Мощные силы сговорились против вас - в частности, гравитация. Если объект над поверхностью Земли хочет летать свободно, он должен буквально выстрелить вверх со скоростью, превышающей 43 000 км в час. Это влечет большие денежные затраты.

Например, чтобы запустить марсоход “Любопытство” на Марс, потребовалось почти $200 миллионов. А если говорить о миссии с членами экипажа, то сумма значительно увеличится.

Сэкономить деньги поможет многоразовое использование летающих кораблей. Ракеты например, разрабатывались для многоразового использования, и как нам известно, уже есть попытки удачного приземления.

2. Полет

Лететь сквозь космос легко. Это - вакуум, в конце концов; ничто не замедляет вас. Но при старте ракеты возникают сложности. Чем больше масса объекта, тем больше силы нужно, чтобы переместить его, и ракеты имеют огромную массу.

Химическое ракетное топливо отлично подходит для первоначального ускорения, но драгоценный керосин сгорает за считанные минуты. Импульсное ускорение позволит долететь до Юпитера за 5-7 лет. Это чертовски много фильмов в полете. Нам нужен радикальный новый метод для развития скорости полета.

Поздравляем! Вы успешно запустили ракету на орбиту. Но прежде чем вы вырветесь в космос, откуда не возьмись появится обломок старого спутника и врежется в ваш топливный бак. Все, ракеты больше нет.

Это проблема космического мусора, и это очень реально. “Американская Сеть Наблюдения” за космическим пространством обнаружила 17,000 объектов - каждый, размером с мяч - мчащийся вокруг Земли на скоростях больше чем 28 000 км в час; и еще почти 500,000 обломков размером менее 10 см. Адаптеры запуска, крышки для объективов, даже пятно краски могут пробить воронку в критических системах.

Щиты Уиппла - слои металла и кевлара - могут защитить от крохотных частей, но ничто не может спасти вас от целого спутника. Их насчитывается около 4000 на орбите Земли, большинство погибших в воздухе. Управление полетом помогает избежать опасных путей, но не идеально.

Вытолкнуть их из орбиты не реалистично - это займет целую миссию, чтобы избавиться лишь от одного мертвого спутника. Так что теперь все спутники будут падать с орбиты самостоятельно. Они будут выбрасывать за борт дополнительное топливо, а затем использовать ракетные ускорители или солнечный парус, чтобы направиться вниз к Земле и сгореть в атмосфере.

4. Навигация

“Сеть Открытого космоса”, антенны в Калифорнии, Австралии, и Испании, являются единственным навигационным инструментом для космоса. Все, что запускается в космос – от спутников студенческих проектов до зонда “Новые горизонты”, блуждающего через Пояс Копейра, зависит от них.

Но с большим количеством миссий, сеть становится переполненной. Коммутатор часто занят. Так что в ближайшем будущем, НАСА работает над тем, чтобы облегчить нагрузку. Атомные часы на самих кораблях сократят время передачи в половину, позволяя вычислять расстояния с единственной передачей информации из космоса. И увеличение пропускной способности лазеров будет обрабатывать большие пакеты данных, таких как фотографии или видео-сообщения.

Но чем дальше ракеты отдаляются от Земли, тем менее надежным становится этот метод. Конечно, радиоволны путешествуют со скоростью света, но передачи в глубокий космос по-прежнему занимают несколько часов. И звезды могут указать вам направление, но они слишком далеко, чтобы указать вам, где вы находитесь.

Эксперт по навигации открытого космоса Джозеф Гинн хочет проектировать автономную систему для будущих миссий, которая собрала бы изображения целей и соседних объектов и использовала бы их относительное местоположение, чтобы разбить на треугольники координат космического корабля, не требующее никакого наземного управления.

Это будет как GPS на Земле. Вы ставите GPS приемник на свое авто и проблема решена.

5. Радиация

Вне безопасного кокона атмосферы Земли и магнитного поля, вас ждет космическая радиация, и это смертельно. Кроме рака, это может также вызвать катаракту и возможно болезнь Альцгеймера.

Когда субатомные частицы стучат в атомы алюминия, из которого сделан корпус космического корабля, их ядра взрываются, испуская еще больше сверхбыстрых частиц, называемых вторичной радиацией.

Решение проблемы? Одно слово: пластик. Он легкий и крепкий, и он полон водородных атомов, маленькие ядра которых не производят много вторичной радиации. НАСА тестирует пластик, который сможет смягчить радиацию в космических кораблях или космических скафандрах.

Или как насчет этого слова: магниты. Ученые на космическом радиационном проекте “Щит Сверхпроводимости” работают над диборидом магния – сверхпроводник, который отклонил бы заряженные частицы далеко от судна.

6. Еда и вода

В августе прошлого года астронавты на ISS съели несколько листьев салата, который они вырастили в космосе, впервые. Но крупномасштабное озеленение в нулевой гравитации – это сложно. Вода плавает вокруг в пузырях вместо того, чтобы сочиться через почву, поэтому, инженеры изобрели керамические трубы, чтобы направлять воду вниз к корням растений.

Некоторые овощи уже довольно космически-эффективны, но ученые работают над генетически модифицированной карликовой сливой, высотой меньше метра. Белки, жиры и углеводы могут восполнятся за счет более разнообразного урожая - как картофель и арахис.

Но все это будет зря, если вы исчерпаете всю воду. (На ISS системе переработки мочи и воды необходим периодический ремонт, и межпланетные экипажи не смогут рассчитывать на доукомплектование новых частей.) ГМО здесь тоже могут помочь. Майкл Флинн, инженер научно-исследовательского центра НАСА, работает над водным фильтром, сделанным из генетически модифицированных бактерий. Он сравнил это с тем, как тонкий кишечник перерабатывает то, что вы пьете. В основном вы – система рециркуляции воды, со сроком полезного использования 75 или 80 лет.

7. Мышцы и кости

Невесомость разрушает тело: определенные иммунные клетки не в состоянии выполнять свою работу, а эритроциты взрываются. Это способствует появлению камней в почках и делает ваше сердце ленивым.

Астронавты на ISS тренируются, чтобы бороться с атрофией мышц и потерей костной массы, но они все еще теряют массу кости в космосе, и те циклы вращения невесомости не помогают другим проблемам. Искусственная гравитация исправила бы все это.

В своей лаборатории в массачусетском технологическом институте, бывший астронавт Лоуренс Янг проводит испытания на центрифуге: испытуемые лежат на боку на платформе и вращают ногами педали на стационарном колесе, а вся конструкция постепенно раскручивается вокруг своей оси. Результирующая сила воздействует на ноги космонавтов, отдалённо напоминая гравитационное воздействие.

Тренажёр Янга слишком ограничен, его можно использовать использовать больше часа или два в день, для постоянной гравитации, целый космический корабль должен будет стать центрифугой.

8. Психическое здоровье

Когда у человека случается инсульт или сердечный приступ, врачи иногда понижают температуру пациента, замедляя их метаболизм, чтобы уменьшить повреждение от отсутствия кислорода. Это – уловка, которая могла бы работать и для астронавтов. Межпланетное путешествие в течение года (как минимум) , проживание в тесном космическом корабле с плохой едой и нулевой частной жизнью - рецепт для космического безумия.

Вот почему Джон Брэдфорд говорит, что мы должны спать во время космического путешествия. Президент проектной фирмы SpaceWorks и соавтор отчета для НАСА на длинных миссиях, Брэдфорд считает, что криогенная заморозка экипажа сократит расходы еды, воды, и сохранит команду от психического расстройства.

9. Посадка

Планета, привет! Вы были в космосе в течение многих месяцев или даже несколько лет. Далекий мир наконец виднеется через ваш иллюминатор. Все, что вы должны сделать – приземлиться. Но вы кренитесь через лишенное трения пространство со скоростью 200,000 миль в час. О, да, и еще есть гравитация планеты.

