Как создать гравитацию в невесомости. Проверено на себе

В Институте медико-биологических проблем разработана уникальная установка по созданию искусственной гравитации в условиях невесомости. Разгоняясь, центрифуга короткого радиуса способна обеспечить силу тяжести, столь необходимую человеческому организму в длительных космических полетах.

Центрифугу короткого радиуса испытывала Наталья БУРЦЕВА Фотографии предоставлены Институтом медико-биологических проблем

Подготовка к испытанию

В одном из корпусов ИМБП - Института медико-биологических проблем - стоит необычная «карусель»: две кабины, в центре соединяющий узел, где расположен двигатель.

Новая разработка способна реализовать абсолютно любые идеи, связанные с созданием искусственной гравитации. Пока это наземный вариант центрифуги. Бортовой будет меньше, компактнее. Для того чтобы четко понимать, какая конструкция должна быть на борту, сначала ее нужно полностью отработать на Земле.

О-

- Центрифуга короткого радиуса создана при помощи наших ракетостроителей. Это инновационная разработка, имеющая достаточно большой запрос прочности, - говорит ведущий инженер ИМБП Дмитрий Мерекин. - Установка абсолютно безопасна для испытуемых и имеет неограниченные научные возможности для использования.

Все сделано на будущее - с перспективой создания бортового варианта центрифуги для использования в отдельном модуле космической станции или межпланетного корабля: устройство центрифуги предполагает дальнейшую модернизацию, ее можно будет сделать еще лучше и качественнее.

Экспериментальная установка позволяет вращать двух человек сразу. На компьютере задаются параметры испытателя: возраст, вес, рост и расстояние от оси вращения. Программа просчитывает различную по величине перегрузку на уровне головы, сердца и стоп. Дмитрий Мерекин, обходя «карусель», называет ее не иначе как «последним детищем науки».

- Перед исследованием необходимо настроить видеокамеру, чтобы непрерывно наблюдать за испытуемым и оперативно оценивать внешние изменения на лице человека, в том числе эмоциональные реакции, - отмечает Дмитрий. Он стоял у истоков создания центрифуги, сам крутился на ней неоднократно.

- А как без этого? Пока установку собирали и модернизировали, все изменения в конструкции обязательно испытывали на себе во время

-О

тренировочных вращений, чтобы понять, как будет удобнее, безопаснее и комфортнее для испытателей. Технические возможности у установки большие.

- В процессе исследований ведется непрерывный врачебный контроль за изменениями со стороны сердечно-сосудистой и дыхательной систем испытателя, - поясняет Милена Колоте-ва, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии ускорений и искусственной силы тяжести ИМБП.

Датчики и приборы позволяют медикам следить за состоянием испытуемого, оперативно принимать решения и прервать исследование в случае ухудшения самочувствия человека, находящегося на установке.

Почти столетие от идеи до воплощения

Милена Колотева напоминает нам, что идея создания искусственной силы тяжести принадлежит Константину Циолковскому и была предложена еще в начале XX века. Позднее ее поддерживали Сергей Королёв и Вернер фон Браун. Но вот к технологической реализации приступили только в середине прошлого века.

- Первая центрифуга короткого радиуса была создана в нашем институте, - комментирует Милена. - Устройство, которое перед вами, -это уже центрифуга четвертого поколения.

Милена КОЛОТЕВА, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии ускорений и искусственной силы тяжести ИМБП:

- В области космической медицины центрифуги используются по двум направлениям.

Традиционное использование - в практике авиационной и космической медицины, в первую очередь для изучения переносимости животными и человеком перегрузок различных направлений и физических характеристик, преимущественно к взлету и посадке космических кораблей; для разработки и апробации различных методов и устройств противоперегрузочной защиты; определения устойчивости летчиков и космонавтов к перегрузкам при проведении медицинского отбора и переосвидетельствования, проведения тренировок космонавтов и т. д.

Для этих целей наиболее адекватными установками являются центрифуги среднего радиуса (порядка 7 м), имеющиеся в ГНЦ РФ ИМБП РАН (ИМБП) и РГНИИ ЦПК имени Ю. А. Гагарина (ЦПК), или большого радиуса (18 м) - такая центрифуга установлена в ЦПК. Эти центрифуги вполне отвечают задачам отбора и подготовки космонавтов.

Второе направление в космической медицине, для которого могут применяться центрифуги, - проблема искусственной гравитации (ИГ), создаваемой в космическом полете с помощью центрифуги, установленной на борту пилотируемого корабля. Для решения этих - перспективных - задач необходим наземный лабораторный стенд, который традиционно называется «центрифуга короткого радиуса» (ЦКР). Разработка проблемы создания на борту межпланетного космического корабля специального устройства для борьбы с неблагоприятным влиянием невесомости на организм человека - ЦКР - является составной частью программы медицинского обеспечения длительных пилотируемых полетов и предназначена, совместно с традиционными средствами профилактики, для поддержания - на новом качественном уровне - здоровья и работоспособности космонавтов; защиты их от неблагоприятного воздействия невесомости и сокращения периода реадаптации после возвращения на Землю.

