступила полная дезориентация в пространстве. Затем я начал как-то разбираться в обстановке: увидел пол и стенки помещения, показалось, что последнее быстро удлиняется. Ощущение было такое, будто смотришь в перевернутый бинокль. Взглянул на пол и увидел, что он движется подо мной, убегая вместе с помещением. Я старался за что-нибудь ухватиться. Но, хотя казалось, что предметы подо мной и по сторонам расположены близко, я никак не мог дотянуться до них руками. Затем, очутившись в хвосте самолета, я ухватился за какой-то предмет и стабилизировал свое положение в пространстве».

Изменяется, однако, не только восприятие пространства и окружающих предметов. У некоторых наблюдается нарушение так называемой «схемы тела», то есть представлений о форме и размерах тела, об абсолютной и относительной величине различных частей организма, об их взаимоотношениях, о движениях конечностей. Один из летчиков, впервые пилотировавший самолет, на котором достигалась невесомость, рассказывал: «Через 8–10 секунд после наступления невесомости почувствовал, будто голова начинает распухать и увеличиваться в размерах. На 13-й секунде появилось ощущение, что тело медленно крутится в неопределенном направлении. Еще через 15 секунд стал терять пространственную ориентировку, поэтому я вывел самолет из параболического режима».

Среди членов второй группы встречаются и люди, которые в состоянии невесомости переживают чувство так называемого психического отчуждения, психической беспомощности. «В первые секунды воздействия невесомости, — признавался опытный летчик-планерисг, — я почувствовал, что самолет перевернулся и летит в таком перевернутом положении, а я завис вниз головой. Посмотрел в иллюминатор, увидел горизонт, убедился в ложности своего ощущения, и через 5–10 секунд иллюзия исчезла. В течение всего периода невесомости испытывал неприятное, трудно характеризуемое, незнакомое ранее ощущение неестественности и беспомощности. Мне казалось, что изменилась не только обстановка в самолете, но и что-то во мне самом. Чтобы избавиться от этого неприятного ощущения, пробовал в невесомости писать, дотягиваться руками до различных предметов. Все это выполнял без особых затруднений. Тем не менее чувство беспомощности, неуверенности не проходило и мучило меня».

Надо сказать, что все-таки у представителей данной группы последующие полеты не вызывают столь острых ощущений: происходит адаптация, организм привыкает и приспосабливается к невесомости.

К третьей группе относятся лица, у которых пространственная дезориентация и иллюзии выражены сильнее, продолжаются на протяжении всего периода невесомости и иногда сочетаются с быстрым развитием симптомов морской болезни. Иногда иллюзии падения достигают крайней степени, вызывают чувство ужаса, резко повышают двигательную активность; при этом люди полностью теряют способность ориентироваться в пространстве. Такая психическая реакция напоминает так называемый комплекс «гибели мира», типичный для некоторых болезней головного мозга. Одно из проявлений этого комплекса описано профессором-психиатром А. С. Шмарьяном.

«У больного Ш-ва приступ начинался с резкой головной боли и головокружения. Больной испытывал ощущение резкого падения. Окружающая обстановка для него изменялась в размерах и очертаниях, здания то резко увеличиваются, то уменьшаются, кругом темнеет, постройка на постройку валится, все становится странным, незнакомым и чужим. Происходит это чрезвычайно быстро. Затем больному начинало казаться, будто вдали большие деревья вырываются с корнем, „вся земля похожа на бурлящий котел, как от извержения вулкана. Гибнет природа, люди тоже гибнут, как во время мировой катастрофы“. Ш-в в это время ощущает сильный страх, тоску, тревогу, прощается с жизнью и плачет. Такое состояние у него длится одну-две минуты».

А вот наблюдение за человеком, находившимся в состоянии кратковременной невесомости:

«Во время полета до наступления невесомости сидел, непринужденно беседуя с врачом. С первых секунд невесомости появилось двигательное возбуждение, сопровождающееся хватательными реакциями, непроизвольным нечленораздельным криком и своеобразным выражением лица (поднятые брови, зрачки расширены, рот открыт, нижняя челюсть опущена). Эта реакция наблюдалась на протяжении всего периода невесомости и не позволяла врачу, находившемуся рядом, вступить в контакт с испытуемым. После прекращения невесомости описанная реакция исчезла, но до окончания полета состояние оставалось возбужденным.

Позднее участник эксперимента сам рассказал о своих переживаниях: „Я не понял, что наступило состояние невесомости. У меня внезапно возникло ощущение стремительного падения вниз, и мне показалось, что все кругом рушится, разваливается и разлетается в стороны. Меня охватило чувство ужаса, и я не понимал, что вокруг меня происходит“. О своих реакциях он ничего не помнил, и когда ему продемонстрировали кинопленку, зафиксировавшую его поведение, он был крайне удивлен».

