Вестибулярные тренировки

Исследования в наземных условиях показали, что степень возбудимости вестибулярного анализатора зависят от зрительных раздражении и от характера мышечных сокращений, преимущественно мышц шеи и туловища. Так, она повышается при мелькании предметов в поле зрения, при балансировании человека на неустойчивой опоре и т.д.

Исходя из сказанного, система вестибулярных тренировок предусматривает: усиление устойчивости вестибулярного анализатора к раздражениям в самых разнообразных условиях; воздействие на систему "вестибулярный — зрительный — двигательный анализаторы" с тем, чтобы устранить нарушение пространственной ориентировки при измененной гравитации и упрочить тормозные влияния на вестибулярные функции, т.е. выработать "пластичность" функций центральной нервной системы.

Тренировки, повышающие устойчивость вестибулярного анализатора, подразделяются на пассивные и активные. Первые включают вращение космонавтов на различных стендах, качание на качелях и раздражение вестибулярного аппарата импульсным током. Ангинные же тренировки проводятся в часы физической подготовки, когда испытуемые, наряду с укреплением мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем организма, упражняют вестибулярный анализатор. Здесь широко представлены вращение на лопинге и на рейнском колесе, прыжки на батуте, акробатика, прыжки в воду и т.д. А.А.Леонов в период непосредственной подготовки к космическому полету наездил более 1000 км на велосипеде, набегал более 250 км и столько же прошел на лыжах, осуществил 103 тренировки вестибулярного анализатора пассивными методами и 56 — активными. Занятия на спортивных снарядах и другие виды физической подготовки (спортивные игры и т. д.) проводились ежедневно.

Сурдокамера

Тренировкой "пластичности" нервных процессов является также испытание нервно-психической устойчивости космонавтов в условиях сурдокамеры, когда в абсолютной тишине человек должен выработать у себя новые механизмы приспособления к измененной ситуации. Неспособность испытуемого к преодолению ранее образованного стереотипа приводит к срыву высшей нервной деятельности, т.е. к развитию невротических состояний.

Сурдокамера — это мир тишины, мир абсолютного безмолвия. Сквозь ее толстые стены не проникает ни один, даже самый громкий звук. Только радио связывает человека с внешним миром, но и эта связь односторонняя: врачи, находящиеся снаружи, слышат голос космонавта, он же слышит только самого себя. Здесь нет ни дня, ни ночи, ни зимы, ни лета. Ровный негаснущий свет заливает сурдокамеру, специальные устройства поддерживают заданную температуру...

Монотонность особенно ощущается в условиях кос­мического полета. Когда двигатели перестают работать, космонавты оказываются почти в полном безмолвии. Вот как описал космическую тишину во время полета А. Г. Ни­колаев: «В полете мы быстро привыкли к негромким мо­нотонным шумам работы приборов, электродвигателей, вентиляторов, регенерационной установки, холодильно-сушильного агрегата и бортовых часов. По характерным звукам определяли прохождение команд от программно-временного устройства... Скоро по этим характерным зву­кам мы могли четко анализировать работу различных си­стем корабля»². И не случайно в космической психологии возникло понятие «сенсорного (чувственного) голода», характеризующее острый недостаток раздражителей. Вот почему в период подготовки первых полетов человека в космос перед наукой встала задача во всей полноте изу­чить влияние «сенсорного голода» на психические функ­ции и работоспособность космонавтов.

Для изучения этой проблемы зарубежные исследователи помещали испытуемых в особых боксах на удобные кушетки. На глаза им надевали очки, рассеивающие свет, на уши - аудиофоны, не позволяющие слышать даже собственную речь, на руки--футляры, исключающие осязательные восприятия. "Эти эксперименты получили название «строгой сенсорной депривации». В исследова­ниях советских ученых применялись специальные поме­щения, не пропускающие звуков, так называемые сурдо­камеры.

В опытах со строгой сенсорной изоляцией у большин­ства испытуемых через несколько часов возникают раз­личные галлюцинации. Один из испытуемых «увидел про­цессию белок, марширующих по снежному полю с меш­ками через плечо». Другой - «ряд маленьких желтых людей с надетыми черными кепками и открытыми ртами». Третьему «предстала обнаженная женщина, плавающая в пруду». Четвертый утверждал, что он «видел поле ядови­тых золотых грибов, на ножке одного из которых отра­жался солнечный свет».

Необычные психические состояния возникали также и в имитаторах космических кораблей. В этих эксперимен­тах американских ученых чаще всего участвовали летчики-испытатели, которые по ходу опыта выполняли конкрет­ные профессиональные операции. Один из летчиков во время «полета», который продолжался 30 часов, стал ви­деть телевизор плавающим в состоянии невесомости, а среди приборов управления он «увидел» какие-то незна­комые лица. Другого пилота уже в конце эксперимента охватил панический ужас: на его глазах приборная доска начала «таять и капать на пол». Третий жаловался на рас­плывчатое изображение на экране телевизора, хотя экран в это время был совершенно чист.

Тренировка в «камерах тишины» — это один из важных этапов подготовки человека к необычным условиям космического полета.

