ФИЗИОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СПАСЕНИЯ В.А. Корженьянц Кандидат медицинс.

Главная страница > Цитатник

Глава 5

ФИЗИОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СПАСЕНИЯ В.А. Корженьянц Кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, полковник медицинской службы в отставке

ГЛАВА 5

В 1936 г. парашютные прыжки стали предметом изучения в Институте авиационной медицины РККА им. И.П. Павлова. Наибольшее практическое значение имели работы Г.Р. Грайфера по профилактике травматизма при действии ударных перегрузок приземления, динамического удара от раскрытия купола парашюта. В результате серии работ были сформулированы медицинские рекомендации по улучшению обуви, укреплению голеностопного сустава путем наложения крестообразной бинтовой повязки и целенаправленной физической подготовки [13, 14].

Систематическое изучение влияния на организм человека эмоциональных и ударных нагрузок при парашютных прыжках началось в 1929—1934 гг. после образования Научно-исследовательского санитарного института при Военно-санитарном управлении РККА и специальной бригады при Военно-медицинской академии. Этими вопросами занимались В.Г. Миролюбов, И.К. Собенников, А.Ф. Александров и др. [49, 51]. Ими было показано, что парашютные прыжки сопровождаются выраженным нервно-психическим напряжением, усиливающимся с приближением момента оставления самолета. Со стороны физиологических функций определялось увеличение частоты сердечных сокращений, повышение артериального кровяного давления, учащение дыхания. У некоторых парашютистов в моче обнаруживались белок и единичные эритроциты. Наблюдались также небольшие изменения лейкоцитарной формулы и незначительное повышение уровня сахара в крови. Указанные изменения были менее выражены или вовсе отсутствовали у опытных парашютистов.

Устранить неблагоприятные исходы при аварийном покидании самолетов должно было катапультное кресло, выбрасываемое из кабины силой взрыва пороховых газов. При реализации нового способа спасения необходимо было разрешить противоречия между техническими требованиями к катапульте и биомеханическими особенностями человека.

Увеличение скорости полета до 350—400 км/ч привело к тому, что аварийное покидание самолета с помощью обычного парашюта не обеспечивало благополучного исхода вследствие действия встречного воздушного потока воздуха, преодолеть давление которого собственными силами летчик был не в состоянии. Если же после длительных попыток все же удавалось выбраться из кабины, то потоком воздуха его отбрасывало на хвостовое оперение. По этой причине в конце Второй мировой войны погибли от 4,7 до 15% летчиков. Результаты анализа травматизма при парашютных прыжках свидетельствовали о необходимости совершенствования способа спасения [13, 14, 33, 47—49].

После завершения наземных испытаний были проведены успешные катапультирования парашютистов-экспериментаторов из самолета в 1947 г., а в апреле 1949 г. совершено первое вынужденное катапультирование из самолета-истребителя.

Исследованиями влияния на организм ударных перегрузок направления «голова—таз», возникающих при катапультировании, начали заниматься в 1946 г. сотрудники ВМОЛА им. С.М. Кирова [2]. Проведенными экспериментальными работами они обосновали возможность катапультирования вверх с ударной перегрузкой 20 ед. Однако эта величина перегрузки оказалась близкой к пределу переносимости по прочности позвоночника. Об этом свидетельствовал компрессионный перелом одиннадцатого и двенадцатого грудных позвонков, возникший у одного из испытателей при перегрузке 20,3 ед. в результате срыва руки с поручня и резкого отклонения туловища в сторону.

изучение влияния на человека ударных перегрузок различного направления;

Начиная с 1949 г., изучение медицинских аспектов катапультирования было возложено на НИИИАМ ВВС, в частности на лабораторию, руководимую П.К. Исаковым [17]. В 1951 г. в Институте был создан отдел обеспечения полетов на реактивных самолетах. Его начальником назначили П.К. Исакова, а руководителем лаборатории средств спасения летных экипажей стал С.А. Гозулов. С этого времени началось систематическое и глубокое изучение проблем воздействия ударных перегрузок на живой организм. Основными задачами лаборатории являлись:

обоснование медицинских требований к средствам защиты летчика от ударных перегрузок и воздушного потока;

исследование действия на организм сверхзвукового воздушного потока;

разработка медицинских рекомендаций для летного состава по аварийному покиданию самолетов;

испытания защитных свойств различных фиксирующих устройств и специального снаряжения;

проведение медицинского анализа и обобщение опыта катапультирования в частях ВВС.

разработка методики наземных тренировок по аварийному покиданию самолетов;

В период 1949—1953 гг. выполнялся комплекс научно-исследовательских работ по изучению ударных перегрузок, действующих в направлении «таз—голова», применительно к катапультированию летчика вниз [15, 16]. После проведения экспериментальных катапультирований на аэродинамическом стенде ЦАГИ катапультные кресла для покидания самолета вниз были установлены на самолетах Ил-28, Ту- Такая задача была поставлена в связи с трудностями переброса кресла из-за большой длины фюзеляжа и высокого хвостового оперения самолетов-бомбардировщиков.

Большой объем и интенсивность физиолого-гигиенических исследований были обусловлены опережающим развитием авиационной техники и усложнением применения средств спасения на различных высотах и скоростях полета.

В это же время и вплоть до 1961 г. большое внимание уделялось физиолого-гигиеническим исследованиям специального снаряжения, предназначенного для зашиты членов экипажей от скоростного воздушного потока, величина давления которого, например, при скорости полета 1250 км/ч достигает 10 т/м В этих работах принимали участие: С.А. Гозулов, Г.П. Миролюбов, Н.М. Рачков [4,19]. В процессе экспериментальных исследований при участии испытателей утверждались наиболее эффективные способы защиты от воздушного потока. Менее результативные технические решения отвергались или доводились до требуемой кондиции.

