Вес и невесомость

Волшебная сила невесомости

Пудовая гиря в невесомости (скажем, на международной космической станции – МКС) имеет массу ровно 16 килограмм. Ни одним граммом меньше чем 16 000 граммов.

Даже в невесомости масса пудовой гири – ровно 16 кг

Да-да! Именно так. Масса в невесомости – точно такая, как на Земле. Другое дело, что вес пудовой гири на МКС равен нулю. Но это вес, а масса – как была на Земле один пуд, так и на орбите не стала другой – ровно один пуд.

Дело в том, что масса тела, о которой идет речь, бывает двух видов:

• инертная;
• гравитационная.

Инертная масса отвечает за ускорения и замедления тела. А гравитационная определяет силу гравитационного притяжения между телами. Этот закон сформулировал еще Исаак Ньютон. Говоря своими словами – если с размаху ударить пудовой гирей по голове космонавта, то вмятина будет одинаковой, находится ли космонавт на земле или в космическом корабле. Здесь имеет значение инерционная масса. А вот если перестать держать рукой пудовую гирю на МКС, то она не падает вниз. Но вверх она тоже не взлетает. Если что-то удерживает гирю от падения, то она висит в воздухе. Здесь играет свою роль гравитационная масса. Образно говоря, гиря висит в атмосфере отсека МКС, потому, что «падает» вместе со всей космической станцией. Они обе (МКС и гиря) летят по орбитальной траектории вокруг Земли. Причем летят по одинаковой траектории. И, поэтому не двигаются друг относительно друга. Это и есть явление невесомости. Условие невесомости – свободное падение. Жидкость в невесомости не растекается по полу, как было бы при наличии силы тяжести, а собирается в более или менее правильные шары, за счет силы поверхностного натяжения этой жидкости.

Как достичь невесомости?

Подробности

Просмотров: 245

Иногда научно-исследовательские эксперименты ученым необходимо провести в условиях невесомости. Не все могут совершить полет на космическую станцию, где состояние невесомости, как вам известно, естественно. Поэтому для достижения состояния невесомости используют полеты на специально оснащенных самолетах. В этом случае траектория движения самолета представляет собой параболу.

Во время такого полета на высоте около 6000 м начинается резкий набор высоты до 7600 м. Этот этап полета длится около 20 секунд, в это время пассажиры самолета испытывают перегрузки до 1.8g (увеличение веса почти вдвое).

Затем пилот уменьшает тягу двигателя практически до нуля и направляет самолет по параболической траектории.
На высоте 8000 м самолет достигает максимума параболы и начинается его свободное падение, тяга двигателей при этом компенсирует только сопротивление воздуха. В течение почти 20 секунд в самолете наблюдается невесомость. Затем пилот выравнивает самолет, т.е. когда угол между направлением движения самолета и горизонталью достигает 45 градусов, пилот снова включает двигатель, и самолет опять летит горизонтально. За один полет можно совершить до 30 параболических маневров.

Параболический полет — это практически единственный метод воспроизведения невесомости на Земле. И уже более 30-ти лет российские космонавты проводят тренировки в условиях невесомости, используя для этих целей полеты на широкофюзеляжном аэробусе ИЛ-76.

Не хочешь ли ты полетать в невесомости?

Ощущения новичка: «… кажется, что все тело глотнуло гелия. Рука, державшая поручень, осталась на месте, а ноги улетели в потолок (самолет в это время под таким же углом пикирует вниз, но из салона этого почувствовать невозможно). Единственная ненастоящность невесомости в самолете — это то, что тебя все время тянет наверх (самолет все-таки летит вниз). Ты не можешь просто зависнуть над полом и остаться без движения. Зато можешь оттолкнуться от потолка. А если тебе придадут ускорение, то летишь по заданной траектории вдоль салона. Один режим длится примерно 25 секунд. На двадцатой секунде (каждые пять секунд по громкой связи отсчитываются голосом) надо быть на полу. Если не успеешь, можно с высоты трех метров при двойном собственном весе упасть головой об пол. Поэтому инструкторы начинают ловить зазевавшихся и приземлять их. Сами инструкторы, чтобы не взмыть, держатся ногой за стропы, прикрепленные к полу».

Следующая страница «Космическая гостиница. Что такое космос?»

