Главная страница >  Хронология 

Координация произвольных движений в космическом полете

При ориентации космического корабля, при осуществлении маневров я т.д. космонавт должен оперировать рычагами, кнопками, тумблерами, не говоря уже о выполнении ряда других двигательных задач. Возникает вопрос: сможет ли человек в условиях невесомости точно координировать свои движения? В поисках ответа на такой вопрос испытуемым предлагалось несложное задание. Нужно было попасть острием карандаша на цель — обычную мишень для стрельбы из огнестрельного оружия. В обычных условиях каждый исследуемый без особого труда «поражал» мишень, расположенную на расстоянии вытянутой руки. При невесомости же точность выполнения этой простой операции резко снижалась, особенно когда испытуемые закрывали глаза. Впоследствии наступала адаптация и точность поражения мишени увеличивалась. Результаты попадания в мишень острием карандаша в условиях горизонтального полета (слева) и в невесомости (справа)

ОРИЕНТАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ Координация произвольных движений в космическом полете

Изучение координации движений при кратковременной невесомости проводилось с помощью специального прибора — координографа. Опыты ставились на Земле, во время горизонтального полета и в полете по кривой Кеплера. Эти исследования показали, что при невесомости у большинства космонавтов скорость выполнения двигательных актов замедляется. П. Р. Попович, например, отмечал в своем отчете: «При выполнении упражнения на координографе очень легко попадать в гнезда при условии, если движения делать плавно. При резких движениях получаются промахи и тело меняет свое положение».

Механизм нарушения координации движений в первых полетах с воспроизведением невесомости нашел следующее объяснение. На Земле человек, поднимая руку или ногу, преодолевает с помощью мышечного усилия не только вес конечности, но и инерцию ее массы. В условиях же невесомости, когда вес «исчезает», для преодоления инерции конечности требуется незначительное мышечное усилие. Однако в соответствии с выработанными на Земле навыками нервные центры в начале движения посылают более сильные импульсы мышцам, в результате чего получается «перехлест». В частности, рука человека, поражающего мишень, смещается вверх.

Благодаря специальным тренировкам на Земле и в «бассейне невесомости» космонавты быстро адаптировались к «исчезновению» веса в орбитальных полетах. Ю. А. Гагарин, например,вел радиопереговоры, делал записи в бортжурнале, включал и выключал тумблеры, производил наблюдения. При этом он не заметил никаких нарушений координации движений, хотя и ощущал некоторое неудобство из-за отсутствия привычного давления спинки и сидения кресла на тело при выполнении той или другой рабочей операции. Вообще деятельность космонавтов от полета к полету становилась все более емкой. Они наблюдали за звездным небом, полярным сиянием, спутниками, поверхностью Земли, измеряли высоту стояния звезд над видимым горизонтом, проверяли устойчивость газового пузыря в жидкости и водного пузыря в газовой среде, вели киносъемку, осуществляли разнообразные медицинские исследования и другие эксперименты и т.д. При этом обычные рабочие операции (переключение тумблеров, работа на телеграфном ключе, ориентация корабля и пр.), по заявлению космонавтов, проводились легко и с достаточной степенью координированности. Однако установление новых координационных отношений, активное коррегирование усилий в процессе целенаправленной деятельности, необходимость сохранения нужного положения тела по отношению к окружающим приборам, предметам и т.д. довольно быстро вызывали, как отметил К. П. Феоктистов, чувство утомления.

Для работы с органами управления и другими системами космического корабля весьма важно сохранение стойких навыков воспроизведения определенных мышечных усилий. Здесь тоже выявились свои трудности. Так, в одном из экспериментов у космонавтов был создан стойкий навык воспроизведения заданного мышечного усилия в 750 г (с точностью ±10 г). По отчетам испытуемых, они не ощущали какой-либо разницы, преодолевая соответствующее сопротивление рычага дозиметра на Земле и в невесомости. Однако киносъемка показала, что объективно точность работы при «исчезновении» веса существенно нарушалась. Космонавты в нервом полете превышали заданное усилие на 250 — 1125 г. Только у В. Ф. Быковского разность между создаваемыми им на Земле и в невесомости усилиями составляла всего лишь около 50 г. С увеличением количества полетов и проведением коррекции амплитуда ошибок постепенно снижалась. Как правило, уже ко 2 — 5-му полету испытуемые выдерживали заданное мышечное усилие достаточно устойчиво.

