Огромен объем научных исследований, выполненных экипажами, но и много трудностей им пришлось преодолеть, обеспечивая столь успешное выполнение научной программы космических полетов.
Космонавты получили возможность изменять высоту орбиты уже не только за счет двигателей "Прогресса", но и собственными двигателями станции. Впервые была осуществлена дозаправка топливом.
Впервые космонавты помылись в космическом душе. И, хот разрешенный запас воды на одну помывку был строго ограничен, да и сама процедура предусматривалась раз в месяц, все же она значительно облегчила работу космонавтов на станции.
Значительному снижению психологической нагрузки на экипажи способствовало и появление двухсторонней телевизионной связи борт – Земля. Космонавты теперь могли видеть членов своих семей во время сеансов связи, разговаривать с ними, встречаться с любимыми артистами.
Пора, наверное, рассказать и об основных принципах конструкции орбитальных станций и модулей.
Все они имели одну и ту же конструкцию корпуса, который состоял из последовательно соединенных переходного отсека, рабочего отсека и агрегатного отсека.
Первый стыковочный узел располагался на переходном отсеке, второй – на агрегатном. В местах соединения отсеки имели герметичные люки, а через люки стыковочных узлов осуществлялся проход в транспортный корабль.
Переходный отсек станции "Салют-6" имел дополнительный люк для выхода в открытый космос. Именно этим люком воспользовались В. Ляхов и В. Рюмин во время своего аварийного выхода для отделения антенны радиотелескопа от агрегатного отсека станции. Имея многометровые габариты, антенна закрывала доступ кораблям к стыковочному узлу со стороны агрегатного отсека, что практически на 50% сокращало программу будущих исследований на станции. Операция была успешно завершена, а станция продолжила нормальную работу на длительное время.
Все изменения на станциях касались практически лишь внутренней компановки станции на принципах микроминиатюризации и более рациональному расположению оборудования и аппаратуры.
Общий вес станции 18, 9 тонны. Доставленное на борт станции научное оборудование достигало в весе 2, 5 тонн. Наибольший объем станции 82, 5 кубометра, из которых свободный объем для экипажа составлял 47 кубометров. Наименьший диаметр у переходного отсека 2 метра. Общая длина 15 метров. Площадь панелей трех солнечных батарей составляла 60квдратных метра, с размахом 16, 5 метров. В дальнейшем все солнечные батареи станции "Салют-7" наращивались во время выходов космонавтов в открытый космос, что значительно повысило энерговооруженность станции и позволило проводить более энергоемкие эксперименты.
Станция "Мир" сохранила от своей предшественницы лишь габаритные размеры рабочего и агрегатного отсеков.
Переходный отсек стал шарообразным и имел в своем составе вместо одного 5 стыковочных узлов – один по центральной оси станции и остальные перпендикулярно к ней и разнесены друг от друга на 90 градусов. К каждому стыковочному узлу может быть пристыкован специальный модуль, по размерам соизмеримый со станцией.
Каждый модуль имеет свое назначение – для медицинских исследований, для технологических экспериментов и так далее.
Нужно сказать, что сложности динамики не позволяют осуществить стыковку с другим аппаратом сразу со стороны боковых узлов. Поэтому модули стыкуются сначала с основным узлом, а затем мощным манипулятором переставляются на их основное место.
Главная особенность работы космонавтов на орбите связана с невесомостью. Она характеризует такое состояние человека, при котором у него возникает эффект потери веса. Она является одним из наиболее важных факторов, влияющих на возможность плодотворной деятельности человека в космическом пространстве.
Наиболее сильная реакция человеческого организма на невесомость проявляется в начальный острый период адаптации к длительной невесомости. Его продолжительность в зависимости от индивидуальных особенностей организма космонавта колеблется в пределах от одного дня до семи и более суток.
Вес человека определяется силой земного притяжения и центробежной силой от вращения человека вместе с поверхностью Земли вокруг ее собственной оси.
Так как сила притяжения Земли обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра Земли до ее поверхности, то в районе полюсов она выражена сильнее. Известно ведь, что Земля сплюснута у полюсов и человек, находящийся на полюсе, располагается ближе к центру Земли, чем тот, кто находится у экватора.
В то же время центробежная сила, направление которой противоположно силе земного притяжения, оказывается у экватора значительно больше по величине, чем вес того же тела на полюсе. Разница приблизительно в 5%. Поэтому и космодромы стараются по возможности располагать поближе к экватору, так как требуется меньшее тяговое усилие ракет при том же полезном грузе.