Назад в раздел «Космос»

Назад в раздел «Достижения науки и техники»

Xiaomi Haylou T15: Дизайн

Внешний вид Haylou T15 существенно отличается от всех предыдущих наушников Haylou. Новинка получила прямоугольный зарядный кейс, а не овальный, как у предшественников. Форма самих наушников также изменилась. Теперь это компактные внутриканальные наушники с небольшой вытянутой ножкой.

Xiaomi Haylou T15 поставляются только в черном матовом цвете. Корпус, как обычно, выполнен из ABS пластика. Вес одного наушника составляет 37 грамм, а размер — 2.19 х 2.16 х 1.78 см.

Наушники очень компактные и практически незаметны во время использования.

Зарядный кейс также небольшого размера, поэтому его удобно носить как в одной руке, так и в кармане джинсов. Несмотря на компактные размеры, в зарядном кейсе установлена довольно большая батарея. Но об этом немного позже.

На верхней панели зарядного кейса мы видим логотип Haylou. На правой грани расположен разъём для зарядки кейса и небольшой светодиодный датчик.

Еще одной интересной особенностью новых наушников Xiaomi Haylou T15 является большая кнопка на передней панели кейса. С помощью этой кнопки вы можете проверить уровень заряда батареи самого кейса.

Открыв кейс, вы увидите три светодиодных датчика внутри. Нажмите кнопку и светодиодные датчики засветятся в зависимости от уровня заряда батареи.

Внутри зарядного кейса вы также найдете беспроводные наушники. На внутренней части наушников мы видим динамики с резиновыми амбушюрами и два коннектора для зарядки.

На внешней части каждого наушника находится светодиодный датчик и сенсорная панель управления.

Кстати, Xiaomi Haylou T15 защищены от воды по стандарту IPX5. Вы можете не прятать наушники в дождливую погоду или во время занятий спортом. Капли воды или пота не повлияют на качество их работы.

Знакомьтесь: микрогравитация

Представьте себе, что вы одеты в скафандр и лежите на спине в летной кабине космического аппарата. Вы лежите на спине в течение нескольких часов, пока пилоты и центр управления полетами готовятся к запуску. Обычно, когда вы стоите прямо, сила тяжести тянет кровь вниз, поэтому целые бассейны ее собираются у вас в ногах. Однако, поскольку вы лежите на спине, кровь по-разному распределяется в вашем теле, в том числе накапливаясь и в голове, поскольку ваши ноги подняты. В голове немного тяжеловато, словно вы только что проснулись.

Ракетные двигатели зажигаются и вы чувствуете ускорение. Вас вдавливает в кресло, поскольку аппарат взлетает. Сила тяжести вместе с увеличением скорости корабля увеличивается в три раза (на некоторых американских горках можно испытать такой уровень ускорения). Ваша грудь сжимается, дышать становится немного трудно. Спустя восемь с половиной минут вы оказываетесь в космосе и начинаете испытывать совершенно другое ощущение: невесомость.

Правильный термин для невесомости — микрогравитация. Вы не невесомы, поскольку земная гравитация удерживает вас и летательный аппарат на орбите. Вы находитесь в состоянии свободного падения, словно только что прыгнули с самолета, за исключением того, что падаете горизонтально и никогда не упадете. Допустим, вы стоите на весах, и они показывают ваш вес, поскольку гравитация тянет вниз и вас, и весы. Поскольку весы находятся на земле, они отталкиваются вверх с равнозначной силой — и эта сила и есть ваш вес. Но если вы прыгнете со скалы, стоя на весах, и вы, и весы будете притягиваться гравитацией. Вы не будете давить на весы, и они не будут давить на вас. Ваш вес будет нулевым. Таков закон Ньютона.

Поскольку космический аппарат и все объекты в нем падают с одной скоростью — все, что не закреплено, плавает. Если у вас длинные волосы — они будут плавать вокруг лица. Если вы выльете воду из стакана — она соберется в большую сферическую каплю, которую можно будет разбить на меньшие капли. Галушки и конфеты сами будут заплывать вам в рот, если вы подтолкнете их по нужной траектории. Сидя в кресле, вы не будете знать, что сидите, поскольку ваше тело не будет давить на кресло. Если вы не будете держаться — вы уплывете. Более того, если вы не будете держаться за стену или пол рукой или ногой — вы не сможете сдвинуться с места — не от чего оттолкнуться. По этой причине в любом космическом аппарате всегда много поручней для рук и ног.

