Полет в невесомости — аэротрубы Москвы
С раннего детства мы мечтаем вырасти и стать кем-то особенным. Я не исключение. Как и большинству, моих друзей мне хотелось быть космонавтом, отправиться на ракете покорять неведомые дали и узнать, наконец, что же там, на обратной стороне Луны.
Профессия космонавта всегда казалась чем-то притягательным и романтичным, однако на деле это тяжкий труд. До осуществления заветного желания могут пройти годы, а то и десятки лет. Нужно быть в хорошей физической форме, регулярно тренироваться, а также пройти ряд медицинских и психических исследований. Тем не менее даже это не гарантирует попадание в ряды членов экипажа корабля и выход в открытый Космос.
Пусть космонавтом мне стать не удалось, жизнь моя все равно неразрывно связана с небом. А несколько лет назад мне довелось побывать в полете, ненадолго приблизившим меня к исполнению детских фантазий о Космосе, – полете в невесомости.
Как “простым смертным” не-космонавтам победить гравитацию
Что же это такое – состояние невесомости? Когда космический корабль удаляется от Земли на значительное расстояние, гравитационные силы ослабевают, а тело фактически находится в постоянном свободном падении.
Со стороны это выглядит эффектно – человек отрывается от поверхности и буквально парит, но у этого состояния есть и довольно неприятные последствия. Длительное нахождение в невесомости влияет на организм космонавтов – мышцы слабеют, а кости становятся хрупкими, поэтому ученые ломают голову над устранением этой проблемы. Для этого они проводят исследования, моделируя состояние невесомости в земных условиях.
Как побывать в невесомости в Москве?
В России полеты на невесомость проходят на самолете-лаборатории ИЛ-76 МДК. Чтобы понять, как осуществляется такой сложный процесс, надо вспомнить основы геометрии и физики.
Полет на невесомость проходит по так называемой «параболе Кеплера». Когда самолет достигает высоты 6000 метров, он начинает ускорение под углом 45 градусов. В этот момент может появиться ощущения тяжести, длиться оно будет не более 15 секунд. Как только самолет поднимется до отметки в 9000 метров, пилот отключает тягу двигателей.
Далее в ход вступает сила инерции – когда она уравновесится с силой тяготения, в салоне наступит то самое состояние невесомости. Оно может продолжаться около 25-30 секунд, это зависит от мастерства экипажа. За один полет ИЛ-76 МДК может оказаться в невесомости до 10 раз.
Говоря обычным языком, сначала будут чувствоваться тяжесть, головокружение, но все эти неприятные ощущения сменятся невероятной легкостью и восторгом от того, что можешь летать, как всегда того хотел. Мне кажется, пережить этот невероятный опыт должен каждый из нас.
Свободный полет в аэротрубе
Если у вас нет возможности отправиться в полет на летающей лаборатории, то можно прибегнуть к более доступным вариантам, один из которых – свободный полет в аэротрубе.
Как инструктор-парашютист с большим опытом прыжков я приглашаю вас в “Ай-Флай” (открытая аэротруба в Москве, в самом ее центре), чтобы вы лично убедились в том, что побывать в состоянии невесомости легко и очень весело!
Весомая невесомость (из записок космонавта-исследователя
То, что космос бесконечен, человек воспринимает как истину, не требующую доказательств.
Вероятно, так же бесконечен будет процесс его освоения. Каждый шаг на этом пути связан с решением сложнейших технических и биологических проблем. Научные исследования и технические решения, выполненные в ХХ веке, позволили увеличить длительность непрерывного существования человека в условиях невесомости до 437 суток. Огромная роль в достижении такого выдающегося результата принадлежит космонавтам-исследователям, которые и в космосе и на Земле приближают тот час, когда пилотируемые полеты к другим планетам Солнечной системы станут реальностью.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
‹
›
Открыть в полном размере
Сорок лет назад по постановлению ЦК КПСС и Совета министров СССР № 270-105 от 27 марта 1967 года было создано несколько отрядов космонавтов.
В отряд Министерства общего машиностроения (МОМ) вошли инженеры и конструкторы; в отряд Академии наук СССР — ученые и исследователи; в отряд Министерства здравоохранения — врачи, входил в него и я — физик. Члены отрядов космонавтов прошли медицинские обследования и были признаны годными к полетам. Мы изучали космическую технику, условия и теорию полетов, занимались исследованиями в области пилотируемой космонавтики, проходили физическую подготовку. Решением Межведомственной квалификационной комиссии нам была присвоена квалификация космонавта-исследователя. Не всем удалось воплотить в жизнь мечту о полете в космос. Те же, кто побывал там, не раз вспоминали об увиденном и пережитом. Некоторыми услышанными историями хочу поделиться с читателями.
Поезд, монотонно постукивая на стыках рельс, вез отряд космонавтов, врачей и тренеров к югу. Там, в Казахстане, в горах Тянь-Шаня, должны были состояться оздоровительно-тренировочные сборы. Чтобы размяться после долгого сидения в купе, я вышел в коридор и, пройдя пару раз из конца в конец, остановился у окна, вглядываясь в пробегающие огоньки придорожных селений.
Как будто продолжая прерванную беседу, Анохин сказал:
— Вы знаете, я проанализировал все действия Макарова после отстрела спускаемого аппарата. Он вел себя исключительно мужественно.
Историю этого полета я знал из рассказов сотрудников Центра управления полетами. Позднее, на сборах, Олег Григорьевич Макаров сам поведал о случившемся. (Это был второй из четырех космических полетов, в которых он принимал участие.
):
— «Союз-18-1» стартовал 5 апреля 1975 года. Вначале все шло как обычно: двигатели ракеты вышли на режим, и корабль, постепенно ускоряясь, начал полет по расчетной траектории. На 120-й секунде отделились «боковушки», на 150-й произошел сброс головного обтекателя.
