Получил личное сообщение:
Сообщение от ккарай
>> Перегрузка была же, Юрий. И все ждут перегрузку. Ну и накройняк боевое приминения (все дымари хотят знать про перегрузку со скольки весило, со скольки больно становится).Сел писать ответ. Но потом подумал, что, возможно, это будет интересно и другим читателям-НЕлётчикам, интересующимся авиацией.
Больно от пилотажа (перегрузки) не становится никогда. Больно пытаются сделать, когда тебе начинают грязно и мелко мстить за твоё творчество, за твой какой-нибудь рассказ, который не понравился какой-либо мелкой душонке, мрази, которая со смаком собирает сплетни о том, что могло быть или вообще не было, но рассказывает с видом знатока, что якобы было. К сожалению, таких оказалось из Борисоглебского училища многовато… Но не на того напали!
А перегрузка? С чего она, боль, будет-то? Перегрузка – это коэффициент, показывающий, во сколько раз вес вашего тела превышает то, что в нормальном состоянии. В виде формулы можно представить так:G реал. = G норм. n y
Где G – вес, а n y – вертикальная перегрузка (голова-таз).
Из формулы понятно, что на вас в данный момент действует перегрузка, равная единице. Если n y равен нулю – это невесомость. Если станете на руки у стены и вес будет направлен таз-голова – вы почувствуете отрицательную перегрузку (минус единица).
А в полёте есть ещё боковые перегрузки n z (не расшифровываю, они незначительны), продольные n x (грудь – спина) – это очень приятные ускорения, на взлёте, например (положительные, это ускорение), при выпуске тормозного парашюта (отрицательные, это торможение).
Хуже всего переносятся вертикальные перегрузки, они же чаще воздействуют на лётчика в полёте. На глубоком вираже перегрузку надо держать 3-6-8 единиц. И чем больше крен, тем нужна большая перегрузка, чтобы удержать самолёт в горизонте и тем меньше будет радиус разворота. Перегрузка будет больше необходимой для данного крена – истребитель пойдёт с набором высоты, если меньше – вираж получится с «зарыванием» (т.е. с опусканием носа, высота начнёт падать; чтобы исправить глубокое «зарывание» придётся выводить из крена, а это в воздушном бою опасно, особенно если противник уже сзади и прицеливается). И чем больше перегрузка на вираже, тем большая тяга должна быть у двигателя, иначе начнёт падать скорость и придётся уменьшать перегрузку; а уменьшишь перегрузку – не собьёшь противника или тебя собьют.
При выполнении петли Нестерова или полупетли, при «закручивании» самолёта в первой части фигуры n y достигает 4,5-6 единиц . Т.е. вес лётчика увеличивается в 4,5-6 раз : если пилот весит 70 кг, то при пилотаже на этой фигуре его вес будет 315-420 кг. В эти разы увеличивается вес рук, ног, головы, крови, наконец! С меньшей перегрузкой выполнять эту фигуру нельзя – траектория станет растянутой и самолёт потеряет в верхней части петли скорость, что чревато срывом в штопор. С большей тоже нельзя (ну, в зависимости от типа самолёта) – самолёт выйдет на закритические углы атаки и тоже потеряет скорость. Поэтому перегрузка должна быть оптимальной (для каждого типа самолёта своя). В верхней части петли Нестерова лётчик не повисает на ремнях, а его также прижимает к сидению, т.к. самолёт надо «закручивать» с перегрузкой 2-2,5. Нижняя часть петли выполняется с перегрузкой 3,5-4,5 (зависит от типа).
Максимальные перегрузки, которые может выдержать человеческий организм – от (+)12 до (-)4.
Опасность больших вертикальных перегрузок в том, что кровь отливает от головного мозга. Если пилот на пилотаже расслаблен, а не напрягает мышцы тела, можно потерять сознание. У лётчика сужается поле зрения (со всех сторон наваливается темнота, ну как диафрагма в объективе), если перегрузку не «попустить», человек отключится. Поэтому при пилотаже лётчик напрягает все основные группы мышц. А посему физическое состояние своё надо поддерживать в хорошей форме.
На первом фото то, что видит курсант перед собой до создания большой перегрузки. На втором: создана большая перегрузка, пилот не успел сильно напрячь мышцы всего тела, кровь отлила от головного мозга, пелена во взгляде обступила со всех сторон, ещё немного инструктор потянет ручку на себя и курсант потеряет сознание...На этих же факторах построен принцип действия противоперегрузочного костюма (ППК), его камеры пережимают тело пилота на животе, бёдрах и икрах ног, препятствуя оттоку крови. Специальный автомат подаёт воздух в камеры ППК в зависимости от перегрузки: чем больше перегрузка, тем больше обжатие тела лётчика. Но! Надо иметь в виду, что ППК не снимает перегрузку, а только облегчает её переносимость!