Проблема приземления все еще одна из самых актуальных, которую предстоит решить инженерам. Вспомните неудачную на Марс.

10. Ресурсы

Когда космические корабли отправятся в долгое путешествие, они возьмут с собой запасы с Земли. Но вы не можете взять с собой все. Семена, кислородные генераторы, возможно несколько машин для строительства инфраструктуры. Но поселенцы должны будут сделать все остальное сами.

К счастью космос не совсем бесплоден. “У каждой планеты есть все химические элементы, хотя концентрации отличаются”, говорит Иэн Кроуфорд, планетарный ученый из Биркбека, Лондонского университета. У луны есть много алюминия. У Марса есть кварц и окись железа. Соседние астероиды – большой источник углеродных и платиновых руд - и воды, как только первопроходцы выяснят, как взорвать материю в космосе. Если взрыватели и бурильщики слишком тяжелы, чтоб взять их на корабль, они должны будут извлечь ископаемые другими методами: таяние, магниты или переваривающие металл микробы. И НАСА изучает процесс 3D печати, чтобы напечатать целые здания - и не будет никакой потребности импортировать специальное оборудование.

11. Исследование

Собаки помогли людям колонизировать Землю, но они не выжили бы на . Чтобы распространиться в новом мире, нам будет нужен новый лучший друг: робот.

Колонизация планеты требует много трудной работы, и роботы могут весь день рыть, не имея необходимость есть или дышать. Текущие прототипы - большие и громоздкие, они с трудом передвигаются по земле. Таким образом, роботы должны быть не похожи на нас, это может быть лёгкий управляемый бот с клешнями в форме экскаваторного ковша, разработанный НАСА, чтобы вырыть лед на Марсе.

Однако, если работа требует ловкости и точности, то тут не обойтись без человеческих пальцев. Сегодняшний космический скафандр разработан для невесомости, а не для пеших прогулок по экзопланете. У прототипа НАСА Z-2 есть гибкие суставы и шлем, который дает четкое представление о любой тонкой фиксации потребностей проводки.

12. Космос огромен

Самой быстрой вещью, которую когда-либо строили люди, является зонд по имени Гелиос 2. Он уже не функционирует, но если бы в космосе был звук, то вы услышали бы его крик, поскольку он до сих пор вращается вокруг солнца на скоростях больше чем 157,000 миль в час. Это почти в 100 раз быстрее, чем пуля, но даже в при такой скорости потребовалось бы приблизительно 19,000 лет, чтобы достигнуть ближайшую к нам звезду – Альфа Центавра. Во время такого длительного полета сменилось бы тысячи поколений. И вряд ли кто-то мечтает умереть от старости в космическом корабле.

Чтобы победить время нам нужна энергия – очень много энергии. Возможно вы могли бы добыть на Юпитере достаточное количества гелия 3 для термоядерного синтеза (после того, как изобретем термоядерные двигатели, конечно же). Теоретически, околосветовых скоростей можно добиться с помощью энергии аннигиляции материи и антивещества, но заниматься подобным на Земле – опасно.

“Вы никогда не хотели бы делать это на Земле”, говорит Ле Джонсон, техник НАСА, который работает над сумасшедшими идеями звездолета. “Если вы сделаете это в открытом космосе, и что-то пойдет не так, вы не разрушаете континент”. Слишком сильно? Как насчет солнечной энергии? Все, что вам потребуется – это парус, размером с Техас.

Намного более изящное решение взломать исходный код вселенной - с помощью физики. Теоретический двигатель Мигеля Алькубьерре сжал бы пространство-время перед вашим кораблем и расширил бы позади него, так вы могли бы перемещаться скоростью, превышающую скорость света.

Человечеству будут нужны еще несколько Эйнштейнов, работающих в местах как Большой Адронный Коллайдер, чтобы распутать все теоретические узлы. Вполне возможно, что мы сделаем некоторое открытие, которое изменит все, но этот прорыв вряд ли спасет сложившуюся ситуацию. Если вы хотите больше открытий, вы должны вкладывать в них большие деньги.

13. Есть только одна Земля

Пара десятилетий назад, научно-фантастический автор Ким Стэнли Робинсон изобразил схематически будущую утопию на Марсе, построенном учеными из перенаселенной, перенапрягшей Земли. Его “Марсианская трилогия” сделала мощный толчок для колонизации . Но, на самом деле, кроме науки, почему мы стремимся в космос?

Потребность исследовать заложена в наши гены, это единственный аргумент - первопроходческий дух и желание узнать свое предназначение. “Несколько лет назад мечты о покорении космоса занимали наше воображение, - вспоминает сотрудник NASA, астроном Хайди Хаммел. - Мы говорили на языке отважных покорителей космоса, но всё изменилось после того, как станция «Новые горизонты» в июле 2015 года. Перед нами открылось всё многообразие миров Солнечной системы».

А что же с судьбой и предназначением человечества? Историки знают лучше. Расширение Запада было захватом земли, и великие исследователи были главным образом в нем ради ресурсов или сокровищ. Человеческая охота к перемене мест выражается только в обслуживании политического или экономического желания.

Конечно, нависшее разрушение Земли может быть стимулом. Исчерпайте ресурсы планеты, измените климат, и космос станет единственной надеждой на выживание.

Но это опасный ход мыслей. Это создает моральную опасность. Люди думают, что если мы , то можем начать с чистого листа где-нибудь на Марсе. Это неправильное суждение.

Насколько нам известно, Земля – единственное пригодное для жилья место в известной нам Вселенной. И если мы собираемся покинуть эту планету, то это должно быть нашим желанием, а не следствием безвыходного положения.

Так или иначе, жизнь на нашей планете обязана своим возникновением сочетанию космических и планетарных условий, а теперь она в результате долгой эволюции и в лице своего представителя, человека, сама выходит непосредственно во Вселенную. Такова, видимо, закономерность развития жизни, относящаяся уже не к прошлому, а к будущему. Космос, планета и снова космос - вот вселенский цикл жизни, демонстрируемый ныне человечеством. Рожденная на Земле жизнь, выходя за пределы планеты, тем самым обнаруживает свою космическую устремленность. Таково «эволюционное» значение переживаемого нами космического века.

Земные микроорганизмы можно встретить на высоте до 100 километров. Этот рубеж обозначает предел естественной экспансии земной жизни в сторону космического пространства. Однако человек с помощью ракетно-космической техники, то есть «искусственно», не только сам выходит в космос, но и берет с собой животных и растения. Вначале (и это совершается уже теперь) исследуется воздействие условий космического полета на представителей земной жизни, а в перспективе предстоит освоение нового жизненного пространства, его обживание.

Цели биологических опытов в космосе многоплановы, они служат решению таких практических задач космонавтики, как определение степени опасности орбитального полета для живого существа (включая, разумеется, и самого человека), определение и создание возможности включать растения в систему жизнеобеспечения, использовать их в космических рейсах в качестве поглотителей углекислого газа, поставщиков кислорода и продуктов питания. Кроме того, космические биоэксперименты имеют фундаментальное научное значение. Они, например, помогают выяснить влияние радиации и невесомости на один из таинственных механизмов живого - генетический код, на «запись» наследственных признаков, передаваемых от родителей к детям, от одного живого организма к другому.

Безусловно, важны и для практики, и для науки также исследования поведения организмов, находящихся в длительном состоянии невесомости. В земных условиях такое состояние можно лишь имитировать (скажем, тренировки космонавтов в скафандрах в водной среде) или частично создать всего на несколько минут (тренировки в круто снижающемся, «падающем» самолете). Ученые считают, что, познав реакцию живого на невесомость, можно экспериментально выявить роль гравитации в зарождении и становлении жизни на Земле, то есть решить важнейшую научную и мировоззренческую проблему - проверить ту самую космологическую гипотезу о гравитации как определителе главных этапов развития жизни, о которой мы говорили.