№4

Многие полагают, что в невесомости у космонавтов исчезает масса тела, но на самом деле это заблуждение. В космосе и астронавт, и их космические корабли имею массу, и на них также действует гравитация Земли. Отличие лишь в том, что гравитационная сила на орбите ниже, чем гравитационная сила на Земле. Однако астронавты не ощущают своего веса лишь по той причине, что на них ничего не давит. То есть, отсутствует контактная сила, какая возникала, когда человек стоял на земле. Иными словами, астронавты и космические корабли все время падают.

Да, другими словами невесомость – это свободное падение, когда на объект не действуют никакие другие силы, кроме неконтактной силы притяжения.

Горные орудия

Невесомость на Земле

Основная статья: Моделирование невесомости

Траектория маневра для достижения невесомости

Астронавты Проекта Меркури на борту C-131 Samaritan, 1959

Питер Диамандис в состоянии невесомости на борту самолёта компании Zero Gravity

На Земле в экспериментальных целях создают кратковременное состояние невесомости (до 40 с) при полётах самолёта по баллистической траектории, то есть такой траектории, по которой летел бы самолёт под воздействием одной лишь силы земного притяжения. Эта траектория при небольших скоростях движения получается параболой (так называемой «параболой Кеплера»), из-за чего её иногда ошибочно называют «параболической». В общем случае траектория представляет собой эллипс или гиперболу.

Такие методы применяются для тренировки космонавтов в России и США. В кабине пилота на нитке подвешен шарик, который обычно натягивает нитку вниз (если самолёт покоится, либо движется равномерно и прямолинейно). Отсутствие натяжения нити, на которой висит шарик, свидетельствует о невесомости. Таким образом, пилот должен управлять самолётом так, чтобы шарик висел в воздухе без натяжения нити. Для достижения этого эффекта самолёт должен иметь постоянное ускорение равное g и направленное вниз. Другими словами, пилоты создают нулевую перегрузку. Длительно такую перегрузку (до 40 секунд) можно создать, если выполнить специальную фигуру пилотажа «провал в воздухе». Пилоты резко начинают набор высоты, выходя на «параболическую» траекторию, которая заканчивается таким же резким сбросом высоты. Внутри фюзеляжа имеется камера, в которой тренируются будущие космонавты, она представляет собой полностью обитую мягким покрытием пассажирскую кабину без кресел, чтобы избежать травм как в моменты невесомости, так и в моменты перегрузок.

Подобное чувство невесомости (частичной) человек испытывает при полётах рейсами гражданской авиации во время посадки. Однако в целях безопасности полёта и из-за большой нагрузки на конструкцию самолёта, любой рейсовый самолёт сбрасывает высоту, совершая несколько протяженных спиральных витков (с высоты полёта в 11 км до высоты захода на посадку порядка 1-2 км). То есть спуск производится в несколько заходов, во время которых пассажир на несколько секунд ощущает, что его немного отрывает от кресла вверх. Это же чувство испытывают и автомобилисты, знакомые с трассами, проходящими по крутым холмам, когда машина начинает съезжать с верхушки вниз.

Утверждения, что самолёт для создания кратковременной невесомости выполняет фигуры высшего пилотажа типа «петли Нестерова» — не более чем миф. Тренировки выполняются в слегка модифицированных серийных пассажирских или грузовых самолётах, для которых фигуры высшего пилотажа и подобные режимы полёта являются закритическими и могут привести к разрушению машины в воздухе или быстрому усталостному износу несущих конструкций.

Состояние невесомости можно ощутить в начальный момент свободного падения тела в атмосфере, когда сопротивление воздуха ещё невелико.

Существует несколько самолётов, способных проводить полёты с достижением состояния невесомости без вылета в космос. Технология используется как для тренировок космическими агентствами, так и для коммерческих полётов частных лиц. Подобные полёты проводят американская авиакомпания Zero Gravity, Роскосмос (на Ил-76 МДК c 1988 года, полёты также доступны для частных лиц), NASA (на Boeing KC-135) , Европейское космическое агентство (на Airbus A-310)
Типичный полёт продолжается около полутора часов. В течение полёта проводятся 10-15 сессий невесомости, для достижения которых самолёт совершает крутое пике. Длительность каждой сессии невесомости около 25 секунд. Более 15000 человек совершили полёты по состоянию на ноябрь 2017 года. Многие известные люди совершили полёты в невесомости на борту самолёта, в их числе: Баз Олдрин, Джон Кармак, Тони Хоук, Ричард Брэнсон. Стивен Хокинг также совершил короткий полёт 26 апреля 2007 года.