Наличие ППК в разы увеличивает возможности истребителя. И в воздушном бою лётчик с ППК получает преимущества перед противником, который «забыл» его надеть!
ППК не работает при отрицательных перегрузках, когда наоборот кровь большим потоком приливает к мозгу. Но с отрицательными перегрузками (когда повисаешь на ремнях, головой упираешься в остекление фонаря кабины, а пыль с плохо убранного пола попадает в лицо, глаза) воздушные бои и не ведут. Я знаю только одного лётчика, который мог уходить из-под атаки противника отрицательной перегрузкой, прицельно стрелять и сбивать самолёты из любого положения своего истребителя, в т.ч. перевёрнутого – обер-лейтенант Эрих Хартман. В годы войны совершил 1404 боевых вылета, в 802 воздушных боях одержал 352 воздушные победы, из них 344 над советскими самолётами. Про 802 воздушных боя можно говорить только условно. Э. Хартман, как правило, атаковывал противника со стороны солнца и уходил, а когда ему навязывали воздушный бой он 11 раз был сбит менее именитыми советскими истребителями – выбрасывался с парашютом или шёл на вынужденную посадку. Но этим своим умением (поражать цель из любого положения) он удивлял своих лётчиков-инструкторов даже ещё будучи курсантом, обучаясь в Ц-флюгшулле (лётное училище, которое готовило к выпуску истребителей).
Врачи рекомендуют при возникновении усталости в полёте вручную создавать давление в камерах ППК, нажимая на кнопку автомата, который и подаёт воздух в костюм. Обжатие всего тела – это воздействие на акупунктуры нервной системы, где-нибудь да на нужное место и будет воздействие. Сам этим методом пользовался неоднократно! Обжал себя – через 3-5 секунд стравливание воздуха, потом ещё. И так 3-4 раза. И как огурчик! Правы авиационные медики! Усталость снимает, как рукой! А настроение и работоспособность повышаются!На авиационных праздниках можно видеть виртуозов, которые крутят «обратный» пилотаж – выполняют виражи, пикирования и горки, петли Нестерова, полупетли, боевые развороты и перевороты в перевёрнутом положении. (Т.е. с отрицательной перегрузкой.) И в таком напряжении их тело находится 5-7 минут! Это действительно мастерство! Высшее мастерство!! Как они это умудряются делать, мне трудно усечь! Тут нужны годы тренировки. Это мастерство в сотни раз увеличивается, когда такой пилотаж выполняется в паре: один лётчик пилотирует самолёт нормально, а другой метрах в десяти стоит над ним в перевёрнутом положении (кабина к кабине) и так сохраняет своё место в строю! Малейшая несогласованность в действиях и столкновение неминуемо, погибнут оба! Однако такой пилотаж будет вытянутым в вертикальной плоскости – это чтобы не превышать отрицательную перегрузку для перевёрнутого самолёта (-) 4. После посадки у этих лётчиков, выполнявших фигуры обратного пилотажа, чаще всего красные белки глаз (если отрицательные перегрузки предельные, и тогда мелкие капилляры лопаются). Но так летают только спортивные самолёты, боевые самолёты в перевёрнутом положении могут летать не более 30 секунд (по обеспечению топливом двигателей из бачков отрицательных перегрузок). Это действительно высококлассные лётчики-спортсмены! Я так никогда не летал! Вернее, было один раз: уходил от атаковавшего меня истребителя в учебном воздушном бою отжатием ручки от себя на вираже (получился вираж «обратный») Ушёл! «Противник» (командир полка подполковник Туненко Борис Тихонович, имевший опыт реальных воздушных боёв на Бл. Востоке, где он открыл счёт сбитым – один F-4e «Фантом») к такому маневру готов не был и не последовал за мной. Меня потеряли из виду, Я атаковал его с задней полусферы-сверху и «сбил» его. Но это было один раз, и скажу, что ощущения не из приятных! И я убедился: данный приём Э. Хартмана очень эффективен, прежде всего неожиданностью применения. (Впрочем, нет, был у меня ещё один такой случай, когда меня в учебном воздушном бою «зажимали» два истребителя, а я от них ушёл подобным методом. Но об этом расскажу как-нибудь в другой раз.)
А перед лётчиками-спортсменами, которые так могут пилотировать регулярно, я снимаю шляпу!
В современном ближнем воздушном бою перегрузка должна быть 6-8 ед. и более на протяжении всего боя! Будет меньше – собьёшь не ты, собьют тебя!
