Все, что нужно знать о выходах в космос
В ночь на 16 августа космонавты Олег Артемьев и Сергей Прокопьев завершили выход в открытый космос по программе российского сегмента Международной космической станции (МКС). Продолжительность работы за бортом станции составила 7 часов 46 минут. Космонавты, в частности, демонтировали установленные в 2017 году панели с микроорганизмами, которые должны были выживать в открытом космосе. Также Прокопьев и Артемьев установили научное оборудование «Икарус» для мониторинга окружающей среды и запустили микроспутники «Сириуссат».
Читайте также
Спецпроект
Интерактивная база данных
Оба россиянина работали в новых скафандрах «Орлан-МКС» . В этих космических костюмах используется новая полиуретановая внутренняя оболочка вместо резины. Также в скафандры установлена новая автоматическая система терморегулирования. Система работает как хороший климат-контроль в автомобиле, самостоятельно подстраиваясь под температуру внутренней среды скафандра и усиливая или, наоборот, уменьшая степень охлаждения.
Выход в космос не только захватывающее событие, но и тяжелая и во многих смыслах неудобная работа. Про некоторые детали типового выхода рассказал ТАСС космонавт Герой России Алексей Овчинин.
Два литра за каждый выход
За тонкими стенками (не более 20 мм) МКС находится так называемый открытый космос — пустое безжизненное пространство, оказавшись в котором без защиты человек даже не успеет задохнуться, а умрет от перепада давления в течение нескольких десятков секунд. Остынет он значительно позже — в космосе из-за вакуума очень слабая теплопередача, и любой предмет охлаждается медленно. Космонавты выходят в космос в специальных костюмах — скафандрах, состоящих из большого числа оболочек. Они создают для человека личный микромир с приемлемыми давлением, температурой и воздухом, которым можно дышать.
Читайте также
Как отмечает Овчинин, скафандр плохо подвижен, и чем больше в нем избыточное давление, тем он жестче (костюм раздувается в вакууме как шар). Поэтому космонавты проводят много тренировок перед полетом и в гидролаборатории, и на специальных тренажерах, а сам скафандр должен быть правильно подогнан. Космонавты работают только руками: рукава и перчатки — самая подвижная часть костюма. Однако и это занятие непростое: например, на то, чтобы сжать полностью кулак в перчатке, растянутой изнутри половиной атмосферы, уходят существенные усилия.
Не секрет, что вся работа за бортом выполняется с помощью рук. Сжать перчатку скафандра полностью, конечно, можно, другое дело, что для выполнения работ за бортом станции не всегда это нужно, достаточно совершать более мелкие движения пальцами, чтобы руки, плечевой пояс, пальцы не уставали и чтобы можно было выполнить все задачи внекорабельной деятельности (ВКД)
Алексей Овчинин
космонавт, Герой России
Читайте также
Главное в космосе — не перегреться
По его словам, космонавты тренируют руки специальными упражнениями, которые развивают плечевой пояс и пальцы. Также облегчают работу космонавтов специальные инструменты, которые для удержания в руках не требуют полного сжатия перчаток.
Кроме сильного напряжения рук, человек греется и сильно потеет внутри скафандра, несмотря на работу системы охлаждения. Алексей Овчинин отметил, что потерю энергии космонавтов за выход в космосе в джоулях или калориях никто не считал, но люди устают за время внекорабельной деятельности достаточно сильно. «Из организма уходит за выход очень много воды, это порядка двух литров. После выхода мы как раз восполняем именно потребности в воде. При этом не используется каких-либо витаминов и других пищевых добавок», — рассказал Овчинин.
Не забудьте перецепить страховочный карабин
Космонавты работают в разных местах за бортом станции, иногда приходится проделать длинный путь от выхода из модуля «Пирс» до места проведения работ. По пути следования передвигающиеся на руках космонавты цепляют себя страховкой за жесткие и гибкие поручни, как альпинисты. Страховочных фалов два — 1,5 и 3 метра.
«Никто никогда не считал, сколько раз космонавт перецепляет карабин во время ВКД, потому что это зависит от задач. Во время некоторых выходов космонавты работают рядом с шлюзовым отсеком. А могут быть работы гораздо дальше, тогда при перемещении по поручням космонавт должен перефиксировать два карабина от двух фалов. Поручни при этом на поверхностях модулей расположены неравномерно — где-то чаще, где-то реже. В некоторых местах поручни расположены достаточно далеко или установлены вообще мягкие поручни — там несколько другая система перецепления», — рассказал Овчинин. При этом он добавил, что случаев отрыва — когда космонавта, «соскользнувшего» с борта станции, спасли лишь страховочные фалы — пока не было.