Другим способом моделирования невесомости, причём в течение длительного времени, является создание гидроневесомости.

1 March. 10:30 (I’m late). Star City

Проходная на въезде в Звездный похожа на смесь кинотеатра и парикмахерской. Солдат поднимает шлагбаум рукой, пропуская машину на территорию.

The control post at the Star City entrance looks like a cross between a cinema and a hairdresser’s. The soldier lifts the boom barrier manually, letting the car onto the premises.

Сегодня  день медкомиссии и инструктажа.

Today’s programme: a medical and a training session.

По пути в гидролабораторию встречаются исторические здания. В этой 11-этажке жил Гагарин:

You can spot some historic buildings on your way to the hydrolab. Gagarin lived in this 11-storey building:

Тут находится центрифуга:

There’s a centrifuge in there:

Проходим медкомиссию. Окулист смотрит в глаз через лупу:

At my medical. The optician examines my eye through a magnifying glass:

Я вам разрешаю полет.

— I am clearing you to fly.

Вот краткая история отечественной космонавтики в картинках:

A short history of homegrown spaceflight in pictures:

А вот куски космических кораблей, на которых тренируются в бассейне.

Here you can see some pieces of spacecraft that they train on in the pool.

Бассейн занимает середину здания. Через иллюминаторы подсвечивается вода:

The pool takes up the middle part of the building. The water is lit up through the portholes.

А внутри плавают макет секции МКС и астронавты с аквалангистами:

Inside there’s a model of an ISS module, astronauts and divers:

В классе подготовки майор на примере авторучки объясняет принцип создания невесомости без выхода в космос.

During the training session a major uses a ballpoint pen to explain the principle of how zero gravity can be achieved without going up in space.

и делаем параболу.

— …and we trace a parabola.

На следующий день назначен полет.

The flight is scheduled for the following day.

1.11. Вес и невесомость window.top.document.title = «1.11. Вес и невесомость»;

Силу тяжести с которой тела притягиваются к Земле, нужно отличать от веса тела. Понятие веса широко используется в повседневной жизни.

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. При этом предполагается, что тело неподвижно относительно опоры или подвеса. Пусть тело лежит на неподвижном относительно Земли горизонтальном столе (рис. 1.11.1). Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной. На тело действуют сила тяжести направленная вертикально вниз, и сила упругости с которой опора действует на тело. Силу называют силой нормального давления или силой реакции опоры. Силы, действующие на тело, уравновешивают друг друга: В соответствии с третьим законом Ньютона тело действует на опору с некоторой силой равной по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону: По определению, сила и называется весом тела. Из приведенных выше соотношений видно, что т. е. вес тела равен силе тяжести Но эти силы приложены к разным телам!

Рисунок 1.11.1.Вес тела и сила тяжести. – сила тяжести, – сила реакции опоры, – сила давления тела на опору (вес тела).

Если тело неподвижно висит на пружине, то роль силы реакции опоры (подвеса) играет упругая силы пружины. По растяжению пружины можно определить вес тела и равную ему силу притяжения тела Землей. Для определения веса тела можно использовать также рычажные весы, сравнивая вес данного тела с весом гирь на равноплечем рычаге. Приводя в равновесие рычажные весы путем уравнивая веса тела суммарным весом гирь, мы одновременно достигаем равенства массы тела суммарной массе гирь, независимо от значения ускорения свободного падения в данной точке земной поверхности. Например, при подъеме в горы на высоту 1 км показания пружинных весов изменяются на 0,0003 от своего значения на уровне моря. При этом равновесие рычажных весов сохраняется. Поэтому рычажные весы являются прибором для определения массы тела путем сравнения с массой гирь (эталонов).

Рассмотрим теперь случай, когда тело лежит на опоре (или подвешено на пружине) в кабине лифта, движущейся с некоторым ускорением относительно Земли. Система отсчета, связанная с лифтом, не является инерциальной. На тело по-прежнему действуют сила тяжести и сила реакции опоры но теперь эти силы не уравновешивают друг друга. По второму закону Ньютона

Сила действующая на опору со стороны тела, которую и называют весом тела, по третьему закону Ньютона равна Следовательно, вес тела в ускоренно движущемся лифте есть

Пусть вектор ускорения направлен по вертикали (вниз или вверх). Если координатную ось OY направить вертикально вниз, то векторное уравнение для можно переписать в скалярной форме:

В этой формуле величины P, g и a следует рассматривать как проекции векторов , и на ось OY. Так как эта ось направлена вертикально вниз, g = const > 0, а величины P и a могут быть как положительными, так и отрицательными. Пусть, для определенности, вектор ускорения направлен вертикально вниз, тогда a > 0 (рис. 1.11.2).