Оно воплощает в себе все достижения и учитывает все недостатки, которые есть в центрифугах, разработанных в разных странах мира, - японских, немецких, американских.

Новая разработка способна реализовать абсолютно любые идеи, связанные с созданием искусственной гравитации. Пока это наземный вариант центрифуги. Бортовой будет меньше, компактнее. Для того чтобы четко понимать, какая конструкция должна быть на борту МКС, все вопросы, связанные с использованием установки в космосе, нужно полностью отработать на Земле.

- Чем дольше космонавты находятся в невесомости, тем больше они утрачивают «гравитационные стимулы». В космосе исчезают гидростатическое давление крови, весовая нагрузка на костно-мы-шечный аппарат, происходят изменения в функционировании афферентных систем. В частности, отсутствует чувство опоры. А для космонавтов это очень желаемое чувство. И наша центрифуга поможет им его не забыть.

Милена Колотева говорит о большом накопленном опыте медицинского обеспечения космических полетов специалистами ИМБП. Этот опыт свидетельствует о негативном влиянии невесомости на организм человека: пребывание в невесомости приводит к снижению функциональных возможностей и работоспособности.

Перед экспериментом Милена отмечает: важно зафиксировать как можно больше субъективных (собственных впечатлений испытуемых) и объективных медицинских физиологических данных для формирования необходимой научной базы, которой предстоит решить очень широкий спектр вопросов, в том числе найти оптимальные режимы воздействия на центрифуге.

- Смысл эксперимента в том числе и в том, чтобы мы получали онлайн как можно больше субъективных впечатлений и физиологической информации от испытателя во время каждой фазы вращения. Режимы вращений на установке должны быть максимально отработаны на Земле, чтобы пребывание на ней космонавтов в космосе было полезным и комфортным.

О о

- Вам должно быть комфортно лежать, чтобы ничто не мешало. Руками мы не двигаем, - так начинается мое испытание на гравитационной центрифуге.

Чтобы достичь значительного эффекта, находясь на орбите, космонавты должны заниматься на ЦКР постоянно, например по два часа в день. Во время перелета к дальним планетам в центрифуге даже можно спать.

В руках испытателя особая ручка с кнопками: та, что посередине, должна быть нажатой все время, пока человек находится в центрифуге, - это показатель состояния испытателя. Если кнопку отжать, центрифуга тут же остановится, поскольку это послужит сигналом о потере сознания.

Есть еще одна кнопка -большая красная. Ее необходимо нажимать, как только загораются красные лампочки по периметру.

Итак, начинается вращение. Набор скорости: один оборот, два, три. Центрифуга разгоняется. Когда кровь начинает перераспределяться -отливать от головы, периферическое зрение становится нечетким. И тут начинается тест. Загораются красные лампочки, и необходимо их сразу же гасить.

Набрав обороты, центрифуга выходит на площадку в две единицы. При вращении создается четкое ощущение, что ты стоишь: тяжесть в ногах такая же, как при обычной ходьбе. Мозг-то понимает, что тело находится горизонтально, но кровь распределилась так, словно я в вертикальном положении.

В этих стенах карусель называют стендом центрифуги короткого радиуса. Экспериментальная установка позволяет вращать двух человек сразу. На компьютере задаются параметры испытателя: возраст, вес, рост и расстояние от оси вращения. Программа просчитывает перегрузку, которая затрагивает голову, сердце и ноги испытателя.

О

Тело по горизонтали, кровь по вертикали

Итак, начинается вращение. Набор скорости: один оборот, два, три. Центрифуга разгоняется. Когда кровь начинает перераспределяться -отливать от головы, периферическое зрение становится нечетким. И тут начинается тест. Загораются красные лампочки, и необходимо их сразу же гасить.

- Отличная реакция, - отмечают специалисты лаборатории ИМБП.

Тем временем центрифуга, набрав обороты, выходит на площадку величиной в две единицы. При вращении создается четкое ощущение, что ты становишься на ноги: тяжесть в ногах такая же, как при обычной ходьбе. Я осознаю, что мое тело находится в горизонтальном положении, но ощущения таковы, словно стою на ногах!

- Что-то изменилось в самочувствии?

Вопросы звучат постоянно, специалистам важно знать состояние в каждый момент испытания. Постепенно становится комфортнее. Можно без ущерба вращаться в течение 30 минут... О таком состоянии мечтают все космонавты на орбите. В условиях невесомости происходит отток крови от ног к верхней части тела, к голове. Это приводит к атрофии мышц, и космонавты практически теряют навык передвигаться на ногах при возвращении на Землю.