Большая серия научно-практических исследований проводилась И.А. Цветковым и И.И. Антуфьевым, И.С. Васильевым и другими в течение 1954—1957 гг. Главная задача состояла в определении переносимости больших поперечно направленных перегрузок торможения, возникающих при выходе кресла с летчиком в воздушный поток на сверхзвуковой скорости полета [42—44]. Работа завершилась созданием (совместно с НИЭИПДС и ЛИИ) принципиально новой объединенной привязно-подвесной системы фиксации летчика в кресле, обеспечивающей безопасное катапультирование с перегрузками «спина—грудь» до 42—43 ед.

Таким образом, к началу космической эры был накоплен большой научный и методический опыт по медико-техническому сопровождению разработок средств аварийного покидания самолетов, изложенный в официальных отчетах, диссертациях и различных публикациях. Основные результаты вошли в Общие технические требования ВВС на разработку новой авиационной техники. Приобретенные научные знания позволили быстро развернуть исследования применительно к космическим средствам спасения.

Важным направлением работ являлся также систематический медицинский анализ вынужденных катапультирований из самолетов ВВС [52]. По материалам расследования летных происшествий и медицинским донесениям из авиационных частей определялись наиболее слабые звенья в защите летчика от неблагоприятных факторов, возникающих при аварийном покидании самолетов, и предлагались соответствующие меры по ослаблению их действия на человека.

Родина высоко оценила деятельность руководителей научного коллектива П.К. Исакова и С.А. Гозулова, которые стали лауреатами Государственной премии.

Исследования переносимости жесткого приземления. Справа: вертикальный стенд ударных перегрузок высотой 10 м. Слева вверху: испытатель в кресле, установленном на ферменной платформе перед подъемом на высоту. Слева внизу: свинцовые крешеры-амортизаторы конической и цилиндрической формы, применявшиеся для гашения энергии удара.

К тому времени достаточно разработанным и физиологически обоснованным способом аварийного покидания самолетов являлось катапультирование. Поэтому, не исключая полностью возможности приземления космонавта непосредственно в кабине спускаемого аппарата, было решено сконструировать специальное катапультное кресло для штатного и аварийного покидания космического корабля [50] с последующим приземлением космонавта на парашюте. Кресло предназначалось также для спасения при аварии на старте и на взлете.

Космические средства спасения в идеальном варианте должны обеспечивать спасение на всех участках полета: стартовой позиции, взлете, в полете, при спуске и посадке. Однако технические возможности не позволяли полностью осуществить это на практике. Поставленная задача решалась по этапам. В первую очередь обеспечивались средствами спасения наиболее опасные участки полета, которыми являются стартовое положение космического корабля, начальный отрезок взлета, посадка.

Исследования влияния ударных перегрузок на человека в стендовых условиях не всегда проходили гладко. В одном из экспериментов при катапультировании в кресле пилота космического корабля по аварийной схеме, т.е. с включенными дополнительными пороховыми двигателями, у испытателя возник компрессионный перелом шестого грудного позвонка, подтвержденный рентгенологически. Причиной травмы оказалось недостаточное закрепление рамки НАЗа, которая служила опорной поверхностью для ягодиц. Это привело к сжатию пакета НАЗа, резкому смещению туловища и увеличению жесткости удара [5]. Проведенные доработки кресла, а также положительные результаты последующих наземных и летных испытаний [261 позволили Ю.Гагарину и Г.Титову успешно катапультироваться в процессе спуска на кораблях «Восток» и «Восток-2».

По характеристикам перегрузок катапультное кресло пилота космического корабля во многом соответствовало самолетному, но существенно отличалось по конфигурации, компоновке и позе оператора. Указанные особенности требовали экспериментальной проверки с участием испытателей. Исследования переносимости перегрузок на макетном образце кресла начались в 1959 г. И.А. Цветковым, И.И. Антуфьевым, И.С. Васильевым и др. [43] и были продолжены на натурном кресле в начале 1961 г. С.А. Гозуловым, В.А. Дегтяревым и др. [5].

Катапультное кресло можно рассматривать как первое космическое средство спасения. Более надежной, универсальной и безопасной должна была стать система катапультирования самой кабины экипажа с последующим ее приземлением вместе с экипажем на борту. Согласно расчетам, произведенным конструкторским бюро, отделение кабины от ракеты-носителя сопровождается перегрузками, достаточно хорошо изученными и вполне переносимыми человеком. Приземление кабины в штатном варианте должно происходить по типу мягкой посадки, не вызывающей ощущения удара. В случае же отказа тормозной двигательной установки, обеспечивающей мягкую посадку, возникающие ударные перегрузки по интенсивности параметров в 10—15 раз могут превосходить хорошо известные перегрузки катапультирования. Влияние на человека перегрузок с такими характеристиками ранее не изучалось.

Ближайшие и отдаленные перспективы космических полетов выдвигали все новые и новые проблемы перед космической медициной. Основными задачами, поставленными перед лабораторией космических средств спасения, являлись изучение действия на организм и нормирование ударных перегрузок приземления, возникающих при посадке космического корабля, разработка медицинских требований к новым системам спасения, физиолого-гигиеническое обоснование и испытания образцов спасательных средств и различных защитных устройств.