По громкой связи Земля вела бодрый репортаж:
— 180 секунд. Полет нормальный!
— 200 секунд. Полет нормальный!
На 261-й секунде, когда, по расчетам, должно было произойти отделение второй ступени, появилась раскачка по тангажу, затем раздался пронзительный вой сирены и замигало красное табло «Авария носителя». В следующий момент сработала пиротехника, произошел отстрел возвращаемого аппарата. Быстро нарастала перегрузка.
На Земле при испытаниях на центрифуге космонавтам приходилось переносить десятикратную перегрузку, но на сей раз она была значительно выше. После анализа записей приборов специалисты установили, что перегрузка на «Союзе-18-1» достигала 20g.
Между тем, поднявшись до максимума, она стала быстро падать. Наступило облегчение.
Помню, однажды, перенеся на центрифуге нагрузку в 10g, я обратил внимание сопровождавшего меня врача на множество красных точек, покрывавших спину испытателя, которого крутили до меня. Врач спокойно ответил: «Это мелкие сосуды полопались. У тебя на спине то же самое». Очевидно, перегрузка, которая в двадцать раз превышала ту, которую люди испытывают на Земле, не могла пройти бесследно.
Далее, по словам Макарова, ситуация складывалась следующим образом. Попытка командира (кораблем командовал Василий Григорьевич Лазарев; это был его второй космический полет, и оба он совершил в экипаже с О. Г. Макаровым) запросить Землю о месте посадки не удалась. Казалось, ЦУП не слышит космонавтов. Командир попросил Олега оценить, в какое место приземлится возвращаемый аппарат.
— В Китай или на Тихий океан, — съязвил Олег и добавил в крепких русских выражениях, что он думает о сорвавшейся экспедиции.
Космонавты не знали, что их переговоры транслировались по громкой связи. Земля их слышала, а они ее нет. Оценка Макаровым аварийной работы двигателей вызвала гнев генерального конструктора В. П. Глушко, который к тому же был ведущим разработчиком двигателей. Он приказал отключить трансляцию переговоров экипажа на служебные помещения и заявил, что этот космонавт больше никогда не полетит. Но жизнь внесла свои коррективы. Знания и опыт Макарова еще не раз были востребованы.
Впрочем, беды, обрушившиеся на «Союз-18-1», на этом не кончились. Спускаемый аппарат приземлился на склоне горы, и, если бы не глубокий снег да чахлые деревца, неизвестно, куда бы он скатился. Первыми космонавтов обнаружили геологи. Их маленький вертолет подлетел к склону, и оттуда выпрыгнул молодой человек. Утопая в снегу, он добрался до космонавтов и предложил свою помощь. Вертолет поисковой службы прилетел только к вечеру, когда уже смеркалось, и не смог забрать космонавтов. Так, на заснеженном склоне горы им пришлось пережить «холодную ночевку».
Поисковики прилетели на следующее утро. Командир вертолета заявил, что в соответствии с инструкцией не может взять на борт постороннего. Только после категоричного заявления Макарова, что без геолога он не полетит, вертолет забрал всех.
Помню, на сборах на Иссык-Куле между тренировками и теоретическими занятиями мы беседовали с уже побывавшими в полетах космонавтами. Они делились опытом и впечатлениями. В. И. Севастьянов проводил с нами занятия по звездной ориентации. Южное небо, казалось, было специально приспособлено для этого. В свободное время Виталий Иванович охотно рассказывал о своих космических полетах:
— У меня осталось впечатление, что встречавшие нас на Земле волнуются больше, чем мы сами. Помню, при возвращении со станции (это был второй полет В. И. Севастьянова в качестве борт-инженера на корабле «Союз-18» с командиром П. И. Климуком к орбитальной станции «Салют-4», который продолжался почти 64 дня) наш спускаемый аппарат приземлился набок.
Огляделся. Место приземления уже застолблено колышками и обтянуто веревкой. Встречающие толпятся у выхода из-за ограждения, не соображая, что нужно дать мне дорогу. Я хочу перешагнуть через веревку и с опаской поднимаю ногу. Медленно перенес одну ногу, затем другую. И вот иду по вспаханной земле. Здорово! По дороге успеваю попросить встречающих, чтобы наши полетные костюмы положили в вертолет. Там мне помогают раздеться. Все белье сырое от пота. Интересно, я чувствую себя совсем не так, как после первого полета, несмотря на то, что этот был более продолжительным.
В первый раз все было не так. (Первый полет В. И. Севастьянов совершил с командиром А. Г. Николаевым на космическом корабле «Союз-9» 1-9 июня 1970 года. Продолжительность — более 17,5 суток.) Тогда нас с Андрияном Николаевым вынесли из спускаемого аппарата на руках и уложили в самолете. Я лежал на матрасе, брошенном прямо на пол. Усилием воли заставлял ноги сгибаться и разгибаться, а они двигались медленно, как чужие. Помню, командира положили на скамейку. Неожиданно все столпились вокруг него. Я перевернулся на живот и на четвереньках пополз туда. Командир лежал без сознания, весь синий.
Врачи сделали командиру укол. Постепенно он начал приходить в себя и, наконец, очнулся. Тогда заметили меня, стоящего на четвереньках, и уложили обратно на матрас. Но потребовались месяцы, чтобы мы окончательно пришли в себя. Да, последствия последнего полета были совершенно другими!
Одним из элементов подготовки на наших сборах были длительные походы в условиях высокогорья, где воздух разрежен, дышится труднее, а каждое движение требует дополнительных усилий.