Но как обстоит дело с более гонкой двигательной координацией? Некоторый свет на это проливают работы по анализу почерка, проведенные А. И. Манцветовой, В. Ф. Орловой, В. Трубниковой и др. Выяснилось, что во время орбитального полета у космонавтов изменяется привычная координация движений при письме. Это проявилось в неодинаковости начертания одних и тех же букв и их элементов, в неровности строчек, неравномерности перемещения кисти при писании. Такие изменения почерка характерны именно в случае недостаточной согласованности крупных движений, совершаемых главным образом предплечьем, плечом и всей кистью, с мелкими движениями кисти и пальцев. Кроме того, в записях, сделанных космонавтами в богртжурналах, наблюдались изломы и извилистость штрихов, угловатость овальных и дугообразных элементов букв при отсутствии их упорядоченности. Подобные факты говорят о снижении точности мелких движений.

Анализ объективных данных подтверждает картину, нарисованную в отчетах космонавтов. При просмотре кинопленок не было зафиксировано каких-либо грубых изменений последовательности и координации крупноамплитудных движений. В полном соответствии с полетным заданием и точно по инструкции космонавтами проводилась ручная ориентация. Ни один из них не превысил при этом расход рабочего тела. Космонавтами были зарегистрированы величины давления в системе ручного управления, время начала и окончания пилотирования вручную. Данные телеметрической информации также свидетельствуют о достаточной координированности движений человека при орбитальном полете.

Итак, в орбитальном полете тонкая координация движений (например, при письме) существенно меняется. Значение силового компонента здесь становится иным и привычные взаимодействия между центральным и периферическим отделами двигательного аппарата нарушаются. Длительное пребывание в невесомости сопровождается соответствующей адаптацией, выражающейся в основном в упрощении движений. Такая адаптация отмечается с первых суток и усиливается в течение последующих сутож космического полета.

Наибольшие перемены отмечены в начале орбитального полета. На 2–7-м витках двигательная координация улучшалась и сохранялась на уровне среднего или более среднего снижения. Изменения письма на первых витках свидетельствуют о трудности согласования мелких движений, обеспечивающих плавный переход от сгибательных элементов к разгибательным. Наибольшие нарушения обнаруживались при дугообразных перемещениях, требующих плавного перехода от одного направления к другому. Если в обычных условиях такие перемещения выполняются сложным сочетанием сгибательно-разгибательных и приводяще-отводящих движений кистей и пальцев, то при невесомости возникают упрощения, начинают преобладать или сгибательно-разгибательные или приводяще-отводящие движения. По мере продолжения полета положение, однако, восстанавливается, т.е. происходит приспособление к новым условиям. Вместе с тем в почерке космонавтов появляются признаки, указывающие на образование новых координационных связей. В ходе полета усиливается тенденция к упрощению движений, взаимодействие их также становится проще, как и строение букв. Кроме того, увеличивается нажим карандаша на бумагу и количество связных движений. Письменные знаки, выполняемые в обычных условиях раздельно, при невесомости оказываются соединенными тонкими, еле заметными штрихами (последняя буква в слове соединяется со следующей за ней запятой и т.д.).

Для изучения психофизиологических реакций в безопорном состоянии во время орбитального полета космонавты А. Г. Николаев и П. Р. Попович освобождались от привязной системы. При этом они отметили непроизвольное перемещение тела к «потолку». Такой эффект, по всей вероятности, можно объяснить вращением корабля вокруг центра масс. Хотя это вращение совершается очень медленно, оно оказывается достаточным, чтобы возникла незначительная центробежная сила. Вместе с тем, но данным Николаева и Поповича, фиксация тела в различных положениях не составляла затруднений, как и повороты его вокруг оси.

В связи с подготовкой выхода человека из космического корабля наружу тщательному изучению были подвергнуты движения человека в безолорном пространстве. Исследования проводились в самолете-лаборатории с «бассейном невесомости». Было выявлено, что у людей, впервые попавших в безопорное состояние, теряется способность контролировать свои двигательные реакции. В момент возникновения невесомости многие испытуемые инстинктивно начинают производить «плавательные» движения руками и ногами. Они как бы стремятся удержаться в воздухе, подобно тому, как барахтаются люди, впервые попавшие в воду в глубоком месте. В дальнейшем возникают координированные — «плавные» движения. Если вначале из-за сильных толчков испытуемые «улетают» от одной стенки бассейна к другой, то в процессе тренировок они научаются сохранять устойчивость тела в пространстве, или, как говорят, «парить».