Для космической психологии представляют немалый интерес и наблюдения за нервно-психическими больными, у которых главным симптомом заболевания является ощущение утраты веса собственного тела. Такие больные признаются в том, что они «ходят» или «плывут» по воздуху, что они не чувствуют ни себя, ни своего тела, которое «становится легким, как пух, невесомым».

Ощущение утраты веса тела возникает и под воздействием некоторых психически активных веществ. Известный русский психиатр И. А. Сикорский наблюдал при отравлениях гашишем своеобразное состояние, когда людям казалось, будто они ничего не весят и даже поднимаются ввысь.

Естественно, возникает вопрос, не скрываются ли за всеми этими фактами какие-то общие закономерности, позволяющие понять механизм развития при невесомости необычных психических состояний.

Сейчас выяснили, что комплекс «гибели мира» и ряд других подобных расстройств вызывается рассогласованием (дисфункцией) работы определенных систем головного мозга в связи с поражениями центральной нервной системы. Одна из причин такой дисфункции — измененная и извращенная информация, поступающая в мозг от органов чувств.

Типичным примером в этом отношении является болезнь Меньера, названная так по имени описавшего ее в 1861 году французского врача. Проявляется эта болезнь следующим образом. У некоторых, казалось бы, абсолютно здоровых людей периодически появляется ощущение «удара» в голову. Нередко они, словно «пораженные молнией», падают на землю настолько стремительно, что не успевают за что-нибудь ухватиться. Одновременно у них начинает шуметь в ушах, кружится голова. Одним кажется, будто их отбрасывает в сторону, другим — что весь мир вращается в горизонтальной или вертикальной плоскости; предметы двоятся и мелькают, пол, земля, кровать движутся под ними, проваливаются в пропасть. Ориентация в пространстве при этом теряется.

В конечном счете болезнь Меньера связана с периодическим повышением давления жидкости в полукружных каналах вестибулярного аппарата, которое и приводит к появлению необычной, извращенной информации, поступающей в мозг от этого органа чувств. Это подтвердили эксперименты: больным, находившимся в сумеречном состоянии с переживаниями повышенного настроения, искусственно раздражали вестибулярный аппарат, и это вызывало резко подавленное эмоциональное состояние, ощущение катастрофы, гибели мира.

При невесомости в мозг тоже поступает резко измененная, и притом необычная, информация, поскольку на систему органов чувств, воспринимающих пространственные отношения, перестают действовать механические силы, обусловленные земной гравитацией. Возникают определенные сдвиги во взаимодействии между полукружными каналами и отолитовым аппаратом вестибулярного анализатора, и мозг получает искаженную информацию.

Существенно изменяется при невесомости и та информация, которую сообщают воспринимающие давление рецепторы кожи, подкожной клетчатки, кровеносных сосудов и т. д. Поскольку мышечные усилия, необходимые для сохранения вертикального положения тела на Земле, становятся в состоянии невесомости излишними, иным оказывается и поток нервных импульсов от мышечного аппарата. Необходимо заметить, что невесомость является весьма сильным и необычным раздражителем. Это подтверждает и биоэлектрическая активность головного мозга. У испытуемых, впервые участвующих в полетах с воспроизведением невесомости, наблюдается уменьшение амплитуды биопотенциалов головного мозга, сопровождающееся увеличением частотных характеристик, что указывает на преобладание процессов возбуждения в центральной нервной системе.

Таким образом, перечисленные обстоятельства обусловливают нарушение деятельности анализаторов в условиях невесомости. Это и вызывает у людей всевозможные иллюзии, дезориентацию в пространстве, нарушение «схемы тела».

Когда нервная система быстро справляется с подобной рассогласованностью и начинает «работать» в соответствии с изменившейся ситуацией, человек может переживать чувство приятной легкости, парения и не терять работоспособности. Это характерно для лиц с сильно уравновешенными нервными процессами. Даже испытывая неприятные эмоции, они сохраняют самообладание и контроль над своими действиями.

Титов, например, определил свое состояние в полете как близкое к укачиванию; его поташнивало, кружилась голова. Когда он резко поворачивал ее, появлялась иллюзия «плавания» предметов. Не только повороты головы, но и мелькание предметов («бег Земли») вызывали неприятные ощущения. И все-таки космонавт сохранял способность ориентироваться в пространстве, что объясняется достаточно высокими показателями его высшей нервной деятельности и сильной волей. У людей же со слабым типом нервной деятельности могут возникнуть ощущения, напоминающие комплекс «гибели мира».

