какую нагрузку испытывает космонавт при взлете

Перегрузки, нулевая гравитация. Что убивает здоровье астронавтов

Согласно рассчетам и планам NASA и SpaceX, первые люди отправятся к Марсу уже через каких-то 15-20 лет. Но перед этим человечеству предстоит решить массу задач, которые ставит перед ними самое дальнее космическое путешествие в истории.

Одна из важнейших задач — сохранение работоспособности и нормального функционирования организма во время длительного нахождения в невесомости. Сейчас, как и многие годы назад, космонавты должны отличаться хорошим здоровьем. Все не потому, что при выходе на орбиту их ждут нереальные перегрузки, а из-за того, что само по себе космическое путешествие наносит вред организму.

Все живое на планете Земля так или иначе зависит от земного притяжения. Пребывая на околоземной орбите длительный срок, человек теряет мышечную массу и даже вырастает на несколько сантиметров. Все дело в том, что межпозвоночные диски уже переносят на себе воздействия гравитации и постепенно расправляются. Что же в этом плохого? При создании космических аппаратов все оборудование создается в условиях жесткой экономии места, поэтому выросший на 5-7 см космонавт может, к примеру, не влезть в скафандр или кресло спускаемого аппарата.

В невесомости кровь в основном концентрируется вокруг грудной клетки и головы, что вынуждает космонавтов носить специальные костюмы, нормализующие кровоток и давление. Если этого не делать, то долгое пребывание на орбите после возвращения на Землю аукнется потерей сознания или чувством слабости при попытке встать на ноги. Кроме того, отсутствие нужды опираться на пол приводит к стремительной деградации мышц и костей ног.

Еще со времен станции «Мир» и первых длительных космических экспедиций экипажи орбитальных космических аппаратов начали активно заниматься спортом. И в случае с космонавтами это не просто тренировки по часу 2-3 раза в неделю, как у рядовых землян, а ежедневные двухчасовые силовые и кардиотренировки.

Источник

Перегрузки и их действие на человека в разных условиях

В авиационной и космической медицине перегрузкой считается показатель величины ускорения, воздействующего на человека при его перемещении. Он представляет собой отношение равнодействующей перемещающих сил к массе тела человека.

Перегрузка измеряется в единицах, кратных весу тела в земных условиях. Для человека, находящегося на земной поверхности, перегрузка равна единице. К ней приспособлен человеческий организм, поэтому для людей она незаметна.

Если какому-либо телу внешняя сила сообщает ускорение 5 g, то перегрузка будет равна 5. Это значит, что вес тела в данных условиях увеличился в пять раз по сравнению с исходным.

При взлете обычного авиалайнера пассажиры в салоне испытывают перегрузку в 1,5 g. По международным нормам предельно допустимое значение перегрузок для гражданских самолетов составляет 2,5 g.

В момент раскрытия парашюта человек подвергается действию инерционных сил, вызывающих перегрузку, достигающую 4 g. При этом показатель перегрузки зависит от воздушной скорости. Для военных парашютистов он может составлять от 4,3 g при скорости 195 километров в час до 6,8 g при скорости 275 километров в час.

Реакция на перегрузки зависит от их величины, скорости нарастания и исходного состояния организма. Поэтому могут возникать как незначительные функциональные сдвиги (ощущение тяжести в теле, затруднение движений и т.п.), так и очень тяжелые состояния. К ним относятся полная потеря зрения, расстройство функций сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем, а также потеря сознания и возникновение выраженных морфологических изменений в тканях.

С целью повышения устойчивости организма летчиков к ускорениям в полете применяют противоперегрузочные и высотно-компенсирующие костюмы, которые при перегрузках создают давление на область брюшной стенки и нижние конечности, что приводит к задержке оттока крови в нижнюю половину тела и улучшает кровоснабжение головного мозга.

