Способы повышения устойчивости организма к ускорениям

Повышение переносимости ускорений, хотя бы на небольшую величину, имеет большое практическое значение. Современный самолет за одну секунду перемещается на 200—300 м и более. Если летчик выполняет маневр близко от земли или в строю, а тем более участвует в воздушном бою, даже кратковременное нарушение его работоспособности может иметь непоправимые последствия.

Необходимо также учитывать, что нарушения зрения не всегда совпадают по времени с наибольшей величиной ускорения. Летчики это замечают, например, при выходе из пикирования, на петле Нестерова и при других маневрах самолета (рис. 53). Такое явление объясняется, с одной стороны, инерцией массы крови, не сразу поддающейся воздействию ускорения, а с другой стороны — противодействием компенсаторных механизмов организма, направленных на предотвращение возникающих нарушений в его функциях.

Рис. 53. Моменты нарушения зрения (заштриховано): 1 — при выходе из пикирования; 2 — на вираже; 3 — на петле Нестерова

Маневренность самолета может быть использована в полной мере лишь в том случае, если предельные перегрузки, переносимые летчиком, будут не меньше допустимых для данного самолета.

Уже давно отмечено, что при систематической тренировке под контролем врача устойчивость организма к действию ускорений повышается.

В организме имеется большое количество нервных механизмов, регулирующих кровообращение. Они включаются в действие при изменениях кровообращения под влиянием различных факторов, в том числе и при воздействии ускорений. Одним из таких механизмов является, например, синокаротидная зона, расположенная в месте разветвления общей сонной артерии, в области шеи. На внутренней стенке сонной артерии находятся нервные окончания, воспринимающие изменения давления крови. Импульсы от этих нервных окончаний передаются в центральную нервную систему, информируя ее об изменениях давления крови в сонной артерии.

В зависимости от потребностей в кровоснабжении какой-либо части организма из центральной нервной системы направляются импульсы, изменяющие давление крови в сосудах в ту или другую сторону и перераспределяющие кровоток в организме.

Механизмов, подобных синокаротидному, в кровеносной системе организма много. Все они поддерживают необходимое давление крови в сосудах, предотвращая тем самым нарушение кровообращения при ускорениях. Конечно, такая компенсация не является беспредельной.

Компенсация нарушений в кровообращении, вызываемых ускорениями, обычно происходит не сразу. Однако постепенной тренировкой достигается образование новых условно-рефлекторных связей в центральной нервной системе (коре головного мозга), в результате чего механизмы, регулирующие кровообращение, включаются в действие все раньше и раньше. В конце концов расстройство кровообращения начинает предупреждаться уже в самом начале воздействия ускорений.

Для тренировок в сопротивляемости организма к ускорениям применяются центрифуги легкого типа (рис. 54), подкидные сетки, лопинги и т. п. В результате тренировок удается повысить сопротивляемость организма к ускорениям на 1-2 g. Примерно такое же повышение выносливости организма наступает и при постепенном увеличении ускорений, возникающих в полетах при маневрах самолета.

Рис. 54. Схематический вид тренировочной центрифуги

Повышению переносимости ускорений способствуют сокращения мышц в момент воздействия ускорений, особенно мышц брюшного пресса. Напряжение брюшного пресса противодействует смещению внутренних органов, уменьшая связанные с этим болезненные ощущения. Одновременно создается некоторое препятствие перераспределению массы крови в нижнюю часть тела, что облегчает деятельность кровообращения при ускорениях.

Таким образом, развитие мышц тела является одним из факторов, повышающих переносимость ускорений. Быстрые переходы из вертикального положения в горизонтальное и обратно также являются эффективными для повышения выносливости к ускорениям. Этому же способствуют и водные процедуры (душ, плавание). Необходимо лишь иметь в виду, что занятие каким-либо одним видом спорта, даже при наличии значительных достижений в нем, не дает преимущества в выносливости к ускорениям. Только систематическая и разносторонняя физическая подготовка может дать положительные результаты в переносимости ускорений.

Известно, какое внимание уделялось и уделяется в нашей стране физической подготовке летчиков и космонавтов.

«Физическая тренировка группы космонавтов, — писала «Правда» от 25 апреля 1961 г., — складывалась из плановых занятий и утренней зарядки. Плановые занятия проводились с учетом индивидуальных особенностей физического развития каждого космонавта. Утренняя зарядка проводилась ежедневно в течение часа и имела целью общефизическую подготовку. Занятия физкультурой были направлены на повышение устойчивости организма к действиям ускорений, выработку и совершенствование навыков свободного владения телом в пространстве, повышение способности переносить длительные физические напряжения.