Однако даже у летчиков с сильной нервной системой, для которых измененная и извращенная информация является привычной, в случае нервного истощения могут возникнуть нарушения в ориентации, сопровождающиеся эмоционально-невротическими срывами. Вот почему необходимо еще глубже изучать влияние невесомости на психо-физиологические механизмы, а также тщательно отбирать и тренировать космонавтов, которые должны быть готовы к длительной невесомости в дальних космических рейсах.

Ориентируя корабль, осуществляя различные маневры, проводя монтажные работы на орбите и т. д., космонавт имеет дело с рычагами, кнопками, тумблерами, монтажным инструментом. Все это требует точных, координированных движений. В земных условиях подобные движения не представляют собой трудности. А в космосе?

Вот какой опыт проводился при изучении воздействия кратковременной невесомости. Ставилась довольно простая задача — нужно было попасть острием карандаша в цель — обычную мишень для стрельбы из винтовки. В нормальных условиях мишень, расположенная на расстоянии вытянутой руки, поражалась легко. В невесомости же точность выполнения этой несложной операции резко снижалась. Правда, впоследствии, потренировавшись, человек становился более метким, и число попаданий возрастало.

В чем же причина этого нарушения координации движений? Как известно, на Земле, поднимая руку или ногу, с помощью мышечного усилия приходится преодолевать определенный вес и инерцию массы. При невесомости же вес «исчезает», и достаточно незначительного усилия, чтобы привести в движение конечности. Однако в соответствии с выработанными на Земле навыками нервные «центры» с самого начала посылают более сильные импульсы мышцам. В результате реальные движения перестают соответствовать задуманным и начинают превосходить их. В частности, рука, поражающая мишень, смещается вверх.

Координацию движений изучали также с помощью специального прибора — координографа. Опыты ставились на Земле — во время горизонтального полета и в условиях невесомости. Исследования показали, что в невесомости у большинства космонавтов скорость движений замедлялась. Попович, например, отметил в отчете: «При выполнении упражнения на координографе очень легко попадать в гнезда при условии, если движения делать плавно. При резких движениях получаются промахи, и тело меняет свое положение».

Чтобы успешно управлять кораблем и его системами, важно сохранить стойкие навыки воспроизведения определенных мышечных усилий. И здесь тоже выявились трудности. Так, в одной серии экспериментов у космонавтов был выработан стойкий навык воспроизведения заданного мышечного усилия в 750 граммов (с точностью плюс — минус 10). В отчетах они отмечали, что не почувствовали какой-либо разницы, преодолевая соответствующее сопротивление рычага дозиметра на Земле и в невесомости. Однако киносъемка объективно засвидетельствовала, что точность работы при «исчезновении» веса существенно нарушилась: космонавты превышали заданное усилие на 250–1125 граммов. Только у Быковского разница между усилиями составляла всего лишь около 50 граммов. В последующих полетах амплитуда ошибок постепенно снижалась, и, как правило, уже ко 2–5-му полету все вставало на свои места.

Специальные тренировки помогли довольно быстро привыкнуть к «исчезновению» веса. Уже во время самого первого запуска у космонавта, которому приходилось делать немало движений, никаких нарушений координации не замечалось, хотя он и испытывал некоторое неудобство из-за отсутствия привычного давления спинки и сиденья кресла на тело.

Труд космонавтов усложнялся от полета к полету. Они вели наблюдения за звездным небом, полярным сиянием, спутниками, поверхностью Земли, измеряли высоту стояния звезд над видимым горизонтом, проверяли устойчивость газового пузыря в жидкости и водного пузыря в газовой среде, вели киносъемку, осуществляли разнообразные медицинские исследования и другие эксперименты. При этом обычные рабочие операции (переключение тумблеров, работа на телеграфном ключе, ориентация корабля и пр.), по их словам, производились легко и достаточно координированно.

Но как обстоит дело с более тонкой двигательной координацией? Например, когда приходится иметь дело не с кнопками, а с карандашом?

Записи, сделанные космонавтами во время полетов, говорят о том, что привычная координация движений при письме нарушалась. Об этом можно судить по неровности линий и букв, по неравномерности движений пишущего. Эти изменения почерка связаны с недостаточной согласованностью движений предплечья, плеча и всей кисти с более мелкими движениями кисти и пальцев. Кроме того, изломы извилистых штрихов, угловатость овальных и других элементов указывают на снижение точности движений, выполняемых кистью и пальцами.

Наибольшие изменения в координации движений при письме наблюдались в самом начале полета. На последующих витках координация улучшалась и сложное сочетание движений восстанавливалось, хотя и никогда не достигало того уровня, который был характерен для земных условий.