За время выхода за борт станции космонавты неоднократно оказываются как в тени Земли, так и на солнечной стороне. В тени системы скафандра включаются на обогрев — по трубкам специального сетчатого костюма, надетого на космонавта внутри скафандра, начинает течь теплая вода. На солнечной стороне водяная система влючается на охлаждение. Причем перегреться в скафандре значительно проще, чем замерзнуть, — он работает как термос, и внутреннее пространство скафандра быстро нагревается от тепла работающего человека.
На солнечной стороне космонавты также используют специальное защитное забрало из многослойного золотисто-зеркального стекла. Оно настолько хорошо защищает их лицо и глаза от солнечных лучей, что они впрямую могут смотреть на нашу звезду.
С альпинистами космонавтов роднят не только страховочные фалы и карабины, но и пониженное давление воздуха: во время выхода в скафандре поддерживается давление более чем в два раза меньше обычного атмосферного на Земле — около 0,37–0,42 атмосферы. Это немногим выше, чем на вершине Эвереста.
Человек, в принципе, достаточно комфортно чувствует себя при таком давлении, время нахождения в скафандре ограничено другими системами жизнеобеспечения. А так в среднем за ВКД космонавт находится в скафандре семь-восемь часов
Алексей Овчинин
космонавт, Герой России
Надо отметить, что на вершине Эвереста люди могут погибнуть не из-за низкого давления, а из-за недостаточного содержания кислорода в разреженном воздухе.
Право на передышку
Космонавты во время работы за бортом имеют право на отдых. Так, они могут попросить Центр управления полетами (ЦУП) дать паузу в работе практически в любое время. При этом не используется никаких специальных команд или стоп-слов, просто космонавт сообщает ЦУП, что он устал и ему нужна передышка. Также паузы в работе могут быть организованы по указанию с Земли.
«По циклограмме отдых во время ВКД не предусмотрен, смотрится состояние космонавтов — во время внекорабельной деятельности группа медицинского обеспечения следит за нами, на каждом космонавте надет медицинский пояс, который сбрасывает множество параметров. Если медики видят, что учащается пульс или растет давление, они дают команду на прекращение работы», — рассказал Овчинин. Он также сообщил, что российские космонавты не едят и даже не пьют во время выхода, хотя емкости для воды предусмотрены.
После выхода космонавтам также не дается какого-то специального времени для отдыха — по большей части они в этот момент занимаются обслуживанием скафандра. Космический костюм после выхода нужно прежде всего просушить от пота, затем подготовить к следующему выходу и убрать в специальное помещение на станции.
Валерия Решетников
Что происходит с человеческим телом в космосе
В музее занимательных наук «Экспериментаниум» рассказали о профессии космонавта, состоянии невесомости и процессах, которые происходят в организме человека, находящегося вне земного притяжения. Лектором выступил научный консультант «Экспериментаниума» Антон Захаров. Сетевое издание M24.ru приводит полную тектсовую версию лекции.
Антон Захаров: Сегодня я хотел рассказать о том, что происходит с человеком, пока он летит в космос и пока он там находится. На самом деле, тема очень актуальная. Я на днях смотрел космическую программу Российской Федерации, и там три пункта, первые два нас не интересуют, а третий пункт — к 2020 году увеличить количество пилотируемых полетов. То есть буквально в ближайшие 10 лет больше людей поднимется в космос, а через 20-30 лет количество людей, которые будут отправляться в космос, возрастет еще сильнее, и, возможно, к концу века полеты в космос будут примерно тем же самым, что сегодня — полет на самолете. А может, даже раньше такое произойдет, поэтому нужно знать, какие опасности подстерегают нас на этом пути и чего нам ждать. Но перед тем как перейти к опасностям, немножко истории. Скажите мне, пожалуйста, с чего начинается космическая эра, с какой даты, кто-нибудь знает, с самой важной?
— А почему с этой даты?
— Гагарин в космос полетел.
— Это хороший ответ, но неправильный, потому что до того, как запустили в космос Гагарина, туда запускали всяких животных. А до того, как туда запустили животных, туда что запустили первое?
— Первый спутник. Считается, что дата начала космических полетов — это дата запуска первого спутника. Кто-нибудь знает, когда это произошло?
— Не 2-го, а 4-го, но молодец, на самом деле, очень близко. 4 октября 1957 года первый спутник взлетел в космос. Наш, советский спутник что в космосе делал, кто-нибудь знает?
