Дек
24
|
Передвижение и работа на поверхности Луны и других планет вытекают из таких конкретных проявлений законов механики, которые значительно отличаются от соответствующих проявлений на Земле. Поскольку величина земной гравитации (go) – постоянная величина, принятая за 1, ускорение, меньшее чем go, проявляется пониженной весомостью и составляет на Луне 1/6 этой величины.
С целью подготовки космонавтов к деятельности в такой среде были проведены многочисленные теоретические исследования и модельные эксперименты. В качестве критических параметров для условий лунной гравитации изучались: потребление кислорода и баланс углекислоты, питание и водный обмен, работоспособность, движения конечностями и перемещения, мышечная и сенсомоторная деятельность. Задачи, не требующие передвижения, выполнялись с созданием давления в космическом скафандре и без давления. В модельных экспериментах, в которых испытуемый имел устойчивую опору только для одной руки, выполнение задачи требовало на 20% кислорода больше, чем в наземных условиях. Подача давления в скафандр значительно ухудшала показатели различных видов деятельности человека (табл. 1). Энергетика локомоций при 1/6 G представляет многофакторную проблему, все еще находящуюся в стадии исследований. Такие показатели, как походка, сила сцепления с опорой и скорость движения конечностей, в наземных экспериментах были имитированы с удовлетворительной приближенностью.
Таблица 1. Влияние давления в скафандре в условиях пониженной весомости на различные виды двигательной деятельности у человека (по Hewes)
а. Энергетическая стоимость локомоций в скафандре без давления, ккал/час
Скорость движения по наклонной плоскости под углом 10°, км/час |
1/6 G |
1 G |
3,2 |
142 |
205 |
6,4 |
187 |
430 |
6,4 |
329 |
709 |
б. Влияние пониженной весомости на локомодии человека
Гравитация, G |
Избыточное давление в скафандре, мм рт. ст. |
Максимальная скорость движения вперед, м/сек |
Максимальная величина прыжка в высоту, см |
Прыжок в длину, см |
1 |
0 |
3,44 |
52,0 |
164,0 |
180 |
2,8 |
30,5 |
100,0 |
|
1/6 |
0 |
1,64 |
234,0 |
366,0 |
180 |
1,22 |
140,0 |
214,0 |
Рис. 3. Зависимость энергетических затрат при ходьбе по ровной поверхности от силы тяжести и использования скафандра (по Богданову, Гурфинкелю, Панферову)
Земное тяготение.
1. Обычная одежда (по Пессмор, Дорнин, 1965:
а – Атцлер и Хербст, 1927, 1928;
б – Бенедикт и Муршнаузер, 1915;
в – Брезина и Колмер, 1912;
г – Дуглас и Холден, 1912;
д – Маргариа, 1938;
е – Морехоус и Миллер, 1948 – по Ротту, 1966;
2. Скафандр на уровне Земли:
ж – Ворте (по Ротту, 1966);
з – Ворте и соавторы, 1967; и – Семинара и Шавелсон, 1967;
к – мягкая оболочка скафандра (по Робертсону и Вортсу, 1968);
л – жесткая оболочка скафандра (по Робертсону и Вортсу, 1968) на высоте в барокамере;
м – Ворте и соавторы, 1967;
н – Семинара и Шавелсон, 1967;
о – Херрингтон и соавторы, 1965;
«Лунное» тяготение.
3. Обычная одежда. Вертикальное вывешивание:
п – за плечи, Ворте и Прескотт, 1966;
р – через кардан, Ворте и Прескотт, 1966;
наклонное вывешивание:
с – мягкие лямки, Санборн и Ворте, 1967;
т – лямки с каркасом, Санборн и Ворте, 1967;
4. Скафандр:
у – Кюхнегер, Мартелл, 1967; Робертсон, Ворте, 1968;
4А. вертикальное вывешивание через кардан:
ф – мягкая оболочка скафандра;
х – жесткая оболочка скафандра;
4Б. наклонное вывешивание:
ц – мягкая оболочка скафандра;
ч – жесткая оболочка.
Штриховка – приблизительные области стандартных отклонений
Один из способов имитации использовался для уменьшения силы сцепления с опорой.
С уменьшением уровня имитированной весомости наблюдалось выраженное снижение энерготрат.
На рис. 3 представлена зависимость энерготрат от гравитационных сил и скорости передвижения как в скафандре, так и в обычной одежде.