Улучшение тонкой координации движений письма во время полета свидетельствует о приспособлении к необычным условиям. В почерке появлялись признаки, говорившие о том, что в координации возникают новые связи. Взаимодействие различных движений изменяется: строение букв упрощается, нажим карандаша на бумагу усиливается, знаки и буквы, которые писались в обычных условиях отрывисто, соединяются теперь тонкими, еле заметными штрихами. Длительное пребывание в невесомости сопровождается, следовательно, приспособлением двигательных навыков письма к новым условиям, и выражается это в основном в упрощении движений и возрастании силового компонента.

По мере освоения космоса люди будут сталкиваться не только с невесомостью, но и с необычной для них силой тяжести. Скажем, на Луне человек весом в 70 килограммов будет весить всего 11,6 килограмма, хотя мышечная сила его останется неизменной. Правда, космонавты будут одеты в скафандры, которые, вероятно, окажутся достаточно тяжелыми. Но если эту одежду не принимать в расчет, то на Луне люди смогут прыгать в 6 раз выше и дальше, чем на Земле. Соответственно и сила удара о лунную поверхность значительно уменьшится. Вот как представлял себе К. Э. Циолковский движения первых космонавтов на Луне: «Русский побежал, делая громадные прыжки — метра 3 в высоту и 12 в длину… Брошенные кверху камни поднимались в шесть раз выше, чем на Земле, и прилетали обратно очень не скоро, так что скучно было ждать». И далее: «Я чувствую, что стою особенно легко, словно погруженный по шею в воду: ноги едва касаются пола… Не могу противиться искушению — прыгаю… Мне показалось, что я довольно медленно поднялся и столь же медленно опустился». В связи со всем этим возникает вопрос, смогут ли на самом деле космонавты с первых шагов так хорошо координировать свои движения на «лунных тропинках», как представлял себе К. Э. Циолковский?

Интересные исследования были проведены на специальных стендах, имитирующих условия лунной гравитации. И выяснилось, что медленная ходьба не вызывает больших трудностей, тогда как быстрые передвижения приводят к потере равновесия и часто заканчиваются падением. В то же время люди могли проделать такие упражнения, как прямой и обратный переворот (сальто), которые на Земле в состоянии выполнить лишь опытные гимнасты и акробаты.

Об ощущениях, возникающих при подобных исследованиях, рассказал один из испытуемых:

«Первый шаг. Наверное, я вложил в него слишком много сил. С удивительной легкостью взмываю вверх и, беспомощно перебирая ногами, опускаюсь в нескольких метрах от места „старта“. Но совсем не там, где я предполагал. Еще один толчок, и все повторяется снова… Пытаюсь бежать — не получается. Резко и энергично отталкиваюсь ногами и… „падаю“. Ощущение такое, словно я внезапно попал на лед: чем быстрее пытаюсь перебирать ногами, тем труднее сохранять равновесие… Стараюсь передвигаться короткими прыжками, чуть боком. Так легче сохранить равновесие. Как это ни странно, но скорость передвижения на Луне вряд ли превысит полтора километра в час — 20 шагов в минуту. И все это потому, что, отталкиваясь от поверхности Луны, человек будет опускаться медленнее, чем на Земле… Еще раз пытаюсь прыгнуть на „лунный камень“ (так воображению испытателя представлялась скамейка). Одной ногой удалось ощутить опору. Но только одной. Я переваливаюсь через преграду и останавливаюсь в метре за ней. Причем не сразу, а пропарив некоторое время в воздухе в очень замысловатой позе».

Конечно, при имитации лунной гравитации движения ограничиваются тренажером, что искажает подлинную картину. Но даже на основании проведенных, пока еще несовершенных, экспериментов можно сделать предварительный вывод о том, что координация движений у человека на Луне будет отличаться от координации на Земле и в условиях невесомости.

При подготовке экспедиции на Луну потребуется проводить особые тренировки на специальных стендах, а также в самолетах, создавая пониженную весомость, равную ¹/₆. Это поможет космонавтам быстрее освоиться на лунной поверхности.

Людей, побывавших в открытом космосе, пока немного. Но недалеко время, когда космонавтам придется все чаще покидать корабль и, находясь в безопорном пространстве, производить монтажные работы, переходить от одного космического объекта к другому. Каковы же психо-физиологические реакции людей и животных в этом необычном положении?

Слово «опора» говорит само за себя. Выполняя любое действие, человек всегда имеет точку опоры. Правда, при малейшем движении, перемене позы положение центра тяжести тела относительно плоскости опоры меняется, а значит — условия устойчивости нарушаются. Однако нарушение равновесия восстанавливается посредством компенсирующего движения (сгибания корпуса, выставления в сторону руки и т. д.).

При ходьбе, например, человек активно перемещает свой центр тяжести за площадь опоры и как бы «подхватывает» его выставленной вперед ногой. Для поддержания равновесия он, следовательно, выбирает оптимальный режим движения. Это характерно и для других видов деятельности, связанных с необходимостью принимать рабочую позу и сохранять устойчивость.