Были установлены также зависимости характера и локализации травм от направления действия перегрузок. После чрезмерных перегрузок направления «голова—таз» в первую очередь повреждался позвоночник, а при перегрузках «спина—грудь» и «грудь—спина» страдали внутренние органы. Изменения физиологических функций, так же, как и при катапультировании, состояли в задержке дыхания, брадикардии, синусовой аритмии. В тяжелых случаях развивался желудочковый ритм с переходом в мерцание желудочков.

Исследования ударных перегрузок приземления начались в 1959 г. Г.П. Миролюбивым. Первые эксперименты проводились на животных. Следуя идеям К.Э. Циолковского, предлагавшего для защиты от длительных перегрузок метод погружения человека в жидкость, имевшую с ним одинаковую плотность, Г.П. Миролюбов впервые в СССР применил основные положения великого ученого для защиты организма от ударных перегрузок. Анализ экспериментального материала показал, что при погружении белых мышей и крыс в жидкость их устойчивость к ударным перегрузкам повышалась прежде всего за счет увеличения площади опоры тела. Это послужило стимулом для проведения следующей серии опытов с гипсованием животных. Жесткое ложе из застывшего гипса, тщательно отмоделированное по опорной поверхности тела животного, увеличивало переносимость ударов в большей мере, чем погружение в воду [25, 27—29].

Первые отечественные физиолого-гигиенические исследования, практически решавшие проблему приземления экипажа в кабине, были начаты Г.П. Миролюбивым в 1961 г. на базе НИЭИПДС [29]. В этой работе было выполнено около 170 экспериментов с испытателями. Ударные перегрузки достигали 30 ед., скорость снижения — 10 м/с. Благодаря свойствам использованной амортизации, условия приземления соответствовали аварийной посадке на мягкий грунт.

Таким образом, в экспериментах на животных были получены ориентировочные данные об общей биологической реакции живого организма на перегрузки приземления и о возможных направлениях исследований по разработке защитных устройств для человека.

В связи с увеличением объема работ приказом МО и директивой Главного штаба ВВС от 25.02.61 г. был сформирован Отдел индивидуальных средств обеспечения безопасности космических полетов во главе с кандидатом медицинских наук С.А. Гозуловым. Отдел состоял из трех лабораторий и физико-химической группы. Руководство лабораторией космических средств спасения было поручено Г.П. Миролюбову.

Однако аварийный спуск и приземление космического корабля могут происходить в существенно более сложных условиях по твердости грунта, сносу ветром, неровностям земной поверхности. Поэтому дальнейшая разработка космических средств спасения нуждалась во всестороннем теоретическом и экспериментальном обосновании физиолого-гигиенических требований к ним.

Параллельно с научными исследованиями на животных и биологических манекенах человека действие ударных перегрузок приземления и эффективности различных защитных устройств изучалось непосредственно на человеке. Многие работы проводились совместно с предприятиями промышленности и конструкторскими бюро, что позволяло оперативно уточнять и быстро решать непредвиденные вопросы. Важнейший принцип, которым руководствовались научные сотрудники, состоял в быстрейшей реализации новых научно-практических данных. Полученная информация без задержки передавалась конструкторам, проектирующим космические аппараты. Такой творческий контакт медицины и техники не только позволял своевременно корректировать параметры перспективных изделий, но и в сжатые сроки доводить до необходимой кондиции уже изготовляемые объекты с целью повышения безопасности и эффективности их эксплуатации.

В этой лаборатории трудились научные сотрудники: В.А. Дегтярев, В.А. Корженьянц, В.А. Эливанов, Н.И. Фролов, В.Г. Скрыпник, Н.Н. Попов, В.Б. Лемасов, Ю.Н. Сушков, И.А. Полукаров. Непосредственное участие в экспериментах принимал начальник отдела С.А. Гозулов. Удивительную изобретательность и умение приспособить медицинскую и исследовательскую аппаратуру для работы в политонных условиях проявил старший техник А.В. Чепков.

Очень трудоемкая и опасная научно-исследовательская работа проводилась в период 1963—1965 гг. При участии 17 испытателей было выполнено более 140 экспериментов на вертикальном стенде с перегрузками от 10 до 75 ед. со скоростью приземления до 8 м/с [7]. Изучены три варианта посадки на грунт различной твердости: «мягкий», «средний», «жесткий». В каждом варианте оценено два положения испытателя в кресле: в позе «сидя» и в позе «лежа». Полученные результаты имели большое теоретическое и практическое значение для разработки перспективных средств, обеспечивающих безопасное приземление экипажей летательных аппаратов.

Исходя из теоретических положений, изложенных в руководствах по сопротивлению материалов, была принята концепция о том, что при жестком ударе наиболее уязвимым органом у человека, расположенного в позе «сидя», окажется позвоночник. В связи с этим в 1962—1963 гг. были изучены механические свойства отдельных позвонков человека, определена устойчивость позвоночника на биологических манекенах, показана защитная роль привязной системы и индивидуально моделированного ложемента [21, 32]. Полученные данные послужили для создания простой одномассовой механико-математической модели для оценки реакции позвоночника при различных параметрах перегрузок [40].

В отдел влились также сотрудники лаборатории, длительное время занимавшиеся медицинским обоснованием катапультирования из самолетов. Самый опытный из них — кандидат медицинских наук И.А. Цветков — стал заместителем начальника отдела. Должности старших сотрудников заняли кандидат медицинских наук А.Ф. Коваленко и инженер И.С. Васильев. Отдел пополнился также младшими сотрудниками И.И. Антуфьевым, Б.М. Епифановым, В.П. Бояркиным и Н.П. Морозовой.