При катапультировании вертикальная перегрузка воздействия на тело лётчика достигает 18-20 единиц. Приятного мало.
«Но как же так! - воскликните вы. - Вы же только что говорили, что предел для человеческого организма – (+)12! А тут 20 единиц!»
Всё верно! Не отказываюсь! Просто при выстреле катапульты такое воздействие перегрузки на организм лётчика кратковременно, доли секунды. Поэтому при правильном положении тела пилота (голова прямо и с силой вжата в заголовник кресла, спина прижата к спинке кресла, бёдра и туловище составляют прямой угол, а позвоночник, в вертикальном положении и образует перпендикуляр по отношению к сидению; кроме того, все мышцы тела должны быть сильно напряжены) отрицательные моменты сведены к минимуму и позвонки не успевают высыпаться в трусы! Если в момент выстрела голова будет наклонена вперёд-вниз, в сторону или даже просто не прижата с силой к заголовнику (за счёт огромной перегрузки она наклонится сама), если пилотяга перед катапультированием развалился в кабине, как дома в любимом кресле перед телевизором, перелома шейных позвонков в первом случае и поясничного отдела позвоночника во втором не избежать. И чем быстрее такого пилота найдут спасатели, тем лучше. Сам он не выживет! Потом будет от 6 до 12 месяцев лежать на досках в гипсе с ног до головы, как бревно, не переворачиваясь. Позвоночник консолидируется, конечно, но это уже будет не тот, что сработан природой. И чем выше был перелом, тем большее количество органов в его теле будет работать хуже и хуже. Такие люди уменьшают свою жизнь на 12-20 лет! Однажды в Киевском госпитале, когда я проходил комиссию, встретил Александра Санатова, с которым служил в Монголии. Много лет назад Саша лейтенантом вынужденно катапультировался на пределе с неправильной посадкой в кресле! («А! Сойдёт!») В результате получил перелом поясничного отдела позвоночника. Долгие упорные месяцы и годы лечения. Спрашиваю: «Как оно сейчас?» - «Живу на лекарствах… По 7-8 месяцев в году в госпитале!..» (Когда-нибудь я опишу этот случай… Он по-своему интересен и поучителен…)
Слышал, что на некоторых первых американских самолётах лётчиков катапультировали в сторону. Но там была сложная система разрушения боковой стенки кабины, да и не всегда можно было сохранить шейные позвонки пилотам. От этого отказались. Были самолёты, где члены экипажа (штурман, стрелок) катапультировались вниз. (Первые серии Ту-16 все члены экипажа, кроме лётчиков, катапультировавшихся вверх, и на Ту-22.) Но в этом случае резко повышались минимальные высоты спасения (а иногда делали это невозможным), а такие пилоты долго проходили период реабилитации...
Самое оптимальное для здоровья лётчиков было бы катапультирование вперёд. Тут вообще травм, скорее всего, никогда не было бы! Но технически осуществить это просто невозможно!
Перегрузкой называется отношение равнодействующей всех сил (кроме веса), действующих на самолет, к весу самолета.
В связанной системе координат определены перегрузки:
nх - продольная перегрузка; nу - нормальная перегрузка; nz - боковая перегрузка.
Полная перегрузка определяется по формуле
Продольная перегрузка nх возникает при изменении тяги двигателя и лобового сопротивления.
Если тяга двигателя больше лобового сопротивления, то перегрузка положительная. Если же величина лобового сопротивления больше силы тяги двигателя, то перегрузка отрицательная.
Продольная перегрузка определяется по формуле
Боковая перегрузка nz возникает при полете самолета со скольжением. Но по величине боковая аэродинамическая сила Z очень мала. Поэтому в расчетах боковую перегрузку принимают равной нулю. Боковая перегрузка определяется по формуле
Выполнение фигур пилотажа в основном сопровождается возникновением больших нормальных перегрузок.
Нормальной перегрузкой nу называется отношение подъемной силы к весу самолета и определяется по формуле
Нормальная перегрузка, как видно из формулы (11.5), создается подъемной силой. В горизонтальном полете при спокойной атмосфере подъемная сила равна весу самолета, следовательно, перегрузка будет равна единице:
Рис. 6 Действие центробежной силы инерции на летчика а - при резком увеличении угла атаки, б - при резком уменьшении угла атаки
В криволинейном полете, когда подъемная сила становится больше веса самолета, перегрузка будет больше единицы.