Физическая тренировка проводилась под постоянным врачебным наблюдением и сочетала специально подобранные гимнастические упражнения, игры, прыжки в воду, плавание и упражнения на специальных снарядах.»

Программа непосредственной подготовки космонавтов к космическому полету включала и такой элемент, как испытание на центрифуге в скафандре при максимальных значениях ожидаемых перегрузок.

В испытаниях на центрифуге исследовалась устойчивость к радиальным ускорениям. Установлено, что устойчивость к радиальным ускорениям повышается при изменении позы человека.

Так, например, в положении сидя при ускорении 5 g иногда наступает потемнение в глазах. Стоит переменить позу - скорчиться (рис. 55), как испытуемый уже не испытывает неприятных ощущений даже при шести — семикратных перегрузках. Это объясняется тем, что в новом положении улучшаются условия движения крови в бедрах и уменьшается расстояние от сердца до головного мозга, что уменьшает нагрузку на сердечную мышцу, создавая больше резервов для обеспечения мозгового кровообращения. Кроме того, указанная поза улучшает условия фиксации внутренних органов благодаря их некоторому сжатию.

Рис. 55. К объяснению зависимости эффекта действия ускорений от положения тела

Для повышения способности летчиков переносить длительные перегрузки предлагались различные способы. Например, предлагалось применить пилотирование самолета при лежачем положении летчика или в момент появления перегрузок изменять наклон спинки сиденья (рис. 56).

Рис. 66. Схематический вид головной части ракеты с космонавтами (проект «Меркурий» — США)

В имеющихся проектах кабин для космических полетов предусматривается лежачее положение космонавта, при котором перегрузки действуют перпендикулярно оси гола. Как известно, па корабле-спутнике «Восток» катапультируемое кресло космонавта было установлено таким образом, чтобы перегрузки на участке выведения и на участке спуска действовали на космонавта в наиболее благоприятном направлении (грудь — спина).

Из защитных мер, применяемых летчиками во время действия ускорений, необходимо указать на форсированный выдох через суженную голосовую щель, сопровождаемый громким криком. В итоге создается повышенное внутригрудное и внутрибрюшное давление с увеличением напряжения мышц брюшного пресса. Как отмечают летчики, подобный прием помогает выдерживать несколько большие перегрузки.

Имеются и медикаментозные средства, повышающие выносливость к ускорениям. К числу их относится, например, эфедрин, экстракт задней доли мозгового придатка (гипофиза), углекислый газ и др. Однако подобные средства не нашли практического применения в летной практике и используются лишь в исследовательских целях, при изучении влияния ускорений в опытах на центрифугах.

Дальнейшее развитие противоперегрузочных устройств шло по линии создания специальных костюмов.

В 1940—1941 гг. в ряде стран были созданы образцы противоперегрузочных костюмов пневматического типа, явившиеся прототипом ныне существующих образцов.

Отечественный образец такого костюма (ППК-1) является типичным, хорошо зарекомендовавшим себя средством повышения выносливости к действию ускорений.

Принцип действия костюма заключается в передаче давления на тело человека при заполнении воздухом камер костюма. Камеры располагаются на животе, бедрах и голенях летчика (рис. 57), все они соединены между собой и имеют общий шланг для наполнения их воздухом. Воздух в камеры подается автоматом по определенному закону соответственно величине ускорения в каждый данный момент.

Рис. 57. Противоперегрузочный костюм (вид сзади)

Условием, повышающим эффективность противоперегрузочного костюма, является хорошая его подгонка по размерам тела и предварительное ознакомление летчика с ощущениями, возникающими от давления в камерах. Противоперегрузочный костюм повышает выносливость к действию ускорений на величину порядка 2 g.

Эффективность костюма основана на усилении деятельности естественных механизмов организма, противодействующих неблагоприятному влиянию ускорений. Сказанное относится к улучшению фиксации внутренних органов, к созданию дополнительного противодействия инерционному смещению крови в нижнюю половину тела, к улучшению условий возврата венозной крови к сердцу из нижней половины тела, включая сюда и ноги. В итоге противоперегрузочный костюм повышает уровень кровоснабжения головного мозга, снижающийся при действии ускорений без костюма.