Часто эти походы совмещались с охотой на горных козлов. В азарте поиска и преследования животного мы получали по-настоящему экстремальные нагрузки. Валерий Николаевич Кубасов (на его счету три космических полета, второй из них — на корабле «Союз-19» с командиром А. А. Леоновым по совместной советско-американской программе «Союз» — «Аполлон») рассказал нам забавную историю о том, как российские космонавты и американские астронавты охотились в Америке:
— Во время тренировок в США экипажи космических кораблей, которые готовили по программе совместного полета «Союз» — «Аполлон», однажды повезли охотиться на куропаток. Охота происходила на ферме. В одну машину погрузили и охотников, и их будущих жертв, поехали. Затем, прямо на ходу, куропаток стали выбрасывать из машины, а охотники начали стрелять. Куропатки, оставшиеся в живых, пешком возвратились домой.
Конечно, нас, прежде всего, интересовало, как проходил полет, как выполнялась программа «Союз» — «Аполлон».
Валерий Николаевич рассказывал:
— Уже перед стартом стало известно, что на корабле «Союз» вышло из строя телевидение. Руководство решало задачу: пускать или не пускать? На старте стоял дублирующий корабль, но уже на весь мир шел репортаж о подготовке к пуску основного корабля. Естественно, экипажу в это время было не до телевидения, мы лежали в креслах и ждали решения. Отступать было некуда, и руководство дало команду «На старт!».
В соответствии с программой вопрос о старте корабля «Аполлон» окончательно должны были решить после выхода «Союза» на монтажную орбиту. Для этого нам необходимо было выполнить маневр перевода нашего корабля с одной орбиты на другую. Только когда мы завершили эту работу, появилась возможность заняться телевизионной системой. Серией проверок удалось установить, что вышел из строя коммутатор. Посовещавшись с Землей, решили проводить передачи, включая каждую камеру вручную, а репортажи — с помощью переносной камеры.
За 4 минуты до репортажа на Америку, который должен был вести я, выяснилось, что переносная камера не имеет штатного крепления.
Передача оказалась под угрозой срыва. Алексей Леонов был в это время в корабле «Аполлон», а в «Союзе-19» вместе со мной находился американский астронавт В. Бранд. На вопрос Земли, можно ли закрепить камеру, я ответил, что сделать это не удается. Тут я сообразил, что надо попросить Бранда выполнить роль оператора. Вручил ему камеру, и совместный репортаж прошел успешно.
Не обошлось в этом полете без розыгрышей и шуток. Когда Д. Слейтон и Т. Стаффорд перешли на борт «Союза-19», мы предложили им космический завтрак. Репортаж об этом транслировался на США. Вместе с Леоновым достали две тубы с наклейками «Столичной» водки. Астронавты обрадовались и с восклицаниями «о’кей» стали демонстрировать их зрителям. Каково же было их разочарование, когда в одной из туб они обнаружили щи, а в другой — соус к мясу.
Были и волнительные моменты. Во время второй стыковки, после захвата, корабли «Союз-19» и «Аполлон» вдруг начали раскачиваться относительно друг друга.
Это раскачивание было очень сильным. Леонов высказал опасение, что стыковочный узел может разрушиться. Я успокаивал его, уверяя, что узел на это рассчитан. Действительно, вскоре связку кораблей удалось стабилизировать. Руководитель американской программы поздравил руководителя программы с нашей стороны, технического директора проекта К. Д. Бушуева с удачной стыковкой и похвалил высокую прочность стыковочного узла. Он принес свои извинения за неполадки в управлении «Аполлоном», которые и привели к включению боковых двигателей, вызвавших раскачку связки.
Позднее ребята из ЦУПа рассказывали, с каким волнением они наблюдали за этим «испытанием» и какое почувствовали облегчение, когда все кончилось благополучно…
Другой участник этой программы, Николай Николаевич Рукавишников (он совершил три космических полета; во втором из них, на корабле «Союз-16», участвовал в испытаниях нового стыковочного узла по программе «Союз» — «Аполлон»), тоже делился с нами своими впечатлениями от длительного полета:
— Когда сидишь в корабле, привязанный к креслу, а вокруг идет интенсивная подготовка к старту, ты разговариваешь, смеешься и даже напеваешь, но внутри у тебя все время что-то подсасывает, и все действия выполняются как бы автоматически.
После взлета ждешь отделения корабля от носителя. Раздается сильный взрыв, толчок, и тело вдруг ощущает не свойственную ему легкость. Моментально фиксируешь: произошло что-то страшное, возможно катастрофа, все летит кувырком, и, вероятно, твое сознание уже не связано с твоим телом. В следующий момент голова становится тяжелой, появляются приступы тошноты, все вокруг становится безразличным. Но остановиться нельзя, все твои действия и сама жизнь расписаны по минутам. Думаешь: «Зачем я со всем этим связался?» Хочется послать все к черту и оказаться на Земле, дома, на морском побережье. Не нужно ни славы, ни почестей, ни благ.
Космос — это на самом деле страшно. Передать возникающие там чувства невозможно. Сравнить их не с чем. Может быть, Толстой или Шолохов, побывав в космосе, смогли бы достоверно описать свои ощущения, но у летавших космонавтов подходящих слов не находится.
Осознание того, что на твой полет затрачены миллионы, заставляет сказать себе: работай.
Преодолевая все муки, ты приступаешь к исполнению своих обязанностей. Берешь микрофон и начинаешь говорить:
— «Заря»! «Заря»!
«Заря» отвечает вопросом: «Как вы себя чувствуете?» Стараясь говорить как можно бодрее, рапортую: «Чувствуем себя хорошо! Приступаем к проведению регламентных работ»… На самом деле все приходится делать, превозмогая себя.
Только через сутки ты окончательно привыкаешь к новому состоянию. После этого начинаешь ощущать, что невесомость — это интересно, это здорово! Но еще надолго остается чувство неуверенности, оно практически неуправляемо, ведь ты далеко- далеко от родной Земли, оторван от дома, беззащитен. Где-то внизу проплывают океаны и облака, а между тобой и Землей космическая пустота и атмосфера. В начале первого полета Земля кажется необитаемой, на ней трудно различить следы цивилизации. От этого чувство незащищенности только усиливается. Кажется, что, случись что-нибудь, никто не придет тебе на помощь.