Биологические эксперименты в космосе - дело тонкое и весьма специфическое. Начнем с того, что часто такие опыты проводятся без непосредственного участия исследователей, на автоматических спутниках. Для этого применяется сложное и в то же время максимально легкое и компактное оборудование – таково непременное требование выведения на орбиту полезного груза. Для высших животных, например, создаются автоматические системы, поставляющие кислород для дыхания, пищу и питье, удаляющие отходы жизнедеятельности. Первым живым существом, покинувшим планету, была собака Лайка, запущенная в 1957 году на втором советском спутнике спустя месяц после запуска знаменитого первого Спутника. Собаки запускались и после, возвращаясь уже живыми и здоровыми. А в 1983 и 1985 годах в космос летали и тоже благополучно возвращались на Землю обезьяны.

В пилотируемые полеты космонавты пока не берут с собой высших животных. Сложны и очень трудны космические эксперименты на живом материале. В корабле, с его невесомостью, не разложишь на столе инструменты, подопытных животных или даже растения, не расставишь баночки с питательным, проращивающим и фиксирующим растворами. Не успеешь оглянуться, как все это окажется в воздухе, разлетится по отсеку. И это не только срыв опыта, но и угроза всей программе полета, а может быть, и здоровью членов экипажа. Взвешенные в воздухе мельчайшие капли жидкости могут попасть в дыхательные пути человека, нарушить работу сложной аппаратуры. Да и не все вещества здесь можно держать в открытых сосудах. Те, которые даже в малой степени вредны человеку (а с такими веществами биологам нередко приходится иметь дело), требуют строгой герметизации. К этому надо добавить, что работа космонавтов даже в длительных, многомесячных полетах расписана буквально по минутам; помимо биологических, они выполняют множество других программ. Отсюда - еще одно непременное требование ко всем экспериментам: максимальная простота операций.

О том, как ученые распутывают этот клубок противоречий между задачами исследования и жесткой ограничительностью условий его проведения, как ставят интересные опыты, мы расскажем на примере экспериментов с плодовой мушкой - дрозофилой.

Эти насекомые, ветераны космобиологических исследований, стартовали в биоспутниках, в пилотируемых кораблях, совершали путешествия к Луне и обратно на автоматических аппаратах «Зонд». Содержание мушек в космосе особых хлопот не доставляет. Они не нуждаются в специальных блоках с системой жизнеобеспечения. Достаточно хорошо чувствуют они себя в обыкновенной пробирке, на дно которой налито немного питательного бульона.

На станциях «Салют» эксперименты с дрозофилой проводились в специальных термостатах при постоянной, строго контролируемой температуре. Биоконтейнер, предназначенный для опытов на развивающихся личинках и куколках, состоит из четырех пластмассовых пробирок, вставленных в гнезда прямоугольной подставки из пенопласта. Пробирки устанавливают в термостат, в котором автоматически поддерживается температура +25 градусов. Прибор этот, летавший на «Союзах» И «Салютах», легок и компактен, никаких особых действий и наблюдений в полете не требует. По завершении эксперимента, когда выращено одно поколение мушек, биоконтейнер вынимается из термостата и пересылается в очередном транспортном корабле на Землю.

Однако гораздо интереснее получить в невесомости несколько поколений дрозофил: получились бы самые настоящие «эфирные существа», если воспользоваться терминологией Циолковского, которые не только развиваются, но и рождаются в космосе. Да и не в терминологии тут дело, а в экспериментальном подтверждении одной из смелейших гипотез калужского ученого.

Для экспериментов такого рода создан другой прибор. Представляет он собой пластмассовый куб с гранью длиной около 10 сантиметров, собранный из секций с питательной средой и дверками между ними. В Полете космонавты вынимают в нужное время этот куб из термостата и открывают насекомым, находящимся в первой секции, доступ во вторую. Мушки откладывают на новой «жилплощади» яички, давая жизнь следующему поколению. Из таких яичек выходят уже чисто космические личинки. Они, в свою очередь, превращаются в куколок, затем в мух, которые переводятся в следующий отсек прибора и там выводят очередное космическое потомство.

Именно так и происходило в действительности. Живые существа, пусть пока только мухи-дрозофилы, способны жить и размножаться вне Земли. Этот важный и многообещающий вывод, сделанный на основе космического эксперимента, доказывает, что жизнь и космос друг другу не противопоказаны.

Вторая половина XX в. ознаменовалась не только проведением теоретических исследований по изысканию путей освоения космического пространства, но и практическим созданием и запуском автоматических аппаратов на околоземные орбиты и на другие планеты, первым полетом человека в космос и длительными полетами на орбитальных станциях, высадкой человека на поверхность Луны. Теоретические исследования в области космической техники и конструирования управляемых летательных аппаратов резко стимулировали развитие многих наук, в том числе новой отрасли знаний - космической медицины.

Основными задачами космической медицины являются следующие:

исследование влияний условий космического полета на организм человека, включая изучение феноменологии и механизмов возникновения сдвигов физиологических показателей в космическом полете;

разработка методов отбора и подготовки космонавтов;

Космическая медицина в своем историческом развитии прошла путь от моделирования факторов космического полета в лабораторных условиях и при полетах животных на ракетах и спутниках до исследований, связанных с длительными полетами орбитальных станций и полетами международных экипажей.

В становлении и развитии космической биологии и медицины в СССР важное значение имели труды основоположников космонавтики К. Э. Циолковского, Ф. А. Цандера и других, сформулировавших ряд биологических проблем, разрешение которых должно было явиться необходимой предпосылкой для освоения человеком космического пространства. Теоретические аспекты космической биологии и медицины зиждется на классических положениях таких основоположников естествознания, как И. М. Сеченов, К. А. Тимирязев, И. П. Павлов, В. В. Докучаев, Л. А. Орбели и других, в трудах которых красной нитью отражено учение о взаимодействии организма и внешней среды, разработаны принципиальные вопросы приспособления организма к изменяющимся условиям внешней среды.

Большую роль для формирования ряда положений и разделов космической медицины сыграли работы, выполненные в области авиационной медицины, а также исследования, проведенные на биофизических ракетах и космических кораблях в 50-60-х годах.

Практическое освоение космического пространства с помощью пилотируемых полетов началось с исторического полета Ю. А. Гагарина, первого в мире космонавта, совершенного 12 апреля 1961 г. на корабле «Восток». Все мы помним его простую человеческую фразу. «Поехали», произнесенную во время старта космического корабля «Восток», В этой фразе лаконично и в то же время достаточно емко охарактеризовалось величайшее достижение человечества. Помимо всего прочего, полет Ю. А. Гагарина был экзаменом на зрелость как космонавтики в целом, так и космической медицины в частности.

Медико-биологические исследования, проведенные до этого полета, и разработанная на их основе система жизнеобеспечения обеспечили нормальные условия обитания в кабине космического корабля, необходимые космонавту для выполнения полета. Созданная к этому времени система отбора и подготовки космонавтов, система биотелеметрического контроля за состоянием и работоспособностью человека в полете и гигиеническими параметрами кабины определили возможность и безопасность полета.

Однако вся предшествующая работа, все многочисленные полеты животных на космических кораблях не могли ответить на некоторые вопросы, связанные с полетом человека. Так, например, до полета Ю. А. Гагарина не было известно, как условия невесомости влияют на чисто человеческие функции: мышление, память, координацию движений, восприятие окружающего мира и другое. Только полет первого человека в космос показал, что эти функции не претерпевают существенных изменений в невесомости. Вот почему Ю. А. Гагарина во всем мире называют первооткрывателем «звездных дорог», человеком, проложившим путь всем последующим пилотируемым полетам.

