Дек 24

Состояние пониженной весомости (субгравитация)

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:

  1. Скафандры Скафандр – индивидуальное защитное снаряжение космонавта, под оболочкой которого поддерживается...
  2. Характеристики движения космонавтов в скафандрах в условиях невесомости и лунной гравитации – результаты Результаты Данные о влиянии одежды и гравитации, преодолении ирисовой диафрагмы...
  3. Скафандр мягкого типа Основными элементами скафандра мягкого типа (рис. 56) являются: – верхняя одежда;...

автор admin \\ теги: , , ,



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.