Центрифуга

При выведении на орбиту и спуске на Землю космонавты испытывают огромные перегрузки. На Земле эти условия моделируются с помощью тренажера-центрифуги. Внешне центрифуга напоминает огромную гантель, на одном конце которой закреплена кабина с испытуемым, а на другом - противовес. Эти центрифуги используют также для испытания важных узлов и систем космического корабля, чтобы убедиться в том, что они могут вынести такие перегрузки. 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. 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.

Повышение адаптационных возможностей организма к перегрузкам целенаправленными тренировками на центрифуге связано с проявлением скрытого механизма перераспределение крови, который включается при нарушении кровообращения. При систематических воздействиях перегрузок в центральной нервной системе оператора образуются новые условно-рефлекторные связи, начинающие действовать с появлением перегрузки. Таким образом может быть повышена устойчивость организма к ускорениям на 1,5-2 ед.

5.3.1. Центри­фуга ЦФ-7

В 1973 году была разработана и введена в эксплуатацию первая центри­фуга ЦФ-7, которая предназначалась для выполнения следующих задач:

• проверка переносимости перегрузки при отборе космонавтов и лет­чиков;
• проведение исследований, связанных с воздействием экстремальных факторов полета;
• проведение медицинских исследований по отработке способов по­вышения переносимости перегрузки, уменьшению ее негативных по­следствий и прогнозированию переносимости перегрузки человеком;
• работа по созданию динамических тренажеров перспективных лета­тельных аппаратов;
• испытания образцов авиационной и космической техники.

Центрифуга ЦФ-18

В 1980 году была создана вторая центрифуга ЦФ-18, пред­назначенная для отбора и подготовки космонавтов в условиях воздействия моделируемых факторов космического полета.

На центрифуге моделируют­ся: линейная перегрузка, физиологическая невесомость, пониженное давле­ние в кабине, изменение температуры и влажности, газовый состав воздуха.

Для контроля состояния космонавта во время тренировки на центрифуге имеется медико-физиологический комплекс. Сигналы с датчиков и электродов на теле космонавта, предварительно усиленные и преобразованные, передаются через четыре группы вращающихся контактных устройств на регистраторы и мониторы пульта врача. С помощью телекамеры, установленной в ка­бине, на монитор пульта врача передается изображение лица космонавта. Во время тренировки космонавт в левой руке держит специальную ручку-тангенту, зажимая на ней пальцами кнопку. Если он захочет прекратить тренировку, то отпускает тангенту, и на пульте врача по­является световая и звуковая сигнализация. В этом случае врач может сам остановить центрифугу.

При подготовке на центрифугах космонавты испытывают максимальную перегрузку 5 g в направлении "голова-таз" и 8 g в направлении "грудь-спина".

Барокамера

Во время полёта на космическом корабле создаётся искусственная атмосфера, параметры которой могут заметно меняться в случае каких-либо нештатных или аварийных ситуаций (например, снизится содержание кислорода или произойдёт резкий перепад давления). Учитывая это, космонавтов подвергают испытанию в барокамере.

Современные барокамеры, предназначенные для биологических целей — это сложные технические устройства, где можно создавать различные температуры (диапазон колебаний от —60° до +70°С), разрежение, соответствующее высотам до 20—30 км. Барокамеры оснащаются сложной аппаратурой, регистрирующей физиологические функции, приборами, следящими за режимом «подъема» и «спуска», и т.д. Существует несколько видов барокамер: Гипербарические камеры, декомпрессионные барокамеры, гипобарические камеры. Гипобарические камеры используются в медицине для лечения ряда заболеваний и для моделирования ситуаций нахождения человека на большой высоте (лётчики, альпинисты, парашютисты, космонавты и т. д.)

Представьте себе металлическую четырехугольную (или цилиндрическую) камеру с герметически закрывающейся дверью. Внутренний объем ее невелик — несколько менее 10 кубических метров. Правда, бывают и значительно большие барокамеры. Принцип работы такой камеры очень прост. К ней подведены две трубы, одна из них идет к вакуумному насосу, другая связывает внутренний объем барокамеры с атмосферой комнаты или наружного воздуха.

Исследования в барокамере уже давно применяются при медицинских освидетельствованиях летчиков. В связи с этим возникает естественный вопрос: для чего проводить такие исследования, когда современная авиация обеспечена самолетами, оборудованными герметическими кабинами, кислородно-дыхательной аппаратурой, и летчик, не испытывая в полете недостатка кислорода, находится в условиях достаточно высокого барометрического давления?

В кабинах космических кораблей, безусловно, также будет обеспечиваться нужный уровень барометрического давления и соответствующее содержание кислорода, однако космонавты, как и летчики, по-видимому, должны будут проходить обследование в барокамерах.

Дело в том, что исследование в условиях разреженной атмосферы, когда человек испытывает недостаток кислорода, является хорошей пробой, позволяющей выявить скрытые дефекты сердечно-сосудистой и нервной систем, определить особенности функционального состояния организма. Вот почему в настоящее время все большее значение придается так называемым гипоксическим пробам.