Для повышения устойчивости к ускорениям проводятся тренировки на центрифуге, закаливание организма, дыхание кислородом под повышенным давлением.

При катапультировании, грубой посадке самолета или приземлении на парашюте возникают значительные по величине перегрузки, которые могут также вызвать органические изменения во внутренних органах и позвоночнике. Для повышения устойчивости к ним используются специальные кресла, имеющие углубленные заголовники, и фиксирующие тело ремнями, ограничителями смещения конечностей.

Перегрузкой также является проявление силы тяжести на борту космического судна. Если в земных условиях характеристикой силы тяжести является ускорение свободного падения тел, то на борту космического корабля в число характеристик перегрузки также входит ускорение свободного падения, равное по величине реактивному ускорению по противоположному ему направлению. Отношение этой величины к величине называется «коэффициентом перегрузки» или «перегрузкой».

На участке разгона ракеты-носителя перегрузка определяется равнодействующей негравитационных сил — силы тяги и силы аэродинамического сопротивления, которая состоит из силы лобового сопротивления, направленной противоположно скорости, и перпендикулярной к ней подъемной силы. Эта равнодействующая создает негравитационное ускорение, которое определяет перегрузку.

Ее коэффициент на участке разгона составляет несколько единиц.

Если космическая ракета в условиях Земли будет двигаться с ускорением под действием двигателей или испытывая сопротивление среды, то произойдет увеличение давления на опору из-за чего возникнет перегрузка. Если движение будет происходить с выключенными двигателями в пустоте, то давление на опору исчезнет и наступит состояние невесомости.

При старте космического корабля на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. По статистике, космонавты редко испытывают перегрузки, превышающие 4 g.

Способность переносить перегрузки зависит от температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и т.д. Существуют и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не до конца выяснено.

Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, которое длится более трех секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения. Поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности.

При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести. При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта иллюзия называется окологиральной и является следствием воздействия перегрузок на органы внутреннего уха.

Многочисленные экспериментальные исследования, которые были начаты еще ученым Константином Циолковским, показали, что физиологическое воздействие перегрузки зависит не только от ее продолжительности, но и от положения тела. При вертикальном положении человека значительная часть крови смещается в нижнюю половину тела, что приводит к нарушению кровоснабжения головного мозга. Из-за увеличения своего веса внутренние органы смещаются вниз и вызывают сильное натяжение связок.

Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси, от спины к груди. Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.

При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте.

Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.

Источник

Из различных источников приходят различные данные об испытанной экипажем «Союза-10» перегрузке, вызванной работой спасательной системы после аварии ракеты-носителя. По различным данным, она составляла от 6g до 20g.

Он рассказал, что экипаж перенес перегрузки в 6g без дополнительных проблем при аварийной посадке, поскольку выносливость к подобным перегрузкам проверяется при отборе в космонавты и в ходе предполетных тренировок.

«Даже 8g не является для космонавтов экстраординарной, это штатная перегрузка, которую организм должен выдерживать не просто без потерь для здоровья, но и без потери работоспособности»,- заявил РБК летчик-космонавт Андрей Борисенко.

«Космонавтов швырнуло, поболтало. Но они в скафандрах. В этот раз высота полета была не очень большая. На трансляции после отделения первой ступени было видно перегрузку равную 8g. Такая же перегрузка, вероятно, была при приземлении спускового аппарата»,- добавил испытатель космической техники Андрей Емельянов.

В свои очередь академик российской Академии космонавтики Александр Железняков констатитровал, что «на тренировках они крутятся и на 8g и на 10g». Также он напомним, что «в 1975 году был аналогичный инцидент с запуском «Cоюза», космонавты испытывали 20-кратные перегрузки».

В NASA заявили, что испытанные экипажем «постоянные» перегрузки действительно находились в пределах 6g-8g, однако миллисекундные перегрузки, по мнению экспертов были значительно выше.

Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен

Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.