При движении самолета по криволинейной траектории центростремительной силой является, как уже говорилось, подъемная сила, т. е. давление воздуха на крылья. При этом величине центростремительной силы всегда сопутствует равная, но противоположная по направлению центробежная сила инерции, которая выражается силой давления крыльев на воздух. Причем центробежная сила действует подобно весу (массе), а так как она всегда равна центростремительной силе, то при увеличении последней возрастает во столько же раз. Таким образом, аэродинамическая перегрузка подобна увеличению веса самолета (летчика).
При появлении перегрузки летчику кажется, что его тело стало тяжелее.
Нормальная перегрузка делится на положительную и отрицательную. Когда перегрузка прижимает летчика к сиденью, то эта перегрузкаположительная, если же отделяет его от сиденья и удерживает на привязных ремнях -отрицательная (Рис. 6).
В первом случае кровь будет отливать от головы к ногам, во втором случае - приливать к голове.
Как уже говорилось, увеличение подъемной силы в криволинейном движении равносильно увеличению веса самолета на ту же величину, тогда
(11.6)
(11.7)
где n ур - располагаемая перегрузка.
Из формулы (11.7) видно, что величина располагаемой перегрузки определяется запасом коэффициентов подъемной силы (запасов углов атаки) от потребного для горизонтального полета до его безопасного значения (Су ТР или Су КР).
Максимально возможная нормальная перегрузка может быть получена тогда, когда в полете на данной скорости и высоте полета будут полностью использованы возможности самолета по созданию подъемной силы. Эту перегрузку можно получить в том случае, когда самолет резко (без заметного уменьшения скорости полета) выводится на С у =С у макс:
(11.8)
Однако до такой перегрузки нежелательно доводить самолет, так как произойдет потеря устойчивости и срыв в штопор или штопорное вращение. По этой причине не рекомендуется на больших скоростях полета, особенно при выходе из пикирования, отклонять резко ручку управления на себя. Поэтому максимально возможную или располагаемую перегрузку принимают меньшей по величине, чтобы предупредить выход самолета на режим тряски. Формула определения этой перегрузки имеет вид
(11.9)
Для самолетов Як-52 и Як-55 графические зависимости располагаемых перегрузок от скорости полета показаны на Рис. 7, Рис. 8. При выполнении полетов на самолетах Як-52 и Як-55 располагаемая нормальная перегрузка в основном ограничена по прочностным характеристикам самолета.
Максимально допустимая эксплуатационная перегрузка для самолета Як-52:
с колесным шасси:
положительная +7;
отрицательная -5;
с лыжным шасси:
положительная +5;
отрицательная -3.
Максимально допустимая эксплуатационная перегрузка для самолета Як-55:
положительная +9;
отрицательная -6;
в перегоночном варианте:
положительная +5;
отрицательная -3.
Превышение в полете этих перегрузок запрещается, так как могут появиться остаточные деформации в конструкции самолета.
При выполнении установившихся криволинейных маневров перегрузка зависит от запаса тяги силовой установки. Запас тяги определяется из условия сохранения заданной скорости в течение всего маневра.
Предельной перегрузкой по располагаемой тягеnу ПРЕД называется наибольшая перегрузка, при которой тяга силовой установки еще уравновешивает лобовое сопротивление. Она определяется по формуле
(11.10)
Предельная по располагаемой тяге перегрузка зависит от скорости и высоты полета, так как вышеуказанные факторы влияют на располагаемую тягу Рр и от скорости аэродинамическое качество К. Для расчета зависимости n у ПРЕД V необходимо иметь кривые Рр (V)для различных высот и сетку поляр.
Для каждого значения скорости с кривой Рр (V) снимают значения располагаемой тяги, определяют с поляры для соответствующей скорости V снимают величину коэффициента Су и рассчитывают по формуле (11.10).
При маневрировании в горизонтальной плоскости с перегрузкой меньше располагаемой, но более предельной по тяге самолет будет терять скорость или высоту полета.
Сила, приложенная к телу, в системе единиц СИ измеряется в ньютонах (1 Н = 1 кг·м/с 2 ). В технических дисциплинах в нередко качестве единицы измерения силы традиционно используют килограмм-силу (1 кгс , 1 кГ ) и аналогичные единицы: грамм-силу (1 гс , 1 Г ), тонна-силу (1 тс , 1 Т ). 1 килограмм-сила определена как сила, сообщающая телу массой 1 кг нормальное ускорение, равное по определению 9,80665 м/с 2 (это ускорение приблизительно равно ускорению свободного падения). Таким образом, по второму закону Ньютона, 1 кгс = 1 кг · 9,80665 м/с 2 = 9,80665 Н . Можно сказать также, что тело массой 1 кг , покоящееся на опоре, имеет вес 1 кгс Часто ради краткости килограмм-силу называют просто «килограммом» (а тонна-силу, соответственно, «тонной»), что порождает порой путаницу у людей, не привыкших к использованию разных единиц.