— Он ничего не фотографировал, у него не было фотоаппарата, это было слишком сложно.
— Передавал сигнал, этот сигнал какую-то информацию нес, как вы думаете? Нет, он просто пищал, и американцы называли его дразнилка-акустик, потому что он летал над всем миром и на радиочастотах, которые радиостанции ловили, он просто издавал писки, ничего не значащие. Очень это раздражало нашего главного конкурента на тот момент — Соединенные Штаты. А как вы думаете, большого размера был этот спутник?
— Ну, в комнату влез бы?
— Влез бы, первый спутник был не очень большим. Сейчас запускают еще более маленькие спутники, потому что чем меньше объект, тем он меньше весит, тем легче его поднять в космос. На самом деле, спутник — это вещь очень важная в истории человечества. Естественно, когда первый спутник в космос полетел, ажиотаж был огромный, и во многие языки мира вошло это новое слово русское «спутник», но этим дело не ограничилось. В Японии, которая уже тогда была, скажем так, «безумной» страной, даже появилась такая прическа — «спутник», это был последний писк моды.
Ну хорошо, первое, что запустили – спутник, а что сейчас в основном запускают в космос? На самом деле, в космос сейчас тоже запускают спутники, но другие, какие, кто знает? У них названия, уверен, – вы знаете.
— Как называются спутники, которые позволяют разговаривать по телефону? Спутники связи GPS и ГЛОНАСС, есть американская системы GPS, а вот это спутники ГЛОНАСС — они чуть-чуть побольше и их в космосе чуть-чуть поменьше. А это что, как вы думаете?
— Вот одна из них – Международная космическая станция – МКС, а это какая, как вы думаете?
— Да, а какая из них была раньше?
— Да, станция «Мир», действительно. А какая станция была самая первая, как вы думаете?
— «Салют», совершенно верно. В 70-х годах Советский Союз запустил первую в мире космическую станцию «Салют». Американцы занимались в это время другими делами. Какая у них была космическая программа, кто знает?
— Да, у них была лунная программа. Американцы запускали человека на Луну, мы строили космические станции, чтобы человек летал вокруг Земли, поэтому большая часть исследований на протяжении практически всего времени посвящены тому, что происходит с организмом в космосе, — это исследовалось в Советском Союзе. Просто потому, что у нас была космическая станция, а у них не было, потому что они летали на 3-4 дня, а у нас месяцами жили на этой космической станции, поэтому нас догнать в строении космических станций было уже невозможно, у нас слишком был большой отрыв. Космическая станция «Мир» была не только советской, не только советские, российские космонавты на ней бывали, на ней были космонавты из разных стран, и в 2001 году ее затопили, она 15 лет провела на орбите. Как вы думаете, 15 лет на орбите, это много?
— Это очень много, в три раз больше, чем то время, на которое она была рассчитана. Поэтому, когда в 2001 году ее затопили, и все вопили «вот, угробили страну, затопили станцию «Мир», на самом деле, ничего не угробили, она, наоборот, в 3 раза дольше прожила, чем должна была, — настолько хорошо была построена эта станция, и просто невозможно было ее уже поддерживать в рабочем состоянии, срок годности ее уже три раза как истек. Поэтому все хорошо было со станцией «Мир», все правильно было сделано, и вместо станции «Мир» построили Международную космическую станцию, в создании которой приняли участие уже больше стран — не только Советский Союз. И сейчас по-прежнему МКС летает, и по-прежнему проводится огромное количество экспериментов на этой станции, в том числе, опять же, по биологии. И большая часть экспериментов наша, потому что просто мы продолжаем историю тех экспериментов, которые проводились в Советском Союзе.
Окей, о том, что происходит с человеком на космической станции, мы поговорим чуть позже, а пока нам нужно разобраться с теми трудностями, которые ждут человека при взлете в космос. Первая трудность, с которой он сталкивается, — это что? Я думаю, вы догадаетесь?
— 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.
— На самом деле, мы с вами просто очень сильно привыкли жить с нагрузкой. Когда мы с вами находимся, как сейчас — вы сидите, я стою, — на нашей планете Земля, мы притягиваемся к Земле, и наша кровь притягивается к Земле сильнее, чем все остальные части нашего тела, потому что она жидкая. Она как бы собирается к Земле. А остальные части нашего тела более твердые, поэтому они чуть меньше притягиваются к Земле, но форма у них более постоянная. И мы к этой нагрузке очень хорошо приспособлены, и когда мы эту нагрузку потеряем, произойдет не очень приятное ощущение, о котором я поговорю попозже.