Рисунок 1.11.2.Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения направлен вертикально вниз. 1) a < g, P < mg; 2) a = g, P = 0 (невесомость); 3) a > g, P < 0

Из формулы (*) видно, что если a < g, то вес тела P в ускоренно движущемся лифте меньше силы тяжести. Если a > g, то вес тела изменяет знак. Это означает, что тело прижимается не к полу, а к потолку кабины лифта («отрицательный» вес). Наконец, если a = g, то P = 0. Тело свободно падает на Землю вместе с кабиной. Такое состояние называется невесомостью. Оно возникает, например, в кабине космического корабля при его движении по орбите при выключенными реактивных двигателями.

Если вектор ускорения направлен вертикально вверх (рис. 1.11.3), то a < 0 и, следовательно, вес тела всегда будет превышать по модулю силу тяжести. Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают космонавты, как при взлете космической ракеты, так и на участке торможения при входе корабля в плотные слои атмосферы. Большие перегрузки испытывают летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, особенно на сверхзвуковых самолетах.

Рисунок 1.11.3. Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения направлен вертикально вверх. Вес тела приблизительно в два раза превышает по модулю силу тяжести (двукратная перегрузка)

Модель. Человек в лифте

Какова микрогравитация на вкус?

Когда вы впервые окажетесь в состоянии невесомости, вы почувствуете следующее:

— тошнота;

— дезориентация;

— головная боль;

— потеря аппетита;

— запор;

— еще кое-что…

Чем дольше вы будете оставаться в условиях микрогравитации, тем слабее будут ваши мышцы и кости. Эти ощущения будут вызваны различными изменениями в системах вашего организма. Давайте подробно рассмотрим, как тело реагирует на невесомость.

Космическая болезнь

Тошнота и дезориентация, которая на вкус как сосущее чувство в желудке, когда автомобиль «летит» вниз по трассе или вас подхватывает на карусели. Только на борту корабля это чувство будет длиться несколько дней. Это чувство космической болезни, слабость моторики, когда ваш мозг получает противоречивую информацию от вестибулярных органов, расположенных в вашем внутреннем ухе. Ваши глаза видят, куда двигаться вверх и вниз в корабле, но ваша вестибулярная система полагается на силу тяжести, определяя направления, что не работает в невесомости. Поэтому ваши глаза могут говорить мозгу, что вы движетесь сверху вниз, но мозг этого не поймет. Это вызывает дезориентацию и тошноту, что может привести к потере аппетита и рвоте. К счастью, спустя несколько дней мозг адаптируется и начнет реагировать исключительно на визуальные сигналы. Таблетки тоже помогут.

Одутловатое лицо и куриные лапки

В условиях микрогравитации ваше лицо будет одутловатым, а пазухи — перегруженными, что вызовет головную боль и нарушение моторики. На Земле это можно почувствовать, если стоять вверх ногами — кровь приливает к голове.

На Земле гравитация притягивает вашу кровь, в результате чего значительные ее объемы скапливаются в венах ног. Как только вы окажетесь в условиях микрогравитации, кровь сдвинется из ваших ног в грудь и голову. Лицо опухнет, а ноги, наоборот, уменьшатся в размерах.

Когда кровь переходит в грудь, сердце увеличивается в размерах и качает больше крови с каждым ударом. Почки отвечают на этот увеличенный кровоток производством большего количества мочи, будто вы выпили большой стакан воды. Кроме того, увеличение кровотока снижает уровень секреции гипофизом антидиуретического гормона (АДГ), что уменьшает жажду. Вы не будете хотеть пить столько же воды, сколько на Земле. В совокупности эти два фактора помогут вашей груди и голове избавиться от лишней жидкости за несколько дней, а поток жидкости вашего тела нормализуется (для космических условий). По возвращении на Землю, вы будете больше пить и чувствовать усталость, но это пройдет.