У лиц, обладающих слабой устойчивостью к недостатку кислорода, уже в первые 10 минут пребывания на высоте 5000 м, когда парциальное давление кислорода в легких равно 45—50 мм рт. ст. (в обычных условиях оно равно около 100 мм), отмечается головокружение, слабость, расстройство координации движений, учащение пульса до 120 ударов в минуту и выше, посинение губ и т.д., т.е. состояние, требующее быстрого спуска на безопасные высоты. Постоянная, типичная реакция дыхания на недостаток кислорода — усиление легочной вентиляции: человек начинает дышать чаще и глубже. В результате через легкие в единицу времени проходит значительно большее количество воздуха и за счет этого поддерживается достаточное насыщение крови кислородом. В обычных условиях в легких постоянно имеется определенное количество углекислого газа, который поступает из крови. Если резко увеличивается частота и глубина дыхания, то СО₂ в большем количестве удаляется, вымывается из легких, уменьшается и его концентрация в крови. Углекислый газ является возбудителем дыхательного центра головного мозга — того нервного центра, который посылает периодические импульсы к дыхательным мышцам, обеспечивая акт вдоха. Если в результате повышенной вентиляции концентрация СО₂ в крови снижена, то дыхательный центр не возбуждается и не посылает импульсы, не дает «сигнал» для вдоха. Усилием воли вы можете некоторое время форсировать дыхание, но при этом нормальная нервная импульсация из дыхательного центра резко нарушится, и вы потеряете сознание. При этом, естественно, дыхание на какое-то время прекращается, что ведет к увеличению количества СО₂ в крови и нормальный цикл дыхания снова восстанавливается.

Если поставить человека в условия гипоксии, то по наступающим изменениям физиологических процессов можно судить о резервных возможностях организма. Вот почему «подъемы» в барокамере и должны будут, очевидно, применяться при обследовании космонавтов.

Особое значение имеет реакция со стороны сердечно-сосудистой системы, так как она легко улавливается простыми методами исследования и может явиться, наряду с изменениями внешнего дыхания, хорошим показателем состояния организма.

Термокамера

При подготовке первых пилотируемых полётов опасались значительного повышения температуры в спускаемом аппарате, ведь он летит в потоке плазмы с температурой в несколько тысяч градусов. Кроме того, может неожиданно отказать система терморегулирования космического корабля или орбитальной станции.

Проверка устойчивости кандидата в космонавты к воздействию высоких температур проводится в термокамере. Сначала испытание проходило при температуре 70 °С и влажности 10 %. Врач имел возможность наблюдать за состоянием испытуемого по приборам и визуально. При повышении пульса до 120- 130 ударов в минуту и температуры тела на 2-2,5 °С или же заявлении испытуемого о плохом самочувствии сеанс прекращался.

Данная работа требует большого физического напряжения. Воздействие на человека высокой температуры приводит, прежде всего, к функциональным нарушениям системы терморегулирования орга­низма. При температуре наружного воздуха 30-33 °С теплообмен с окру­жающей средой практически прекращается, и тепловое равновесие под­держивается только благодаря интенсивному потоотделению, но оно при ограниченных запасах воды чревато угрозой дегидратации (обезвожива­ния) организма. Если температура воздуха и окружающих стен превышает 60 °С, организм человека не способен сохранять тепловой баланс даже за счет обильного потоотделения, вследствие чего начинается процесс накопления тепла в организме.

Конечно, скафандр снабжён системой терморегулирования, но иногда, чтобы завершить запланированное, космонавтам приходится работать на пределе возможностей системы жизнеобеспечения, и они в конце концов могут отказать. Поэтому при подготовке к полёту очень важно, во-первых, знать индивидуальную тепловую устойчивость каждого космонавта, а во-вторых, подготовить его организм к неблагоприятным воздействиям. Испытания проводятся при температуре 60° С и влажности 50 % в течение одного часа.

Имитация невесомости.

Для космонавтов её моделируют в гидролаборатории, которая представляет собой огромный бассейн с водой. Туда погружают платформу с имитацией модуля «Заря» российского сегмента международной космической станции (МКС). На краю бассейна установлены два небольших крана — с их помощью туда опускают скафандры с космонавтами. Находясь в воде, скафандры не всплывают и не тонут, то есть фактически их вес обнуляется. В таком состоянии космонавты передвигаются вокруг и внутри модуля, а также отрабатывают технику работы за бортом МКС.

Ещё один тренажёр — это полностью воспроизведённый в земных условиях российский сегмент МКС. То, что стоит в гидролаборатории, — муляж, а этот образец под завязку напичкан настоящими узлами и агрегатами. Иными словами, если, «вися» в воде, космонавты отрабатывают технические приёмы, то здесь — проходят инженерную подготовку. У них есть возможность, в том числе потренироваться на нештатных ситуациях и авариях, которые могут произойти по команде из пункта управления тренажёром.

Кстати, поведению в условиях невесомости космонавтов обучают не только в гидролаборатории. Для более серьёзного моделирования ситуации на борту космического корабля применяют самолёт, где невесомость достигается в режиме свободного падения. Однако этого недостаточно, чтобы воспроизвести длительную невесомость, когда космонавт пребывает в космосе дни, недели, месяцы.