Источник

Перегрузки, испытываемые космонавтами в невесомости. Справка

При совершении космического полета космонавт подвергается воздействию ряда факторов: невесомость, перегрузки, шумы, вибрации, ограничение подвижности, изоляция, существование в замкнутом ограниченном пространстве и пр.

Ни одна профессиональная деятельность человека не связана с воздействием на него всех этих факторов в тех количественных соотношениях, как при полетах в космос. Так, состояние длительной невесомости, которое испытывает космонавт, не может быть испытано человеком в земных условиях.

В земных условиях человек может испытать только состояние кратковременной невесомости, например, если человек находится в лифте, движущемся по вертикали вниз с ускорением a = g. Где g – ускорение свободного падения, т.е. ускорение силы тяжести.

Как и сила тяжести, ускорение свободного падения зависит от широты места j и высоты его над уровнем моря Н. Приблизительно ускорение свободного падения = 978,049 (1 + 0,005288 sin2j – 0,000006 sin22 j – 0,0003086 Н. На широте Москвы на уровне моря g = 981,56 см/сек.

Но при а = g – тело и лифт совершают свободное падение и никаких взаимных давлений друг на друга не оказывают, в результате организм воспринимает оказываемое на него давление как состояние невесомости.

Состояние космической невесомости имеет отличия от состояния невесомости в земных условиях, что вызывает изменения ряда его жизненных функций в организме человека. Так, невесомость ставит центральную нервную систему и рецепторы многих анализаторных систем (вестибулярного аппарата, мышечно-суставного аппарата, кровеносных сосудов) в необычные условия функционирования. Поэтому невесомость рассматривают как специфический интегральный раздражитель, действующий на организм человека и животного в течение всего орбитального полета. Ответом на этот раздражитель являются приспособительные процессы в физиологических системах; степень их проявления зависит от продолжительности невесомости и в значительно меньшей степени от индивидуальных особенностей организма.

С наступлением состояния невесомости у космонавта могут возникнуть вестибулярные расстройства, длительное время сохраняется чувство тяжести в области головы (за счет усиленного притока крови к ней). Вместе с тем адаптация к невесомости происходит, как правило, без серьезных осложнений: человек сохраняет работоспособность и успешно выполняет различные рабочие операции, в том числе те из них, которые требуют тонкой координации или больших затрат энергии. Двигательная активность в состоянии невесомости требует гораздо меньших энергетических затрат, чем аналогичные движения в условиях весомости.

Если в полете не применяются средства профилактики, то в первые часы и сутки после приземления (период реадаптации к земным условиям) у человека, совершившего длительный космический полет, наблюдается следующий комплекс изменений:

1. Нарушение процессов обмена веществ, особенно водно-солевого обмена, что сопровождается относительным обезвоживанием тканей, снижением объема циркулирующей крови, уменьшением содержания в тканях ряда элементов, в частности калия и кальция;
2. Нарушение кислородного режима организма при физических нагрузках;
3. Нарушение способности поддерживать вертикальную позу в статике и динамике; ощущение тяжести частей тела (окружающие предметы воспринимаются как необычно тяжелые; наблюдается растренированность в дозировании мышечных усилий);
4. Нарушение гемодинамики при работе средней и высокой интенсивности; возможны предобморочные и обморочные состояния после перехода из горизонтального положения в вертикальное;
5. Снижение иммунобиологической резистентности (ослабление иммунитета);
вестибуловегетативные расстройства.

Нарушения работы организма человека, вызванные невесомостью, обратимы. Ускоренное восстановление нормальных функций может быть достигнуто с помощью физиотерапии и лечебной физкультуры, а также применением лекарственных препаратов. Неблагоприятное влияние невесомости на организм человека в полете можно предупредить или ограничить с помощью различных средств и методов (мышечная тренировка, электростимуляция мышц, отрицательное давление, приложенное к нижней половине тела, фармакологические и др. средства).