Космическая анемия

По мере того, как ваши почки выводят лишнюю жидкость, они также уменьшают секрецию эритропоэтина — гормона, стимулирующего производство красных кровяных тел клетками костного мозга. Снижение производства красных кровяных клеток сопровождается уменьшением объема плазмы, поэтому гематокрит (процент объема крови, занимаемого красными кровяными телами) такой же, как на Земле. По возвращении на Землю, ваш уровень эритропоэтина будет расти, так же как и количество красных кровяных тел.

Слабые мышцы

Когда вы находитесь в условиях микрогравитации, ваше тело принимает позу «зародыша»: вы немного сгибаетесь, ваши руки и ноги также принимают полусогнутое состояние. В таком положении вы не используете многие мышцы, особенно те, которые помогают вам поддерживать осанку (антигравитационные мышцы). По мере пребывания на борту МКС, ваши мышцы меняются. Их масса уменьшается, что приводит к «куриным лапкам». Ваше тело больше не нуждается в мышцах, которые медленно сокращаются, вроде тех, что используются в положении стоя. Нужны быстро сокращающиеся волокна, чтобы быстрее передвигаться по станции. Чем больше вы остаетесь на МКС, тем меньше у вас будет мышечной массы. Потеря мышечной массы ослабляет вас, и это, между прочим, является серьезной проблемой для длительных полетов, особенно после возвращения на Землю.

Остеопсатироз

На Земле ваши кости поддерживают вес вашего тела. Размер и масса костей тщательно сбалансированы. В условиях микрогравитации вашим костям больше не нужно поддерживать ваше тело, поэтому все ваши кости, особенно несущие, в районе бедер, ляжек и нижней части спины, используются меньше, чем на Земле. Размер и масса костей в невесомости уменьшаются примерно на 1% в месяц. В результате по возвращении на Землю они просто могут разрушиться. Неизвестно, каков процент восстанавливаемых костей после возвращения на Землю, но он точно не равен 100. Именно эта проблема вносит ограничения на время пребывания в космосе.

В дополнение к слабым костям, концентрация кальция в крови приводит к болезни почек, которым нужно этот избыточный кальций выводить. Могут образоваться камни в почках.

Зачем армии космос

Армия и космос – близнецы-братья. Напомню, что Юрий Гагарин улетел в первый космический полёт старшим лейтенантом, а вернулся майором Советской армии. Армия оценила подвиг.

Первый космонавт Юрий Гагарин – майор Советской Армии

Все космонавты первого призыва были военными летчиками. Только во втором наборе появилось несколько инженеров. Да и те работали в ракетном КБ. Сама космическая отрасль была задумана и появилась в стране как средство доставки ядерных боезарядов с континента на континент.

Беспилотная космонавтика

Три классических военных аспекта космоса: боевые баллистические ракеты, спутники связи и системы геолокации. Ни одна из частей этой триады не является пилотируемой. Это означает, что воздействие невесомости на человека отдыхает. Нет экипажа космического аппарата – нет влияния отсутствия силы тяжести на человека. Большую часть своей траектории баллистическая ракета летит в невесомости. Это необходимо учитывать, из этого исходить при расчетах, но человек здесь ни при чём, ощущение невесомости он не испытывает. Так что пока и поскольку военный космос не требует пилотируемых полётов, то терпеть невесомость и перегрузки офицерам не нужно.

Пилотируемая космонавтика

Но перед экипажем пилотируемого космического аппарата могут стоять военные задачи. Задачи дистанционного зондирования поверхности Земли всегда включают решение задач космической разведки, они нередко требуют активного участия членов экипажа.

Спутники-инспекторы часто требуют управления со стороны экипажа обитаемого космического аппарата. Особенно при боевой активности такого спутника-инспектора. В этом случае может осуществляться непосредственный визуальный контакт экипажа со спутником-инспектором, особенно при выполнении оперативных манёвров.

При выходе в открытый космос человек летит со скоростью 8 км/с

На орбитальной станции экипажи сменяют друг друга, как правило, через несколько месяцев: космонавты испытывают состояние невесомости по полгода и дольше. Вес тела невесомость компенсирует, при этом офицерам приходится ежедневно тренироваться под нагрузкой упругих элементов, моделируя работу организма в условиях гравитации, минимизируя эффект невесомости. Факты о невесомости таковы: после полета члены экипажа проходят серьезный и продолжительный процесс реабилитации, с трудом возвращают себя в привычную физическую форму. При условии возникновения изменений, их глубина зависит от того, какое время в невесомости провел человек. Длительность реабилитации сравнима со временем полета.