За 20 лет, прошедших с полета Ю. А. Гагарина, человечество неуклонно и всесторонне продолжало осваивать космическое пространство. И в связи с этим славным юбилеем представляется удобный случай не только проанализировать сегодняшние достижения космической медицины, но и сделать исторический экскурс в прошедшее и предшествующее ему десятилетия.

Космические полеты на всем своем развитии можно условно разделить на несколько этапов. Первый этап - это подготовка полета человека в космическое пространство, он охватывал значительный период времени. Его сопровождали такие исследования, как: 1) обобщение данных физиологии и авиационной медицины, изучавших влияние неблагоприятных факторов внешней среды на организм животных и человека; 2) проведение многочисленных лабораторных исследований, в которых имитировались некоторые факторы космического полета и исследовалось их влияние на человеческий организм; 3) специально подготовленные эксперименты на животных при полетах на ракетах в верхние слои атмосферы, а также во время орбитальных полетов на искусственных спутниках Земли.

Основные тогда задачи были направлены на изучение вопроса о принципиальной возможности полета человека в космос и решение проблемы создания систем, обеспечивающих пребывание человека в кабине космического корабля во время орбитального полета. Дело в том, что в то время существовало определенное мнение ряда достаточно авторитетных ученых о несовместимости жизни человека с условиями длительной невесомости, так как при этом могли якобы возникать значительные нарушения функции дыхания и кровообращения. Кроме того, опасались, что человек мог бы не выдержать психологическую напряженность полета.

причем продолжительность невесомости в зависимости от высоты полета составляла от 4 до 10 мин. Анализ результатов этих исследований показал, что при полете на ракетах наблюдались лишь умеренные изменения физиологических показателей, проявлявшиеся в учащении пульса и увеличении артериального давления при воздействии ускорений во время взлета и посадки ракеты (с тенденцией к нормализации или даже снижению этих показателей во время пребывания в невесомости).

В целом воздействие факторов полета на ракетах не вызывало существенных нарушений физиологических функций животных. Биологические эксперименты при вертикальных запусках ракет показали, что собаки удовлетворительно переносят достаточно большие перегрузки и кратковременную невесомость.

В 1957 г. в СССР был осуществлен запуск второго искусственного спутника Земли с собакой Лайкой. Это событие имело принципиальное значение для космической медицины, поскольку впервые позволяло высокоорганизованному животному достаточно длительное время находиться в условиях невесомости. В результате была установлена удовлетворительная переносимость животным условий космического полета. Последующие эксперименты с шестью собаками во время полетов второго, третьего, четвертого и пятого советских кораблей-спутников, возвращаемых на Землю, позволили получить большой материал о реакциях основных физиологических систем организма высокоорганизованных животных (как в полете, так и на Земле, включая послеполетный период).

небольшие консервированные участки кожи кролика и человека, насекомые, черные и белые лабораторные мыши и крысы, морские свинки. Все исследования, проведенные с помощью кораблей-спутников, дали обширный экспериментальный материал, твердо убедивший ученых в безопасности полета человека (с точки зрения здоровья) в космос.

В тот же период были решены и задачи по созданию систем жизнеобеспечения космонавтов - системы подачи кислорода в кабину, удаления углекислого газа и вредных примесей, а также питания, водообеспечения, врачебного контроля и утилизации продуктов жизнедеятельности человека. В этих работах принимали самое непосредственное участие специалисты космической медицины.

Второй этап, совпавший с первым десятилетием пилотируемых полетов (1961-1970 гг.), характеризовался кратковременными космическими полетами человека (от одного витка за 108 мин до 18 сут). Он начинается с исторического полета Ю. А. Гагарина.

Результаты медико-биологических исследований, выполненных за это время, надежно доказали не только возможность пребывания человека в условиях космического полета, но и сохранение у него достаточной работоспособности при выполнении различных заданий в ограниченной по объему кабине космического корабля и при работе в безопорном пространстве вне космического корабля. Однако при этом был выявлен ряд изменений со стороны двигательной сферы, сердечно-сосудистой системы, системы крови и других систем человеческого организма.

Было также установлено, что приспособление космонавтов к обычным условиям земного существования после космических полетов длительностью, начиная с 18 сут, протекает с известными трудностями и сопровождается более выраженным напряжением регуляторных механизмов, чем приспособление космонавта к невесомости. Таким образом, при дальнейшем увеличении времени полета требовалось создать системы соответствующих профилактических средств, усовершенствовать системы медицинского контроля и разработать методики прогноза состояния членов экипажей в полете и после его завершения.

Во время пилотируемых полетов по указанным программам, наряду с медицинскими исследованиями экипажей, проводились также и биологические эксперименты. Так, на борту кораблей «Восток-3», «Восток-6», «Восход», «Восход-2», «Союз» находились такие биологические объекты, как лизогенные бактерии, хлорелла, традесканция, клетки хелла; нормальные и раковые клетки человека, сухие семена растений, черепахи.

Третий этап пилотируемых космических полетов связан с длительными полетами космонавтов на борту орбитальных станций, он совпадает с истекшим десятилетием (1971 -1980 гг.). Отличительной особенностью пилотируемых полетов на данном этапе, кроме значительной продолжительности пребывания человека в полете, является увеличение объема свободного пространства жилых помещений - от кабины космического корабля до обширных зон обитания внутри орбитальной станции. Последнее обстоятельство имело двоякое значение для космической медицины: с одной стороны, стало возможным размещать на борту станции разнообразную аппаратуру для медико-биологических исследований и средства профилактики неблагоприятного воздействия невесомости, а с другой - значительно снизить влияние на человеческий организм со стороны факторов ограничения двигательной активности - гипокинезии (т. е. связанной с малыми размерами свободного пространства).

Следует сказать, что на орбитальных станциях могут быть созданы и более комфортные условия быта, личной гигиены и т. д. А применение комплекса профилактических средств может в значительной степени сгладить неблагоприятные реакции организма на невесомость, что имеет большой положительный эффект. Однако, с другой стороны, этим самым в определенной степени сглаживаются реакции человеческого организма на невесомость, что затрудняет анализ возникающих сдвигов для различных систем организма человека, характерных для условий невесомости.

Впервые долговременная орбитальная станция («Салют») была запущена в СССР в 1971 г. В последующие годы осуществлялись пилотируемые полеты на борту орбитальных станций «Салют-3, -4, -5, -6» (причем четвертая основная экспедиция станции «Салют-6» находилась в космосе 185 сут). Многочисленные медико-биологические исследования, выполненные во время полета орбитальных станций, показали, что с увеличением продолжительности пребывания человека в космосе прогрессирования выраженности реакций организма на условия полета в целом не наблюдалось.

Применявшиеся комплексы профилактических средств обеспечили поддержание хорошего состояния здоровья и работоспособности космонавтов в таких полетах, а также способствовали сглаживанию реакций и облегчали приспособление к земным условиям в послеполетном периоде. Важно отметить, что проведенные медицинские исследования не выявили каких-либо сдвигов в организме космонавтов, препятствующих планомерному увеличению продолжительности полетов. Вместе с тем со стороны, некоторых систем организма были обнаружены функциональные изменения, которые являются предметом дальнейшего рассмотрения.

К настоящему времени космические полеты совершили уже 99 человек различных стран на борту 78 космических кораблей и 6 долговременных орбитальных станций2. Суммарное время путешествий составило около 8 человеко-лет. В СССР на 1 января 1981 г. осуществлено 46 пилотируемых космических полетов, в которых участвовало 49 советских космонавтов и 7 космонавтов из социалистических стран. Таким образом, на протяжении двух десятилетий пилотируемых космических полетов темп и масштабы проникновения человека в космическое пространство стремительно возрастали.