Наконец получена команда отдыхать. Мы с Толей (командир корабля Анатолий Васильевич Филипченко дважды пилотировал космические корабли: «Союз-7» в 1969 году и «Союз-16» в 1974-м) достаем спальные мешки и укладываемся. И опять становится страшно: «Мы будем оба спать. А как же корабль? Один, без управления?» Но усталость берет свое, и мы засыпаем. Снится, что я снова дома. Но вот пора вставать. Командир уже проснулся. А я лежу с открытыми глазами и не чувствую перехода от сна к реальности.
— «Заря»! «Заря»! — кричит командир, но Земля не отвечает.
— Толя! Что ты там делаешь? — в смятении спрашиваю я.
— Налаживаю связь, — отвечает он из спускаемого аппарата.
Я смотрю в иллюминатор и вижу, что внизу океан.
— Мы вне радиовидимости, нас не слышат! — успокаиваю я.
Ловлю проплывающую тубу, открываю и ем.
— Толя! Толя! — зову командира. Он подплывает вверх ногами и останавливается.
Его перевернутое лицо напротив моего. Спрашивает:
— Чего тебе?
— Давай завтракать…
Одна из серьезных проблем в деле освоения космического пространства — невесомость. Для изучения ее влияния на живые организмы были созданы серии биологических спутников: в СССР — «Бион», а в США — «Биос». На этих спутниках проводились многочисленные исследования с использованием разнообразных биологических объектов: семян, водорослей, высших растений, бактерий, черепах, мышей, крыс, обезьян…
Действие невесомости на людей сначала имитировали на Земле. Помещали испытателей в жидкость, удельный вес которой равен удельному весу тела человека. Снижение нагрузки на мышцы в условиях невесомости моделировали в экспериментах с ограничением подвижности испытателей. Для отработки движений в условиях пониженной гравитации были созданы специальные системы, в которых человека подвешивали в горизонтальном или в наклонном положении и он передвигался по наклонной или вертикальной поверхности.
В пилотируемых полетах отрабатывались технические приспособления, фармакохимические препараты, рационы питания и методики физических тренировок, позволяющие уменьшить отрицательное действие невесомости.
Конструкторы и проектировщики предлагали свои инженерные решения компенсации невесомости при длительном космическом полете. Еще при С. П. Королеве разрабатывался проект эксперимента, во время которого два связанных фалом корабля должны были вращаться вокруг общего центра масс. Возникающая при этом центробежная сила имитировала бы силу тяжести. Следующим шагом стало предложение создать космический корабль в виде огромного тора (кольца), постоянно вращающегося вокруг своей оси. В этом случае на людей и все предметы, находящиеся внутри корабля, будет действовать центробежная сила, воспринимаемая как сила притяжения.
На мой взгляд, наиболее убедительны решения, принимаемые на основании опыта длительных пилотируемых полетов. Дело в том, что восприятие космического полета и невесомости в значительной степени зависит от индивидуальных особенностей организма и тщательности выполнения космонавтом разработанных профилактических мероприятий.
В этой связи интересно сравнить впечатления космонавтов о первых длительных полетах с опытом космонавта, совершившего самый продолжительный космический полет в ХХ веке.
Командир корабля «Союз-9» Андриян Николаев, который летал вместе с борт-инженером В. И. Севастьяновым, после полета, признанного в то время самым длительным — 17 суток 16 часов 59 минут, — на вопрос: «Что было бы с вами, если бы вы пролетали еще неделю?» ответил: «Возможно, что на Землю привезли бы трупы!»
А вот что рассказывает Валерий Владимирович Поляков, который спустя четверть века провел на орбите 437 суток 17 часов 58 минут 32 секунды (для В. В. Полякова его рекордный по длительности полет на орбитальную станцию «Мир», который проходил с 8 января 1994 года по 22 марта 1995 года, был вторым. Первый полет, совершенный в 1988-1989 годах, продолжался 240 суток 23 часа 35 минут 49 секунд).
— Перед вторым стартом я почти не волновался. Наоборот, меня охватило чувство глубокого удовлетворения тем, что все переживания, связанные с подготовкой полета, позади и начинают сбываться мои планы дальнейших исследований в космосе.
На этот раз у нас все шло как по-писаному. Ничто не хлопало, не взрывалось, не вибрировало. Волнения начались, когда отработала первая ступень. Переход был такой плавный, что возникло ощущение, будто у корабля нет тяги, что мы падаем. Хотя страха особого не было, а, наоборот, хотелось посмотреть, куда же мы летим.
То же самое повторилось со второй ступенью. После выключения двигателя возникло ощущение, что кто-то дал кораблю сильный пинок в зад, а потом он повис. У меня, как и в первом полете, не было отрицательной реакции на невесомость. Но если тогда было ощущение чего-то необычного, сказочного, то переход к невесомости во второй раз я воспринял как обычное дело, как продолжение предыдущего полета. Очень хотелось есть. Но вот прошла проверка на герметичность; телеметрия сообщила, что все антенны раскрылись. Пришло чувство радости от того, что начала сбываться мечта, к которой очень долго стремился.
Изменение режимов полета не вызывало у меня ощущения дискомфорта.
Это более существенно для тех, у кого есть склонность к болезни движения, когда в невесомости вестибулярный аппарат не справляется с предлагаемыми обстоятельствами, то есть координация не налаживается в силу индивидуальных особенностей организма. Я же с интересом наблюдал переход на каждый новый режим, особенно проведение маневров, предшествующих перестроению на монтажную орбиту и стыковке, когда, сидя пристегнутым к креслу, всем телом ощущаешь разгон корабля двигателями и его торможение.
Стыковка с орбитальной станцией прошла успешно. Предстоит переход в станцию. Это очень эмоциональный момент. Открывается люк, и тебя встречают ребята. Корабль существенно меньше станции. За время автономного полета его атмосфера пропитывается запахами наших тел. Конечно, привыкаешь. Никуда от этого не деться. Поэтому при переходе в станцию прежде всего поражают ее большой объем и свежесть воздуха.