Русская терминология, сложившаяся в ракетостроении, традиционно использует «килограммы» и «тонны» (точнее, килограмм-силы и тонна-силы) в качестве единиц тяги ракетных двигателей. Таким образом, когда говорят о ракетном двигателе с тягой 100 тонн, имеют в виду, что данный двигатель развивает тягу 10 5 кг · 9,80665 м/с 2 $\approx$ 10 6 Н .
Частая ошибка
Путая ньютоны и килограмм-силы, некоторые считают, что сила в 1 килограмм-силу сообщает телу массой 1 килограмм ускорение 1 м/с 2 , т. е. пишут ошибочное «равенство» 1 кгс / 1 кг = 1 м/с 2 . В то же время очевидно, что на самом деле 1 кгс / 1 кг = 9,80665 Н / 1 кг = 9,80665 м/с 2 — таким образом, допускается ошибка почти в 10 раз.
Пример
<…> Соответственно, сила которая давит на частицы в пределах средневзвешенного радиуса будет равна: 0,74 Гс/мм 2 · 0,00024 = 0,00018 Гс/мм 2 или 0,18 мГс/мм 2 . Соответственно, на среднюю частицу с поперечным сечением в 0,01 мм 2 будет давить сила в 0,0018 мГс.
Эта сила придаст частице ускорение, равное ее отношению к массе средней частицы: 0,0018 мГс / 0,0014 мГ = 1,3 м/сек 2 . <…>
(Выделение apollofacts .) Разумеется, сила величиной 0,0018 миллиграмм-сил сообщила бы частице массой 0,0014 миллиграмм ускорение почти в 10 раз больше того, что насчитал Мухин: 0,0018 миллиграмм-сил / 0,0014 миллиграмм = 0,0018 мг · 9,81 м/с 2 / 0,0014 мг $\approx$ 13 м/сек 2 . (Можно заметить, что с исправлением одной только этой ошибки насчитанная Мухиным глубина кратера, который якобы должен был бы образоваться под лунным модулем при посадке, сразу упадет с 1,9 м , которые требует Мухин, до 20 см ; однако весь остальной расчет настолько нелеп , что эта поправка не способна его исправить).
Вес тела
По определению, вес тела есть сила, с которой тело давит на опору или подвес. Вес тела, покоящегося на опоре или подвесе (т. е. неподижного относительно Земли или иного небесного тела) равен
(1)\begin{align} \mathbf{W} = m \cdot \mathbf{g}, \end{align}
где $\mathbf{W}$ — вес тела, $m$ — масса тела, $\mathbf{g}$ — ускорение свободного падения в данной точке. На поверхности Земли ускорение свободного падения близко к нормальному ускорению (часто округляемому до 9,81 м/с 2 ). Тело массой 1 кг имеет вес $\approx$ 1 кг · 9,81 м/с 2 $\approx$ 1 кгс . На поверхности Луны ускорение свободного падения примерно в 6 раз меньше, чем у поверхности Земли (точнее, близко к 1,62 м/с 2 ). Таким образом, на Луне тела примерно в 6 раз легче, чем на Земле.
Частая ошибка
Путают вес тела и его массу. Масса тела не зависит от небесного тела, она постоянна (если пренебречь релятивистскими эффектами) и всегда равна одной и той же величине — и на Земле, и на Луне, и в невесомости
Пример
Пример
В газете «Дуэль », № 20, 2002 г. автор живописует страдания, которые должны испытывать астронавты лунного модуля при посадке на Луну, и настаивает на невозможности такой посадки :
Космонавты <…> испытывают длительную перегрузку, максимальное значение которой — 5. Перегрузка направлена вдоль позвоночника (самая опасная перегрузка). Спросите у военных летчиков, можно ли устоять в самолете в течение 8 мин. при пятикратной перегрузке да еще и управлять им. Представьте себе, что после трех дней пребывания в воде (три дня полета к Луне в невесомости) вы выбрались на сушу, вас поместили в Лунную кабину, а ваш вес стал 400 кг (перегрузка 5), комбинезон на вас — 140 кг, а рюкзак за спиной — 250 кг. Чтобы вы не упали, вас держат тросом, прикрепленным к поясу, 8 минут, а затем еще 1,5 мин. (никаких кресел, ложементов нет). Не подгибайте ноги, опирайтесь на подлокотники (руки должны быть на органах управления). Кровь отлила от головы? Глаза почти не видят? Не умирайте и не падайте в обморок <…>
уж совсем плохо заставлять космонавтов управлять посадкой в положении «стоя» при длительной 5-кратной перегрузке — это просто НЕВОЗМОЖНО.