Даже в тех случаях, когда человек стоит на месте не двигаясь, равновесие обеспечивается непрерывной работой мышц, и чем меньше площадь опоры, тем бoльшую работу приходится им совершать. Обычно эта деятельность человеком не осознается. До сознания соответствующие сигналы доходят в обобщенном виде, если требуется срочная реакция организма при потере равновесия. Достаточно, например, поскользнуться и начинать падать, как в тот же момент все тело рефлекторно отклонится в противоположную сторону, центр тяжести переместится и равновесие восстановится. При этом «команда» выровнять тело дается тем или иным группам мышц раньше, чем человек поймет случившееся.

Способностью сохранять определенное положение по отношению к площади опоры поражают кошки, которые, падая с высоты полуметра вверх животом, успевают перевернуться и приземлиться на лапы.

Физиологический механизм регуляции позы был раскрыт известным голландским ученым Магнусом. Он экспериментально доказал, что способность животных и человека быстро и правильно уравновешивать свое тело в пространстве обусловлена сложной совместной работой ядер стволовой части мозга, мозжечка и анализаторов коры полушарий, которые непрерывно перерабатывают информацию, поступающую от органов зрения, вестибулярного аппарата, рецепторов мышц и других органов. Магнус установил, что именно рефлексы отолитового прибора определяют положение головы кошки во время ее падения. Это целая цепь рефлексов, которую схематично можно представить так. Сигналы с отолитового прибора рефлекторно вызывают поворот головы кошки «теменем вверх», то есть ориентируя ее определенным образом по отношению к силе тяжести Земли. Сигналы с нервных окончаний шеи вслед за ориентацией головы приводят к изменению положения туловища и конечностей. Этот «цепной» рефлекс в условиях силы тяжести действует достаточно быстро и точно.

В приводившихся выше примерах речь шла о реакциях человека и животных при потере равновесия, то есть площади опоры, в пределах долей секунды. Многие люди, испытавшие спуск на скоростном лифте, говорят о появлении неприятного «внутреннего» ощущения в первый момент, когда пол (опора) начинает ускользать, проваливаться под ногами.

Естественно, что ученых заинтересовало, как рефлекторные реакции восстановления позы относительно площади опоры будут проходить в условиях невесомости.

При запуске ракет на большие высоты для экспериментов были использованы мыши и крысы, которых помещали в специальных отсеках, позволяющих вести киносъемку. С наступлением невесомости мыши и крысы начинали беспорядочно вращаться в отсеке, безуспешно пытаясь остановиться; причем движение лап и хвоста, как правило, усиливало вращение или же приводило к тому, что животные начинали кувыркаться. Выяснилась также разница в том, как различные виды животных приспосабливаются к безопорному пространству. У белых мышей скорость вращательных движений в течение всего периода невесомости оставалась практически неизменной. Крысы же постепенно привыкали к новому состоянию: они широко расставляли лапы и пытались опереться хвостом о стенку контейнера.

По-разному вели себя и другие животные. Кролики, впервые испытав невесомость, делали ряд движений, напоминающих прыжки, а потом начинали барабанить передними лапами. Привыкнув же к невесомости, они принимали занятную позу: спина выпрямлена, голова откинута назад, передние лапы вытянуты. В конце концов и эта поза исчезала: кролик спокойно «лежал» в воздухе, поджав лапы.

Реакции кошек по сравнению с остальными животными наиболее индивидуальны. Одни, широко раскрыв глаза, громко мяукали, махали лапами; другие старались ухватиться за окружающие предметы.

Спокойней всего относились к происходящему собаки. С широко раскрытыми, как будто от страха, глазами они размахивали лапами, вращали поднятым хвостом. После нескольких повторений опыта они успокаивались и располагались в воздухе довольно свободно.

Причина подобных реакций заключается в том, что мозг получал измененную информацию, поступающую от отолитового прибора. В этом убеждали следующие эксперименты.

У водяных черепах и белых мышей оперативным путем разрушали отолитовый прибор. В первые дни после операции у них нарушалась ориентировка в пространстве, они не в состоянии были совершать координированные движения. Однако через несколько дней эта способность восстанавливалась, а зрение помогало им хорошо ориентироваться. Когда эти животные вместе со своими собратьями, не подвергшимися хирургическому вмешательству, оказывались в условиях невесомости, они гораздо легче ориентировались в пространстве и лучше координировали свои движения, чем те, кто не испытал операции. У последних, неожиданно «потерявших» информацию от отолитового прибора, появлялась резкая дезориентация с хаотическими двигательными реакциями.