Далее мы рассмотрим основные результаты исследований по космической медицине, выполненных за это время. Во время космических полетов человеческий организм может подвергаться действию различных неблагоприятных факторов, которые условно можно разделить на следующие группы: 1) характеризующие космическое пространство как своеобразную физическую среду (крайне низкое барометрическое давление, отсутствие кислорода, ионизирующее излучение и т. д.); 2) обусловленные динамикой летательного аппарата (ускорение, вибрация, невесомость); 3) связанные с пребыванием космонавтов в герметической кабине космического корабля (искусственная атмосфера, особенности питания; гипокинезия и т. д.); 4) психологические особенности космического полета (эмоциональная напряженность, изоляция и т. д.).

жизнеобеспечения создает необходимые условия для жизни и работы в пространстве кабины. Исключением в этой группе факторов является космическая радиация: при некоторых солнечных вспышках уровень космической радиации может настолько увеличиться, что стенки кабины не смогут защитить космонавта от действия космических лучей.

и в том, что ученые пока еще не научились моделировать полный спектр космической радиации в условиях Земли. Это естественно создает значительные сложности в изучении биологического действия космической радиации и в разработке мер защиты.

В этом направлении проводятся различные исследования по созданию электростатической защиты космического корабля, т. е. делаются попытки создать вокруг космического корабля электромагнитное поле, которое будет отклонять заряженные частицы, не пропуская их к кабине. Большой объем работ осуществляется и в области разработки фармакохимических средств профилактики и лечения лучевых поражений.

Большинство факторов второй группы с успехом моделируется в условиях земного эксперимента и изучается уже давно (вибрация, шумы, перегрузки). Их действие на человеческий организм вполне понятно, а, следовательно, ясны и меры профилактики возможных расстройств. Наиболее важным и специфичным при космическом полете является фактор невесомости. Следует отметить, что при длительном действии он может изучаться только в условиях реального полета, поскольку в этом случае моделирование его на Земле является весьма приближенным.

Наконец, третья и четвертая группы факторов полета не столько уж и являются космическими, однако условия космического полета вносят так много своего, присущего только этому виду деятельности, что исследование возникающих при этом психологических особенностей, а также режимов труда и отдыха, психологической совместимости и других факторов представляет собой самостоятельную и весьма сложную проблему.

Совершенно очевидно, что многогранность проблем космической медицины не позволяет исчерпывающе рассмотреть все из них, и здесь мы остановимся только на некоторых таких проблемах.

Медицинский контроль и медицинские исследования в полете

В комплексе мероприятий, обеспечивающих безопасность космонавтов в полете, важная роль принадлежит медицинскому контролю, задачей которого является оценка и прогнозирование состояния здоровья членов экипажа и выдача рекомендаций на проведение профилактических и лечебных мероприятий.

Особенность медицинского контроля в космическом полете состоит в том, что «пациентами» врачей являются здоровые, физически отлично подготовленные люди. В этом случае задача медицинского контроля состоит главным образом в выявлении функциональных приспособительных изменений, которые могут возникнуть в человеческом организме под влиянием факторов космического полета (в первую очередь невесомости), в оценке и анализе этих изменений, в определении показаний к применению профилактических средств, а также в; выборе наиболее оптимальных режимов их использования.

Обобщение результатов медицинских исследований в космических полетах и многочисленных исследований с моделированием факторов полета в условиях Земли позволяет получить данные о влиянии разнообразных нагрузок на человеческий организм, о допустимых пределах колебаний физиологических показателей и об особенностях реакций организма в этих условиях.

Следует подчеркнуть, что подобные исследования по космической медицине, уточняющие наши знания о нормальных проявлениях жизнедеятельности человеческого организма и более четко проводящие грань между его нормальными и измененными реакциями, имеют большое значение для выявления начальных признаков отклонений не только у экипажей космических кораблей в полете, но и в клинической практике, при анализе начальных и скрытых форм заболеваний и их профилактике.

качестве источников информации используются данные бесед врача с космонавтами, отчеты космонавтов о своем самочувствии и результаты само- и взаимоконтроля, анализ радиопереговоров (включая спектральный анализ речи). Важными источниками информации являются данные объективной регистрации физиологических параметров, показателей среды в кабине космического корабля (давление, содержание кислорода и углекислоты, влажность, температура и т. д.), а также анализ результатов выполнения наиболее сложных операций по управлению кораблем и научно-технических экспериментов.

Эта информация с помощью телеметрических систем поступает в центр управления полетом, где обрабатывается с помощью вычислительных машин и анализируется врачами. Физиологические параметры, подлежащие регистрации и передаче на Землю, определяются в соответствии с особенностью программы полета и спецификой деятельности экипажа. При оценке состояния здоровья космонавтов первостепенное значение имеет информация о состоянии наиболее жизненно важных систем человеческого организма (дыхание и кровообращение), а также об изменениях физической работоспособности космонавтов.

б необычной среде обитания, помогают выяснять механизмы изменения физиологических функций и приспособления организма к условиям невесомости. Все это необходимо для разработки средств профилактики и для планирования медицинского обеспечения последующих полетов.

Объем медицинской информации, передаваемой с помощью биотелеметрии на Землю, был в различных полетах неодинаковым. В первых полетах по программе «Восток» и «Восход», когда наши знания о действии факторов космического полета на человеческий организм были весьма ограничены, регистрировался достаточно широкий спектр физиологических параметров, поскольку необходимо было не только контролировать состояние здоровья космонавтов, но и широко изучать его физиологические реакции на условия полета. При полетах по программе «Союз» количество физиологических показателей, передаваемых на Землю, ограничено и было оптимальным для контроля за состоянием здоровья космонавтов.

который был и раньше, во время полетов на орбитальных станциях осуществлялись периодические углубленные медицинские обследования, проводимые раз в 7-10 сут. Последние включали в себя клинические электрокардиографические обследования (в покое и при функциональных пробах), регистрацию показателей артериального и венозного давлений, изучение фазовой структуры сердечного цикла по данным кинетокардиографии, исследования ударного и минутного объема сердца, пульсового кровенаполнения различных областей тела (методом реографии) и ряд других обследований.

В качестве функциональных проб использовалась дозированная физическая нагрузка организма космонавта на велоэргометре («космическом велосипеде»), а также проба с приложением отрицательного давления к нижней части тела. В последнем случае с помощью вакуумного комплекта «Чибис», представляющего собой гофрированные «брюки», создавалось отрицательное давление в области нижней части живота и нижних конечностей, что вызывало прилив крови к этим областям, подобный тому, который имеет место на Земле во время пребывания человека в вертикальном положении.

Такая имитация вертикальной позы позволяет получить дополнительную информацию об ожидаемом состоянии экипажа в послеполетном периоде. Указанное обстоятельство представляется чрезвычайно важным, поскольку, как это было установлено в предыдущих полетах, длительное пребывание в невесомости сопровождается снижением так называемой ортостатической устойчивости, которая проявляется выраженными сдвигами в показателях сердечно-сосудистой системы при нахождении человека в вертикальном положении.

На орбитальной станции «Салют-6» (см. таблицу) проводилось измерение массы тела человека, исследовался объем голени, а также изучалось состояние вестибулярного аппарата и функции внешнего дыхания. В ходе полета осуществлялся забор проб крови и других жидкостей организма, проводилось исследование микрофлоры внешних покровов, слизистых оболочек человека и поверхностей станции, а также осуществлялся анализ проб воздуха. Взятые в полете материалы для исследований доставлялись с экспедициями посещения на Землю для детального анализа.

