Добился своего и В. Титов, отработав на станции "Мир" целый год. И именно ему, одному из первых, было доверено представлять Россию в одном из экипажей космического корабля "Шатлл" США.
Сам процесс выведения на орбиту осуществляется следующим образом. Космический корабль на стартовой позиции располагается в носовой части ракеты-носителя и закрыт защитными обтекателями. Космонавт наглухо отделен ими от внешнего мира и может судить о происходящем только по звукам и показаниям приборов. Имеется телевизионная связь.
Во время старта начинают работать двигатели первой и второй ступеней ракеты-носителя. По окончании работы первая ступень сбрасывается, а вторая продолжает работать. Третья ступень запускается после окончания работы второй ступени. После отработки третьей ступени корабль выходит на заданную орбиту и в штатном режиме начинает полет по орбите.
Во время работы двигателей растет перегрузка, которая пропадает на короткое время лишь в моменты перехода с одной ступени на другую. Космонавты ощущают эту перегрузку, сравнивая ее с ездой телеги по булыжной мостовой.
После окончательного пропадания перегрузки и наступления невесомости, которая вступает в свои права при выходе на орбиту, многие космонавты по-разному воспринимают сам процесс перехода из одного состояния в другое. Одним, кажется, что они перевернулись вверх ногами и все предметы кажутся им перевернутыми, хотя на самом деле космонавта сохраняли свое положение в креслах. Другим космонавтам кажется, что они быстро падают вниз. Возможны и различные другие варианты, Длится это состояние дезориентации недолго, и восприятие действительности, как оно есть на самом деле, восстанавливается быстро.
Однако у многих космонавтов искаженного восприятия действительности вообще не наблюдалось. И, наверное, именно люди с такой реакцией на невесомость и должны идти в космонавты. Проверяется это качество будущих космонавтов при полетах на кратковременную невесомость на самолетах, которые являются составной частью сложной и трудной подготовки космонавтов к каждому полету.
Управление ракетой-носителем на этапе выведения осуществляется автоматически. Человеку трудно в доли секунды оценить обстановку и совершить необходимые управляющие воздействия. Космонавт может лишь выдавать отдельные команды в аварийной обстановке.
С одной стороны, космонавту легче работать в таких обстоятельствах, с другой – психологически труднее. Человек привык в трудной обстановке усиленно работать, действовать и тем самым с меньшими потерями преодолевать внезапную стрессовую ситуацию.
Во время выведения космонавт находится в полулежачем положении и это связано с многочисленными экспериментами по изучению способности человека к перенесению, неизбежно присутствующих при старте, перегрузок. Причем, в случае нормального \штатного\ старта космонавт испытывает перегрузку в 2-3 единицы, что для тренированного человека не представляет особых трудностей. Однако в случае возникновения аварийной ситуации, перегрузка может мгновенно возрасти до 18-20 единиц. И здесь уже обыкновенным здоровым людям не сдобровать. Требуется специальная кропотливая подготовка к встрече с подобными неблагоприятными факторами. И космонавты готовятся. Тщательно и упорно.
Способность к работе в условиях значительных перегрузок вырабатывается у космонавтов при вращении на центрифуге, которую космонавты в первое время даже называли: "чертово колесо". Однако в принципе, каждый человек, даже ребенок, испытывал на себе небольшую перегрузку незаметно для себя. Во время катания на каруселях, когда каждый с замиранием сердца ждет, что его вот-вот выбросит из кресла какая-то сила и человек инстинктивно хватается за поручни сидения, в резко ускоряющем свое движение автомобиле, автобусе, самолете при взлете. Или при резком торможении. Бывают при этом синяки и шишки, смех и даже ругань в адрес водителя транспортного средства, Но, в общем, привык народ к подобным ситуациям и не обращает на них серьезного внимания. И уж никак никто не задумывается над тем, что эти явления впрямую говорят о взаимозависимости Человека и Вселенной, об ощущениях космонавта при старте.
Космонавтам при тренировках на центрифуге создают перегрузки до 8 единиц, то есть их собственный вес в определенный момент возрастает в 8 раз. Для среднего человека с весом 60 килограмм это означает, что на его организм давит уже вес 480 килограмм. Почти пол тонны! Каждый может оценить свои возможности к подобным тренировкам.