Люди, впервые очутившиеся в безопорном состоянии в бассейне невесомости, теряют способность контролировать свои движения. В момент возникновения невесомости многие из них инстинктивно начинают производить плавательные движения руками и ногами. Кажется, будто они стремятся удержаться в воздухе, подобно тому как барахтаются не умеющие плавать люди, неожиданно потерявшие дно под ногами.

В последующих полетах эти беспорядочные движения сменяются координированными, плавными. Если вначале из-за сильных толчков космонавты «улетали» от одной стенки бассейна к другой, то в процессе тренировок они научились сохранять устойчивость тела (или, как говорят, «парить») и спокойно перемещаться в пространстве.

Во время полета Николаев и Попович освобождались от привязной системы. При этом они отметили, что тело непроизвольно перемещается к «потолку». Такой эффект, по всей вероятности, можно объяснить вращением корабля вокруг центра масс. Хотя это вращение и очень медленно, все же его достаточно, чтобы возникала незначительная центробежная сила.

Следует подчеркнуть, что хотя космонавты и находились в безопорном состоянии, все же окружавшее их пространство было ограничено помещением самолета-лаборатории или кабиной космического корабля. Они могли «подплывать» к опоре или отталкиваться от нее. Иначе никто не смог бы передвигаться в нужном направлении.

Принципиально новую и гораздо более трудную задачу предстояло выполнить Алексею Леонову при выходе из космического корабля. Речь шла ведь не только об ориентации, но и о координации движений в почти «чистом» безопорном пространстве, не ограниченном никакими рамками.

Мы уже говорили, что будущим космическим монтажникам придется работать в открытом космосе. А любая рабочая операция, будь то заворачивание гайки или бросание какого-либо предмета, создает момент взаимодействия сил, и космонавт может быть отброшен в противоположную сторону.

Поэтому перед запуском Леонов тщательно отрабатывал движения в безопорном пространстве. Тренировка происходила в самолете-лаборатории, где был расположен макет космического корабля «Восход-2» со шлюзовой камерой в натуральную величину. Выполнение основной части полетного задания — выход из корабля и возвращение в него — разбивалось на ряд последовательных операций. Космонавт должен был сначала надеть ранец автономной системы жизнеобеспечения и подключиться к нему. Затем он проверял оборудование, обеспечивающее выход из корабля, и выравнивал давление в шлюзовой камере и кабине. Далее космонавт перемещался в шлюзовую камеру, где должен был проверить герметичность шлема и скафандра, положение светофильтров, подачу кислорода. После этого командир корабля закрывал крышку кабины, стравливал давление в шлюзе и открывал крышку люка-выхода. Космонавт покидал корабль, делал в условиях безопорного пространства запланированное количество отходов от шлюза и подходов к нему и, наконец, возвращался в кабину. Отработка всех этих операций выявила совершенно определенную картину.

Оказалось, что, находясь в кресле, то есть в твердо зафиксированном месте, космонавт работает почти безупречно — точно и легко. Труднее ему становилось, когда надо было перемещаться внутри кабины или шлюза. Не говоря уже о том, что приходилось выполнять более сложные действия, он лишался надежной опоры. Успех зависел теперь от того, насколько точно он рассчитает, с какой силой ему следует отталкиваться от стенки корабля. Если толчок будет энергичным, он проскользнет через шлюз достаточно быстро. Правда, тогда возникнет угроза, что он ударится о какой-нибудь предмет. При слабом же толчке можно было вообще не выполнить необходимого маневра, тем более что движения сковывал скафандр.

Что касается подходов к кораблю и отходов от него, то здесь необходимые навыки вырабатывались особенно медленно. Сначала движения получались резкие и с разворотом тела по вертикальной и горизонтальной осям. Потребовалось много раз повторять упражнение, чтобы научиться плавно удаляться и приближаться к кораблю. В отчете, написанном в конце тренировочного цикла, Леонов писал: «Полет перенес хорошо. Неприятных ощущений не чувствовал. Ощущения те же, что наблюдались и раньше при полетах на невесомость. Скафандр несколько ограничивает движения, а гермошлем уменьшает объем поля зрения. Подходы к шлюзу выполнялись легко, так как я натягивал фал и тем самым создавал точку опоры и обозначал направление движения. Подходы и отходы следует делать плавно. По-видимому, в невесомости при наличии самой незначительной точки опоры можно выполнять любые работы без заметных нарушений координации движений».

В космосе Леонов пять раз удалялся от корабля и вновь подходил к нему. Все движения выполнялись в той же последовательности, что и во время тренировок. Не сразу удалось ему полностью стабилизировать положение тела: его разворачивало вбок и назад. Затем все пришло в норму — организм приспособился к необычным условиям.

Таким образом, подтвердилось предположение, что при выходе из космического корабля в безопорное пространство координация движений, ориентировка и работоспособность человека не претерпевают существенных изменений.