Исследования, проведенные сотрудниками NASA в Лангли на имитаторе с наклонной плоскостью, показали, что в результате снижения силы сцепления ходьба и бег замедляются у человека приблизительно на 40% по сравнению с наземными условиями. С увеличением скорости движения наклон туловища вперед увеличивается сильнее в условиях лунного тяготения по сравнению с земным (рис. 4).
Рис. 4. Изменения кинематики тела при локомоциях в условиях лунного и земного тяготения (Спейди)
I – земная гравитация;
II – лунная гравитация;
Жирная линия – длина шага;
а – ходьба;
б – бег прыжками;
в – бег; интервал между фигурами – 0,1.6 сек.
В целом, испытуемые сообщали, что ощущения и величина усилий на лунном имитаторе были такими же, как в кратковременных параболических полетах при эквивалентных уровнях субгравитации. На основании проведенных исследований был сделан вывод, что космонавт, одетый в скафандр с избыточным давлением, практически способен ходить, бегать и работать на поверхности Луны при условии, что ее поверхность относительно твердая и ровная. Предполагали также, что исследователь будет способен удерживать на своих плечах нагрузку до 225 кг как в покое, так и при движениях, если объем и сопротивление раздутого скафандра не будут этому значительно препятствовать.
Первая оценка влияния реальной лунной гравитации на человека была получена в полетах кораблей «Аполлон». В полете «Аполлона-14» 2 члена экипажа (командир корабля и пилот лунного модуля) провели около 34 час. на Луне, включая 9 час. отдыха от интенсивной физической работы, в то время как пилот командного модуля оставался на орбите. Расход энергии составлял у них в среднем 220–300 ккал/час. Эта величина приблизительно соответствует ходьбе в наземных условиях со скоростью 5 км/час без использования какого-либо снаряжения или со скоростью 1 км/час в скафандре. Сопоставление послеполетных данных медицинского обследования показало, что физическое состояние пилота командного модуля, который не подвергался действию 1/6 G, было хуже, чем у двух других членов экипажа (табл. 2). У него отмечалась значительная потеря веса, ортостатическая устойчивость снижалась в большей степени, уменьшение эритроцитарной массы было более выраженным, работоспособность была ниже, потеря общего объема жидкости оказалась большей.
Однако результаты, представленные в табл. 2, следует интерпретировать с большой осторожностью.
Таблица 2. Сопоставление пред — и послеполетных данных обследования членов экипажа корабля «Аполлон-14», постоянно находившихся в состоянии невесомости или подвергавшихся воздействию 1/6 G
Показатель |
Невесомость |
1/6 G |
|
пилот командного модуля |
командир корабля |
пилот лунного модуля |
|
Потеря веса, кг Частота пульса (снижение ортостатической устойчивости) |
–5,4 Значительное увеличение |
+0,45 Минимальные сдвиги |
–0,45 Минимальные сдвиги |
Эритроцитарная масса, % |
–9 |
–4 |
–2 |
Объем плазмы, % |
–10 |
+1 |
Изменений нет |
Общая жидкость организма, % |
–18 |
–2 |
–2 |
Внутриклеточная жидкость, % |
–27 |
–3 |
–3 |
Работоспособность (по данным потребления О2 и систолического давления крови) |
Значительное снижение |
Изменений нет |
Небольшое снижение |
Необходимо принимать во внимание такие особенности, как увеличение водопотребления у командира и пилота лунного модуля во время пребывания на Луне и в период обратного полета. Но даже с этой оговоркой результаты полета «Аполлона-14» показывают, что умеренная работа в условиях пониженной весомости может дать положительный эффект.
С другой стороны, результаты полета «Аполлона-15» оказались противоположными тому, что было обнаружено в полете «Аполлона-14». Два члена экипажа, которые работали на лунной поверхности, при послеполетных обследованиях имели более выраженное снижение работоспособности по сравнению с пилотом командного модуля. Возможно, значительное увеличение физической нагрузки у экипажа «Аполлон-15» на поверхности Луны нейтрализовало положительный эффект лунной гравитации. Это расхождение в результатах двух полетов кораблей «Аполлон» отчетливо показывает, что работоспособность человека при 1/6 G определяется влиянием нескольких параметров.
Похожие статьи:
- Скафандры Скафандр – индивидуальное защитное снаряжение космонавта, под оболочкой которого поддерживается...
- Характеристики движения космонавтов в скафандрах в условиях невесомости и лунной гравитации – результаты Результаты Данные о влиянии одежды и гравитации, преодолении ирисовой диафрагмы...
- Скафандр мягкого типа Основными элементами скафандра мягкого типа (рис. 56) являются: – верхняя одежда;...
Написать ответ
Вы должны войти чтобы комментировать.