Дек 23

Защита от неблагоприятного действия ударных ускорений

Устойчивость организма человека, а также животного к воздействию ударных ускорений зависит от направления, по которому удар передается на тело человека или животного, от характеристики опорного устройства и от надежности привязных систем. Из них, естественно, самым главным является правильная фиксация испытуемых к опорному устройству, которое первым принимает на себя удар. Конструкция кресла и привязная система должны предупреждать в первую очередь травмирующую гиперфлексию или гиперэкстензию анатомических сочленений, а также смещение органов тела. Выбор оптимальной опоры и надежной системы фиксации позволяет равномернее распределить нагрузку по всей поверхности тела человека, подвергающегося ударному воздействию. Избегая локальных концентраций избыточных давлений, следует иметь в виду равномерное распределение нагрузки по возможности на большей поверхности тела. Исключением из этого правила может быть тот случай, когда тело реагирует как масса, поглощающая ударные ускорения, которые передаются на жизненно важные органы. Для обеспечения максимальной величины гашения ускорения используется множество способов. Один из них рекомендует погружение тела в жидкость. Надежность этого способа повышения устойчивости к воздействию длительных ускорений была доказана в экспериментальных исследованиях на центрифуге.

Эксперименты с ударными воздействиями на мышей и собак, погруженных в воду и застывающий гипс, показали, что устойчивость животных может быть повышена в 6 раз по сравнению с условиями ударного воздействия без погружения. Покрытие стенок сосуда, в который было погружено животное, пористой резиной оказывало выраженный благоприятный эффект на выживаемость животных при воздействии ударных ускорений.

Влияние ряда других способов опоры и фиксации тела на вероятность смертельного исхода в результате воздействия ударной перегрузки оценивалось в экспериментах на морских свинках. В этих экспериментах изучалась эффективность противоударной защиты различных систем фиксации и опоры, начиная от жесткой, полностью отмоделированной по фигуре животного системы замкнутого панциря и кончая обычными системами типа плоско-чашечного сидения со спинкой и фиксирующей привязной системы, выполненной из тесьмы. В одной серии экспериментальных исследований морские свинки подвергались воздействию ударных ускорений +GX, –GX и +GZ при величинах скорости соударения в 12,2; 18,3 и 24,4 м/сек в условиях использования двух вариантов опорно-фиксирующих систем тела. Одна система опоры и фиксации тела, сокращенно обозначенная (SARS-IIa) СОФТ-IIа, или известная еще под названием «изоволюметрическая модель», состояла из жесткой, отмоделированной по фигуре животного опорной поверхности и одного куска материала из апрона и стягивающих ремней-фиксаторов, накладываемых в области плеч, верхней части грудной клетки, нижней половины живота и паховой области. Материал из апрона покрывал вентральную поверхность грудной клетки и живота. Вторая система опоры и фиксации тела, условно названная по начальным буквам (SARS-IIIa) СОФТ-IIIa, состояла из плоских пластин, обеспечивающих опору для спинки животного, и чашки сидения, а также привязной системы, ремни которой накладывались на область грудной клетки и пахово-бедренную область. Фиксация головы животного в обоих случаях была одинаковой.

Таблица 6. Частота серьезных патологических нарушений (%) при кумулятивных скоростях соударения в диапазоне от 12 до 24 м/сек

СОФТ-IIIa СОФТ-IIа
Травма +GX –GX +GZ +GX –GX +GZ
Кровоизлияние в мозг 42 61 30 42 91 22
Кровоизлияние в легкие 91 82 80 74 100 32
Повреждение органов сердечно-сосудистой системы 33 52 48 19 0 0
Разрыв печени 83 56 5 45 3 2
Повреждение органов желудочно-кишечного тракта 77 19 15 19 30 17
Паралич 0 0 18 0 0 80
Общее количество погибших животных 180 161

Система опоры и фиксации, в которой применялся апрон, покрывающий переднюю поверхность грудной клетки и брюшной полости, обеспечивала достоверно более высокий защитный эффект при воздействии ударных ускорений вектора +GX, слабее выраженный защитный эффект при воздействии ударных ускорений –Gx и одинаковый защитный эффект при воздействии ускорения +GZ по сравнению со второй системой фиксации и опоры. Характерные для каждой из изученных систем опоры и фиксации тела патологические повреждения показаны в сводной табл. 6 в процентах частоты отмеченных случаев. Уровень вероятности смертельного исхода в 50% дается для средних величин ударных ускорений в диапазоне от 209 до 325 для удара +GX от 287 до 350 для удара –GX и от 103 до 135 для удара +GZ.