Другим фактором, оказывающим значительное влияние на человеческий организм при совершении космического полета, являются перегрузки.

Перегрузки космонавт испытывает при старте и возвращении космического корабля.

При старте на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. Другими словами, вес космонавта во время запуска корабля как бы увеличивается в семь раз.

Человек легче всего переносит перегрузки, действующие в горизонтальной плоскости, хуже – в вертикальной. Однако способность переносить перегрузки (величина допустимых перегрузок) у разных людей различна и зависит от ряда факторов, например от скорости нарастания перегрузки, температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и даже от эмоционального состояния космонавта. Существуют, несомненно, и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не совсем выяснено.

Перегрузки, связанные с ускорением, вызывают значительное ухудшение функционального состояния организма человека: замедляется ток крови в системе кровообращения, снижаются острота зрения и мышечная активность.

Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, длящемся более 3 секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения.

С увеличением перегрузок острота зрения уменьшается, поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности. При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести.

При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта так называемая окологиральная иллюзия является следствием воздействия перегрузок на полукружные каналы (органы внутреннего уха).

Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси.

Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.

При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте.

Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.

По статистике, космонавты редко испытывают перегрузки, превышающие 4g.

Источник

Какую нагрузку испытывает космонавт при взлете

Научный консультант музея «Экспериментаниум» и физиолог Антон Захаров рассказывает, что происходит с телом человека, пока он летит в космос и пока он там находится.Сетевое издание M24.ru приводит полную текстовую версию лекции.

— Нет, невесомость чуть позже.

— Перегрузки, абсолютно правильно. Здесь небольшая табличка, табличка ощущений, которые возникают у человека, когда он испытывает перегрузки. Вообще, что такое перегрузка, откуда она берется? Как вы думаете, есть идеи? Пожалуйста.

— Самолет или космическая станция начинает подниматься, при этом человек начинает в другую сторону отклоняться, возникает перегрузка.

— А почему она называется перегрузка?

— Наверно, потому что человек чувствует себя некомфортно.

Мы свами разговаривали про перегрузки, это не единственная проблема, которую испытывают космонавты. Космонавты взлетели, с перегрузками справились, поднимаются в космос, и тут же их ждут первые радости и первые проблемы.

Итак, мы примерно видели, как живут космонавты в космосе, теперь давайте думать, какие проблемы их там ждут. Первая проблема связана с тем, что человек не испытывает там земного притяжения. Земного притяжения не испытывают в том числе и его органы равновесия. Где у нас находятся органы равновесия, кто-нибудь знает?

— Нагрузки нет, совершенно верно, чтобы наши кости нормально работали, они должны постоянно получать какую-то нагрузку, мы с вами должны постоянно трудиться. Но мы вспоминаем, что в космосе трудиться непросто: нет необходимости, нет возможности. Поскольку там ничего не весит, чтобы вы ни делали, вы тратите намного меньше сил. И, несмотря на то что космонавты все время тренируются, они все равно не могут испытывать тот же уровень физической нагрузки, что и на Земле. Поэтому через 3-4 полета начинаются проблемы с костями, которые, в частности, приводят к остеопорозу, когда костная ткань разрушается.

Еще одна проблема – снова с кровью. Я говорил, что мы очень хорошо приспособлены к нагрузке на Земле. Как мы приспособлены? Крови у нас избыточное количество, у каждого из взрослых примерно 5 литров крови. Это больше, чем нам нужно. Зачем нам этот избыток? Потому что мы прямоходящие, и большая часть крови у нас остается в ногах, внизу нашего тела, а до головы дотягивает не все, поэтому нам нужно некоторый избыток хранить, чтоб хватило крови и голове. Но в космосе сразу пропадает сила тяжести, и поэтому вот эта лишняя кровь, которая была в ногах, начинает срочно перемещаться куда-нибудь по всем организму. В частности, попадает человеку в голову и к мозгу, в результате чего бывают инсульты, микроинсульты, потому что слишком много крови попадает, и сосуды просто лопаются. В результате этого космонавты в первую неделю особенно часто бегают в туалет, как раз теряют лишнюю жидкость, они теряют порядка 20% лишней жидкости за первую неделю нахождения на орбите.