В некоторых случаях, при проведении специальных исследований с участием космонавтов перегрузка во время вращения достигает 15 единиц. Вот почему подготовка к вращению, и само вращение для космонавтов чрезвычайно серьезное дело, не допускающее никаких отклонений от рекомендаций ученых и специалистов.
Объективно проверить физическое состояние космонавта перед тренировкой руководителям помогают достаточно разнообразные медицинские датчики и специальные приборы. Вообще же, каждый человек может сам достаточно осознанно проверить себя на воздействие небольшой перегрузки, а если точнее, то на воздействие центробежной силы. Для этого достаточно начертить на земле небольшой круг, а затем сначала медленно, а затем все быстрее начать по нему бег. Это конечно не карусель с механической тягой и до определенного момента человек практически ничего не будет ощущать. Однако увеличивая скорость бега, человек начинает чувствовать, что ему становится все труднее и труднее удержаться в пределах круга. Приходится даже наклоняться во внутреннюю сторону круга. Иначе возросшая центробежная сила неминуемо вытолкнет человека из круга. Силы его веса и силы сцепления подошв с землей уже недостаточно, чтобы уравновесить возросшую центробежную силу или попросту перегрузку, если брать эту силу в отношении к весу человека или предмета.
Перегрузка может действовать на человека в направлениях: грудь-спина, спина-грудь, голова-таз, таз-голова, слева или справа. Опыты показали, что лучше всего человек переносит перегрузку, если она действует на него в направлении грудь-спина, тело наклонено вперед на 10-15 градусов, а ноги согнуты в коленях, как бы в сидячем положении.
Именно такое положение занимают космонавты на космических кораблях при старте. Ракета стоит вертикально, а космонавт, по отношению к земле, лежит на спине под некоторым углом, в специальном кресле.
Кресло космонавта изготавливается по специальной технологии и повторяет все выступы и неровности тела космонавта. Это, как показывает опыт, в значительной мере помогает космонавтам выдерживать даже очень большие перегрузки без травм и повреждений.
Наиболее плохо человек переносит перегрузку в направлении голова-таз, и особенно в направлении таз-голова. При действии этих перегрузок уже в 2, 5 единиц человек практически не может встать. Если перегрузка возрастет до 3, 5 единиц, то у человека перед глазами как бы появляется серая пелена, трудно держать голову, щеки начинают отвисать, затруднено дыхание. Перегрузка в 5 единиц в течение нескольких секунд может привести к внезапной потере сознания.
Любопытно, что действие перегрузки в направлении таз-голова может быть равно нулю в тот момент, когда она уравновешивает силу земного тяготения, то есть теоретически, как бы наступает невесомость. И каждый в принципе может испытать на себе такую перегрузку с элементами воздействия невесомости – повышение кровяного давления в сосудах головного мозга. Для этого достаточно повисеть на гимнастической перекладине головой вниз или сделать стойку на голове. Чем длительнее висение или стояние, тем полнее ощущение влияния невесомости и... перегрузки в одну единицу.
Кстати. Перед стартом космонавты тренируются на наклонной доске головой вниз. Угол наклона доски регулируется постепенно, усиливая воздействие.
Элементарную центрифугу может построить каждый человек. Для этого достаточно взять веревку, привязать на один ее конец тяжелый предмет, взяться руками за другой конец веревки и вращать ее над собой. Можно с уверенностью сказать, что большинство мальчишек в детстве были конструкторами разнообразных вариантов центрифуг.
В Центре подготовки космонавтов есть две центрифуги соответственно с плечом вращения 7 и 18 метров. При одной и той же скорости вращения центрифуга с большим плечом будет создавать и большую перегрузку.
Большая центрифуга имеет две сменные кабины – одно и двухместные. В кабинах в широких пределах может изменяться газовый состав, температура, атмосферное давление. На показывающих приборах, дублирующих пультовое оборудование космического корабля, отображается информация, соответствующая динамическому режиму полета.
Космонавт во время перегрузок может тренироваться в приобретении навыков управления космическим кораблем при старте и посадке.
Управление программой изменения перегрузок по величине и направлению действия на человека осуществляется либо вручную через соответствующие пульты руководителем тренировки, либо автоматически, по заранее заданной программе.
На максимальные перегрузки, возможные при аварийном старте корабля, космонавты не тренируются. Медики сочли это упражнение не безопасным для процесса наземных тренировок. Регулярные тренировки на центрифуге проходят с перегрузкой до 8 единиц, и считается, что это дает возможность космонавту в случае аварии выдержать и более высокие, но кратковременные, перегрузки.