Однако, как уже было показано, в начале спуска астронавты испытывали перегрузку $\approx$ 0,66 g — то есть заметно меньше их нормального земного веса (и никакого рюкзака за спиной у них не было — они были непосредственно подключены к системе жизнеобеспечения корабля). Перед посадкой тяга двигателя почти уравновешивала вес корабля на Луне, поэтому связанное с ней ускорение составляет $\approx$ 1/6 g — таким образом, в течение всей посадки они испытывали меньшую нагрузку, чем при простом стоянии на земле. По сути, одна из задач описыванной тросовая системы как раз и была в том, чтобы помочь астронавтам удержаться на ногах в условиях пониженного веса .
В авиационной и космической медицине перегрузкой считается показатель величины ускорения, воздействующего на человека при его перемещении . Он представляет собой отношение равнодействующей перемещающих сил к массе тела человека.
Перегрузка измеряется в единицах, кратных весу тела в земных условиях. Для человека, находящегося на земной поверхности, перегрузка равна единице. К ней приспособлен человеческий организм, поэтому для людей она незаметна.
Если какому-либо телу внешняя сила сообщает ускорение 5 g, то перегрузка будет равна 5. Это значит, что вес тела в данных условиях увеличился в пять раз по сравнению с исходным .
При взлете обычного авиалайнера пассажиры в салоне испытывают перегрузку в 1,5 g. По международным нормам предельно допустимое значение перегрузок для гражданских самолетов составляет 2,5 g .
В момент раскрытия парашюта человек подвергается действию инерционных сил, вызывающих перегрузку, достигающую 4 g . При этом показатель перегрузки зависит от воздушной скорости. Для военных парашютистов он может составлять от 4,3 g при скорости 195 километров в час до 6,8 g при скорости 275 километров в час .
Реакция на перегрузки зависит от их величины, скорости нарастания и исходного состояния организма. Поэтому могут возникать как незначительные функциональные сдвиги (ощущение тяжести в теле, затруднение движений и т.п.), так и очень тяжелые состояния. К ним относятся полная потеря зрения, расстройство функций сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем, а также потеря сознания и возникновение выраженных морфологических изменений в тканях.
С целью повышения устойчивости организма летчиков к ускорениям в полете применяют противоперегрузочные и высотно-компенсирующие костюмы, которые при перегрузках создают давление на область брюшной стенки и нижние конечности, что приводит к задержке оттока крови в нижнюю половину тела и улучшает кровоснабжение головного мозга.
Для повышения устойчивости к ускорениям проводятся тренировки на центрифуге, закаливание организма, дыхание кислородом под повышенным давлением.
При катапультировании, грубой посадке самолета или приземлении на парашюте возникают значительные по величине перегрузки , которые могут также вызвать органические изменения во внутренних органах и позвоночнике. Для повышения устойчивости к ним используются специальные кресла, имеющие углубленные заголовники, и фиксирующие тело ремнями, ограничителями смещения конечностей.
Перегрузкой также является проявление силы тяжести на борту космического судна. Если в земных условиях характеристикой силы тяжести является ускорение свободного падения тел, то на борту космического корабля в число характеристик перегрузки также входит ускорение свободного падения, равное по величине реактивному ускорению по противоположному ему направлению. Отношение этой величины к величине называется "коэффициентом перегрузки" или "перегрузкой".
На участке разгона ракеты-носителя перегрузка определяется равнодействующей негравитационных сил — силы тяги и силы аэродинамического сопротивления, которая состоит из силы лобового сопротивления, направленной противоположно скорости, и перпендикулярной к ней подъемной силы. Эта равнодействующая создает негравитационное ускорение, которое определяет перегрузку.
Ее коэффициент на участке разгона составляет несколько единиц .
Если космическая ракета в условиях Земли будет двигаться с ускорением под действием двигателей или испытывая сопротивление среды, то произойдет увеличение давления на опору из-за чего возникнет перегрузка. Если движение будет происходить с выключенными двигателями в пустоте, то давление на опору исчезнет и наступит состояние невесомости .
При старте космического корабля на космонавта , величина которого изменяется от 1 до 7 g. По статистике, космонавты редко испытывают перегрузки, превышающие 4 g.
Способность переносить перегрузки зависит от температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и т.д. Существуют и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не до конца выяснено .
Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, которое длится более трех секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения. Поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности.
При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести. При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта иллюзия называется окологиральной и является следствием воздействия перегрузок на органы внутреннего уха.