В апреле 1964 г. произошло переформирование отдела, часть сотрудников перешла во впервые образованный Институт медико-биологических проблем. Новый отдел был создан на основе лаборатории космических средств спасения и получил название «Отдел средств аварийного покидания самолетов и приземления космических аппаратов». Начальником отдела остался С.А. Гозулов вместе со старшими сотрудниками Г.П. Миролюбовым, В.А. Дегтяревым, В.Г. Скрыпником и младшими сотрудниками Н.И. Фроловым, В.А. Корженьянцем, В.А. Эливановым, В.Б. Лемасовым. Эти сотрудники по традиции продолжали заниматься главным образом физиолого-гигиеническими проблемами космических средств спасения.

Продолжались очень интенсивные экспериментальные исследования по космической тематике совместно с предприятиями промышленности. Основное внимание было сконцентрировано на безопасности приземления и амортизационных креслах пилотов космических кораблей [6].

Организационное объединение в один научный коллектив специалистов по авиационным и космическим средствам спасения способствовало более тесному взаимодействию и плодотворному обмену опытом работы, позволяло осваивать новые направления исследований, например, такие, как физиологическое обоснование нормативов сейсмических ударных перегрузок, разработка медицинских требований в интересах воздушно-десантных войск, исследования противоударных свойств защитных шлемов.

Тем не менее возникающие на крайних режимах ударные перегрузки расценивались как близкие к предельно переносимым [10]. Об этом свидетельствовали, в частности, возникавшие у испытателей болевые ощущения в области поясницы, а также брадикардия, урежение дыхательных движений, снижение артериального кровяного давления, микрогематурия. Указанные симптомы не носили стойкого характера и полностью исчезали в течение нескольких часов.

Особенно трудными оказались эксперименты по определению переносимости ударных перегрузок, возникающих в случаях осложненного приземления под различными углами к земной поверхности, при сносе ветром и других вероятных условиях посадки космического корабля [7—9]. В процессе отработки средств аварийного приземления имели место неблагоприятные случаи, окончившиеся травмами позвоночника. В связи с этим были пересмотрены заданные ранее технические условия на аварийную посадку космических кораблей: уменьшена скорость снижения спускаемого на парашюте аппарата и перегрузка в момент касания грунта. Кроме того, проведены серьезные доработки кресла пилота, состоявшие в увеличении хода амортизатора, изменении установочного угла кресла, оптимизации механических характеристик пористого заполнителя ложемента.

Таким образом, в 1967 г. был завершен основной этап исследований по медицинскому сопровождению разработки амортизационного кресла для пилота космического корабля. В результате проведенных исследований и многочисленных испытаний с участием человека было создано новое удобное кресло для работы космонавта в полете и для спасения при самых жестких условиях вынужденной посадки, в том числе в случае отказа тормозной двигательной установки.

За проявленное мужество и полезные рекомендации по улучшению кресла космонавта испытатель Б. Гук был награжден орденом Красного Знамени.

Итоги исследований были подведены также в диссертациях [10, 41, 45], монографиях, сборниках статей, выступлениях с докладами на научных конференциях.

Особенность следующего этапа исследований (1967—1972) состояла в осмыслении накопленного экспериментального материала и разработке теоретических вопросов космической медицины, связанных с влиянием ударных воздействий на организм человека. На основании анализа и обобщения полученных данных формулировались физиолого-гигиенические рекомендации по переносимости перегрузок приземления различных параметров, уточнялись медико-технические требования к средствам защиты, составлялись медицинские предложения по составу средств спасения для перспективной космической техники [11].

допустимые перегрузки, не вызывающие существенных изменений физиологических функций и практически не влияющие на работоспособность;

По эффекту воздействия на человека были выделены три группы ударных перегрузок:

повреждающие перегрузки, приводящие к длительным патологическим состояниям или тяжелым травмам.

относительно безопасные перегрузки, вызывающие быстро проходящие патологические сдвиги физиологических функций, а также легкие повреждения опорных структур тела;

Чтобы не попасть в зону повреждающих перегрузок в процессе научных исследований и испытаний космических объектов с участием человека, была разработана система критериев оценки состояния организма. Ее оперативное использование помогало экспериментатору ориентироваться в интенсивности действия перегрузок [1, 10, 12, 22].

Ударные перегрузки, реально возникающие при нештатном приземлении космических кораблей, классифицировались как допустимые или относительно безопасные.

Возможность проявления кумуляции от повторного действия ударных перегрузок необходимо было учитывать при проведении серии экспериментов с одним испытателем. При проектировании новых средств спасения было необходимо исключать двух-трехкратное действие перегрузок больших величин.

Большое значение для понимания механизма возникновения повреждений органов и тканей имело осмысление сущности микротравмы. Как показали экспериментальные исследования на животных, заведомо не повреждающие величины однократно действующих перегрузок при многократном повторении могут вызывать вначале микротравмы, а затем и микроповреждения. Отрицательная роль эффекта кумуляции более вероятна в области перегрузок, близких к предельным [7, 10].

Глубокое понимание механизмов действия ударных перегрузок на целостный организм позволило наметить пути повышения устойчивости человека к экстремальным условиям приземления. Основные из них — оптимизация параметров ударного импульса, применение адекватных защитных устройств, отбор, обучение и специальная подготовка космических экипажей [10].

Анализу и обобщению работ по прочностным свойствам позвоночника посвящалась диссертация В.А. Корженьянца [21]. Полученные экспериментальные данные позволили определить пределы устойчивости позвоночника человека к продольным сжимающим перегрузкам в зависимости от возраста и скорости приложения силы. По-новому был раскрыт механизм переломов позвонков. В частности, оказалось, что основную роль в костной травме при чисто осевом нагружении сегментов позвоночника играет студенистое ядро межпозвонкового диска, продавливающее смежные с ним замыкательные пластинки позвонков. Такого рода повреждения костной структуры позвонков редко диагностируются в хирургической практике, т. к. трудно различимы на рентгеновских снимках.