Методы имитации для изучения

Большинство общепринятых методов имитации невесомости воспроизводит давление крови, функциональные и другие сдвиги, которые возникают в этом состоянии.

Для имитации вестибулярных нарушений, развивающихся в условиях невесомости, используется калориметрическая проба (раздражение внутреннего уха теплой водой) и кресло для исследования вестибулярного аппарата с вращением испытуемого.

При вращении человека на кресле  возникает конвекция жидкости в полукружных каналах уха, что обычно вызывает нистагм (непроизвольное колебание глаз) и нередко вестибулярные нарушения.

При проведении теста астронавта в кресле на борту космического корабля «Шаттл» (США) также проявился нистагм. Этот результат не соответствовал научным ожиданиям, так как давно предложенная для объяснения вестибулярных нарушений теория была основана на рецепторах внутреннего уха, что возможно только в условиях гравитации. В отсутствие последнего метод не должен, казалось бы, работать. Авторы эксперимента полагают, что теория для объяснения вестибулярных нарушений должна быть пересмотрена.

Это является еще одним убедительным примером того, как знания, добытые в космических просторах, позволяют по-новому подходить к тайнам, лежащим в «нас самих». Так или иначе, изложенное выше наблюдение заслуживает внимания и подтверждения. Можно лишь предположить, что при вращении кресла может возникать так называемая искусственная гравитация, и тогда все остается на «прежних местах».

Вопрос имитации физиологических эффектов, свойственных состоянию невесомости на Земле, является базисным для космической медицины.

Целесообразность изучения эффектов состояния невесомости в земных условиях продиктована трудностями комплексных исследований в космическом полете, необходимостью тщательного подбора космонавтов и изучения тех изменений, которые могут наблюдаться во время космических полетов.

Древнейшие народы Передней Азии

Имитация методом водного погружения

С другой точки зрения, более физиологичным методом имитации невесомости является водное погружение – иммерсия.

При погружении тела в воду или какую-либо другую жидкость действует сила, направленная вертикально вверх от центра Земли. Феномен потери веса наблюдается при неглубоком, поверхностном погружении тела, как это имеет место в обычной ванне.

Выталкивающая сила воды зависит от ее удельного веса. В соленой воде «архимедова» сила может быть настолько велика, что человек не тонет. Иногда путем подсаливания воды раствором поваренной соли (0,9 г/л NaCl) искусственно добиваются эффекта нулевой плавучести человека. Этот же эффект наблюдается и в некоторых природных озерах с высоким удельным весом воды, когда последний равен или больше удельного веса человеческого тела. Эта лабораторная модель наиболее оперативно имитирует эффекты состояния невесомости и больше всего приближена к уменьшению двигательной активности, так как водная среда создает условия «идеальной опоры» с равномерным распределением опорных точек по поверхности тела.

Модель иммерсии для имитации состояния невесомости применяется во многих странах мира. Используют, как правило, обычную воду термонейтральной температуры +34° С, которая является комфортной для тела человека. Подчеркнем, что при иммерсии в отличие от обычных гигиенических и лечебных ванн водный режим более продолжителен – от нескольких часов до нескольких суток.
Но метод водной иммерсии имеет много недостатков. Может возникать нарушение клеток кожных покровов и инфицирование их, что требует строгого и непрерывного контроля. Кроме того, кожные покровы человека проницаемы для воды, в связи с чем контакт с водой может увеличить объем циркулирующей крови и способствовать перегрузке сердца.

Поэтому уже давно стали применять «сухую» иммерсию. Этот метод с использованием водонепроницаемой эластичной пленки. Он исключает контакт кожи с водой и ее воздействие на динамическое равновесие, позволяет проводить исследования влияния режима сниженной гравитации.
Для реализации этого способа применяются ванны водоизмещением около 1,5 кубических метров воды. Температура воды поддерживается автоматически (электроконтактный термометр связан с системой подогрева). К окантовке ванны крепится водонепроницаемая пленка, которая по своей площади значительно превышает водную поверхность. Обследуемый погружается на пленку, которая под тяжестью его тела провисает в водную среду и, окружая его тело со всех сторон, смыкается спереди.

Метод «сухой» иммерсии выгодно отличается от водной возможностью проводить инструментальный контроль за состоянием человека. Этот метод безопасен для организма и позволяет объективно оценивать состояние человека в каждый необходимый момент времени, что представляет интерес не только для космической медицины, но и как космические изобретения в быту.