Но перед тем как попасть в невесомость, где этой нагрузки нет, человек испытывает перегрузки, то есть избыточное действие силы тяжести. При двукратной перегрузке — перегрузке в 2 g — тело человека наливается тяжестью, лицо немножко обвисает, трудно встать, понятное дело, нужно поднимать не 50-60-70 кг, которые вы обычно весите, а в два раза больше. При троекратной перегрузке человеку уже невозможно стоять, и у человека сначала отключается цифровое зрение, потому что клетки, которые отвечают за цифровое зрение, они очень много энергии потребляют. При 4,5 g совсем отключается зрение, крови не хватает уже нашей с вами сетчатке, дальше невозможно поднять руку или ногу. И при 12 g большинство людей теряет сознание. Все, что я говорю сейчас, касается перегрузок не мгновенных, а которые длятся какое-то время, хотя бы 10-20-30 секунд, мгновенные перегрузки бывают сильнее. Как вы думаете, такие перегрузки в обычной жизни можно встретить, не поднимаясь в космос?
Перегрузку в 4,5 g можно испытать, не взлетая в космос? На самом деле, обычно где-то 1,5, но, если вы катаетесь на аттракционах, как раз 3-4 g вполне можно испытать. А так, понятно, что человек, стоящий неподвижно, 1 g испытывает; в самолете – где-то 1,5; парашютист, который приземляется, — где-то 2 g; в момент раскрытия парашюта очень недолго он испытывает 10 g, то есть практически на грани потери сознания. При этом космонавты, которые сейчас летают, испытывают меньше — 3-4 g, у них вот этих 8-12 — очень сильных перегрузок — нет, их испытывали только космонавты, когда только строили космические корабли, тогда было 7-8 g, это была проблема. Сейчас все сделано так, чтоб взлетать было легче.
На самом деле, самые интенсивные перегрузки часто испытывают военные летчики. В момент исполнения каких-нибудь фигур высшего пилотажа вполне себе бывает 12 g, но достаточно кратковременно, поэтому они сознание не теряют — это раз, а два — они очень подготовленные, поэтому им легче справляться. Максимальные перегрузки, допустимые для здоровья, даже кратковременные — это примерно 25 g. Если перегрузка будет больше, даже кратковременная, то вероятность, что человек сломает себе позвоночник, начинает приближаться к 90%, а это уже, естественно, не очень хорошо.
Мы поговорили про обычные перегрузки, так называемые положительные перегрузки. Мы выяснили, что антигравитации не существует. А как вы думаете, отрицательные перегрузки могут быть? (Но перегрузка и гравитация — понятия немножко разные) И, действительно, отрицательные перегрузки бывают, если вы просто встанете на голову, то испытаете отрицательную перегрузку -1 g, потому что кровь, которая обычно приливает к ногам, и части тела, которые обычно давят друг на друга в одном направлении, начнут давить друг на друга в другом направлении, и кровь начнет приливать к голове. Это вполне себе отрицательная перегрузка и, естественно, большие отрицательные перегрузки тоже вредны для здоровья, и их тоже можно испытать, не летая ни в какой космос. Их, например, испытывают прыгуны с тарзанки – то, что по-английски называется банджи- джампинг.
На самом деле, этот банджи-джампинг. Во-первых, мне даже на фотографии смотреть страшно, а во–вторых, это очень интересный ритуал. Кто-нибудь знает, откуда он взялся? Дело в том, что индейцы племени Вануату в Южной Америке таким образом посвящали мальчиков в мужчины. Они забирались на высокое дерево, брали какую-то крепкую лиану, привязывали ее к ногам, и подросток должен был прыгнуть с этой лианой виз, не долетая до земли метра-двух. И если он спокойно выдерживал, он становился мужчиной. Когда об этом в 70-х годах ХХ века узнали студенты Оксфорда, они пришли в дикий восторг и решили, что такую традицию надо повторить. Но они решили, что первый прыжок должен быть преисполнен торжественности, и нарядились во фраки. Сейчас банджи-джамперы — неформальные люди, а первые прыгуны прыгали в костюмах, это было достаточно красиво.
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.