Методы исследования в космических полетах

Космические корабли Годы запуска Методы физиологических измерений

«Востоки» 1961-1963 Электрокардиография (1-2 отведения, пнемография, сейсмокардиография и кинетокардиография (характеризуют механическую функцию сердца), электроокулография (регистрация движений глаз), электроэнцефалография (регистрация биотоков коры головного мозга), кожно-гальванический рефлекс.

«Восходы» 1964-1965 Электрокардиография, пневмография, сейсмокардиография, электроэнцефалография, регистрация двигательных актов письма.

одиночные 1967-1970 Электрокардиография, пневмография, сейсмокардиография, температура тела.

тахоосциллография (для измерения показателей артериального давления), флебография (для регистрации кривой пульса яремной вены и определения венозного давления, реграфия (для изучения ударного и минутного объема сердца и пульсового кровенаполнения различных областей тела), измерение массы тела, объема голени, забор крови, изучение внешнего дыхания, микробиологические исследования, а также исследования водно-солевого обмена и др.

Во время длительных полетов на орбитальных комплексах «Салют» - «Союз» важное значение придавалось медицинскому управлению. Медицинское управление является частью (подсистемой) более общей системы «экипаж - корабль - центр управления полетом», и его функции направлены на сохранение максимальной организованности всей системы в целом путем поддержания хорошего состояния здоровья экипажа и необходимой его работоспособности. С этой целью медицинская служба тесно взаимодействовала с экипажем и специалистами по планированию программы полета. Рабочим органом управления была группа медицинского обеспечения в центре управления полетом, вступавшая во взаимный контакт с экипажем, с консультативно-прогностической группой и с другими группами центра управления полетом.

Результаты обследований и формировавшиеся на их основе рекомендации по использованию профилактических средств, режиму труда и отдыха и другим медицинским мероприятиям систематически обсуждались с экипажем и принимались им к исполнению. Все это создавало атмосферу благожелательности и делового сотрудничества между группой медицинского обеспечения и экипажем в решении задачи сохранения здоровья экипажа в полете и в подготовке для встречи его с Землей.

Средства профилактики

предпосылкой для разработки профилактических средств и рациональной системы медицинского контроля в длительных космических полетах. Имеющиеся к настоящему времени данные позволяют сформулировать некоторые рабочие гипотезы, которые могут рассматриваться как схема для проведения дальнейших исследований.

Главным звеном в патогенезе действия фактора невесомости является, по-видимому, снижение функциональной нагрузки на ряд систем человеческого организма в связи с отсутствием веса и связанного с этим механического напряжения структур тела. Функциональная недогруженность человеческого организма в состоянии невесомости проявляется, вероятно, как изменение афферентации с механорецепторов, а также как изменение распределения жидких сред и снижение нагрузки »а опорно-двигательный аппарат космонавта и его тоническую мускулатуру.

всегда имеет место напряжение структур, обусловленное силой веса. При этом большое количество мышц, а также связки, некоторые суставы, противодействуя этой тенденции, постоянно находятся под нагрузкой независимо от положения тела человека. Под влиянием веса внутренние органы стремятся и к смещению по направлению к Земле, натягивая фиксирующие их связки.

Многочисленные нервные воспринимающие приборы (рецепторы), находящиеся в мышцах, связках, внутренних органах, сосудах и т. д., посылают импульсы в центральную нервную систему, сигнализируя о положении тела. Такие же сигналы поступают из вестибулярного аппарата, расположенного во внутреннем ухе, где кристаллики углекислых солей (столиты), смещая нервные окончания под влиянием своего веса, сигнализируют о перемещении тела.

Однако при длительном полете и непременном его атрибуте - невесомости - вес тела и отдельных его частей отсутствует. Рецепторы мышц, внутренних органов, связок, сосудов при нахождении в невесомости работают как бы «в другом ключе». Сведения о положении тела поступают главным образом из зрительного анализатора, и нарушается выработанное на протяжении всего развития человеческого организма взаимодействие анализаторов пространства (зрения, вестибулярного аппарата, мышечного чувства и др.). Мышечный, тонус и нагрузка на мышечную систему в целом уменьшаются, поскольку отсутствует необходимость противостоять им силе веса.

В результате в невесомости уменьшается общий объем импульсации с воспринимающих элементов (рецепторов), идущий в центральную нервную систему. Это приводит к снижению активности центральной нервной системы, что, в свою очередь, влияет на регуляцию внутренних органов и других функций человеческого организма. Однако организм человека - структура чрезвычайно пластичная, и через некоторое время пребывания человека в состоянии невесомости отмечается приспособление его организма к этим условиям, причем работа внутренних органов уже происходит на новом, ином (по сравнению с Землей) функциональном уровне взаимодействия между системами.

благодаря ее весу стремится в нижележащие части тела (ноги, нижняя часть живота). В связи с этим организм космонавта вырабатывает систему механизмов, препятствующих такому перемещению. В невесомости ведь нет силы, кроме энергии сердечного толчка, которая бы способствовала перемещению крови к нижним участкам тела. В результате наблюдается прилив крови к голове и органам грудной клетки.

вен и предсердий. Это является поводом к сигналу в центральную нервную систему о включении механизмов, способствующих уменьшению избытка жидкости в крови. В результате возникает ряд рефлекторных реакций, приводящих к увеличению выведения жидкости, а вместе с ней и солей из организма. В конечном итоге может снизиться вес тела и измениться содержание некоторых электролитов, в частности калия, а также измениться состояние сердечно-сосудистой системы.

Перераспределение крови играет, по-видимому, определенную роль в развитии вестибулярных нарушений (космическая форма укачивания) в начальном периоде пребывания в невесомости. Однако ведущая роль здесь все же принадлежит, вероятно, нарушению слаженной работы органов чувств в условиях невесомости, осуществляющих пространственную ориентировку.

к соответствующему изменению в так называемых антигравитационных мышцах, снижению их тонуса, атрофии. Снижение тонуса и силы мышц, в свою очередь, способствует ухудшению регуляции вертикальной позы и нарушению походки у космонавта в послеполетном периоде. Вместе с тем причиной этих явлений может быть и перестройка двигательного стереотипа в процессе.

Приведенные представления о механизме изменения некоторых функций человеческого организма в условиях невесомости, естественно, довольно схематичны, еще не во всех своих звеньях подтверждены экспериментально. Мы провели эти рассуждения лишь с целью показать взаимосвязанность всех функций организма космонавта, когда изменения в одном звене вызывают целую гамму реакций различных систем. С другой стороны, важно подчеркнуть обратимость изменений, широкие возможности приспособления человеческого организма к действию самых необычных факторов внешней среды.

Описанные изменения функций организма космонавта в состоянии невесомости могут рассматриваться как отражение приспособительных реакций человека к новым условиям существования - к отсутствию силы веса. Естественно, что эти изменения во многом определяют соответствующие реакции со стороны человеческого организма, которые имеют место при возвращении космонавта на Землю и при последующем приспособлении его организма к условиям Земли, или, как говорят врачи, при реадаптации.

Выявленные после кратковременных полетов в космос сдвиги в ряде функций организма космонавта, прогрессирующие с увеличением продолжительности полетов, поставили вопрос о разработке средств профилактики неблагоприятного влияния невесомости. Теоретически можно было предположить, что применение искусственной силы тяжести (ИСТ) явится наиболее радикальным средством защиты от невесомости. Однако создание ИСТ порождает ряд физиологических проблем, связанных с пребыванием во вращающейся системе, а также технических проблем, которые должны обеспечить создание ИСТ в космическом полете.

