ГЛАВА IV Имитация космического полета

Имитаторы перегрузок

Чтобы освоиться с перегрузками, возникающими при ускорениях во время полета космического корабля при его запуске и отделении ступеней, космонавты проходят тренировку на огромных центрифугах. Эти центрифуги используют также для испытания важных узлов и систем космического корабля, чтобы убедиться в том, что они могут вынести такие перегрузки. Для испытания узлов космического корабля можно также использовать имитатор линейных ускорений или катящиеся по рельсам тележки с ракетными двигателями. Для тренировок космонавтов такие тележки имеют ограниченное применение, однако их используют для изучения воздействия на человека перегрузок ускорения и торможения.

Во время запуска космического корабля на его системы и устройства действует целый ряд факторов — шумы, ускорение, аэродинамические нагрузки и вибрация, которые могут вывести из строя отдельные узлы или системы корабля. Поэтому в Годдардовском центре космических полетов была построена специальная установка для моделирования условий участка разгона при полете космического корабля. С помощью этой установки производят испытания систем корабля на все воздействия, возникающие во время запуска. Установка представляет собой центрифугу с плечом 17,5 м, на конце которого находится вакуумная камера с вибростендом и генератором шума. Такая установка позволяет испытывать системы корабля в условиях вакуума при перегрузках ускорения до 23 g и одновременном воздействии вибрации и различной силы шумов. На ней проводят испытания непилотируемых искусственных спутников Земли, таких, как Орбитальная геофизическая обсерватория. Впервые в клинической практике центрифугу использовали для лечения людей с психическими расстройствами. Еще в 1807 году в одном из берлинских госпиталей для этой цели применяли центрифугу с плечом 1,8 м, создававшую перегрузки ускорения до 5 g, что давало, как утверждали, положительные результаты.

Рис. 41. Центрифуга в Научно-исследовательском центре разработки пилотируемых космических кораблей в Хьюстоне, штат Техас, создающая перегрузки ускорения до 30 g при скорости нарастания перегрузок 7,5 g/сек. В таких центрифугах космонавты учатся переносить перегрузки, возникающие при ускорении космического корабля

В наше время центрифуги используют для тренировки космонавтов к воздействиям стрессоров, которые они будут испытывать во время запуска космического корабля (о них говорилось в главе II). Космонавты кораблей «Аполлон» в течение 40 недель, предшествовавших запуску, проводили в центрифуге до 10 час.

На помещенном выше снимке изображена центрифуга, установленная в Хьюстонском научно-исследовательском центре разработки пилотируемых космических кораблей. Она имеет плечо 15 л и создает перегрузки ускорения до 30 g при скорости нарастания этих перегрузок 7,5 g/сек. Находящаяся на конце плеча кабина диаметром 3,6 м и объемом 14 м² весит 3624 кг и вмещает троих космонавтов в скафандрах. Давление в кабине можно изменять в пределах от 1 до 0,35 атм, относительную влажность — от 40 до 60 % и температуру — от 10 до 100°С. Кабина установлена таким образом, что имеет три степени свободы, благодаря чему возможно создание перегрузок, действующих на космонавтов в различных направлениях. Изменяя угловые скорости вращения центрифуги, можно получать такие же ускорения, которые возникают при запуске корабля в момент отделения первой ступени, при работе двигателей второй ступени, а также во время ее отделения и работы двигателей третьей ступени ракеты. Внутреннее устройство кабины имитирует устройство командного отсека корабля с тремя креслами и рабочими местами для космонавтов. В кабине имеется также оборудование биотелеметрии и телевизионные камеры.

Имитаторы линейных ускорений впервые были использованы в авиационно-медицинских исследованиях в Германии в начале второй мировой войны в Институте авиационной медицины ВВС в Адлерсхофе (недалеко от Берлина). В этом имитаторе тележка передвигалась под действием силы тяжести. Длина пути пробега тележки составляла 12,6 м. После войны во многих странах были построены имитаторы линейных ускорений, в которых ускорение придавалось тележкам с помощью ракетных двигателей. Их использовали для того, чтобы исследовать влияние перегрузок на человека и материалы. Поскольку в такого типа установках длина участка разгона или торможения ограничена, то в настоящее время их используют лишь в тех случаях, когда требуется изучить влияние перегрузок при очень высоких скоростях их нарастания в течение коротких промежутков времени. Они являются также отличным средством изучения действия перегрузок торможения, возникающих, например, при вхождении космического корабля в плотные слои атмосферы при его возвращении из космического путешествия.

Самый длинный путь разгона имеет имитатор такого типа на Холломанской базе ВВС США, штат Нью-Мексико. Дорожка разгона или торможения этой установки длиной 10,7 км состоит из двойных рельсов, лежащих на бетонном основании. Между рельсами тянутся с перерывами желоба с водой, которые позволяют на различных участках торможения уменьшать скорость тележки, доводя ее до полной остановки. Эту установку используют в основном для испытания узлов и блоков, однако ее можно приспособить и для испытаний с участием человека. При использовании тележки с ракетным двигателем на твердом топливе обычно получают скорость порядка 3630 км/час.

Первые исследования того, как влияют на человеческий организм перегрузки ускорений и торможений, были проведены в 1954 году в Холломане полковником П. Стэпом. Свои опыты он ставил на начальном однокилометровом участке испытательной дорожки, общая длина которой 10,7 км. Использовав тележку с ракетным двигателем, имевшим тягу 2038 кг, он разогнался до скорости 0,9 М (М — число Маха), что превышает скорость пули калибра 0,45, догнав и перегнав летевший над ним реактивный самолет. После этого он в течение 1,4 сек погасил скорость до полной остановки, испытав при этом перегрузки 35— 40 g, которые нарастали со скоростью 600 g/сек. При этом он получил всего лишь кровоизлияние в глаза, а также временную блокаду гортани, носовых проходов и пазух носа. Его эксперимент, а также опыты с животными (шимпанзе, свиньями и медведями) дали много полезной информации, которая была использована при конструировании пилотируемых космических кораблей.

Далее…