Непосредственная подготовка космонавтов к вращению начинается в одной из комнат здания центрифуги. Медики проверяют физическое состояние космонавта, помогают закрепить на теле медицинские датчики. Инструктор проводит последний инструктаж.
Космонавт может тренироваться один или в составе экипажа.
Специалисты сопровождают космонавтов до кабины, помогают удобнее расположиться в креслах, проверяют надежность соединения электроразъемов датчиков. Приветственный взмах рукой, и специалисты покидают кабину, надежно закрывают двери. Теперь космонавтам предстоит испытать на себе воздействие различных перегрузок, а специалисты будут менять условия испытаний космонавтов и анализировать состояние их здоровья в каждую секунду вращения.
Сама центрифуга расположена в большом круглом здании – зале. В центре ось вращения. На конце семи или восемнадцатиметрового плеча закреплена кабина, которая может принимать самые различные положения в пространстве. Тем самым имеется возможность создавать перегрузку с направлениями по любым осям.
Железобетонные стены зала отгораживают центрифугу от внешнего мира.
Главный центр управления центрифугой отделен от зала стеклянной перегородкой и расположен значительно выше уровня вращения. Оттуда весь зал вращения просматривается полностью.
В центре зала управления за пультами контроля и управления располагаются врач, инструктор и многочисленные специалисты. На видеоконтрольных устройствах видны лица испытуемых космонавтов. Такой контроль очень важен, так как потеря сознания у разных людей происходит при различных уровнях перегрузки и очень внезапно. Если врач не успел среагировать визуально на ухудшение самочувствия космонавта, сработает автоматика. При вращениях на большие перегрузки испытуемый держит палец на кнопке. Если он начинает терять сознание, давление на кнопку ослабевает и автоматика снижает уровень перегрузки до необходимого.
По впечатлениям космонавтов, во время вращения на центрифуге можно твердо и определенно сказать, что они испытывают те же ощущения, что и в реальном полете при старте или сходе с орбиты. Разве что на центрифуге отсутствует тряска.
Опыты показывают, что регулярные вращения на центрифуге значительно повышают способность человеческого организма к сопротивлению неблагоприятным воздействиям даже очень больших перегрузок. Опыт двух аварийных стартов подтвердил этот вывод.
Старт космического корабля можно сравнить с взлетом самолета и риск аварии при этом всегда присутствует. И только тщательная подготовка техники и космонавтов к полету уменьшает опасность, хотя и не исключает ее.
СТЫКОВКА
Чтобы лучше понять, что же такое стыковка двух космических аппаратов на орбите, заглянем немного в историю и более внимательно посмотрим на некоторые аналоги этой операции.
Примерами элементарной стыковки в движении могут быть и спокойная встреча двух знакомых, здоровающихся за руку, людей. Это может быть и, требующая определенной точности действий, передача эстафетной палочки между двумя спортсменами. При этом не являются исключением случаи, когда, не рассчитав своих скоростей, спортсмены сталкиваются и даже падают в момент соприкосновения друг с другом.
У велосипедистов скорости побольше, но и они могут спокойно ехать по дороге либо рядом, либо друг за другом, автоматически рассчитывая, вернее поддерживая необходимую взаимную скорость. Однако стоит одному из них отвлечься, вильнуть колесом, и вот уже оба лежат на земле. Травмы при этом опаснее. Ситуация сложнее. А ведь так все было спокойно, тихо. И скорости вроде были мизерные.
Потом появился автомобиль. Рядом по дороге уже специально не ездят – разговаривать в такой ситуации опасно и страшновато. Понимают люди, чем это чревато для них. И дело тут не только в особенностях психологии автолюбителей и в новых конструкторских решениях по созданию средств передвижения. Причина в больших абсолютных скоростях передвижения и трудностях выдерживания одинаковой взаимной скорости при совместной езде. Столкновение в данном случае уже вполне допускает смертельный исход для человека. Каждая аварийная ситуация на дороге конкретный пример неудачной стыковки двух технических средств.
Только милиционеры и каскадеры в фильмах позволяют себе догнать другой автомобиль, сравняться с ним в скорости и перебраться из своего автомобиля в другой. И можно только представить что произойдет, если в момент перехода один из водителей изменит скорость движения или наедет даже на небольшое препятствие.