Большой объем требует более внимательно контролировать себя при перемещениях.
В начале пребывания на станции ребята часто ловили меня и предупреждали, что нужно двигаться осторожней, а то можно сбить закрепленную в разных местах аппаратуру. Бывало, конечно, сшибал. Ребята сердились, но через пару-тройку дней я уже уверенно перемещался по отсекам.
Тем, кто страдает болезнью движения, труднее, поэтому они стараются меньше двигаться. Однако жизнь заставляет перемещаться с одного места на другое, при этом движения оказываются нескоординированными, происходит как бы раскачка: чем больше человек делает нескоординированных движений, тем больше они приносят ему отрицательных ощущений и тем меньше он себя контролирует.
Эффект болезни движения в невесомости усугубляется тем, что во время еды или при приеме воды непроизвольно глотаешь много воздуха. Он переполняет тебя и раздувает, как лягушку, создавая ощущение тяжести в желудке. Основоположники космической медицины утверждают, что проглоченный воздух провоцирует укачивание, а избавиться от него, как на Земле, с помощью отрыжки, невозможно.
Решение этого вопроса подсказал его величество Случай. Однажды, услышав аварийный сигнал, я кинулся в переходный отсек, где пришлось резко затормозить, произошла отрыжка, и я освободился от избыточного воздуха. Так постепенно накапливались приемы и опыт выживания в условиях невесомости.
Возвращение на Землю — это самое основное. Хочется вернуться живым и здоровым, потому что знаешь, что наработана куча материалов, жутко полезных для всех, для нашей работы и для себя. Планы строишь большие.
Несомненно, один из самых волнующих этапов — спуск. Сначала ждешь включения тормозного двигателя, следишь, так ли сориентирован корабль, положенное ли время отработали движки. Очень эмоционален и ощутим физически вход в плотные слои атмосферы. Перегрузка тебя притягивает постепенно, с нарастающей силой. За время пребывания в невесомости ты настолько отвык от нагрузок, что перегрузка кажется в два раза больше, чем на самом деле. Дальше с волнением ожидаешь раскрытия основного парашюта, кажется, что он запаздывает.
Встреча с Землей не всегда бывает мягкой. При сильном ветре возможен очень сильный удар, потому что возвращаемый аппарат начинает раскачиваться на стропах парашюта. Первый удар может прийтись как на правый, так и на левый борт. Если аппарат соприкасается с Землей задним ребром, то удар получает командир. Многое зависит от того, как ты привязан. Однако, как бы сильно ты ни затягивал ремни, зазор все равно остается. Поэтому даже при так называемой мягкой посадке ощущение удара может быть очень чувствительным.
Радость, испытываемая после приземления, не зависит от того, какой раз ты совершаешь посадку. Еще в спускаемом аппарате начинаешь строить планы своей земной жизни, вспоминаешь, что хотел бы покушать; думаешь, что дадут рюмочку, что можно будет закурить. В космосе за все время полета я, естественно, ни разу не курил!
И в первом и во втором полете я добросовестно занимался профилактической физкультурой, благодаря чему после посадки на Землю оба раза самостоятельно покидал спускаемый аппарат и делал несколько шагов по Земле.
Это было частью большого эксперимента, который я проводил. Нужно было доказать, что космонавты смогут самостоятельно эвакуироваться в случае аварийной посадки после длительного полета. Кроме того, после второго полета нужно было продемонстрировать, что космонавты в состоянии передвигаться по Земле после длительного пребывания в невесомости. И я сделал самостоятельно несколько шагов.
Но произошел небольшой конфуз. Дело в том, что по расписанию первым из спускаемого аппарата эвакуировали командира, второй должна была выйти бортинженер Лена Кондакова и только после нее — я. Поэтому я неторопливо готовился к выходу. Неожиданно поисковики предложили мне покинуть аппарат вторым, а Лене третьей. Я с готовностью поднялся из кресла и начал выбираться наружу. Но какая-то сила неумолимо тянула меня обратно. Такого ощущения после первого полета не было.
Господи, думаю, неужели я так слаб, что не могу преодолеть земное притяжение?! В глазах темно! Ну не могу дальше двигаться! Но все-таки напрягся, зад вытащил и сел на обрез люка.
Аппарат стоял наклонно. Я посмотрел внутрь и увидел шланги подачи кислорода и вентиляции скафандра, которые впопыхах не успел отстегнуть. Они связывали меня с кораблем, как пуповина. Освободившись, я спустился на землю и пошел нормальной походкой.
Но долго идти мне не дали. Окружили журналисты, поисковики, врачи. Усадили в кресло. Посыпались вопросы. Кто-то просил, чтобы я сказал несколько слов в микрофон. Игорь Гончаров, врач отряда космонавтов, начал измерять давление.
На Земле как на Земле — подумал я.
Завершая свой рассказ, я вспоминаю тех, кого уже нет. При возвращении из космоса погибли наши товарищи Владислав Волков и Виктор Пацаев. Нет с нами Бориса Егорова, Николая Рукавишникова, Олега Макарова, Геннадия Стрекалова, Анатолия Левченко, погиб во время тренировок кандидат в космонавты Анатолий Демьяненко, разбился при показательном полете летчик-испытатель Римантас Станкявичюс, зачисленный в отряд для пилотирования многоразового корабля «Буран».
Ушли из жизни многие, но память о славных делах героев космоса, о тех, кого нет, и тех, кто жив, остается. Частица ее — в этих записках, где я рассказал о том, что было со мной и с ними.