Ну, радости, конечно, когда человек поднимается в космос, полные штаны, — это понятно. И у космонавтов, как у маленьких детей это бывает, — и это подтверждается биохимическими исследованиями — выше «гормон счастья» в крови, чем у обычных людей. И их можно, в принципе, понять, много там крутого происходит. Давайте одно видео посмотрим с МКС. В принципе, люди развлекаются, как могут, конечно. Не обязательно вещи носить руками, можно их и ногами поносить. Движения должны быть очень точно рассчитаны, должны быть очень аккуратными. Вот так на самом деле космонавты не моют руки, это было специально для видео снято, ради этих 10 красивых секунд очень много сил потратят потом космонавты, собирая эти капельки по одной. Это только кажется – вау, как круто они разлетелись, а они действительно разлетелись, их теперь все собрать нужно, проблема достаточно серьезная.
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?
— В голове, мозжечок?
— В ухе. Нет, мозжечок — это мозговой центр, который обеспечивает координацию равновесия, но это не чувствительная часть, а чувствительная часть у нас находится в ухе. Красивые камушки, которые здесь изображены, — это кристаллы отолиты, это камушки, которые находятся у нас в вестибулярном аппарате, его мешочке, и, когда мы крутим головой из стороны в сторону, они перекатываются внутри нашего вестибулярного аппарата, таким образом, мы понимаем, что голова наша повернута относительно остального тела. Вот в этих мешочках находятся эти кристаллы. Что происходит в космосе, в космосе происходит одна простая вещь, эти камушки начинают, как и все стальное, плавать внутри вестибулярного аппарата — у человека происходит сбой. С одной стороны, глаза ему говорят, что он по-прежнему вертикально стоит, все нормально, а с другой стороны, органы равновесия говорят: я не понимаю, что произошло, меня во все стороны колбасит, я не знаю, что делать. Есть проявление, похожее на космическую болезнь, — это морская болезнь. Тогда происходит то же самое, вестибулярный аппарат качается в разные стороны, а глаза качаются не так сильно, и у организма происходит сбой, и организм начинает что делать?
— Тошнить начинает, и в космосе его начинает точно также тошнить, но, поскольку в космосе эта перестройка происходит намного более резко, космическая болезнь бывает почти у всех космонавтов. Не всех, правда, тошнит, но тех, кого тошнит, — это опасная штука. Потому что люди обычно испытывают приступы космической болезни в тот момент, когда они уже пристыковались к космической станции и еще в скафандрах. Они начинают делать первые движения, выходя на космическую станцию, то есть находятся в замкнутых скафандрах и, смех-смехом, но это одна из серьезных причин гибели космонавтов, просто потому что скафандр замкнутый, а лететь без скафандра нельзя. Почему, об этом расскажу чуть попозже.
Идем дальше, еще одна проблема, которая в космосе поджидает людей, — это уменьшение количества кровяных клеток. Разные причины у этого есть, одна из причин такая: в космосе происходит уменьшение костной ткани, а внутри костной ткани как раз кровяные клетки образуются. Поэтому, если косточек становится меньше, то и клеток становится меньше. В общем, достаточно неприятная штука, особенно неприятная, когда космонавт возвращается на Землю, и ему нужно пройти период адаптации обратно к условиям на Земле. Он в том числе испытывает мощный недостаток кислорода как раз потому, что у него не хватает вот этих кровяных клеток, которые кислород переносят. Собственно, подробнее про кости. Почему кости разрушаются в космосе, вы знаете? Есть идеи?
— 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.
Мышцы тоже не испытывают нагрузку. Независимо от размера груза, независимо от того, сколько он весит на Земле, в космосе его перекидывать трудности никакой не будет. Поэтому космонавты, я уже говорил, обязательно тренируются в космосе. Об этом следующее видео. Естественно, тяжести поднимать в космосе никакого смысла нет, можно попробовать побегать. Действительно, человек бегает, только, обратите внимание, он привязан к беговой дорожке, потому что, если бы он не был привязан к беговой дорожке, он бы просто улетел. Опять же, тяжести поднимать нельзя, но можно разгибать пружины, и космонавты минимум 4 часа в день проводят в физических упражнениях. Космонавты, как вы знаете, — это самые подготовленные люди, самые физически крепкие и стойкие. И все равно, когда они возвращаются из космоса, они, во-первых, никогда в жизни больше не достигают той формы, которая была до первого полета, а во-вторых, даже приблизительное восстановление после этих нагрузок занимает примерно столько же времени, сколько космонавт находился на орбите. То есть, если он был там полгода, он полгода будет восстанавливаться, первые несколько недель они ходить даже не могут. То есть у них мышцы ног практически атрофировались, они полгода ими не пользовались.