Полный эффект невесомости можно получить, если поместить человека на расстояние 37000 километров над поверхностью Земли. Или в поезде, движущемуся со скоростью 8000 километров в час по экватору, или спуститься в колодец глубиной 6370 метров.
Реально невесомость наступает в космическом корабле сразу после прекращения работы двигателей при переходе к орбитальному полету. И сразу же для всех органов человека наступает период, характеризующийся чрезвычайно необычными условиями функционирования.
Ориентировка человека в пространстве обеспечивается благодаря деятельности вестибулярного аппарата, зрительного и слухового восприятия, а также информации, поступающих от чувствительных нервных окончаний кожи, сухожилий и мышц.
Вестибулярный аппарат расположен во внутреннем ухе и представляет собой отолитов прибор. Дно небольшой полости покрыто нервными чувствительными клетками, снабженными волосками, на которых как бы лежат в студенистой жидкости небольшие кристаллики солей кальция, называемых отолитами. Изменение положения головы приводит к изменению положения отолитов, и к изменению давления на нервные клетки, вызывая их возбуждение. Далее информация поступает в центральную нервную систему человека.
В состоянии невесомости отолиты прекращают давление на нервные окончания и, беспорядочно передвигаясь, так же беспорядочно воздействуют и на нервные окончания клеток.
Кожа, сухожилия, мышцы, помогавшие в земных условиях уточнить положение тела, в невесомости лишь указывают степень воздействия на тело того или иного усилия. Но они никак не подсказывают – вниз или вверх головой находится человек по отношению к Земле.
Единственным сигналом, правильно информирующим человека о положении в пространстве в данной ситуации, остается зрение. Вернее, зрение быстрее других органов приспосабливается к новым условиям. У некоторых людей в первые секунды невесомости возникают иллюзорные представления об окружающей среде, предметах, появляется чувство перевернутости, хотя на самом деле человек не менял положения своего тела. Это состояние быстро проходит, и зрение остается самым надежным и достоверным из всех органов чувств человека в невесомости. Если же человек в невесомости закроет глаза, то он полностью потеряет представление о своем положении в пространстве.
Невесомость значительно меняет и условия работы сердца. В земных условиях оно качает кровь вверх, питая кровеносные сосуды головного мозга. Вниз кровь перемещается за счет того, что существует земное притяжения, то есть за счет гидростатического давления.
В невесомости сердце продолжает свою работу, увеличивает кровяное давление, но вниз кровь не идет, так как отсутствует сила земного тяготения. В результате кровяное давление в сосудах головного мозга, особенно в начальный период появления невесомости, значительно повышается.
Внешне эти изменения в организме человека проявляются в появлении бледности лица, его одутловатости \лицо как бы распухает\, изменении пульса, появлении тошноты и позывам к рвоте.
Однако есть определенные различия во взаимодействии человека с невесомостью при работе внутри космического аппарата и вне его.
Внутри космического аппарата \корабля или станции\ космонавты обычно работают без скафандров, в привычной газовой атмосфере, в удобной одежде, при относительно большом просторе для свободных перемещений и при нормальном атмосферном давлении. Различать влияние невесомости на разных людей в этом случае можно разве что по времени их адаптации к условиям невесомости.
Общим для всех космонавтов является эмоциональный взрыв чувств восхищения, радости, необычности происходящего, порой даже ощущение нереальности происходящего с человеком в космическом полете.
Процесс адаптации \привыкания\ организма человека к невесомости ученые делят на три фазы. В течение 1-3 суток человек частично привыкает к невесомости. В течение 4-5 суток он уже относительно устойчиво работает в условиях невесомости.
По мере дальнейшего привыкания космонавтов к невесомости их действия становятся все увереннее и увереннее. Появляется спокойствие и, четкость в движениях. Начинается период полной работоспособности. Как заявляли многие космонавты, через месяц работы на орбите они полностью входят в режим работы и могут выполнять любую по сложности научную программу или эксперимент.
Именно по причине невесомости в начальный период полета космонавтам стараются не планировать работы с большими физическими нагрузками и требующими большой точности координации движения.
Лишь настоятельная необходимость заставляет ученых планировать сложнейшую операцию стыковки практически через сутки-двое после старта. Ждать неделю на орбите не позволяют системы жизнеобеспечения и энергопитания транспортного корабля. Да и психологически ждать целую неделю до полной адаптации космонавтам было бы трудно.
