Главная особенность работы космонавтов на орбите связана с невесомостью. Она характеризует такое состояние человека, при котором у него возникает эффект потери веса. Она является одним из наиболее важных факторов, влияющих на возможность плодотворной деятельности человека в космическом пространстве.
Наиболее сильная реакция человеческого организма на невесомость проявляется в начальный острый период адаптации к длительной невесомости. Его продолжительность в зависимости от индивидуальных особенностей организма космонавта колеблется в пределах от одного дня до семи и более суток.
Вес человека определяется силой земного притяжения и центробежной силой от вращения человека вместе с поверхностью Земли вокруг ее собственной оси.
Так как сила притяжения Земли обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра Земли до ее поверхности, то в районе полюсов она выражена сильнее. Известно ведь, что Земля сплюснута у полюсов и человек, находящийся на полюсе, располагается ближе к центру Земли, чем тот, кто находится у экватора.
В то же время центробежная сила, направление которой противоположно силе земного притяжения, оказывается у экватора значительно больше по величине, чем вес того же тела на полюсе. Разница приблизительно в 5 %. Поэтому и космодромы стараются по возможности располагать поближе к экватору, так как требуется меньшее тяговое усилие ракет при том же полезном грузе.
Полный эффект невесомости можно получить, если поместить человека на расстояние 37000 километров над поверхностью Земли. Или в поезде, движущемуся со скоростью 8000 километров в час по экватору, или спуститься в колодец глубиной 6370 метров.
Реально невесомость наступает в космическом корабле сразу после прекращения работы двигателей при переходе к орбитальному полету. И сразу же для всех органов человека наступает период, характеризующийся чрезвычайно необычными условиями функционирования.
Ориентировка человека в пространстве обеспечивается благодаря деятельности вестибулярного аппарата, зрительного и слухового восприятия, а также информации, поступающих от чувствительных нервных окончаний кожи, сухожилий и мышц.
Вестибулярный аппарат расположен во внутреннем ухе и представляет собой отолитов прибор. Дно небольшой полости покрыто нервными чувствительными клетками, снабженными волосками, на которых как бы лежат в студенистой жидкости небольшие кристаллики солей кальция, называемых отолитами. Изменение положения головы приводит к изменению положения отолитов, и к изменению давления на нервные клетки, вызывая их возбуждение. Далее информация поступает в центральную нервную систему человека.
В состоянии невесомости отолиты прекращают давление на нервные окончания и, беспорядочно передвигаясь, так же беспорядочно воздействуют и на нервные окончания клеток.
Кожа, сухожилия, мышцы, помогавшие в земных условиях уточнить положение тела, в невесомости лишь указывают степень воздействия на тело того или иного усилия. Но они никак не подсказывают — вниз или вверх головой находится человек по отношению к Земле.
Единственным сигналом, правильно информирующим человека о положении в пространстве в данной ситуации, остается зрение. Вернее, зрение быстрее других органов приспосабливается к новым условиям. У некоторых людей в первые секунды невесомости возникают иллюзорные представления об окружающей среде, предметах, появляется чувство перевернутости, хотя на самом деле человек не менял положения своего тела. Это состояние быстро проходит, и зрение остается самым надежным и достоверным из всех органов чувств человека в невесомости. Если же человек в невесомости закроет глаза, то он полностью потеряет представление о своем положении в пространстве.
Невесомость значительно меняет и условия работы сердца. В земных условиях оно качает кровь вверх, питая кровеносные сосуды головного мозга. Вниз кровь перемещается за счет того, что существует земное притяжения, то есть за счет гидростатического давления.
В невесомости сердце продолжает свою работу, увеличивает кровяное давление, но вниз кровь не идет, так как отсутствует сила земного тяготения. В результате кровяное давление в сосудах головного мозга, особенно в начальный период появления невесомости, значительно повышается.
Внешне эти изменения в организме человека проявляются в появлении бледности лица, его одутловатости (лицо как бы распухает), изменении пульса, появлении тошноты и позывам к рвоте.