В связи с чем исследователи еще задолго до начала космических полетов начали поиски других путей для профилактики неблагоприятных изменений в человеческом организме в условиях космического полета. В ходе этих исследований испытывались многочисленные методы для профилактики неблагоприятного влияния невесомости, не связанные с применением ИСТ. К ним относятся, например, физические методы, направленные на уменьшение перераспределения крови в организме космонавта во время или после окончания полета, а также на стимуляцию нервно-рефлекторных механизмов, регулирующих кровообращение в вертикальном положении тела. Для этого используются приложение отрицательного давления к нижней части тела, накладываемые на руки и ноги надувные манжеты, костюмы для создания перепада положительного давления, вращение на центрифуге малого радиуса, инерционно-ударные воздействия, электростимуляция мышц нижних конечностей, эластичные и противоперегрузочные костюмы и т. д.

Среди других методов подобной профилактики отметим физические нагрузки, направленные на поддержание тренированности организма и стимуляцию некоторых групп рецепторов (физические тренировки, нагрузочные костюмы, нагрузка на скелет); воздействия, связанные с регуляцией питания (добавление солей, белков и витаминов в пищу, нормирование питания и водопотребления); целенаправленное воздействие с помощью так называемых медикаментозных средств и измененной газовой среды.

Профилактические средства против каких-либо неблагоприятных сдвигов в организме космонавта могут быть эффективны лишь в том случае, если они назначаются с учетом механизма этих нарушений. Применительно к невесомости профилактические средства должны быть направлены в первую очередь на восполнение дефицита мышечной активности, а также на воспроизведение эффектов, которые в условиях Земли обусловливаются весом крови и тканевой жидкости.

физических упражнений на беговой дорожке и велоэргометре, а также силовых упражнений с эспандерами; 2) создание постоянной нагрузки на опорно-двигательный аппарат и скелетную мускулатуру космонавта (ежесуточное пребывание в течение 10-16 ч в нагрузочных костюмах); 3) тренировки с приложением отрицательного давления к нижней части тела, проводимые в конце полета; 4) применение водно-солевых добавок в день окончания полета; 5) применение послеполетного противоперегрузочного костюма.

С помощью специальных костюмов и системы резиновых амортизаторов при выполнении «космической зарядки» создавалась нагрузка величиной 50 кг в направлении продольной оси тела, а также статическая нагрузка на основные группы антигравитационных мышц.

Физические тренировки проводились также и на велоэргометре - аппарате, аналогичном велосипеду, но стоящем на месте. На нем космонавты педалировали ногами или руками, создавая тем самым соответствующую нагрузку на соответствующие мышечные группы.

Нагрузочные костюмы воспроизводили постоянную статическую нагрузку на опорно-двигательный аппарат и скелетную мускулатуру космонавта, что в определенной степени компенсирует отсутствие земной силы тяжести. Конструктивно костюмы выполнены как полуприлегающие комбинезоны, включающие в себя эластичные элементы типа резиновых амортизаторов.

Для создания отрицательного давления на нижнюю часть тела применялся вакуумный комплект в виде брюк, представляющих собой герметический мешок на каркасе, в котором можно создавать разрежение. При уменьшении давления создаются условия оттока крови к ногам, что способствует такому ее распределению, которое характерно для человека, находящегося в вертикальной позе в условиях Земли.

Водно-солевые добавки предназначались для задержки воды в организме и увеличения объема плазмы крови. Послеполетный профилактический костюм, надеваемый под скафандр перед спуском, был предназначен для создания избыточного давления на ноги, что препятствует на Земле скоплению крови в нижних конечностях при вертикальном положении тела и благоприятствует сохранению нормального кровообращения при переходе из горизонтального положения в вертикальное.

Изменение основных функций человеческого организма в невесомости

Главным итогом изучения космического пространства (с медицинской точки зрения) стало доказательство возможности не только длительного пребывания человека в условиях космического полета, но и разносторонней его деятельности там. Это дает теперь право рассматривать космическое пространство как среду будущего обитания человека, а космический аппарат и сам полет в космос - как наиболее эффективный, непосредственный способ изучения реакций человеческого организма в этих условиях. К настоящему времени накопилась достаточно большая информация о реакциях различных физиологических систем организма космонавта в разные фазы полета и в послеполетном периоде.

Симптомокомплекс, внешне сходный с болезнью укачивания (снижение аппетита, головокружение, усиление слюноотделения, тошнота, а иногда и рвота, пространственные иллюзии), в той или иной степени выраженности наблюдается примерно у каждого третьего космонавта и проявляется в первые 3-6 сут полета. Важно отметить, что в настоящее время пока еще невозможно достоверно предсказывать степень выраженности этих явлений у космонавтов в полете. У некоторых космонавтов признаки укачивания проявлялись также и в первые сутки после возвращения на Землю. Развитие симптомокомплекса укачивания в полете в настоящее время объясняется изменением функционального состояния вестибулярного аппарата космонавта и нарушением взаимодействия его сенсорных систем, а также особенностями гемодинамики (перераспределением крови) в условиях невесомости.

Симптомокомплекс перераспределения крови в верхнюю часть тела имеет место почти у всех космонавтов в полете, возникает в первые сутки и затем в различные сроки, в среднем в течение недели, постепенно сглаживается (но не всегда полностью исчезает). Этот симптомокомплекс проявляется ощущением прилива крови и тяжести в голове, заложенностью носа, сглаженностью морщин и одутловатостью лица, увеличением кровенаполнения и давления в венах шеи и показателей кровенаполнения головы. Объем голени уменьшается. Описанные явления связаны с перераспределением крови вследствие отсутствия ее веса в невесомости, что приводит к уменьшению скопления крови в нижних конечностях и увеличению притока в верхнюю часть тела.

некоторых рабочих операций и затрудняется оценка мышечных усилий, необходимых для выполнения ряда движений. Однако уже в течение нескольких первых суток полета эти движения вновь обретают необходимую точность, уменьшаются необходимые усилия для их выполнения и эффективность двигательной работоспособности возрастает. При возвращении на Землю субъективно увеличивается вес предметов и собственного тела, изменяется регуляция вертикальной позы. При послеполетном исследовании двигательной сферы у космонавтов выявляется уменьшение объема нижних конечностей, некоторая потеря мышечной массы и субатрофия антигравитационной мускулатуры, главным образом длинных и широких мышц спины.

Изменения функций сердечно-сосудистой системы в длительных космических полетах проявляются как тенденция к небольшому снижению некоторых показателей артериального давления, повышение венозного давления в области вен шеи и снижение его в области голени. Выброс крови при сокращении сердца (ударный объем) первоначально увеличивается, а минутный объем кровообращения имеет на протяжении полета тенденцию к превышению предполетных величин. Показатели кровенаполнения головы обычно увеличивались, нормализация их происходила на 3-4 месяцах полета, а в области голени уменьшались.

Реакция сердечно-сосудистой системы на функциональные пробы с приложением отрицательного давления к нижней части тела и физической нагрузкой претерпевала некоторые изменения в полете. При пробе с приложением отрицательного давления реакции космонавта в отличие от земных были более выраженными, что указывало на развитие явлений ортостатической детренированности. Вместе с тем переносимость проб с физической нагрузкой в полугодовых полетах практически во всех обследованиях оценивалась как хорошая, и реакции качественно не отличались от предполетного периода. Это свидетельствовало о том, что с помощью профилактических мероприятий удается стабилизировать реакцию организма на функциональные пробы и даже в ряде случаев достигнуть их меньшей выраженности, чем в предполетном периоде.

В послеполетном периоде при переходе из горизонтального положения в вертикальное, а также при проведении ортостатической пробы (пассивное вертикальное положение на наклонном столе) выраженность реакций больше, чем до полета. Это объясняется тем, что в условиях Земли кровь снова обретает свой вес и устремляется к нижним конечностям и вследствие снижения у космонавтов тонуса сосудов и мышц здесь может скапливаться больше крови, чем обычно. В результате происходит отток крови от мозга.