Идем дальше, очередная проблема, связанная с тем, чем космонавт должен дышать в космосе. Проблема двусторонняя: в первую очередь, нужно поднять на орбиту воздух или кислород. Как вы думаете, что лучше поднимать — воздух или кислород, чем мы дышим с вами?
— Кислород, вот американцы тоже думали, что лучше поднимать на орбиту чистый кислород, пускай немного разреженный. Хотя, на самом деле, чистый кислород — это довольно страшная штука. Во-первых, он опасен для организма, это яд — в больших количествах, а во-вторых, он очень хорошо взрывается. Первые несколько лет нормально взлетали ракеты, заполненные чистым кислородом, а потом в какой-то момент одна искорка побежала, и от космического корабля не осталось камня на камне. После этого решили делать так же, как делал Советский Союз, — просто баллоны с жидким воздухом. Это тяжелый вариант, это дорого, но безопасно.
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.
Дети когда-нибудь слышали про корабль «Апполон-13»? Слышали, даже фильм такой сняли, что произошло с этим кораблем? У него был очень неудачный полет, там много разных вещей было, нас интересует, что происходило с гидроксидом лития. История такая: «Апполон-13» уже не в первый, не во второй раз летел к Луне, исследовать Луну. Туда летели три человека, у них был собственный космический корабль и специальная капсула, которая должна была прилуняться, и два человека, которые должны были выйти на Луне, что-то там поделать, а потом вернуться на капсуле обратно и улететь на Землю. Но где-то на 3 сутки полета вдруг произошел взрыв, и часть основного корабля разворотило, в том числе повредило систему жизнеобеспечения. В принципе, не такая уж страшная проблема, потому что шлюпка, на которой нужно было подлетать к Луне, была цела, и на ней вполне можно было вернуться на Землю. Но была проблема совершенно идиотская: канистры с гидроксидом лития, которые хранились на шлюпке, и канистры с гидроксидом лития, которые хранились на корабле, были разными, в них были просто разные входные отверстия. И все инженеры Америки, которые были связаны с проектом, и многие инженеры мира примерно сутки занимались тем, чем обычно занимаются люди в передаче «Очумелые ручки». Они придумывали, как при помощи клея, обрывков газет, скрепок и того, что найдется на корабле, переделать один выход в другой, чтобы люди могли полететь обратно к Земле. У них это, слава Богу, получилось, и этот корабль (пока он приземлялся, тоже много было разных проблем), слава Богу, приземлился нормально.
Мы выяснили, что у людей в космосе бывают проблемы, когда они бодрствуют: с кровью плохо, с мышцами плохо, с костями плохо, и так далее, и так далее. Спать в космосе тоже плохо. Причины две: первая причина — на космической станции никто не выключает свет, она должна работать все время, там все время проводятся какие-то эксперименты. Работа очень напряженная, поэтому спят космонавты по вахтам: сначала одни, потом другие. Это тяжело, если так день поспать, два поспать, три, то ничего страшного, но если так поспать две-три недели или месяц, то начинаются перестройки в организме, и это вредно. Это вредно и для нас тоже, потому что сейчас много людей в крупных городах живет в неправильном световом режиме, из-за этого мы страдаем и даже этого не замечаем. Еще одна проблема связана с тем, что, поскольку нет притяжения, и человек не может ни на что опереться, а это очень важное чувство, как психологи выяснили. Для того чтобы заснуть, человеку нужно к чему-нибудь прислониться и чувствовать себя уверенно. Поэтому космонавты надевают специальные повязки под колени и надевают специальные повязки на глаза, чтобы создать хотя бы какую-то имитацию того, что их куда-то тянет. Получается не очень хорошо, но получается. Есть третья проблема, связанная уже с углекислым газом: пока мы с вами спим, мы дышим и выделяем углекислый газ, мы с вами не двигаемся, и углекислый газ накапливается на поверхности нашего лица. На Земле это не страшно, почему?
— 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.
Еще одна проблема, которая поджидает космонавтов, — это космическая радиация. Мы на Земле от космической радиации защищены атмосферой, которая не пропускает радиацию, в частности, озоновым слоем неплохо от нее защищены. А в космосе озонового слоя нет, и космонавты испытывают повышенную радиацию. Это опасно, и этого очень долго боялись, пока не проверили, какое количество радиации человек там испытывает. Он испытывает примерно столько же, сколько испытывают жители тех мест, которые расположены в гранитных скалах, например. Гранитные скалы тоже немножко радиации излучают, примерно столько же получает космонавт. То есть жители, допустим, Корнуолла (это в Англии), считайте, космонавты в этом отношении, даже немножко больше радиации получают. А совсем много радиации получают пилоты и стюардессы сверхзвуковых самолетов («Конкорд», например), которые летают на больших высотах.