Изучение влияния невесомости на опорно-двигательный аппарат началось в 1972 г. Г.П. Ступаковым и В.А. Корженьянцем. Испытаниями на прочность подвергалась бедренная кость белых крыс и собак. Для моделирования гипокинезии животные помещались в тесные клетки, резко ограничивавшие их подвижность при сохранении опорной функции.

Новое направление медико-биологических исследований по проблеме ударных перегрузок было связано с перспективой длительных полетов человека в околоземном пространстве и дальнем космосе. Уже первые многодневные полеты советских и американских космонавтов показали, что продолжительное пребывание в условиях невесомости затрагивает многие интимные процессы обмена веществ, в том числе регуляцию содержания кальция в костях. Космическая медицина должна была ответить на вопросы, будет ли развиваться остеопороз, с какой интенсивностью, как это повлияет на прочность костно-опорного аппарата и его устойчивость к ударным перегрузкам в момент приземления спускаемого аппарата.

Более совершенной моделью невесомости оказалась гиподинамия, достигавшаяся путем ампутации одной задней голени, полностью лишавшей опоры соответствующую бедренную кость. Режим содержания подопытных животных не отличался от режима контрольных. Они находились в обычных просторных клетках, обеспечивавших достаточную свободу движений [34, 35].

Современное катапультное кресло К-36 с выдвинутым дефлектором для снижения интенсивности воздушного напора.

Механические свойства позвонков определялись на аутопсийном материале больных, перенесших вынужденную гиподинамию в виде 20—40 суток пребывания в постели.

Кроме того, исследовались кости животных, перенесших космические полеты на искусственных спутниках Земли типа «Космос» [39].

Полученные результаты показали, что развивающийся остеопороз является ответом на стрессорный фактор, в качестве которого выступает невесомость. Наибольшая выраженность процессов рассасывания костного вещества наблюдается в губчатых структурах, прежде всего в позвоночнике. Основой этих изменений является реакция приспособления организма к новым условиям обитания, связанным с отсутствием весового нагружения скелета. При этом скорость перестройки кости зависит от уровня основного обмена и исходного значения минеральной насыщенности [39].

Состояние костной системы человека изучалось также у испытателей, находившихся в соответствии с условиями эксперимента на постельном режиме в течение 30—120 суток, и у членов экипажей орбитальной станции «Салют-6», участвовавших в космических экспедициях длительностью от 75 до 184 суток. Целью этих исследований являлась сравнительная оценка плотности структуры пяточной кости методом прямой фотонной абсорбциометрии до и после продолжительного пребывания в условиях моделированной и реальной невесомости.

В специальных исследованиях, посвященных профилактике остеопороза, были определены мероприятия, эффективно смягчающие действие невесомости. К ним, в первую очередь, относятся выполнение специальных гимнастических упражнений, использование нагрузочных костюмов и тренажеров, а также применение средств фармакологической коррекции метаболических процессов.

Важно отметить, что во всех экспериментальных группах четко прослеживалась общая направленность изменений костно-опорного аппарата, состоящая в развитии остеопороза. Прямые механические испытания позвонков человека показали снижение их прочности, что недвусмысленно свидетельствует об уменьшении устойчивости позвоночника к ударным перегрузкам.

Дополнительным основанием для корректировки допустимых уровней перегрузок послужили данные, полученные при анализе штатных спусков космических кораблей. Оказалось, что обеспечение приземления со скоростью, близкой к нулевой, практически неосуществимо из-за колебаний временных интервалов срабатывания двигателя мягкой посадки, скорости сноса ветром и раскачивания снижающегося аппарата при подходе к земной поверхности, неровностей рельефа местности. Вследствие этого космонавты в беседах с врачами по-разному оценивали интенсивность перегрузок в момент приземления. Некоторые из них характеризовали перегрузку как мягкий толчок, другие ощущали очень жесткий удар, сопровождающийся болевыми симптомами.

Исследования по данной проблеме позволили вскрыть тонкие механизмы остеорезорбции в условиях невесомости и последующего восстановления костной ткани при нормальной гравитации. Разработанная концепция перестройки костно-опорного аппарата и конкретные исходные данные послужили Ю.В. Мазурину основой для создания математической модели количественного прогноза изменений плотности костной ткани в зависимости от индивидуальных особенностей человека и длительности космических экспедиций [24]. Полученные новые научные данные о развитии остеопороза и снижении прочности костно-опорного аппарата при длительном пребывании в невесомости потребовали пересмотра нормативов ударных перегрузок, возникающих при аварийном приземлении.

Дальнейшими исследованиями были установлены зависимости, с помощью которых можно оценивать травмоопасность перегрузок, исходя из вероятности повреждения позвоночника при различной величине, длительности и скорости нарастания перегрузок [18, 38]. Полученные результаты использовались для разработки проекта ОСТа на аварийное приземление космических кораблей. Однако, вследствие неготовности ведущих промышленных фирм технически обеспечить требуемый уровень безопасности, ОСТ не был утвержден. В связи с этим он был переработан и реализован на практике как ОСТ по нормированию ударных перегрузок приземления вертолетной и воздушно-десантной техники (ОСТ В102.652-99, 1988 г.). Используя указанный документ, заказчик составляет техническое задание на новый объект, исходя из приемлемого риска травмоопасности.