-О

- Адаптация к невесомости происходит довольно быстро, - говорит Милена Колотева. - Разработанный специалистами нашего института комплекс мер профилактики неблагоприятного влияния невесомости позволяет обеспечить длительные - в течение одного-полутора лет -пребывание и работоспособность космонавтов в условиях орбитальных полетов. Однако, несмотря на применяемые меры профилактики, явления детренированности развиваются со стороны многих органов и систем организма и сохраняются в течение полутора-двух месяцев после возвращения на Землю, даже при применении комплекса восстановительно-лечебных мероприятий, а изменения костной ткани сохраняются до двух-трех лет. Резкая перестройка к земной гравитации, которая происходит с организмом на спуске, неблагоприятна в первую очередь для сердечно-сосудистой системы. Периодические вращения на центрифуге короткого радиуса в невесомости искусственно восполняют эффекты гравитационной среды.

Создание вращающегося тора - пока фантастика...

Получить искусственную гравитацию возможно лишь двумя способами. Один из них - закрутка корабля вокруг своей оси, создание так называемого вращающегося тора, как показано во множестве фантастических фильмов.

О

о

- Замечательная красивая идея. Эквивалентом земной гравитации на космическом корабле может явиться центробежная сила, создаваемая равномерным вращением всего объекта или его части. К сожалению, обеспечить на орбите равномерное вращение модуля или части космического межпланетного корабля технически никто в мире сейчас не готов, - говорит Милена Колотева. - Наиболее реализуемым на данный момент с технической точки зрения средством для воспроизводства отсутствующих в условиях сверхдлительной невесомости гравитационных стимулов может быть создание искусственной силы тяжести путем использования на борту пилотируемой станции центрифуги короткого радиуса.

Подготовка к лунной миссии

Ученые уже работают над новой модификацией центрифуги, которую можно будет отправить на орбитальную станцию, чтобы каждый космонавт смог испытывать в невесомости столь необходимую ему гравитацию.

- Мы считаем, что эта центрифуга должна обязательно находиться на борту космической станции и на борту будущего межпланетного корабля, - отмечает Милена. - Без нее пребывание в длительном полете, так же как и на лунной базе, будет невозможным, если, конечно, космонавты и астронавты планируют возвращение на Землю...

Пока на Земле вырабатывают рекомендации и возможные режимы вращения на центрифуге для достижения необходимых эффектов. Сотрудники института и ученые сами испытывают устройство и создают научную базу. Исследования на центрифуге прошли участницы эксперимента «Луна-2015». Хоть этот «полет» был условным, испытания проводились в полном объеме. Женский экипаж - кстати, полностью состоящий из сотрудниц ИМБП, -впервые в истории принял участие в исследованиях на центрифуге.

- Если мы приступаем к созданию лунной базы и реализации идеи межпланетных полетов, необходимо уже сейчас обеспечить космонавтов новым средством профилактики, с которым они бы могли совершить сверхдлительный полет без весомых потерь для организма, - говорит Милена. - Космонавты должны спокойно достичь Луны, без помощи выйти из космического корабля и тут же приступить к реализации построения лунной базы. Им

нужно будет полноценно работать и существовать в этой среде. Совершив длительный перелет к Марсу, они тоже должны оказаться на поверхности, работать и вернуться назад.

Центрифуга в травматологии: быстрое восстановление после переломов

На основании положительных результатов исследований на ЦКР в интересах пилотируемой космонавтики возникла идея использовать центрифугу в общемедицинской практике, а именно - для профилактики и лечения нарушений кровообращения в нижних конечностях. Серии обстоятельных исследований на ЦКР первого и второго поколений подтвердили эффективность и перспективу использования ЦКР для терапии ряда заболеваний, в частности для больных, страдающих недостаточным кровоснабжением ног, для усиления притока артериальной крови к ишемизированным и травмированным нижним конечностям, а также реабилитации пациентов.

- Центрифуга может принести большую пользу народному здравоохранению. Сам стенд достаточно безопасный. В настоящее время физиотерапевтический фактор, который назван «гравитационной терапией», является перспективным направлением. На центрифуге возможно решать задачи, связанные с восстановлением костной ткани в случае травматических повреждений, - рассказала Милена. -При помощи центрифуги возможно и решение проблем, связанных с патологией нижних конечностей, в частности диабетической ан-гиопатии, при остаточных ишемиях после эмболэктомий и тромбэктомий, а также при повреждениях периферических артерий. Положительные результаты были получены практически у всех больных за счет эффекта перераспределения крови из верхней половины тела к нижним конечностям. Исследования, которые проводятся в Самарском университете, показали, что пребывание на центрифуге значительно ускоряет процесс реабилитации после переломов, позволяет избежать оперативного вмешательства и приводит к восстановлению функций нижних конечностей без осложнений. Так что легкая и приятная гравитация стоит на страже здоровья землян.

О

о