Но вот пришло время авиации и здесь уже даже милиция \разве что, догоняя Фантомаса\ не решается на подобный маневр. А вот военных летчиков жизненная необходимость заставила пойти на подобную операцию, чтобы увеличить дальность полетов своих самолетов с помощью дозаправки в воздухе. При дозаправке два самолета подходят друг к другу в воздухе на определенное расстояние и удерживают необходимую дистанцию до тех пор, пока не закончится перекачка топлива из одного самолета в другой. Контакт \стыковка\ осуществляется выдвижным шлангом. При этом малейшее изменение взаимной скорости двух самолетов, однозначно приводит в лучшем случае к разрыву шлангов.
Космонавты при стыковке на орбите выполняют подобные операции – сближение и жесткая физическая стыковка двух аппаратов.
Остается добавить, что скорость самолета при дозаправке не превышает 1000 километров в час. У космического корабля скорость при стыковке скорость составляет 28000 километров в час. Разница огромная, а, следовательно, и необходимая степень точности управления космическим кораблем на орбите должна быть неизмеримо выше.
При такой абсолютной скорости космических аппаратов их взаимная скорость сближения при стыковке, то есть разница между абсолютными скоростями, должна быть не более о, 2 – 0, 5 метра в секунду.
И это не единственная трудность для космонавтов, выполняющих стыковку. За примерами вновь вернемся в авиацию.
Одним из важных элементов подготовки летчика является полет в зашторенной кабине, при отсутствии любых сигналов извне и возможностей визуальной ориентации по местности. Весь контроль полета осуществляется только по приборам. Трудное это дело. В первых полетах руки самопроизвольно тянутся открыть шторку, сориентироваться по местности – туда ли лечу? Вдруг ошибка. Потом летчик привыкает. К тому же, во второй кабине при таких полетах всегда сидит опытный летчик – инструктор, который все видит, и не допустит грубой ошибки проверяемого. В крайнем случае, возьмет управление на себя.
В космическом полете второго летчика нет. И при стыковке просто необходимо верить приборам. Даже помощь и подсказка с Земли и та определяется степенью точности работы приборов. А человек ведь все равно остается человеком. Нет, нет, да придет мысль: "А правильно ли лечу? А вдруг реальная скорость полета больше той, что показывают приборы, и корабль врежется в стыковочный узел пассивного корабля с такой силой, что потом и расстыковка не потребуется. Просто некому будет".
В космическом полете у человека в основном работают глаза и мозг. Глаза служат для того, чтобы читать показания приборов или расшифровывать картинку с экрана телевизора. Мозг анализирует множество факторов в совокупности.
Летчики специально отбираются, специально учатся, могут и умеют летать по приборам, хотя и не любят этого делать. Полет по приборам это уже само по себе усложнение обстановки, а в космонавтике сразу наступает такое положение.
Специалисты знают, что техника может работать неустойчиво, в значительной мере менять первоначально заложенные в нее параметры, а то просто отказывать в самые неподходящие моменты работы. И все же конструкторы считали, что техника, создаваемая ими, будет работать безотказно.
На первом этапе создания космических кораблей практически невозможно было представить весь комплекс многообразных, часто противоречивых, задач, которые необходимо было решить. Но об этом нам легче говорить сейчас, через десятки лет после полета Ю. Гагарина. А тогда главным было вывести человека в космическое пространство. Вывести при известной мощности ракеты, при наиболее выгодных конструктивных решениях по форме спускаемого аппарата, при наличии огромного аэродинамического нагрева при спуске, а, следовательно, и ограниченном количестве иллюминаторов, которые потенциально представляли собой самое уязвимое место, через которое огонь мог бы проникнуть в космический корабль.
Так родился "Восток" с двумя иллюминаторами и оптическим визиром "Взор".
Космонавт не видел глазами куда он летит при обычной штатной ориентации. Визир смотрел вниз, иллюминаторы в бок. А впереди неизвестность. Попадись на пути корабля неизвестный спутник или метеорит, космонавт ничего не смог бы сделать для предотвращения нежелательной встречи. Космонавт просто не обнаружил бы препятствие по трассе полета.
Основные принципы управления, заложенные на "Востоках", легли и в основу разработки "Восходов" и "Союзов". Даже необходимость выполнения стыковки не изменила ситуацию кардинально. Оптическая ось визира для стыковки оказалась направленной по полету корабля и только. Контроль полета только по телеэкрану, который стал основным прибором, по которому экипаж оценивает качество процесса стыковки с другим объектом.