Малый объем транспортного корабля и психологическая напряженность первого периода до некоторой степени снимают силу отрицательного воздействия невесомости на человека. Это вроде хорошо. Но зато эти неприятные воздействия особенно сильно начинают проявляться, когда космонавты попадают в относительно большое помещение станции и наступает невольное психологическое и физическое расслабление после удачной стыковки. Собственно по этим причинам и пришли, в конце концов, специалисты к выводу о необходимости сменяемости экипажей на орбите в среднем через три месяца. Такой срок дает в итоге самые лучшие результаты. Продление срока, если не кривить душой, для каждого космонавта приводит к усиленному накоплению усталости, для преодоления которой требуются большие психологические усилия. А это уже объективно.
Разброс сроков адаптации к невесомости зависит во многом и от индивидуальных особенностей конкретного человека. Однако науке требуются и экспериментальные полеты человека с большой продолжительностью. Космонавт медик В. Поляков пробыл на орбите за один полет 438 суток. Впору лететь на Марс.
В период наступления невесомости подвергается изменениям и мышечная система человека, так как требуемые для выполнения определенной работы мышечные усилия значительно уменьшаются по сравнению с выполнением подобной работы на Земле. Это в свою очередь может привести к атрофии мышц, особенно нижних конечностей.
Во время длительной невесомости происходит выведение из организма азота, фосфора и калия, входящих в состав мышечных тканей.
Происходит также нарушение координации движений. Усиленные занятия физкультурой по специально разработанной программе значительно снижают отрицательное воздействие и предотвращают атрофию мышц. В тоже время практически у всех космонавтов, побывавших в длительных космических полетах, после возвращения на Землю отмечалось значительное уменьшение мышечной массы \уменьшается диаметр голени, рук\. Через определенное время после возвращения все приходит в норму до предполетного состояния.
В период длительной невесомости значительным изменениям подвергаются в человеческом организме процессы белкового и минерального обмена веществ. И вновь это связано с ослаблением нагрузки на скелет. Такие нарушения приводят в первую очередь к вымыванию кальция из костной ткани, особенно интенсивно в первый период полета. Это приводит при длительных полетах к значительному снижению прочности скелета, повышению его хрупкости. Следовательно, при возвращении космонавтов из длительного полета даже незначительные толчки и удары могут привести к серьезным травмам. Причем восстановление к норме в земных условиях по данному показателю происходит очень медленно.
Потеря кальция в костной ткани приводит также к одновременному повышению его содержания в крови и урине, и может явиться причиной образования почечных камней и обострению воспалительных процессов. Вот почему программа профилактических и предупреждающих мероприятий были и остаются важным фактором обеспечения безопасности космического полета со стороны медицины.
Вот некоторые из мер профилактики, которые получили у космонавтов заслуженное признание.
Уже с первых полетов космонавты использовали на орбите комплекс физических упражнений с силовыми нагрузками. В него входили тренировки с эспандерами, беговая дорожка, к которой космонавт притягивался резиновыми амортизаторами, велоэргометры.
Не сразу космонавты прониклись доверием к этим системам тренировок. Большую роль здесь сыграли чисто психологические факторы. Все-таки отрицательное воздействие из-за снижения нагрузок не сразу сказывались. Поначалу, наоборот, все ощущения на орбите за короткий полет казались легкими и прекрасными. Создавалось впечатление, что так будет продолжаться бесконечно долго. Необходимы были определенные психологические усилия над собой и горький опыт товарищей, чтобы заставить космонавтов заниматься длительное время утомительными изнуряющими тренировками. Нужно ведь понять, что бег по бегущей дорожке это не бег по земным просторам и даже не по стадиону. Бежать два-три часа, видя перед собой на расстоянии полуметра только серую стену станции, очень и даже очень трудно.
Именно поэтому на новой станции "Мир" беговую дорожку расположили не перпендикулярно к борту станции, а вдоль, ближе к агрегатному отсеку, и главное – космонавт находился лицом к большей части оборудования станции. Теперь космонавт во время бега видел всю перспективу станции и мог, не только переключать свое внимание с одного предмета на другой, но даже выполнять некоторые контролирующие функции. Ему уже стало не скучно и не нудно.
От полета к полету совершенствовалась и сама программа занятий физкультурой. Одни упражнения заменялись другими, изменялась величина и длительность усилий. Специалисты стараются разработать программу применительно к особенностям организма каждого космонавта.