Из практики аварийного покидания самолетов также было известно, что при прочих равных условиях катапультирования у части летчиков возникали переломы позвонков [20]. Долгое время у данного феномена не было научного объяснения. Благодаря работам, проведенным Г.П. Ступаковым, А.И. Воложиным, А.П. Козловским и др. [37], стало ясно, что динамической прочности позвонков присуща значительная индивидуальная вариабельность. При этом прочность позвонков здоровых людей тесно связана со структурными особенностями костного вещества и минеральной насыщенностью. Крупноячеистое строение губчатого вещества и низкая минеральная насыщенность являются главными предпосылками уменьшения сопротивляемости костного органа к механическим нагрузкам. В связи с отсутствием способа отбора людей по признакам устойчивости к перегрузкам, невозможно было избежать отдельных случаев повреждения позвоночника. С целью восполнения этого пробела была разработана методика оценки индивидуальной устойчивости человека к ударным перегрузкам приземления космических кораблей [3, 6, 38]. Предложенный метод позволял определять индивидуально допустимый уровень перегрузок.

Наиболее интересной работой из этой серии испытаний являлась работа по определению возможности сбрасывания с самолета на парашюте специального катера с пловцами-спасателями. Предварительные сбросы катера с подъемного крана в порту успешно завершились летными испытаниями с участием человека. Ударные перегрузки, возникавшие во время приводнения, удовлетворительно переносились всеми испытателями.

В середине 1970-х гг. Г.Б. Богослововым, П.С. Лозовым, Г.П. Ступаковым и др. проводились небольшие, но оригинальные физиолого-гигиенические испытания в интересах поисково-спасательной службы. В процессе испытаний отрабатывались приемы спасения космонавтов в случае совершения посадки на море. В частности, были решены вопросы подъема космической кабины с экипажем с водной поверхности и ее транспортировки по воздуху специальным вертолетом, подъема кабины на спасательный корабль при различной балльности волнения моря с имитацией возможных ударов кабины о борт судна.

По вопросу бортовых средств спасения определились две противоположные точки зрения. Медицинские эксперты Г.П. Миролюбов, В.А. Корженьянц, В.А. Эливанов категорически высказались за наличие таких средств, предлагая сконструировать отделяемую кабину для спасения всего экипажа. Инженеры проектных организаций, оперируя данными о высокой надежности будущего космического комплекса, а также ссылаясь на отсутствие средств аварийного покидания у американского аналога, считали нецелесообразным разработку новых или установку традиционных (самолетных) средств спасения на борту «Бурана».

В конце 70-х гг. сотрудники отдела стали привлекаться к работам по космической программе «Буран». Многоразовая космическая система, задуманная как новое поколение пилотируемых космических аппаратов, должна была стать этапом в освоении космоса. Начиная с эскизного проекта, а также на дальнейших этапах разработки документации и в процессе создания «Бурана» осуществлялось его медико-техническое сопровождение, состоявшее в решении вопросов, связанных с жизнеобеспечением экипажа.

В качестве средства аварийного покидания многоразовой космической системы «Буран» в процессе испытательных полетов предусмотрены самолетные катапультные кресла, обеспечивающие спасение на этапе старта, в начале взлета, во время снижения и посадки. С целью повышения безопасности космонавтов на стартовой позиции увеличено удаление катапультных кресел от аварийного ракетоносителя за счет удлинения импульса стреляющего механизма катапульты. Исследованиями, проведенными Ю.Б. Моисеевым в 1988 г., установлены допустимые параметры ударной перегрузки для экстренного катапультирования в этих условиях [31].

Однако опыт эксплуатации американских многоразовых космических кораблей показал, что наши специалисты по космической медицине были все-таки правы. Уже на 25-м запуске произошла трагедия, стоившая жизни семи космонавтам. Результаты медицинского и технического расследования катастрофы свидетельствуют о том, что члены экипажа могли быть живы до удара о поверхность океана [23, 46]. Если бы «Челленджер» имел средства аварийного покидания и адекватную систему аварийной сигнализации, связанную с автоматическим катапультированием, то хотя бы часть экипажа была спасена.

Таким образом, в течение 1959—1990 гг. был выполнен большой объем физиолого-гигиенических исследований по космическому направлению, позволивший обеспечить орбитальные полеты безопасными средствами аварийного покидания и приземления, а также средствами защиты от ударных перегрузок.

Начиная с 1986 г. количество НИР по космической тематике резко сократилось. Перестали проводиться экспериментальные исследования. Выполнялись лишь отдельные теоретические работы, основанные на ранее полученных материалах. Последние работы такого характера завершились в 1988—1990 гг. К этому времени (1988 г.) отдел средств спасения существенно сократился и был преобразован в лабораторию с теми же задачами. Научные сотрудники почти полностью переключились на авиационную тематику.

Большое значение для становления отечественной космической медицины имели работы, проведенные под руководством Г.П. Миролюбова, впервые начавшего исследования влияния на организм ударных перегрузок приземления и наметившего пути защиты от их действия.

Наиболее видными учеными в области космической медицины стали С.А. Гозулов, Г.П. Миролюбов, Г.П. Ступаков. Их заслуга не только в личном вкладе в науку и практику, но и в создании школы, ученики которой оказались способными творчески развивать идеи своих учителей, передавать свои знания и опыт молодому поколению.