Но мы надеемся, что когда-то человек не только будет летать на космические станции, а и до Марса долетит, до других планет. И в этих случаях нас поджидает угроза, потому что обычно космические станции летают вокруг Земли — там, где радиационное поле не очень сильное. Но вокруг Земли есть два «бублика» мощных радиационных полей, через которые нужно пролететь, чтобы добраться до Луны, Марса, других планет. И там радиация очень сильная, и одна из проблем отправки на Марс сейчас — это воздействие радиации на протяжении нескольких месяцев. Люди, может, и долетят туда, но долетят очень больными — этого, естественно, никто не хочет. Поэтому сейчас придумывают, как сделать одновременно легкий скафандр и легкую обшивку космического корабля, которая притом защищала бы от радиации. Потому что в принципе от радиации защититься не трудно, можно свинцом корабль обложить и окей – от радиации мы защищены, но свинец очень тяжелый.
Мы с вами говорили про минусы, минусы, минусы. Но не только минусы есть при полете в космос. Когда мы летим в космос, (это не то чтобы большой плюс, это просто очень приятно) мы становимся немножко выше. Под действием силы тяжести, пока мы весь день куда-то ходим, наши позвонки давят друг на друга, а главное — давят на межпозвоночные диски. Они в течение дня немножко «сплющиваются», поэтому человек с утра на несколько сантиметров выше, чем вечером. Можете, если не пробовали, дома проверить. Почему советуют всегда рост мерять в одно и то же время, потому что в течение дня он меняется. Так вот, в космосе сила тяжести не действует, поэтому космонавты немного вырастают, иногда даже слишком. Один космонавт вырос на целых 7 сантиметров, он был очень рад, ему много лет в этот момент уже было, одна проблема — скафандр при этом не вырос, было достаточно тесно. Сейчас все скафандры делают — сантиметров 10 оставляют на случай, если космонавт вырастет.
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.
Если вопросов больше нет, большое спасибо, что вы сегодня к нам пришли.
Почему в космосе невесомость?
Ты, возможно, слышал о гравитации. Гравитация – сила, с которой Земля тянет тебя к своему центру. Если бы гравитации не было – ты бы оттолкнулся от пола и улетел, никогда не возвращаясь на Землю. Ты летел бы и летел, пока не нашел бы преграду или опору, от которой можно было бы снова оттолкнуться и вернутся на Землю. Например, если повезет, ты мог бы оттолкнуться от Луны. Гравитация заставляет вещи падать, а воду стекать вниз по склону.
Гравитация – это не только притяжение Земли, это притяжение всех вещей ко друг к другу. Не только Земля притягивает тебя, но и ты тянешь Землю к себе! Просто, чтобы тянуть сильно, надо обладать очень большой массой: чем массивнее вещь, тем сильнее она притягивает к себе все вокруг. Например, огромное и очень массивное Солнце притягивает Землю и другие планеты.
Гравитация делает нас тяжелыми и придает вес всем вещам вокруг. Но существуют места, где предметы вообще ничего не весят. В космосе, вдали от Земли, Солнца, звезд и других небесных тел гравитация очень слабая. Гравитация сильно действует только вблизи, поэтому чем дальше удаляться от Земли или Солнца, тем слабее их притяжение. В космических кораблях на орбите космонавты находятся в невесомости: они парят и плавают по космическим станциям, словно совсем ничего не весят, как пушинки.
Дело тут правда не в том, что на космонавтов перестает действовать гравитация. Хотя космонавты находятся высоко, но все же не так уж высоко – Международная космическая станция парит всего лишь в 400 км над Землей. Ее притягивает к Земле лишь чуть меньше, чем если бы она стояла на Земле.
Все дело в том, что мы чувствуем гравитацию только тогда, когда сопротивляемся ей. Пока ты упираешься ногами в поверхность площадки, ты сопротивляешься гравитации и чувствуешь ее. Но стоит тебе подпрыгнуть – и на долю секунды, пока ты взлетаешь и падаешь, ты перестаешь ей сопротивляться и оказываешься в невесомости. То же происходит с парашютистами – пока они летят в самолете, они сопротивляются гравитации, упираясь в пол кабины самолета. Но стоит им прыгнуть, они перестают чувствовать гравитацию в своем свободном полете к земле. И с космонавтами происходит похожее чудо. Международная космическая станция и другие аппараты на орбите находятся в свободном падении, просто они все никак не могут упасть на Землю. Они промахиваются мимо Земли, потому что с большой скоростью кружат по орбите. А космонавты внутри станций падают с ними. Так же, как парашютисты в свободном полете или ты во время прыжка на месте, космонавты оказываются в невесомости. Просто намного дольше, чем ты.