Мы уже говорили, что будущим космическим монтажникам придется работать в открытом космосе. А любая рабочая операция, будь то заворачивание гайки или бросок какого-либо предмета, создает момент взаимодействия сил, разворачивающий космонавта в противоположную сторону. Проявление этого классического закона механики один из авторов (В. И. Лебедев) прочувствовал на себе экспериментально. В «бассейне» самолета-лаборатории было установлено вращающееся кресло Барани. Оно используется, как уже упоминалось выше, в частности для исследования порогов чувствительности лабиринтов. В опытах такого рода приходится для приобретения устойчивости предварительно фиксировать ноги в специальном устройстве. И однажды произошло следующее (цитируем из дневниковой записи): «При первом эксперименте с определением порогов чувствительности лабиринтов с наступлением невесомости ноги выскользнули из фиксационного устройства и я завис в воздухе, держась правой рукой за ручку кресла. В этом „подвешенном» состоянии я все же сделал попытку провести опыт и начал вращать кресло. Но неожиданно для себя я сам стал вращаться вокруг кресла, тогда как последнее незначительно сдвинулось с места».

Необходимо подчеркнуть, что хотя космонавты и находились в безопорном состоянии, но во всех случаях они были ограничены в пространстве помещением самолета— лаборатории или кабиной космического корабля. Испытуемые могли «подплывать» к опоре, фиксировать с ее помощью свое положение или, отталкиваясь, получать импульс к движению. Как сказано в отчете одного из космонавтов, «для того чтобы выполнить вращательные движения, необходимо было оттолкнуться рукой от пола. Далее темп вращения зависел от позы. Чтобы увеличить темп вращения, нужно было сгруппироваться, чтобы замедлить — распластаться». Принципиально новую и гораздо более трудную задачу предстояло выполнить А. А. Леонову при выходе из космического корабля наружу. Здесь возникал вопрос не только ориентации, но и координированного движения в почти «чистом» безопорном пространстве, не ограниченном привычными рамками кабины.

Оказалось, что фиксация на рабочем месте обеспечивает достаточно высокое качество выполнения операций, предусмотренных программой. В первых двух полетах на невесомость наблюдались изменения в координации движений (промахивание). В последующих полетах таких ошибок уже не было. Движения же в нефиксированном состоянии при перемещении внутри корабля и шлюза были труднее для выполнения. Здесь космонавты в какой-то мере лишались надежной опоры. Они только касались борта корабля и шлюза. К тому же и характер рабочих операций был более сложным. В выполнении их участвовали многие мышечные группы тела и конечностей, в результате чего сдвиги в координации движений выражались заметнее. Качество осуществления операций во многом зависело от силы толчка о стенку корабля или шлюза. При энергичных толчках проскальзывание через шлюз было довольно быстрым, однако возникала угроза удара об окружающие предметы; при слабых толчках упражнение зачастую не выполнялось. Весьма осложняло дело и наличие спецснаряжения — скафандра, особенно когда в нем поддерживалось давление, необходимое при выходе в открытый космос.

Перед первым выходом человека из космического корабля проводилась специальная отработка движений в безопорном пространстве. Тренировка происходила в самолете-лаборатории, где был расположен макет корабля «Восход-2» со шлюзовой камерой в натуральную величину. При этом выполнение основного этапа полет ного задания — выхода наружу и возвращения — мыслилось (и, соответственно, отрабатывалось) в виде серии последовательно совершаемых операций. Космонавт должен был перед перемещением в шлюзовую камеру надеть ранец с автономной системой жизнеобеспечения и подключиться к нему. Затем следовали проверка оборудования, обеспечивающего выход из корабля, и выравнивание давления в шлюзовой камере и кабине. Далее космонавт перемещался в шлюзовую камеру, где должен был проверить герметичность гермошлема и скафандра, положение светофильтров, подачу кислорода. После этого командир корабля закрывал крышку люка кабины, стравливал давление в шлюзе и открывал крышку люка-выхода. Потом космонавт покидал корабль, делал в условиях безопорного пространства запланированное количество отходов от шлюза и подходов к нему и, наконец, возвращался в кабину. Всего он должен был выполнить примерно шесть операций при фиксации на рабочем месте — кресле пилота, восемь — в нефиксированном состоянии во время передвижения по кабине, четыре — в безопорном положении вне космического корабля. Отработка всех этих операций выявила совершенно определенную картину.