Многочисленные экспериментальные исследования, которые были начаты еще ученым Константином Циолковским, показали, что физиологическое воздействие перегрузки зависит не только от ее продолжительности, но и от положения тела. При вертикальном положении человека значительная часть крови смещается в нижнюю половину тела, что приводит к нарушению кровоснабжения головного мозга. Из-за увеличения своего веса внутренние органы смещаются вниз и вызывают сильное натяжение связок.
Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси, от спины к груди. Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.
При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте.
Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников
Все мы слышали эпические истории о людях, переживших попадание пули в голову, выживших после падения с 10-го этажа, или месяцами скитавшихся в море. Но достаточно поместить человека в любое место известной вселенной за исключением тонкого слоя пространства, простирающегося на пару миль над уровнем моря на Земле, или под ним, и гибель человека неминуема. Каким бы прочным и эластичным не казалось бы наше тело в некоторых ситуациях, в контексте космоса в целом, оно пугающе хрупко.
Многие границы, в рамках которых средний человек способен выжить, определены достаточно хорошо. Примером является известное "правило троек", определяющее, как долго мы способны обходиться без воздуха, воды и пищи (примерно, три минуты, три дня, и три недели, соответственно). Другие пределы более спорны, поскольку люди очень редко проверяют их (или не проверяют вовсе). Например, как долго вы можете бодрствовать, прежде чем умрете? На какую высоту вы можете подняться, до того, как задохнетесь? Какое ускорение способно выдержать ваше тело, прежде чем разорвется на части?
Определить границы, в рамках которых мы живем, помогли определить эксперименты, проводившиеся в течение десятилетий. Некоторые из них были целенаправленными, некоторые - случайными.
Как долго мы можем оставаться в бодрствующем состоянии?
Известно, что летчики ВВС, после трех-четырех дней бодрствования впадали в настолько неуправляемое состояние, что разбивали свои самолеты (засыпая за штурвалом). Даже одна ночь без сна влияет на способности водителя так же, как и опьянение. Абсолютный предел добровольного сопротивления сну, составляет 264 часа (около 11 дней). Этот рекорд установил 17-летний Рэнди Гарднер, для ярмарки научных проектов учащихся старших классов в 1965 году. Перед тем, как он заснул в 11-й день, он, фактически представляя собой растение с открытыми глазами.
Но через какое время он бы умер?
В июне этого года 26-летнй китаец умер через 11 дней, проведенных без сна в попытке просмотреть все игры Европейского Чемпионата. При этом он потреблял алкоголь и курил, что затрудняет точно установить причину смерти. Но только по причине недостатка сна, определенно, не умер ни один человек. И по очевидным этическим причинам ученые не могут определить этот срок в лабораторных условиях.
Но они смогли сделать это на крысах. В 1999 году исследователи сна из Университета Чикаго поместили крыс на вращающийся диск, расположенный над бассейном с водой. Они непрерывно записывали поведение крыс при помощи компьютерной программы, способной распознать наступление сна. Когда крыса начинала засыпать, диск неожиданно поворачивался, пробуждая ее, отбрасывая ее к стенке и угрожая сбросить ее в воду. Крысы, как правило, умирали через две недели такого обращения. Перед смертью грызуны демонстрировали симптомы гиперметаболизма, состояния, в котором скорость метаболизма организма в состоянии покоя увеличивается настолько, что сжигаются все излишние калории, даже при полной неподвижности тела. Гиперметаболизм ассоциируется с недостатком сна.
Как много радиации мы способны выдержать?
Радиация представляет собой долговременную опасность, так как она вызывает мутации ДНК, меняя генетический код таким образом, что это приводит к раковому росту клеток. Но какая доза радиации убьет вас немедленно? По словам Питера Каракаппа, инженера-ядерщика и специалиста по радиационной безопасности в Политехническом Институте Ренслера, доза в 5-6 зивертов (Sv) в течение нескольких минут разрушит слишком много клеток, чтобы организм смог с этим справиться. "Чем дольше период накопления дозы, тем выше шансы на выживание, так как организм в это время пытается провести самовосстановление", - пояснил Каракаппа.
Для сравнения, некоторые рабочие на японской атомной электростанции Фукусима получили от 0.4 до 1 Sv радиации в течение часа, во время противостояния аварии в марте прошлого года. Хотя они и выжили, риск заболевания раком у них значительно повышен, говорят ученые.
Даже если удастся избежать аварий на АЭС и взрывов сверхновых, естественный радиационный фон на Земле (от таких источников, как уран в почве, космические лучи и медицинские устройства) увеличивают наши шансы заболеть раком в любой год на 0.025 процента, говорит Каракаппа. Это устанавливает несколько странный предел продолжительности жизни человека.