Есть вторая проблема: когда мы дышим, мы выделяем углекислый газ. Если углекислого газа слишком много, сначала начинает болеть голова, появляется сонливость, а в какой-то момент человек может потерять сознание и умереть от избытка углекислого газа. Мы на Земле выделяем углекислый газ, и его поглощают растения; в космосе, даже если взять с собой одно-два растения, они не справятся с этой работой, а много растений с собой не возьмешь, потому что они тяжелые и занимают много места. Как же избавляться от углекислого газа? Есть одно специальное химическое вещество, которое может поглощать избыточный углекислый газ, называется гидроксид лития, его возят в космос, оно как раз поглощает избыточный углекислый газ. С этим веществом связана одна очень интересная, такая героическая история, история корабля «Апполон-13», я думаю, взрослые помнят эту историю.

— Он все время двигается.

— Он действительно все время двигается, а почему? Потому что есть небольшой ветерок, но дело даже не в этом. Мы, когда выдыхаем углекислый газ, выдыхаем его теплым, а теплый газ будет подниматься наверх, потому что он легче, чем холодный. В космосе ни теплый, ни холодный газ веса не имеют, поэтому выдыхаемый газ будет накапливаться над человеком, и он просто в этом облаке будет спать, если с этим ничего не делать. Но с этим действительно что-то делают – и в космосе очень мощные системы вентиляции, которые разгоняют углекислый газ, чтобы мы могли спокойно спать. И эти же системы вентиляции фильтруют воздух от разных инфекций и болезнетворных организмов. Сейчас с этим научились справляться более или менее, а первое время космонавты очень много болели, потому что карантин был недостаточно строгим, а заразиться в космосе чем-нибудь намного легче. Потому что, когда мы чихаем на Земле, то, что мы чихнули, падает на землю и остается в пыли какой-нибудь, мы это напрямую не вдыхаем. А если космонавт чихает, то все, что он чихнул, остается в воздухе, поэтому вероятность подхватить эту инфекцию намного выше, поэтому там все фильтруют. Там действительно очень много пыли у космонавтов, по-прежнему много чихают, но уже болеют меньше, потому что карантин более строгий.

Интересная штука: в космосе, оказывается, быстрее идут процессы регенерации, ранки заживают быстрее и даже целые части тела могут восстанавливаться. Сейчас будет видео с улиткой. Здесь, конечно, ускоренная съемка, на самом деле, это две недели примерно росло. На земле улитки тоже регенерируют, но хуже. Почему это происходит, непонятно. К чему я все это говорю? Я сказал уже в начале: на наших глазах в ближайшем будущем количество людей, которые будут летать в космос, будет расти, и расти, и расти. Возможно, скоро это будет не тема для научно-популярной лекции, а стандартный урок в школе: нужно будет знать, что происходит с человеком, когда он просто решил полететь на экскурсию в космос. Я очень верю, что скоро это произойдет, и надеюсь, что вы тоже верите. Если есть вопросы, пожалуйста, задавайте.

— Скажите, а если перегрузки были, отключение сознания, как потом быстро человек восстанавливается, приходит в сознание?

— Когда отключается сознание, система такая же, как когда человек падает в обморок. Кто-то сразу встает, кто-то не сразу, на кого-то сильно действует, на кого-то меньше. Вообще это, конечно, вредно. Человек теряет сознание, потому что у него недостаточно кислорода поступает в кровь, а значит, недостаточно кислорода поступает в мозг. В результате какие-то клетки мозга могут начать умирать, у кого-то более активно, у кого-то менее активно.

Источник