Достойным продолжателем исследований по космической медицине стал Г.П. Ступаков, разработавший новое направление в космической медицине и биологии. Полученные им результаты о влиянии невесомости на костно-опорный аппарат получили мировую известность. Благодаря собственному участию в экспериментах и умению заинтересовать других сотрудников, им были получены ценные материалы по регламентированию устойчивости человека в невесомости и профилактике ее неблагоприятного действия, предупреждению травматизма при использовании средств аварийного покидания и приземления.

Наиболее полное изучение действия на человека ударных перегрузок, возникающих при посадке космических кораблей, и определение их допустимых величин организовал и осуществил С.А. Гозулов. Его вклад в теорию и практику авиационной и космической медицины трудно переоценить, поскольку все основные результаты исследований были успешно реализованы в изделиях авиационных и космических фирм.

Бояркин В.П. Изменение двигательных реакций у человека при воздействии кратковременных ударных перегрузок //Действие на организм ударных перегрузок. - 197 - С. 125-128.

Литература

Гозулов С.А., Бабушкин В.И., Васильев И.С. Влияние на человека воздушного потока при катапультировании на больших скоростях полета. Отчет НИИАКМ. -1951.

Бресткин М.П., Комендантов Г.Л., Левашов В.В. и др. Первый опыт физиолого-гигиенического обоснования катапультирования летчиков в СССР. — Л.: ВМОЛА им. С.М. Кирова, 1962.

Гозулов С.А, Дегтярев В.А и др. Акт № 61 -9 О результатах контрольных испытаний на горизонтальном стенде ЛИИ по оценке условий катапультирования испытателей в скафандре СК-1 на натурном кресле пилота объекта «Восток-3А». Отчет ЛИИ, НИИИАКМ, з-да 91 - 1961.

Гозулов С.А., Миролюбов Г.П. и др. Результаты наземных испытаний защитных свойств компенсирующего костюма (ВКК-2) в комплекте с защитным шлемом и кислородной маской от воздушного потока. Отчет НИИИАКМ. — 1957.

Гозулов С.А., Фролов Н.И., Эливанов В.А. и др. Исследование переносимости человеком ударных перегрузок приземления применительно к условиям посадки капсулы летательного аппарата на твердый грунт без применения амортизационных средств. Отчет НИИИАКМ. - 1965.

Гозулов С.А., Дегтярев В.А., Эливанов В.А. и др. Оценка переносимости человеком перегрузок приземления в кресле пилота корабля «Восход». Отчет НИИИАКМ и з-да «Звезда». - 1964.

Гозулов С.А, Эливанов В.А., Качалов В.И. Экспериментально-физиологические исследования по оценке аварийной системы приземления космического корабля с имитацией бокового наклона. Отчет НИИИАКМ и з-да «Звезда». — 1967.

Гозулов С.А., Барер А.С., Дегтярев В.А. и др. Акт по результатам физиологической оценки переносимости человеком перегрузок приземления пилотом космического корабля «Союз». Отчет НИИИАКМ и з-да «Звезда». — 1965.

1 Гозулов С.А., Бугров С.А. и др. Разработка физиолого-гигиенических требований к условиям и средствам спасения космонавтов и медицинское обеспечение спасательных операций в различных аварийных ситуациях. Отчет НИИИАКМ.-1971.

1 Гозулов С.А. Влияние на организм ударных перегрузок, возникающих при катапультировании и аварийном приземлении (спасении) экипажей летательных аппаратов: Дисс. на соиск. учен, степени докт. мед. наук. — 1967.

1 Грайфер Г.Р. К вопросу о профилактике травматизма у парашютистов // Советская хирургия. — 193 — № — С. 12—14.

1 Гозулов С.А., Корженьянц В.А., Симонов Е.Е. и др. Исследование некоторых критериев повреждающего (патологического) действия ударных перегрузок на организм //Действие на организм ударных перегрузок. — 197 — С. 15—21.

1 Исаков П.К., Гозулов С.А. Катапультирование вниз с предварительным переворотом. Отчет НИИИАМ. — 1949.

1 Грайфер Г.Р. Медицинское обеспечение парашютного прыжка// Основы авиационной медицины. — 193 — С. 247—267.

1 Исаков П.К. Физиологические основы конструирования средств аварийного покидания самолетов: Дисс. на соиск. учен, степени докт. мед. наук. — 1959.

1 Исаков П.К., Гозулов С.А., Васильев И.С., Цветков И.А. Влияние кратковременных перегрузок в направлении «голова—таз» и «таз—голова» при различных скоростях нарастания. Отчет НИИИАКМ. — 1951.

1 Коваленко Н.Ф., Миролюбов Г.П. и др. Результаты наземных испытаний средств защиты головы, рук, ног летчика от воздействия воздушного потока. Отчет НИИИАКМ. - 1958.

1 Казейкин B.C. Закономерности биодинамической реакции тела человека на ударные перегрузки: Дисс. на соиск. учен, степени канд. мед. наук. — 1983.

2 Корженьянц В.А. Исследования устойчивости позвоночника человека к статическим и ударным перегрузкам: Дисс. на соиск. учен, степени канд. мед. наук. - 1970.

2 Козловский А.П., Ступаков Г.П. Значение плотности костной структуры в травматизме позвоночника при катапультировании // Космич. биолог. и авиакосмич. мед. — 198 — № — С. 62—63.

2 Корженьянц В.А. Аварийное покидание космических кораблей многоразового использования // Проблемы безопасности полетов. — 198 — № 1 -С. 30-36.

2 Корженьянц В.А., Лемасов В.Б. Динамическая реакция тела человека на воздействие ударных перегрузок приземления //Действие на организм ударных перегрузок. — 197 — С. 86—89.

2 Миролюбов Г.П. Повышение устойчивости к ударным ускорениям // Биофизика. - 196 - Т. 6, № - С. 109-113.