"Средний человек... получая среднюю дозу фоновой радиации каждый год в течение 4000 лет, в отсутствии других факторов, неизбежно получит рак, вызванный радиацией", - говорит Каракаппа. Другими словами, даже если мы сможем победить все болезни, и отключить генетические команды, которые управляют процессом старения, мы все равно не будем жить более 4000 лет.
Какое ускорение мы можем выдержать?
Грудная клетка защищает наше сердце от сильных ударов, но она не является надежной защитой от рывков, которые стали сегодня возможны благодаря развитию технологии. Какое ускорение способен выдержать этот наш орган?
НАСА и военные исследователи проведи ряд испытаний в попытке ответить на этот вопрос. Целью этих испытаний была безопасность конструкций космических и воздушных летательных аппаратов. (Мы же не хотим, чтобы астронавты теряли сознание при взлете ракеты.) Горизонтальное ускорение - рывок в бок - оказывает отрицательное влияние на наши внутренности, из-за асимметричности воздействующих сил. Согласно недавно опубликованной в журнале "Popular Science" статье, горизонтальное ускорение величиной в 14 g способно оторвать наши органы друг от друга. Ускорение вдоль тела в направлении головы может сместить всю кровь к ногам. Такое вертикальное ускорение величиной от 4 до 8 g лишит вас сознания. (1 g - это та сила тяжести, которую мы ощущаем на земной поверхности, в 14 g - эта сила тяжести на планете, в 14 раз массивнее нашей.)
Ускорение, направленное вперед или назад, является наиболее благоприятным для тела, так как при этом и голова и сердце ускоряются одинаково. Проведенные военными в 1940-х и в 1950-х годах эксперименты по "торможению человека" (в которые, в сущности, использовались ракетные салазки, двигающиеся по всей базе ВВС "Edwards" в Калифорнии), показали, что мы можем тормозить с ускорением 45 g, и при этом остаться в живых, чтобы рассказать об этом. При таком торможении, двигаясь со скоростью выше 1000 км в час, вы можете остановиться за доли секунды, проехав несколько сотен футов. При торможении в 50 g, мы, по оценкам специалистов, мы, вероятно, превратимся в мешок с отдельными органами.
Какие изменения окружающей среды мы способны выдержать?
Разные люди способны выдержать различные изменения привычных атмосферных условий, независимо от того, будь то изменение температуры, давления, или содержания кислорода в воздухе. Пределы выживания также связаны с тем, насколько медленно происходят изменения окружающей среды, поскольку наш организм способен постепенно настраивать потребление кислорода, и изменять метаболизм в ответ на экстремальные условия. Но, тем не менее, можно приблизительно оценить, что мы способны выдержать.
Большинство людей начинает страдать от перегрева через 10 минут нахождения в крайне влажной и жаркой среде (60 градусов по Цельсию). Установить границы смерти от охлаждения сложнее. Человек обычно умирает, когда температура его тела падает до 21 градуса по Цельсию. Но сколько времени для этого требуется, зависит от того, насколько человек "привычен к холоду", и проявился ли загадочная, латентная форма "зимней спячки", которая, как известно, иногда имеет место.
Границы выживания гораздо лучше установлены для долговременного комфорта. По данным отчета НАСА за 1958 год, люди могут неопределенного долго жить в окружающей среде, температура которой находится в пределах от 4 до 35 градусов по Цельсию, при условии, что последняя температура приходится на относительную влажность не более 50 процентов. При меньшей влажности максимальная температура увеличивается, так как меньшее количество влаги в воздухе облегчает процесс потения, и тем самым, охлаждения тела.
Как можно судить из научно-фантастических фильмов, в которых шлем астронавта открывается вне космического корабля, мы не способны долго продержаться при очень низких уровнях давления или кислорода. При нормальном атмосферном давлении, воздух содержит 21 процент кислорода. Мы умрем от удушья, если концентрация кислорода опустится ниже 11 процентов. Слишком большая концентрация кислорода также убивает, постепенно вызывая воспаление легких в течение нескольких дней.
Мы теряем сознание, когда давление падает ниже 57 процентов атмосферного давления, что соответствует подъему на высоту 4500 метра. Альпинисты способны подниматься на более высокие горы, поскольку их организм постепенно приспосабливается к снижению количества кислорода, но никто не сможет прожить достаточно долго без кислородных баллонов на высоте более 7900 метров.
Это около 8 километров вверх. А до границы известной вселенной остается еще почти 46 миллиардов световых лет.
Наталия Волховер (Natalie Wolchover)
"Маленьките загадки жизни" (Life"s Little Mysteries)
август 2012
Перевод: Гусев Александр Владимирович