Во многих ранее проведенных для решения задач космонавтики исследованиях по определению устойчивости к ударным ускорениям в качестве систем опоры и фиксации тела людей, а также животных были использованы амортизирующие подкладки из пенопласта. В космических кораблях использовались сидения, различным образом отмоделированные по фигуре космонавта для обеспечения надлежащей противоударной защиты членов экипажа. Индивидуально подогнанные сидения применялись в полетах космических кораблей «Меркурий», «Джемини» и «Восход». В космическом корабле «Аполлон» использованы более простые конструктивные решения сидения с целью повышения взаимозаменяемости членов экипажа в длительных космических полетах. Указанные конструкции сидений в кабине космического корабля поддерживаются специальными противоударными опорами, наподобие тех, что изображены на рис. 15, а, б. Изучено множество противоударных систем, начиная от простых, разрушающихся конструкций сотово-ячеистой структуры и кончая более сложными системами гидравлического демпфирования и устройств циклического напряжения.

Рис. 15. Сопоставление противоударных систем сотово-ячеистой (а) конструкции и систем циклического напряжения (б) космического корабля «Аполлон»

а – сотово-ячеистая противоударная опора:

1 – стержневой конец,

2 – головка,

3, 6 – сотово-ячеистая прокладка,

4 – наружная пружина,

5 – концевая головка,

7 – плунжер,

8 – внутренняя пружина,

9 – тормозной башмак;

6 – противоударная опора циклического напряжения:

1        – стержневой конец,

2        – тороидальная обмотка,

3        – цилиндр противоударной опоры,

4        – стержневая трубка

Противоударная защита в значительной мере может быть обеспечена за счет создания специальных энергопоглощающих устройств на пути распространения ударного импульса к члену экипажа, таких, как, например, монтируемые на поверхности возможного соударения надувные воздушные мешки или устанавливаемые внутри конструкции противоударные опоры – аттенюаторы. Помимо выдерживания наиболее оптимальных величин ускорения, длительности импульса ударного воздействия и среднего градиента нарастания, для обеспечения наибольшей защиты от ударных воздействий необходимо учитывать форму всего импульса ударного ускорения. В зависимости от характеристики упругости тела, подвергающегося воздействию ударного ускорения, импульс может быть выбран в форме волны, в которой соотношение величины ударного ускорения, действующей на тело» и величины приобретаемого им ускорения равно единице. Это может быть достигнуто благодаря тщательному расчету всех проектируемых путей передачи ударного ускорения на тело человека в дополнение к противоударным защитным устройствам рассеивания энергии. Определенный процент поглощения механической энергии приходится и на разрушение конструкции космического корабля, и эта особенность конструкции может быть целенаправленно усилена. Конструктором может быть учтена в расчетах и деформация амортизирующих материалов и привязной системы, за счет чего можно исключить передачу на человека ударной энергии на частотах, которые оказывают на него самое неблагоприятное действие. Однако перед этим необходимо убедиться, что приняты все меры к тому, чтобы указанные элементы не привели к фактическому усилению ударных ускорений, передающихся на тело человека.

Учет направления вектора ударного ускорения может повысить устойчивость человека к ударным воздействиям. Проектирование кресел с оптимальными углами наклона спинки может сыграть важную роль в обеспечении максимальной устойчивости человека к ударным ускорениям.

Математические модели как систем противоударной защиты, так и тела человека в значительной мере расширили возможности конструктора по отбору нужных материалов, подходящих для конструкции амортизирующего сидения и привязных систем космонавта. Те же самые модели позволили выявить роль индивидуального снаряжения космонавта в противоударной защите. Например, упомянутые теоретические методы расчета, показали важную роль устранения свободных промежутков или люфта между членом экипажа и его опорно-привязной системой. Аналогично этому, указанные способы позволяют рассчитать конструктивные характеристики устройств натяжения и фиксации тела с помощью привязных систем.