Невесомость на орбите
Космонавты, находящиеся на орбите Земли, часто испытывают ощущение невесомости. Эти ощущения, испытываемые астронавтами на орбите, аналогичны ощущениям любого, кто был временно подвешен над сиденьем во время аттракциона в парке развлечений. Мало того, что ощущения одни и те же (у астронавтов и гонщиков на американских горках), но и причины этих ощущений невесомости тоже одни и те же. Однако, к сожалению, многим людям трудно понять причины невесомости.
Во что вы верите?
Причину невесомости понять довольно просто. Однако упрямство предвзятых мнений по теме часто мешает способности понять. Рассмотрим следующий вопрос с несколькими вариантами ответов о невесомости в качестве проверки ваших предвзятых представлений по теме:
Проверьте свои предвзятые представления о невесомости: Астронавты на орбитальной космической станции невесомы потому что. а. в космосе нет гравитации и они ничего не весят. |
.. Если вы верите в одно из приведенных выше утверждений, то, возможно, потребуется небольшая перестройка и перераспределение вашего мозга, чтобы понять настоящую причину невесомости. Как и в случае со многими темами в физике, прежде чем приступить к обучению, необходимо сначала разучиться. Иными словами: не то, что вы не знаете, делает изучение физики трудной задачей; именно то, что вы знаете, делает изучение физики трудной задачей. Поэтому, если у вас есть предвзятое мнение (или сильное предубеждение) о том, что такое невесомость, вам нужно знать об этом предвзятом мнении. И, рассматривая следующую альтернативную концепцию о значении невесомости, оцените разумность и логику двух конкурирующих идей.
Контактные и бесконтактные силы
Прежде чем понять невесомость, нам придется рассмотреть две категории сил — контактные силы и силы действия на расстоянии . Когда вы сидите в кресле, вы испытываете две силы: силу гравитационного поля Земли, притягивающую вас вниз к Земле, и силу стула, толкающую вас вверх. Восходящая сила стула иногда называется нормальной силой и является результатом контакта между верхней частью стула и вашим нижним концом. Эта нормальная сила классифицируется как контактная сила. Контактные силы могут возникнуть только в результате фактического прикосновения двух взаимодействующих объектов — в данном случае стула и вас. Сила гравитации, действующая на ваше тело, не является силой контакта; его часто классифицируют как силу действия на расстоянии. Сила гравитации является результатом взаимного притяжения вашего центра масс и центра масс Земли друг к другу; эта сила существовала бы даже в том случае, если бы вы не находились в контакте с Землей.
Сила гравитации не требует физического контакта двух взаимодействующих объектов (вашего тела и Земли); он может действовать на расстоянии через пространство. Поскольку сила тяжести не является контактной силой, ее невозможно ощутить при контакте. Вы никогда не сможете почувствовать силу гравитации, воздействующую на ваше тело, так же, как вы почувствовали бы контактную силу. Если вы скользите по асфальтовому теннисному корту (не рекомендуется), вы почувствуете силу трения (силу контакта). Если вас толкнет хулиган в коридоре, вы почувствуете приложенную силу (контактную силу). Если бы вы качались на скакалке на уроке физкультуры, вы бы почувствовали силу натяжения (силу контакта). Если вы сидите в кресле, вы чувствуете нормальную силу (контактную силу). Но если вы прыгаете на батуте, даже двигаясь по воздуху, вы не чувствуете, как Земля притягивает вас силой тяжести (силой действия на расстоянии). Силу гравитации никогда нельзя почувствовать. Тем не менее, те силы, которые возникают в результате контакта, можно почувствовать.
А в случае, если вы сидите в кресле, вы можете почувствовать силу стула; и именно эта сила дает вам ощущение веса. Поскольку восходящая нормальная сила равнялась бы направленной вниз силе тяжести в состоянии покоя, сила этой нормальной силы дает меру гравитационного притяжения. Если бы на ваше тело не действовала направленная вверх нормальная сила, вы бы не ощущали своего веса. Без контактной силы (нормальной силы) невозможно ощутить бесконтактную силу (силу гравитации).
Значение и причина невесомости
Невесомость — это просто ощущение, которое испытывает человек, когда нет никаких внешних объектов, соприкасающихся с его телом и оказывающих на него давление или притяжение. Ощущения невесомости существуют, когда устраняются все контактные силы. Эти ощущения характерны для любой ситуации, в которой вы на мгновение (или постоянно) находитесь в состоянии свободного падения. В свободном падении единственная сила, действующая на ваше тело, — это сила тяжести — бесконтактная сила.
Поскольку силу гравитации невозможно почувствовать без каких-либо других противодействующих сил, вы не ощутите ее. Вы бы чувствовали себя невесомыми в состоянии свободного падения.
Такое ощущение невесомости характерно для райдеров американских горок и других аттракционов, в которых райдеры на мгновение оказываются в воздухе и отрываются от своих сидений. Предположим, что вас подняли в кресле на вершину очень высокой башни, а затем ваш стул внезапно упал. Когда вы и ваш стул падаете на землю, вы оба ускоряетесь с одинаковой скоростью — g . Поскольку стул нестабилен и падает с той же скоростью, что и вы, он не может на вас давить. Нормальные силы возникают только при контакте с устойчивыми опорными поверхностями. Сила тяжести — единственная сила, действующая на ваше тело. Нет никаких внешних объектов, соприкасающихся с вашим телом и оказывающих на него силу. Таким образом, вы испытаете ощущение невесомости. Вы бы весили столько же, сколько всегда (или столько же), но не ощущали бы этого веса.
Невесомость — это только ощущение; это не реальность, соответствующая похудевшему человеку. Когда вы свободно падаете на американских горках (или в других аттракционах в парке развлечений), вы ни на мгновение не потеряли свой вес. Невесомость очень мало связана с весом и в основном связана с наличием или отсутствием контактных сил. Если под «весом» мы подразумеваем силу гравитационного притяжения к Земле, то свободно падающий человек не «похудел»; они все еще испытывают гравитационное притяжение Земли. К сожалению, путаница фактического веса человека с его ощущением веса является источником многих заблуждений.