Однако есть определенные различия во взаимодействии человека с невесомостью при работе внутри космического аппарата и вне его.
Внутри космического аппарата (корабля или станции) космонавты обычно работают без скафандров, в привычной газовой атмосфере, в удобной одежде, при относительно большом просторе для свободных перемещений и при нормальном атмосферном давлении. Различать влияние невесомости на разных людей в этом случае можно разве что по времени их адаптации к условиям невесомости.
Общим для всех космонавтов является эмоциональный взрыв чувств восхищения, радости, необычности происходящего, порой даже ощущение нереальности происходящего с человеком в космическом полете.
Процесс адаптации (привыкания) организма человека к невесомости ученые делят на три фазы. В течение 1–3 суток человек частично привыкает к невесомости. В течение 4–5 суток он уже относительно устойчиво работает в условиях невесомости.
По мере дальнейшего привыкания космонавтов к невесомости их действия становятся все увереннее и увереннее. Появляется спокойствие и, четкость в движениях. Начинается период полной работоспособности. Как заявляли многие космонавты, через месяц работы на орбите они полностью входят в режим работы и могут выполнять любую по сложности научную программу или эксперимент.
Именно по причине невесомости в начальный период полета космонавтам стараются не планировать работы с большими физическими нагрузками и требующими большой точности координации движения.
Лишь настоятельная необходимость заставляет ученых планировать сложнейшую операцию стыковки практически через сутки-двое после старта. Ждать неделю на орбите не позволяют системы жизнеобеспечения и энергопитания транспортного корабля. Да и психологически ждать целую неделю до полной адаптации космонавтам было бы трудно.
Малый объем транспортного корабля и психологическая напряженность первого периода до некоторой степени снимают силу отрицательного воздействия невесомости на человека. Это вроде хорошо. Но зато эти неприятные воздействия особенно сильно начинают проявляться, когда космонавты попадают в относительно большое помещение станции и наступает невольное психологическое и физическое расслабление после удачной стыковки. Собственно по этим причинам и пришли, в конце концов, специалисты к выводу о необходимости сменяемости экипажей на орбите в среднем через три месяца. Такой срок дает в итоге самые лучшие результаты. Продление срока, если не кривить душой, для каждого космонавта приводит к усиленному накоплению усталости, для преодоления которой требуются большие психологические усилия. А это уже объективно.
Разброс сроков адаптации к невесомости зависит во многом и от индивидуальных особенностей конкретного человека. Однако науке требуются и экспериментальные полеты человека с большой продолжительностью. Космонавт медик В. Поляков пробыл на орбите за один полет 438 суток. Впору лететь на Марс.
В период наступления невесомости подвергается изменениям и мышечная система человека, так как требуемые для выполнения определенной работы мышечные усилия значительно уменьшаются по сравнению с выполнением подобной работы на Земле. Это в свою очередь может привести к атрофии мышц, особенно нижних конечностей.
Во время длительной невесомости происходит выведение из организма азота, фосфора и калия, входящих в состав мышечных тканей.
Происходит также нарушение координации движений. Усиленные занятия физкультурой по специально разработанной программе значительно снижают отрицательное воздействие и предотвращают атрофию мышц. В тоже время практически у всех космонавтов, побывавших в длительных космических полетах, после возвращения на Землю отмечалось значительное уменьшение мышечной массы (уменьшается диаметр голени, рук). Через определенное время после возвращения все приходит в норму до предполетного состояния.
В период длительной невесомости значительным изменениям подвергаются в человеческом организме процессы белкового и минерального обмена веществ. И вновь это связано с ослаблением нагрузки на скелет. Такие нарушения приводят в первую очередь к вымыванию кальция из костной ткани, особенно интенсивно в первый период полета. Это приводит при длительных полетах к значительному снижению прочности скелета, повышению его хрупкости. Следовательно, при возвращении космонавтов из длительного полета даже незначительные толчки и удары могут привести к серьезным травмам. Причем восстановление к норме в земных условиях по данному показателю происходит очень медленно.