Ты можешь почувствовать себя космонавтом не только подпрыгивая. Мы испытываем невесомость, качаясь на качелях: в тот момент, когда они на секунду застыли перед тем, как поменять направление движения и опуститься вниз.
Многие заблуждаются при ответе на этот вопрос: в чем причина невесомости на орбите
Еще один случай, когда все в целом правильно понимают суть некоего явления, но часто, к сожалению, описывают его не совсем верно.
Андрей Сердечнов
Согласно закону всемирного тяготения все тела притягиваются друг к другу, и сила притяжения прямо пропорциональна массам тел и обратна пропорциональна квадрату расстояния между ними. То есть выражение «отсутствие гравитации» вообще не имеет смысла. На высоте нескольких сотен километров над поверхностью Земли — там, где летают пилотируемые корабли и космические станции — сила притяжения Земли очень велика и практически не отличается от силы гравитации вблизи поверхности.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Если бы существовала техническая возможность сбросить некий предмет с башни высотой километров 300, он бы начал падать вертикально и с ускорением свободного падения, точно так же, как он падал бы с высоты небоскреба или с высоты человеческого роста. Таким образом, во время орбитальных полетов сила земного притяжения не отсутствует и не ослабевает в значимых масштабах, а компенсируется. Точно так же, как для водных судов и аэростатов, сила притяжения земли компенсируется архимедовой силой, а для крылатых летательных аппаратов — подъемной силой крыла.
Да, но вот самолет-то летит и не падает, а пассажиру внутри салона не летают как космонавты на МКС. При обычном полете пассажир прекрасно ощущает свой вес, и от падения на землю его удерживает не непосредственно подъемная сила, а сила реакции опоры. Лишь во время аварийного или искусственно вызванного резкого снижения человек вдруг чувствует, что перестает давить на опору. Возникает невесомость. Почему? А потому что если потеря высоты происходит с ускорением, близким к ускорению свободного падения, то опора больше не мешает пассажиру падать — она и сама падает.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Невесомость
spaceref.com
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Понятно, что когда самолет прекратит резкое снижение, или, к несчастью, упадет на землю, тут-то и станет ясно, что гравитация никуда не девалась. Ибо в земных и околоземных условиях эффект невесомости возможен только во время падения. Собственно продолжительным падением и является орбитальный полет. Космическому кораблю, двигающемуся по орбите с первой космической скоростью, мешает упасть на Землю сила инерции. Взаимодействие гравитации и инерции имеет название «центробежной силы», хотя в реальности такой силы не существует, это в некотором роде фикция. Аппарат стремится двигаться по прямой (по касательной к околоземной орбите), но земная гравитация постоянно «закручивает» траекторию движения. Здесь эквивалентом ускорения свободного падения является так называемое центростремительное ускорение, в результате которого меняется не значение скорости, а ее вектор. И поэтому скорость корабля остается неизменной, а направление движение постоянно меняется. Поскольку и корабль, и космонавт движутся с одной и той же скоростью и с тем же самым центростремительным ускорением, космический аппарат не может выступать в качестве опоры, на которую давит вес человека. Вес — это возникающая в поле сил тяжести сила воздействия тела на опору препятствующую падению, А корабль, как и резко снижающийся самолет, падать не мешает.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Вот поэтому совершенно неправильно говорить об отсутствии земной гравитации или о наличии «микрогравитации» (как принято в англоязычных источниках) на орбите. Напротив, притяжение земли является одним из главных факторов возникающего на борту феномена невесомости.
Об истинной микрогравитации можно говорить лишь в применении к полетам в межпланетном и межзвездном пространстве. Вдали от крупного небесного тела действие сил притяжения отдаленных звезд и планет будет настолько слабым, что возникнет эффект невесомости. О том, как с этим бороться, мы не раз читали в фантастических романах. Космические станции в виде тора (баранки) станут раскручиваться вокруг центральной оси и создавать имитацию гравитации с помощью центробежной силы. Правда, чтобы создать эквивалент земного притяжения, придется задать тору диаметр более 200 м. Есть и другие проблемы, связанные с искусственной гравитацией. Так что все это дело отдаленного будущего.