Показания весов и вес
Строго говоря, весы не измеряют вес человека. Хотя мы используем весы для измерения своего веса, показания весов на самом деле являются мерой направленной вверх силы, приложенной весами для уравновешивания направленной вниз силы тяжести, действующей на объект. Когда объект находится в состоянии равновесия (покоится или движется с постоянной скоростью), эти две силы уравновешиваются.
Восходящая сила весов, действующая на человека, равна нисходящей силе тяжести (также известной как вес). И в этом случае показания весов (то есть меры восходящей силы) равны весу человека. Однако, если вы встанете на весы и подпрыгнете вверх и вниз, показания весов быстро изменятся. Когда вы совершаете это подпрыгивающее движение, ваше тело ускоряется. В периоды ускорения сила подъема весов меняется. Таким образом, показания шкалы меняются. Ваш вес меняется? Точно нет! Вы весите столько же (или меньше), как всегда. Показания весов меняются, но помните: ВЕСЫ НЕ ИЗМЕРЯЮТ ВАШ ВЕС. Весы измеряют только внешнее контактное усилие, действующее на ваше тело.
Теперь рассмотрим Отиса Л. Эвадерца, который проводит один из своих знаменитых экспериментов с лифтом. Он стоит на весах в ванной и ездит на лифте вверх и вниз. Когда он ускоряется вверх и вниз, показания шкалы отличаются от показаний, когда он находится в состоянии покоя и движется с постоянной скоростью. Когда он ускоряется, восходящая и нисходящая силы не равны.
Но когда он покоится или движется с постоянной скоростью, противодействующие силы уравновешивают друг друга. Зная, что показание весов является мерой восходящей нормальной силы весов, действующей на его тело, можно было бы предсказать ее значение для различных стадий движения. Например, значение нормальной силы (F норма ) на 80-килограммовом теле Отиса можно было бы предсказать, если бы было известно ускорение. Этот прогноз можно сделать, просто применив второй закон Ньютона, как обсуждалось в Модуле 2. В качестве иллюстрации использования второго закона Ньютона для определения различных контактных сил при поездке в лифте рассмотрим следующую диаграмму. На схеме 80-килограммовый Отис движется с постоянной скоростью (A), ускоряясь вверх (B), ускоряясь вниз (C) и свободно падая (D) после разрыва троса лифта.
В каждом из этих случаев восходящую контактную силу (F норма ) можно определить с помощью диаграммы свободного тела и второго закона Ньютона.
Взаимодействие двух сил — восходящей нормальной силы и направленной вниз силы тяжести — можно рассматривать как перетягивание каната. Суммарная сила, действующая на человека, указывает, кто выигрывает в перетягивании каната (сила вверх или сила вниз) и на сколько. Суммарная сила 100 Н вверх указывает на то, что направленная вверх сила «побеждает» на величину, равную 100 Н. Сила тяжести, действующая на всадника, находится с помощью уравнения 9.0007 F грав = м*г .
F нетто = 0 N | F сетка = 400 Н, до | F нетто = 400 Н, вниз | F нетто = 784 Н, вниз |
F норма = 784 N | Ф норма = 1184 Н | F норма = 384 Н | F норма = 0 N |
Нормальная сила больше силы тяжести при восходящем ускорении (B), меньше силы тяжести при нисходящем ускорении (C и D) и равна силе тяжести при отсутствии ускорения (А).
Поскольку именно нормальная сила обеспечивает ощущение собственного веса, лифтер будет ощущать свой нормальный вес в случае А, больший, чем его нормальный вес, в случае В и меньший своего нормального веса в случае С. водитель лифта чувствовал бы себя абсолютно невесомым; без внешней контактной силы он не ощущал бы своего веса. Во всех четырех случаях пассажир лифта весит одинаковую массу — 784 Н. Однако ощущение веса пассажира колеблется на протяжении всей поездки в лифте.
Астронавты на околоземной орбите невесомы по тем же причинам, что и водители свободно падающего аттракциона в парке развлечений или свободно падающего лифта. Они невесомы, потому что нет никакой внешней контактной силы, толкающей или притягивающей их тело. В каждом случае сила тяжести является единственной силой, действующей на их тело. Будучи силой действия на расстоянии, она не может ощущаться и, следовательно, не дает никакого ощущения их веса.
Но наверняка космонавты на орбите что-то весят; то есть на их тело действует сила тяжести. На самом деле, если бы не сила тяжести, астронавты не вращались бы по кругу. Это сила тяжести, которая обеспечивает требование центростремительной силы, чтобы обеспечить внутреннее ускорение, характерное для кругового движения. Сила тяжести — единственная сила, действующая на их тела. Космонавты находятся в свободном падении. Подобно падающему гонщику в парке развлечений и падающему лифтеру, астронавты и их окружение падают на Землю исключительно под действием гравитации. Космонавты и все их окружение — космическая станция с ее содержимым — падают на Землю, не сталкиваясь с ней. Их тангенциальная скорость позволяет им оставаться в орбитальном движении, в то время как сила гравитации притягивает их внутрь.
Многие студенты считают, что космонавты на орбите невесомы, потому что не испытывают гравитации. Таким образом, предположить, что отсутствие гравитации является причиной невесомости, которую испытывают орбитальные астронавты, было бы нарушением принципов кругового движения.
Если человек считает, что отсутствие гравитации является причиной их невесомости, то этому человеку трудно найти причину, по которой астронавты вообще находятся на орбите. Дело в том, что для существования орбиты должна существовать сила тяжести.