Другими путями защиты летного экипажа от ударного воздействия ускорений, которые изучаются специалистами авиакосмической медицины, являются физическая подготовка космонавтов и использование фармакологических средств. Физическая подготовка экипажа рассматривается с нескольких точек зрения.

Во-первых, обеспечение высокого уровня физической подготовленности каждого космонавта в соответствии с рациональным планом физической подготовки к полету.

Во-вторых, обучение членов летного экипажа способам аварийного покидания корабля в моделируемых полетах с воздействием реальных ударных ускорений на катапультных стендах.

И наконец, в случаях, когда длительные космические полеты вызовут снижение компенсаторных резервов скелетной мускулатуры, в. будущем, для того чтобы купировать неблагоприятный эффект гиподинамии и невесомости, могут применяться химиотерапевтические средства и физическая зарядка.

Тяжесть неблагоприятного действия ударных ускорений в условиях реального Космического полета может зависеть от конструктивных характеристик спускаемого аппарата, особенностей его торможения при посадке на Землю и весовых показателей посадочных устройств корабля, т. е. парашютных систем, тормозных ракетных установок, наполняемых воздухом мешков и других амортизирующих систем Противоударной защиты.

Обеспечение безопасности посадки обитаемой кабины космического аппарата на поверхность Земли и других планет должно быть основной целью разработки всех технических посадочных устройств, что позволит ослабить те жесткие ограничения, которые применялись в ранее проводившихся космических полетах СССР и США. Однако условия аварийного покидания корабля в непредвиденных ситуациях на стартовом этапе постоянно требуют самых достоверных и точно выверенных данных по предельно переносимым человеком значениям ударных ускорений и связанных с ними расчетов вероятности травматических повреждений.

Хотя по проблеме предельно переносимых величин ударных ускорений и обеспечения противоударной защиты при аварийном покиданий самолета, а также в летных и автодорожных происшествиях накоплено много данных, космические программы СССР и США должны установить предельно переносимые значения ударных ускорений с большей точностью и надежностью, чем это было сделано раньше.

Особую значимость в этой области имеют проблемы:

а)  исследования ударных ускорений всех направлений;

б) определения опасности травмы в маловероятных аварийных ситуациях и в космических полетах с высокой вероятностью благополучного завершения;

в) разработки математической модели для расчета вероятности травмы при воздействии ударных ускорений сложной структуры и определения биодинамических реакций космонавта в различных опорно-привязных и фиксационных системах.

Решение этих проблем вместе с получением и разработкой разрушающихся материалов и устройств, поглощающих ударную энергию, имеет колоссальное значение и за пределами космической биотехнологии.

Самой актуальной проблемой космической медицины является исследование нарушения устойчивости человека к воздействию ударных ускорений в результате уменьшения костно-мышечной массы в условиях невесомости и гиподинамии космического полета.

Хотя ценный вклад в решение этой проблемы внесли проводимые в СССР и США экспериментальные исследования на животных, необходимы более углубленные исследования в связи с увеличением продолжительности космических полетов на многие недели и месяцы. Зависимость между напряжением кости, массы кости и напряжением мышц должна быть изучена с учетом факторов гравитации, изотонического и изометрического сокращения мускулатуры, суточной ритмики и диеты. В случае остеопороза вследствие бездействия необходимо определить периоды времени, в течение которых происходит нарушение биодинамических параметров прочности кости в условиях невесомости, и установить поправочный коэффициент пересчета экспериментальных данных, полученных па животных, для экстраполяции их на человека. Должны быть изучены и исследованы структурные механизмы травматического повреждения в зависимости от состояния скелетно-мышечной системы. На основе этих исследований могут быть опредёлены максимально переносимые величины ударных воздействий, разработаны защитные противоударные устройства, профилактические мepoприятия, такие, как физическая подготовка и фармакотерапия, а также продолжительность послеполетного отдыха космонавтов.

Похожие статьи:

  1. Особенности реакций человека, находящегося в свободной позе, на кратковременные ударные ускорения различного направления А. Ф. Коваленко, И. С. Васильев, Р. К. Кузмицкий, Л....
  2. Физиологическое и патологическое действие ударных ускорений Большинство исследований по изучению действия ударных ускорений на организм человека...
  3. Переносимость человеком воздействий ударных ускорений произвольного направления Исследования предельно переносимых ударных ускорений в основном были сосредоточены на...

автор admin \\ теги: , , ,



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.