Применение противоперегрузочного костюма снижает повышенный уровень потребления организмом кислорода, что очень важно в условиях высотных полетов, а также снижает расход энергии, вызываемый воздействием ускорений. Для непосредственной практики летчика-истребителя большое значение имеют данные, характеризующие возможность уменьшения времени на выполнение маневра самолета при применении противоперегрузочного костюма.

Современный противоперегрузочный костюм наряду с положительными качествами, обладает и некоторыми недостатками. Вот почему в лабораториях ученых продолжаются изыскания по дальнейшему усовершенствованию противоперегрузочных устройств.

Одним из мероприятий, имеющих перспективы практического осуществления для повышения выносливости человека к действию ускорений, является помещение тела в жидкость. Подобный способ описан еще К. Э. Циолковским, предлагавшим помещать тело в жидкость одинаковой с ним плотности. Необходимо отметить, что подобная защита организма от ускорений достаточно широко распространена в природе. Так защищен зародыш в яйце, подобным же образом предохраняется плод в утробе матери. Для демонстрации своего опыта К. Э. Циолковский помещал куриное яйцо в банку с соленым раствором и сбрасывал ее с высоты. Яйцо при этом не разбивалось (рис. 58).

Рис. 68. Опыт по установлению защитной роли жидкости. Вверху слева сброс яйца без защиты, справа — яйца, погруженного в стакан с водой; внизу слева — остатки разбитого яйца, справа — остатки разбитого стакана, яйцо невредимо

В настоящее время имеются данные о проведенных опытах с рыбами и лягушками. Помещенные в воду рыбы, лягушки выдерживали ускорения ударного характера величиной 1000 и больше. Аналогичные опыты проводились и с человеком (рис. 59, 60); при вращении на центрифуге человек подвергался ускорениям намного большим, чем ускорения, переносимые без защиты водой. Возможно, что в необходимых случаях, особенно при осуществлении космических полетов человека за пределы солнечной системы, защита организма жидкостью окажется целесообразной наряду с другими мерами защиты против ускорений.

Рис. 59. Устройство для частичной защиты человека водой от действия ускорений (США)

Рис. 60. Капсула для размещения в ней человека во время исследований по установлению защиты водой от действия ускорений (США)

Рассмотрим меры, предотвращающие отрицательное воздействие перегрузок при парашютных прыжках и катапультировании.

Для уменьшения перегрузки, возникающей при раскрытии парашюта, необходимо выбирать наиболее выгодный момент его раскрытия. Если скорость самолета больше, чем скорость свободного падения тела на данной высоте, то для погашения скорости парашютиста следует выполнять затяжной прыжок. Разумеется, что при этом необходимо учитывать безопасную высоту раскрытия парашюта. При небольшом расстоянии до земли нельзя рассчитывать на сколько-нибудь длительную задержку раскрытия парашюта.

После того как выдернуто кольцо, надо сразу же напрячь мышцы тела. Это предохраняет от непроизвольных движений рук, ног и головы в момент наполнения купола парашюта. Кроме того, напряжение мышц живота помогает фиксации внутренних органов.

Приземление с парашютом на мягкий грунт при соблюдении правил приземления не вызывает неприятных ощущений от перегрузки. Под тяжестью парашютиста мягкий грунт оседает, вследствие чего увеличивается время торможения и уменьшается перегрузка. Опытные парашютисты с той же целью применяют мягкие (резиновые) стельки, вкладываемые в обувь.

При приземлении на твердый грунт величина ускорений увеличивается, так как время торможения приземляющегося парашютиста уменьшается. При этом рекомендуется немного согнуть ноги в коленных суставах. При приземлении на выпрямленные ноги толчок о землю не поглощается должным образом. С той же целью при приземлении следует держать ноги сомкнутыми вместе. При приземлении с расставленными ногами нагрузка чаще всего приходится на одну ногу ввиду неровности почвы или подворачивания ноги. Приземление следует производить на всю стопу; при касании земли пятками ухудшаются амортизационные свойства ног.

Основными предупредительными мерами против ударных ускорений, возникающих при катапультировании, являются соблюдение вертикального положения тела на катапультируемом сиденье и хорошая фиксация конечностей на опорных поверхностях сиденья. Они легко отрабатываются при тренировочных наземных катапультированиях. В результате подобных тренировок человек совершенно безвредно переносит ударные ускорения порядка 18-20 g.