Можно ответить на это обсуждение, придерживаясь второго заблуждения: астронавты невесомы, потому что сила тяжести в космосе уменьшается. Рассуждение выглядит следующим образом: «при меньшей гравитации будет меньше веса, и, следовательно, они будут чувствовать себя меньше, чем их нормальный вес». Хотя это отчасти верно, это не объясняет их чувство невесомости. Сила тяжести, действующая на космонавта на космической станции, заведомо меньше, чем на поверхности Земли. Но насколько меньше? Достаточно ли он мал, чтобы объяснить значительное снижение веса? Точно нет! Если космическая станция вращается на высоте примерно 400 км над поверхностью Земли, то значение g в этом месте уменьшится с 9от 0,8 м/с/с (у поверхности Земли) до примерно 8,7 м/с/с.
Это приведет к тому, что космонавт весом 1000 Н на поверхности Земли уменьшится в весе примерно до 890 Н на орбите. Хотя это, безусловно, снижение веса, оно не объясняет ощущения абсолютной невесомости, которые испытывают космонавты. Их ощущение абсолютной невесомости является результатом того, что у них «вырывается пол» (так сказать) при свободном падении на Землю.
Другие студенты-физики считают, что невесомость возникает из-за отсутствия воздуха в космосе. Их заблуждение заключается в идее, что нет силы тяжести, когда нет воздуха. По их мнению, гравитация не существует в вакууме. Но это не так. Гравитация — это сила, действующая между массой Земли и массой других объектов, которые ее окружают. Сила гравитации может действовать на больших расстояниях, и ее действие может даже проникать сквозь космический вакуум и в него. Возможно, студенты, придерживающиеся этого заблуждения, путают силу гравитации с давлением воздуха. Атмосферное давление возникает в результате того, что частицы окружающего воздуха давят на поверхность объекта в равных количествах со всех сторон.
Сила тяжести не зависит от давления воздуха. В то время как давление воздуха уменьшается до нуля в месте, лишенном воздуха (например, в космосе), сила тяжести не становится равной 0 Н. Действительно, наличие вакуума приводит к отсутствию сопротивления воздуха; но это не объясняет ощущения невесомости. Астронавты просто чувствуют себя невесомыми, потому что нет никакой внешней контактной силы, толкающей или притягивающей их тело. Они находятся в состоянии свободного падения.
Мы хотели бы предложить…
Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного поездки на лифте. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивная поездка в лифте позволяет учащемуся исследовать влияние направления движения и изменений в состоянии движения на нормальные силы при поездке в лифте.
Посетите: Elevator Ride Interactive
1. Отис Л. Эвадерз проводит свои знаменитые эксперименты с лифтом. Отис стоит на весах в ванной и считывает показания, поднимаясь и спускаясь по зданию Джона Хэнкока. Масса Отиса 80 кг. Он замечает, что показания весов зависят от того, что делает лифт. Используйте диаграмму свободного тела и второй закон Ньютона для решения следующих задач.
а. Что показывает шкала, когда Отис ускоряется вверх со скоростью 0,40 м/с 2 ?
б. Каково значение шкалы, когда Отис движется вверх с постоянной скоростью или 2,0 м/с?
г. Когда Отис приближается к вершине здания, лифт замедляется со скоростью 0,40 м/с 2 . Будьте осторожны с направлением ускорения. Что показывают весы?
д.
Отис останавливается на верхнем этаже, а затем ускоряется вниз со скоростью 0,40 м/с 2 . Что показывают весы?
эл. Когда Отис приближается к первому этажу, лифт замедляется (ускорение вверх) со скоростью 0,40 м/с 2 . Будьте осторожны с направлением ускорения. Что показывают весы?
ф. Используйте результаты ваших вычислений, приведенных выше, чтобы объяснить, почему Отис падает с меньшим весом при ускорении вниз на лифте и почему он чувствует себя тяжелым при ускорении вверх на лифте.
Следующий раздел:
Невесомость | Определение, эффекты и факты
невесомость
Все СМИ
- Похожие темы:
- свободное падение инерционная сила
См. весь связанный контент →
невесомость , состояние свободного падения, при котором действие гравитации компенсируется инерционной (например, центробежной) силой, возникающей в результате орбитального полета.
Термин невесомости часто используется для описания такого состояния. За исключением космического полета, истинную невесомость можно испытать лишь на короткое время, например, в самолете, летящем по баллистической (то есть параболической) траектории.
Экипажи космических кораблей сталкиваются с проблемами невесомости. В ходе первых советских и американских пилотируемых полетов стало известно, что во время относительно коротких полетов происходит снижение частоты сердечных сокращений и частоты дыхания, а также прогрессирующая потеря массы тела и кальция в костях. Однако по возвращении на Землю происходит обратное действие большинства этих эффектов. В более поздних продолжительных миссиях, например, с участием американских космических станций «Скайлэб» и советских «Салют», были проведены обширные биомедицинские исследования. Их результаты показали, что периодические физические упражнения с правильно сконструированным оборудованием необходимы для поддержания здоровья и что человеческому телу требуется около 40 дней, чтобы приспособиться к среде с невесомостью.
В такой среде происходит перераспределение телесных жидкостей: меньше в нижних конечностях и больше в верхней части тела; увеличивается высота; масса тела обычно, но не всегда, уменьшается при потере мышечной ткани; вены и артерии ног становятся слабее; возникает анемия, сопровождающаяся значительным снижением формулы крови. По возвращении на Землю ощущается слабость и потеря чувства равновесия. Восстановление от всех этих последствий происходит относительно быстро и почти полностью завершается примерно через неделю. Серьезной причиной для беспокойства, однако, является потеря кальция в костях, которая увеличивается с продолжительностью миссии и не имеет признаков прекращения. Возможность непоправимого износа в будущих космических полетах большой продолжительности указывает на необходимость искусственной гравитации. Использование центробежной силы в правильно сконструированном вращающемся космическом аппарате — очевидный способ имитации гравитации.
Викторина «Британника»
Физика и естественное право
Узнайте, как астронавты тренируются, чтобы бороться с воздействием микрогравитации на костную и мышечную массу
Посмотреть все видео к этой статье метаболизм, циркадные ритмы, образование паутины, рост и ориентация корней у растений.