2 Мазурин Ю.В., Пономаренко В.А., Ступаков Г.П. Гомеостатический потенциал и биологический возраст человека. — М., 1991.

2 Миролюбов Г.П. К вопросу о механизме защитного действия жидкой среды от ударных ускорений // Биофизика. — 196 — Т. 7, № — С. 468—472.

2 Миролюбов Г.П., Хлиманов В.И. Результаты летных испытаний катапультной установки космического объекта «Восток-3А». Отчет ЛИИ и НИИИАКМ №61-101.- 1961.

2 Миролюбов Г.П. К вопросу безопасности приземления экипажей летательных аппаратов: Дисс. на соиск. учен, степени канд. мед. наук. — 1965.

2 Миролюбов Г.П. Влияние перегрузок приземления на животных, погруженных в воду // Проблемы космической биологии. — 196 — Т. — С. 289—296.

3 Моисеев Ю.Б. Медицинское обоснование путей повышения травмобезопасности летного состава при катапультировании: Дисс. на соиск. учен, степени канд. мед. наук. — 1988.

3 Миролюбов Г.П., Эливанов В.А., Ступаков Г.П. и др. Определение допустимых величин ударных перегрузок, осложненных кратковременным их увеличением. Отчет НИИИАКМ. — 1979.

3 Собенников И.К. Вопросы профилактики при организации парашютных сборов и обучения парашютным прыжкам // Воен.-сан. дело. — 193 — № — С. 10-14.

3 Скрыпник В.Г., Корженьянц В.А., Лемасов В.В. и др. Исследование устойчивости костно-опорного аппарата человека при воздействии ударных перегрузок приземления. Отчет НИИИАКМ. — 1964.

3 Ступаков Г.П., Воложин А.И., Корженьянц В.А., Королев В.В. и др. Изменение свойств бедренных костей крыс при экзартикуляции голени и гипокинезии // Космич. биол. и авиакосмич. мед. — 197 — № — С. 35—40.

3 Ступаков Г.П., Корженьянц В.А., Королев В.В. Исследование устойчивости организма к ударным перегрузкам приземления после длительной гипокинезии. Отчет НИИИАКМ. — 1974.

3 Ступаков Г.П., Воложин А.И., Козловский А.П. и др. Вариабельность динамической прочности позвоночника человека // Механика композитных материалов. — 198 — № — С. 908—913.

3 Ступаков Г.П., Эливанов В.А., Козловский А.П. и др. Разработка методики оценки индивидуальной устойчивости человека к ударным перегрузкам аварийного приземления возвращаемого аппарата. Отчет НИИИАКМ. — 1981.

3 Ступаков Г.П., Воложин А.И. Костная система и невесомость // Пробл. космич. биол. и мед. — 198 — Т. 63.

3 Ступаков Г.П. Медицинские основы безопасности экипажей космических кораблей при действии продольных ударных перегрузок приземления и катапультирования: Дисс. на соиск. учен. степени докт. мед. наук. — 1984.

4 Фролов Н.И. Влияние ударных перегрузок на функциональное состояние двигательного аппарата человека: Дисс. на соиск. учен, степени канд. мед. наук. — 1967.

4 Сушков Ю.Н., Смирнова А.М., Корженьянц В.А. и др. Разработка механико-математической модели для исследования биомеханических реакций костно-опорного аппарата человека при действии продольных сжимающих перегрузок. Отчет ИМБП и НИИИАКМ. - 1966.

4 Цветков И.А., Антуфьев И.И., Юров Б.М. и др. Исследование переносимости человеком перегрузок в направлении «голова—ноги» применительно к условиям катапультирования в кресле-контейнере объекта «Восток». Отчет ЛИИ и НИИИАКМ. - 1959.

4 Цветков И.А., Антуфьев И.И. и др. Определение величины действующей на человека перегрузки в направлении «спина—грудь» при катапультировании на горизонтальном стенде ЛИИ. Отчет ЛИИ и НИИИАКМ. — 1958.

4 Эливанов В.А. Функциональные нарушения сердечной деятельности при воздействии на человека ударных перегрузок аварийного приземления спускаемого аппарата: Дисс. на соиск. учен, степени канд. мед. наук. — 1974.

4 Цветков И.А. Переносимость человеком кратковременных ускорений в направлении «спина—грудь» и «грудь—спина»: Дисс. на соиск. учен, степени канд. мед. наук. — 1957.

4 Агроник А.Г., Эренбург Л.И. Развитие авиационных средств спасения. - М., 1990.

4 Разрушение командного отсека КЛАМИ «Челленджер» при ударе о воду//Аэрокосмич. техника. — 198 — № — С. 15—24.

4 Сергеев А.А. Очерки по истории авиационной медицины. — М.; Л., 1962.

4 Армстронг Г. Авиационная медицина. — М., 1954.

5 Основы авиационной медицины. — М.; Л., 1939.

5 Сисакян Н.М., Яздовский В.И. Первые космические полеты человека. - М., 1962.

5 Гозулов С.А., Волович В.Г. Анализ случаев вынужденных катапультирований в летной практике ВВС. Отчет НИИИАКМ. — 1958.

Подготовка.

Механика, Ракетодинамика.

НА ОДНОМ КОРАБЛЕ.

Краткая хронология ракетного двигателестроения в СССР.

Криолитосфера Марса и ее строение.

Глава V.

РАСЧЕТЫ НЕИЗВЕСТНОГО.

Голованов Я.К. «Кузнецы грома».

Введение.

Главная страница > Цитатник