Интересно сопоставить качество выполнения движений в самолете-лаборатории и в орбитальном полете.

Что касается подходов к кораблю и особенно отходов от него, то здесь необходимые навыки вообще выработались далеко не сразу. Критерием выполнения упражнения служили плавность движения и продолжительность операции. По отчету А. А. Леонова, «самый первый отход был и самый лучший, неповторимый. За одну „горку» я вышел из шлюза и вошел в него». Такой успех в какой-то мере можно объяснить многократным и внимательным просмотром кинопленок, где были запечатлены соответствующие действия двух испытуемых, столь же многократным «проигрыванием» в уме всех необходимых операций, накопленным личным опытом полетов на невесомость. И все же после первой удачи понадобилось еще немало тренировок, прежде чем А. А. Леонов сумел снова воспроизвести ее. Только на выработку навыков по выполнению плавного отхода от шлюза без разворота потребовалось шесть попыток, а подхода к шлюзу — четыре попытки. Первоначально движения получались резкие и с разворотом тела как по вертикальной, так и по горизонтальной оси. На выполнение отходов в первых трех полетах требовалось 19–20 сек., тогда как в последующих — примерно 6 — 8 сек. При отработке же подходов не наблюдалось никакого укорочения времени. Наоборот, оно удлинялось. В первых подходах на саму эту операцию оставалось мало времени, космонавты спешили и это вызывало снижение качества выполнения задания. Испытуемые приближались к шлюзу не плавно, а рывками и с разворотами боком или даже спиной. Однако в конце цикла тренировок отходы и подходы совершались нормально и с оптимальными временными затратами. Так, А. А. Леонов в своем отчете, относящемся к этому периоду, писал: «Полет перенес хорошо. Неприятных ощущении не чувствовал. Ощущения те же, что наблюдались и раньше при полетах на невесомость. Скафандр несколько ограничивает движения, а гермошлем уменьшает объем поля зрения. Подходы к шлюзу выполнялись легко, так как я натягивал фал и тем самым создавал точку опоры и обозначал направление движения. Подходы и отходы следует делать плавно. По-видимому, в невесомости при наличии самой незначительной точки опоры можно выполнять любые работы без заметных нарушении координации движений». Рис. 13 Кинограмма процесса отхода космонавта А. А. Леонова от шлюзовой камеры в «бассейне невесомости», оборудованном на самолете.

В описанных в данном разделе экспериментах было выяснено, что для производства рабочих операций космонавт должен фиксировать себя по отношению к какой-либо опоре или иметь специальный инструмент. Для маневрирования, а также перемещения с одного космического корабля на другой ему нужна специальная аппаратура, создающая реактивную силу. Как известно, американский. космонавт Э. Уайт при выходе из космического корабля был вооружен «космическим пистолетом», позволяющим маневрировать при помощи реактивных струй воздуха.

А. А. Леонов совершил пять отходов и подходов в космосе причем самый первый отход был сделан на минимальное расстояние — 1 м — с целью ориентации в новых условиях. Все движения выполнялись в той же последовательности, что и во время тренировок. В первых отходах случались развороты тела вбок и назад, в последующих — упражнения осуществлялись правильно и уверенно, что свидетельствовало о приспособляемости организма к необычной ситуации в безопорном пространстве. Следовательно, при кратковременном выходе из корабля координация движений, ориентировка и работоспособность человека заметно не нарушаются.





Далее:
УНИКАЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ, ПРОВЕДЕННЫЕ НА ОК «МИР».
Доверие.
Список литературы.
Приложение.
Глава IX. ПОДВЕДЕМ ИТОГИ.
Взгляд в будущее.
Все дни как один.
Через морскую купель к звездам.
Полёты собак на геофизических ракетах.


Главная страница >  Хронология