Космонавты А. Николаев и В. Севастьянов пробыли вместе на орбите 18 суток и после возвращения привыкали к земным условиям существования значительно труднее, чем космонавты, совершившие затем длительные космические полеты. И снова причиной их тяжелого послеполетного состояния была в несовершенной программе занятий физической культурой. Для Севастьянова, который старался заниматься тренировками, все обошлось. Для Николаева пассивность в физкультуре закончилась инфарктом и помещением в госпиталь.
Успешно используется космонавтами профилактический нагрузочный костюм "Пингвин". Он состоит из комбинезона с натяжным устройством и ботинок. В качестве других упругих элементов используются резиновые амортизаторы, напряжение которых регулируется специальными пряжками. Из эластичной ткани выполнен широкий пояс костюма и лампасы. На носки ботинок крепятся специальные амортизаторы для нагружения икроножных мышц. Костюм можно носить все время в течение полета и даже во время сна. В целом осевая нагрузка на скелет с помощью этого костюма может сохраняться и регулироваться в пределах от 0 до 4о килограмм.
Для облегчения работы сердечнососудистой системы на орбите используется профилактический вакуумный костюм "Чибис". Он представляет собой своеобразные гофрированные штаны из воздухонепроницаемой ткани. Ткань усилена металлическими кольцами, которые препятствуют ее сжатию при разрежении. Человек входит в такие штаны, и его нижняя часть тела как бы оказывается в герметичном отсеке. Специальным насосом из штанин откачивается воздух. Создаваемое разрежение заставляет кровь, скопившуюся в верхней части тела, устремиться вниз. Возрастает продольная нагрузка на опорно-мышечный аппарат человека. Этим костюмом можно также пользоваться длительно.
На станции "Салют" были испытаны и другие способы и методы поддержания организма в работоспособном состоянии. Использовались электростимуляторы мышц бедра, голени, живота, специальные пережимные манжеты, фармакологические средства.
Длительную невесомость может испытать на себе только человек, побывавший космическом пространстве. А на Земле любой человек может ощутить на себе воздействие частичной невесомости или отдельных ее факторов.
Например, в скоростных наземных лифтах можно получить ощущение кратковременного снижения веса в начале быстрого спуска. А кто в детстве хоть раз прыгнул с высокой кручи, почувствовал, как внутренности не поспевают за телом, тот тоже хоть на какой-то процент может считать себя космонавтом.
Испытывали неприятное воздействие невесомости и пассажиры самолетов, которые попадали в воздушные ямы. И тут уж многим приходилось пользоваться услугами специальных мешочков для сбора продуктов переработанных желудком.
Более серьезные последствия ощущения элементов невесомости испытывают на себе люди, добровольно согласившиеся участвовать в специальных экспериментах. Они длительное время лежат в постели и не двигаются. Это сравнимо с длительной невесомостью по признакам атрофии мышц, ослаблению и разрегулированию работы сердечнососудистой системы.
Можно усложнить этот эксперимент. Лежать не горизонтально, а с разными углами наклона головы вниз. Положение таза выше головы создает условие невесомости, снимающее гидростатическое давление крови в обычном направлении и, следовательно, воссоздает и все сходные отрицательные последствия влияния невесомости. Известно, что в древние века даже существовал способ казни человека – повешение вниз головой.
Для тренировки космонавтов такие способы не приемлемы. В Центре подготовки космонавтов разработана и создана специальная гидролаборатория, а также отработаны методы воспроизведения невесомости при полетах на самолетах по специальной траектории. Однако рассказ о них будет в главе, поясняющей работу космонавтов при выходе в открытый космос.
Сейчас же поговорим о психологической совместимости членов экипажа, о которой в начале полетов никто особенно не задумывался. Неделю и даже месяц любой здоровый человек сможет вытерпеть присутствие другого человека, осознавая важность выполнения их совместной задачи. И работа уже первого экипажа на орбитальной станции подтвердила серьезность данной проблемы.
Совместимость экипажа предполагает их общие взгляды на предполетную, полетную и послеполетную подготовку и работу. Это большой комплекс вопросов, и недаром только В. Шаталов с А. Елисеевым трижды работали вместе на орбите. Но их полеты были кратковременными. Чаще бывало иначе. Особенно после длительных полетов.
А. Березовой и В. Лебедев летали вместе 211 суток. Но даже если бы они остались в строю действующих, отправить их снова в совместный полет не удалось бы. В этом признавался именно В. Лебедев, опубликовавший свои дневники периода полета.