Выяснилось также, что для проведения рабочих операций космонавт должен иметь какую-то опору и располагать специальным инструментом. Для маневрирования и перемещения с одного космического корабля на другой нужна особая аппаратура, создающая реактивную тягу. Как известно, американский космонавт Э. Уайт, находясь в открытом космосе, был связан с кораблем «Джеминай-4» восьмиметровым фалом, вооружен двумя кинокамерами и «космическим пистолетом», позволявшим маневрировать с помощью реактивной струи кислорода.

Благополучно завершив 34-часовой полет и приводнившись, американский космонавт Г. Купер сразу же после выхода из корабля оказался в предобморочном состоянии. Он заметно побледнел, почувствовал слабость, у него потемнело в глазах. Максимальное артериальное давление крови упало в это время со 120 до 90. Ученые связали эти нарушения с уменьшением в условиях невесомости тонуса венозных сосудов, застоем венозной крови в конечностях и затруднением притока крови к сердцу.

Подобные же изменения замечались у животных. Собаки Уголек и Ветерок, которые пробыли в невесомости около 22 суток, по окончании полета едва держались на ногах, их шатало из стороны в сторону. Обнаружились отклонения и в деятельности сердечно-сосудистой системы и других органов. Исчезли эти явления лишь спустя некоторое время.

В межпланетных полетах человеку предстоит находиться в состоянии невесомости многие месяцы и даже годы. Сможет ли он справиться с управлением корабля при посадке на планеты, когда вновь начнет действовать сила тяжести и возникнут перегрузки?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо разобраться в том, почему человек чувствует себя ослабевшим, возвращаясь из состояния невесомости в мир тяжести.

В условиях земного притяжения вертикальное положение тела требует активной нервно-мышечной деятельности. Значительный процент энергии мы расходуем на то, чтобы противодействовать гравитации. В космическом же полете человек находится в кабине ограниченных размеров и долгое время пребывает в состоянии невесомости, когда мышечные усилия, которые необходимы для поддержания вертикального положения, резко ослабевают.

Кроме того, известно, что давление крови зависит от силы сердечных сокращений, напряжения (тонуса) стенок сосудов и веса циркулирующей крови. Поскольку кровь имеет собственный вес, ее давление в нижней части тела больше, чем в верхней. На вес крови, который «исчезает» в невесомости, приходится 10–15 процентов от общей величины кровяного давления. Если же учесть, что при невесомости отпадает нужда в мышечной работе для поддержания тела в вертикальном положении, то становится очевидным, что нагрузка на сердце и сосуды значительно уменьшится.

Состояние относительного мышечного бездействия и уменьшение нагрузки на сердечно-сосудистую систему влияют на обменные процессы. Иным становится и поток нервных импульсов, непрерывно поступающих в мозг от костно-мышечного аппарата и других органов, что, в свою очередь, сказывается на психо-физиологических реакциях космонавта.

Для изучения длительного влияния невесомости проводились эксперименты, во время которых человека погружали в воду. В какой-то степени бассейн ограниченных размеров имитировал замкнутое пространство космического корабля. В воде, естественно, изменяется обычное ощущение веса, а мышечная деятельность, необходимая для компенсации силы тяжести, не используется.

Идею подобной имитации высказал еще К. Э. Циолковский в работе «Грезы о земле и небе». Он писал, что «человек, средняя плотность которого равна плотности воды, будучи погружен в нее, теряет тяжесть, действие которой уравновешивается обратным действием воды». Но там же он указывал, что иллюзия невесомости «будет далеко и далеко не полной».

В зарубежной печати приводились данные о 27 испытаниях. Девять человек, используя специальную аппаратуру для дыхания и питания, находились под водой сначала по 6, потом по 12 и 24 часа. Девять других беспрерывно пребывали под водой по 7 суток, выходя ненадолго на поверхность лишь раз в сутки. Остальные погружались в воду по шею: голова поддерживалась губчатой резиновой подушкой, а тело — натянутой под водой сеткой. При этом пять человек находились в этих условиях от 5 до 24 часов, а остальные четверо в течение 14 суток ежедневно пребывали в резервуаре с водой по 10 часов. Остальное время им приписывался постельный режим.

Некоторые данные, полученные в ходе этих экспериментов, весьма любопытны.

Все участники опытов, находясь в воде, испытывали желание за что-нибудь держаться, а не оставаться в «свободном» состоянии. Все жаловались на слабость и выражали удивление, когда узнавали, что мышечная сила у них не изменялась (ученые объясняли это тем, что незначительные движения, которые совершались, оказались, достаточными для поддержания мышечного тонуса; очевидно, необходимо все же учитывать относительно непродолжительный период пребывания людей в состоянии пониженной гравитации).

