Экстремальные условия космических полетов

 

Проникновение человечества в космическое пространство со временем станет такой же необходимостью, как и проникновение человека в глубины Океана, исследование тайн микро– и макромира, стремление к установлению контактов с иными мирами и цивилизациями.

Об этом писал еще в начале прошлого века К.Э. Циолковский, и это стало воплощаться в наше время созданием мощной аэрокосмической индустрии, запусками пилотируемых космических кораблей, зондирующих околоземное пространство, созданием долговременных орбитальных станций, и выдвинуло ряд серьезных этических проблем и проблем, связанных с пребыванием человека в Космосе.

Со времени полета Ю.А. Гагарина прошло около 50 лет. С тех пор накоплен громадный материал, за скупыми строчками и столбцами цифр которого буквально титанический труд миллионов людей, талантливых инженеров, математиков, астрономов, биологов, врачей. Успехи космических программ сегодняшнего дня – это успех всей цивилизации. Но нельзя забывать и о той драматической стороне дела, которая связана с освоением Космоса. Космонавты и астронавты, погибшие за эти годы при запусках и возвращениях кораблей, были мужественными людьми, профессионалами высочайшего класса и, тем не менее...

Анализ неудач, аварий и катастроф, связанных с освоением Космоса, позволяет выделить три основных группы факторов риска:

1. Техногенные факторы.

2. Антропогенные факторы.

3. Космические факторы.

Коротко охарактеризуем сущность этих факторов. К группе техногенных факторов относятся все происшествия, связанные с нарушениями или отказами техники, задействованной в космических программах. Запуск современной космической ракеты-носителя со спутником (космическим кораблем) на борту – событие само по себе – чрезвычайное, в силу реализации огромного количества программ, механизмов, устройств, средств связи, обеспечения, слежения и т.д. и т.п. Сама ракета-носитель, космический корабль-спутник, стартовый комплекс – все это можно представить как единый, многоуровневый, полифункциональный комплекс, включающий тысячи машин, механизмов, электронных устройств, связанных воедино, синхронизированных во времени с точностью до долей секунды и подчиненных единой программе. Вполне понятно, что сбой в работе лишь одного, казалось бы совсем незначительного на первый взгляд устройства, может привести к нарушению работы всего комплекса и возникновению аварийной, чрезвычайной ситуации во время старта, на участке выхода на орбиту или во время самого полета. Несмотря на многоуровневую систему дублирования, отработку и тщательность проверки всех технологических процессов изготовления и сборки узлов, агрегатов и блоков, на специальные системы контроля и громадный опыт, накопленный в течение десятилетий, вероятность аварийных ситуаций в этой отрасли очень высока. Здесь нет необходимости перечислять неудачи, аварии и катастрофы, связанные именно с фактором отказа техники, ибо, как уже было сказано выше, за сухой статистикой стоят человеческие трагедии. Важно подчеркнуть следующее: ракетно-космические комплексы настолько технически энергоемкие системы, что никакой коллективный разум, вооруженный даже сверхсовременными средствами прогнозирования и контроля, не в состоянии полностью исключить ту или иную степень вероятности отказа той или иной системы, агрегата, узла, детали.

Это прекрасно понимают и создатели, и конструкторы, и разработчики космической техники, и те, кто непосредственно поднимается в космос для повседневной работы.

Вполне очевидно, что наиболее сложными и ответственными этапами космического полета (именно в плане возможного возникновения аварийной ситуации) являются старт, вывод на расчетную орбиту и заключительный этап: торможение, спуск, посадка. Именно на этих этапах механизмы и агрегаты работают в чрезвычайных условиях, связанных с механическими, термическими и прочими перегрузками. Сам полет после выхода корабля-спутника на орбиту проходит, как правило, в более спокойном режиме и менее подвержен экстремальным воздействиям.

Антропогенные факторы риска связаны с воздействием на человека (космонавта) условий полета и космического пространства, которые могут при определенных обстоятельствах привести к нарушению функций организма и, как следствие, к возникновению аварийной ситуации.

Факторы риска, обусловленные спецификой космического полета, складываются из воздействия на организм человека гравитационных перегрузок во время старта и вывода на орбиту, шума, вибраций, мощной психологической компоненты и потенциально опасных факторов космического пространства (глубокий вакуум, сверхнизкие температуры, радиация, возможность встречи с метеоритами, а в настоящее время и с многочисленными фрагментами бывших спутников и ракет, засоряющими космическое околоземное пространство).

Первым полетам человека в Космос предшествовали многочисленные запуски спутников с животными на борту, где было установлено, что динамические нагрузки и состояние невесомости не являются непреодолимым препятствием для полетов и работы человека в Космосе. Но уже при подготовке к старту космического корабля «Восток» медикам, биологам, психологам и специалистам в области авиационной медицины было ясно, что человек, находящийся в кабине космического корабля, будет испытывать совершенно необычные нагрузки именно в силу комбинаций различных предвиденных (расчетных) и непредвиденных факторов.

Исследования, проведенные на центрифугах, показали, что человеческий организм способен выдерживать значительные перегрузки ускорения (5 – 10 и более G). Но человек должен при этом и сохранять работоспособность, контролировать свои действия по управлению кораблем, выполнять предусмотренные программой полета эксперименты и принимать адекватные решения в случае нештатных ситуаций. В перспективе задача ставилась на возможность работы человека не только в условиях обитания в кабине космического корабля, но и в открытом Космосе, что уже само по себе определяет экстремальный характер ситуации.

Об адаптивных возможностях человека уже говорилось в предыдущих разделах, поэтому здесь нет смысла повторять эти данные. Несомненно одно: требования, предъявляемые к организму человека (космонавта) условиями полета достаточно жестки и высоки, но в то же время должны укладываться в определенный функциональный «коридор», сохраняющий возможность не только выживания, но и профессиональной работы в космическом пространстве.

На схеме 38 приводятся воздействия факторов космического полета на организм человека. В психологическую компоненту входят не только те стрессорные по характеру воздействия, которые формируют состояние космонавта в момент старта корабля, вывода на орбиту и возникающие на всем протяжении полета, но и психологическая доминанта, сопутствующая самому выбору профессии космонавта, периоду его подготовки, тренингу, необходимости перестройки стереотипов поведения и т.д. Не случайно, что первый отряд космонавтов СССР в 1959 – 1961 гг. формировался из контингента военных летчиков. Аналогично и в США, отбор в астронавты осуществлялся из контингента ВВС. Вполне понятно, что это должны быть прежде всего совершенно здоровые физически люди с определенным складом характера, адаптированные к физическим нагрузкам, характерным для полетов на больших скоростях и высотах. Вполне очевидно, что в определенном качественном спектре воздействующих факторов наиболее сильные комбинированные воздействия на организм космонавта приходятся на период старта и возвращения на Землю. В течение всего полета, особенно если полет длительный, наиболее необычным, экстремальным фактором, является невесомость. Трудность исследования проблемы невесомости заключается в том, что в естественных, земных условиях это состояние очень трудно смоделировать. В какой-то мере приближенные условия можно создать состоянием гиподинамии и водной иммерсии. Реальное состояние невесомости человек может испытать при высотном полете самолета по параболе, но продолжительность такого полета исчисляется несколькими минутами. Отсюда понятно то внимание, которое было уделено этому фактору в первых же полетах человека в космическое пространство.

 

Схема 38