У многих снижалось артериальное давление крови. Пульс и дыхание существенно не менялись, координация движений не нарушалась, хотя психо-моторные реакции замедлились.

Но вот люди вышли из воды. Многие из них чувствовали слабость, дрожь в ногах, кто-то даже потерял сознание.

Переход к обычной тяжести особенно сказался на сердечно-сосудистой системе: функциональные возможности ее заметно понизились. При вращении на центрифуге, когда действовали перегрузки порядка 4–5 единиц, у некоторых наступала полная потеря зрения, другие же и вовсе не могли переносить ускорений, хотя до погружения в воду у них не было никаких расстройств даже при перегрузках в 10 единиц.

Нечто подобное наблюдается у людей, долго пролежавших в постели. Из-за уменьшения гидростатического давления крови выключаются регуляторные механизмы кровообращения, компенсирующие гидростатическое давление, действующее при вертикальном положении. Поэтому, когда человек после тяжелой болезни впервые встает с постели, ослабевшая сердечно-сосудистая система немедленно дает о себе знать: у больного кружится голова, он может потерять сознание. Длительная бездеятельность снижает также мышечный тонус, что в конце концов приводит к атрофии мышц.

Из сказанного ясно, что в межпланетном полете, если не предпринять специальных мер, деятельность сердечно-сосудистой системы ухудшится, а со временем может снизиться и мышечный тонус. Все это отразится на нервно-психических процессах при посадке на Землю и другие планеты, когда вновь начнут действовать силы гравитации.

Как же защитить космонавтов от этой опасности? Прежде всего приходит мысль о создании искусственной тяжести за счет вращения корабля вокруг центра масс — идея, которая также принадлежит К. Э. Циолковскому.

Из физики известно, что вес тела при вращении зависит от угловой скорости и радиуса окружности, по которой происходит движение. Элементарный расчет показывает, что для создания искусственной гравитации, равной земной, вращающийся корабль должен иметь радиус вращения в несколько сотен метров. Если радиус будет меньше, придется увеличить скорость вращения. Но тогда под угрозой окажется здоровье космонавтов.

Сейчас утвердилось мнение, что искусственная гравитация на межпланетных кораблях не обязательно должна соответствовать земной — она может быть в несколько раз меньше. Тем не менее тело человека и окружающие предметы обретут весомость, хотя и пониженную, появится «верх» и «низ» и т. д. Но это лишь частичное решение проблемы.

Другой путь — постоянные физические упражнения в полете — например, растяжение и сжатие пружин и резиновых жгутов. В условиях невесомости для этого нужны точно такие же мышечные усилия, как и на Земле. Но вот что показали опыты. Пять человек подверглись обследованию до и после двухнедельного строгого постельного режима. Трое из них ежедневно выполняли в кровати комплекс физических упражнений, поддерживавших мышечный тонус на постоянном уровне. В конце опыта на стендовых испытаниях обнаружилось, что функциональные возможности сердечно-сосудистой системы снизились у всех пятерых почти одинаково.

Тот же результат дала проверка людей, погруженных в воду. Физические упражнения помогли сохранить лишь мышечный тонус, устранить же влияние пониженной весомости и усилить деятельность сердечно-сосудистой системы они оказались не в состоянии.

Проводились эксперименты и иного рода. Человека погружали в бассейн в специальном костюме, в котором пневматические манжеты препятствовали возвращению венозной крови из конечностей. В течение всего испытания манжеты периодически надувались воздухом на 60 секунд до давления в 60 миллиметров ртутного столба Такие надутые манжеты вызывали повышение периферического венозного давления и, по мнению руководителя опыта, имитировали гидростатический эффект, связанный с вертикальным положением. Таким способом постоянно стимулировались определенные механизмы сердечно-сосудистой системы.

У всех, кто в защитном костюме погружался в воду, по окончании опыта давление крови, частота сердечных сокращений и электрокардиограмма не отклонялись от контрольных данных перед погружением.

Во время 8-суточного полета корабля «Джеминай-5» тоже были использованы пневматические манжеты, которые были надеты на бедра космонавта Купера. Использование их, по-видимому, не оказало существенного влияния на кровообращение.

Американские ученые предполагают создать на орбитальной станции особый отсек для центрифуги, которая поможет бороться с ослаблением сердечно-сосудистой системы. Там же будут создаваться перегрузки перед возвращением космонавтов на Землю.

Таким образом, в длительных космических полетах, очевидно, придется создавать искусственную гравитацию, применять комплекс физических упражнений и специальные костюмы, а также проводить тренировки на центрифугах. Весь этот комплекс, по всей вероятности, позволит защитить организм космонавтов от вредного воздействия невесомости.