может резко снизиться артериальное давление, мозг будет испытывать недостаток крови, а следовательно, и кислорода.

солей после полета. Сразу после полетов уменьшается выведение жидкости почками и увеличивается выведение ионов кальция и магния, а также ионов калия. Отрицательный баланс калия в сочетании с увеличением выведения азота, вероятно, указывает на уменьшение клеточной массы и снижение способности клеток в полном объеме ассимилировать калий. Исследования некоторых функций почек с помощью нагрузочных проб выявили рассогласование в системе ионорегуляции в виде разнонаправленного изменения экскреции жидкости и некоторых ионов. При анализе полученных данных складывается впечатление, что сдвиги в водно-солевом балансе обусловлены изменением систем регуляции и гормонального статуса под влиянием фактора полета.

Уменьшение минеральной насыщенности костной ткани (потеря кальция и фосфора костями) отмечено в ряде полетов. Так, после 175- и 185-суточных полетов эти потери составляли 3,2-8,3%, что существенно меньше, чем после длительного постельного режима. Такое относительно небольшое уменьшение минеральных компонентов в костной ткани является весьма существенным обстоятельством, поскольку рядом ученых деминерализация костной ткани рассматривалась как один из факторов, который может явиться препятствием для увеличения длительности космических полетов.

Биохимические исследования показали, что под влиянием длительных космических полетов происходит перестройка процессов метаболизма, обусловленная приспособлением организма космонавта к условиям невесомости. Выраженных изменений обмена веществ при этом не наблюдается.

и восстанавливается примерно через 1-1,5 месяца после полета. Исследования содержания эритроцитов в крови во время и после полетов представляют большой интерес, поскольку, как известно, средняя продолжительность жизни эритроцитов составляет 120 сут.

объема плазмы крови. В результате включаются компенсаторные механизмы, стремящиеся сохранить основные константы циркулирующей крови, что приводит (вследствие уменьшения объема плазмы крови) к адекватному уменьшению эритроцитарной массы. Быстрое же восстановление эритроцитарной массы после возвращения на Землю невозможно, поскольку образование эритроцитов происходит медленно, в то время как жидкая часть крови (плазма) восстанавливается! значительно быстрее. Такое быстрое восстановление объема циркулирующей крови приводит к кажущемуся дальнейшему уменьшению содержания эритроцитов, которое восстанавливается через 6-7 недель после окончания полета.

Таким образом, результаты гематологических исследований, полученные во время и после длительных космических полетов, позволяют оптимистически оценивать возможность приспособления системы крови космонавта к условиям полета и ее восстановление в послеполетном периоде. Это обстоятельство является чрезвычайно важным, поскольку в специальной литературе возможные гематологические изменения, ожидаемые в длительных космических полетах, рассматриваются как одна из проблем, способная воспрепятствовать дальнейшему увеличению продолжительности полетов.

после полета. Необходимо все же сказать, что мы еще не все знаем о реакциях космонавтов в длительном полете, не со всеми неблагоприятными явлениями можем бороться. Работы в этом плане предстоит еще много.

Вся космическая отрасль и РОСКОСМОС работают над внедрением в медицину космических технологий. Какие изобретения и наработки из космоса помогают спасать жизни и поправлять здоровье после тяжелейших недугов, разбиралась «Лента.ру».

Быстрый результат

Входящие в состав РОСКОСМОСА предприятия решают в том числе и медицинские задачи. Так, например, в Научно-исследовательском институте космического приборостроения создали уникальный анализатор «БИОФОТ-311»: с его помощью можно в кратчайшие сроки проводить экспресс-тесты крови как в космосе, так и на земле. В целом, он предназначен для оперативного проведения биохимических исследований сыворотки и плазмы крови, мочи, а также других биохимических жидкостей и ориентирован на широкое применение.

Кроме того, в НИИ КП разработали внешне похожее на пистолет биопсийное устройство, которое предназначено для диагностики (биопсии) внутренних органов путем забора образца ткани для ее гистологического анализа и, в частности, выявления причин патологических образований в структуре органа, оценки эффективности лечебных мероприятий. Раньше такие технологии использовались исключительно в космической медицине, однако сейчас успешно и эффективно интегрируются в медицину земную.

Орбитальная печать

Передовые технологии, в том числе медицинские, зачастую апробируются именно в космосе. Так, недавно входящая в РОСКОСМОС Объединенная ракетно-космическая корпорация, подписала соглашение с компанией «3Д Биопринтинг Солюшенс» (резидентом Сколково) о создании уникального биопринтера для магнитной биофабрикации тканей и органных конструктов в условиях невесомости на Международной космической станции (МКС).

Создание магнитного биопринтера позволит печатать в космосе тканевые и органные конструкты, сверхчувствительные к воздействию космической радиации - сентинел-органы (например, щитовидную железу) для биомониторинга отрицательного действия космической радиации в условиях длительного пребывания в космосе и разработки профилактических контрмер. В перспективе технология трехмерной магнитной биопечати может быть использована для коррекции повреждений тканей и органов космонавтов при длительных космических полетах. На Земле такая технология может быть применена для более быстрой биопечати человеческих тканей и органов. Планируется, что биопринтер для отправки на борт Международной космической станции будет готов к 2018 году. Все работы по подготовке и проведению эксперимента будут проводиться в тесном сотрудничестве с ПАО «РКК «Энергия» и ГНЦ ИМПБ РАН.

Не просто экзоскелет

Еще до запуска в космос Юрия Гагарина было очевидно, что во время полета человек испытывает колоссальные нагрузки. А по возвращении на Землю космонавту будет необходима реабилитация с привлечением специальных разработок. Дело в том, что из-за нахождения в условиях невесомости у космонавтов более всего подвергается деградации двигательная функция. Причина - отсутствие гравитации, ведь именно она и является тем фактором, благодаря которому у нас с вами появился мощный скелет, развитая мышечная система и опорно-двигательный аппарат.

Более того, так как внеземные экспедиции становились все более продолжительными, период восстановления надо было продумывать все более тщательно. Все началось с технологий, использовать которые экипаж мог бы в условиях невесомости и ограниченного пространства. Одной из первых подобных разработок стал костюм «Пингвин», который предназначался для создания осевой нагрузки на скелетно-мышечный аппарат и компенсации недостатка опорной и проприоцептивной функций космонавтов. Специалисты ИМБП РАН создали костюм еще в конце 1960-х годов, а впервые испытали его в условиях космоса уже в 1971 году.

В начале 1990-х годов российские исследователи решили модифицировать «Пингвин» для лечения и реабилитации больных с двигательными нарушениями, например с ДЦП. Первый созданный прототип получил название «Адель» и использовался для лечения детей с церебральным параличом. Костюм до сих пор позволяет выработать навыки правильной ходьбы и закрепить новый моторный стереотип, восстанавливая функциональные связи и повышая трофику соответствующих тканей.

Помимо этого довольно быстро встал вопрос о создании костюма, который помогал бы восстанавливать двигательные функции людям, перенесшим инсульт или черепно-мозговую травму и страдающим в результате этого от параличей и пареза. Для этого на основе предыдущих наработок и с привлечением нового ноу-хау был создан лечебный костюм аксиального нагружения «Регент».

Система работает так: костюм создает или увеличивает продольную нагрузку на структуры скелета и повышает мышечную нагрузку при выполнении движений, что, в свою очередь, способствует улучшению регуляции обменных процессов. Кроме того, «Регент» компенсирует недостаток проприоцептивной функций, тем самым способствуя полной или частичной реабилитации больных.

Костюм прошел масштабные испытания на сотнях пациентов в подведомственных РАН и Минздраву учреждениях. В результате этого исследователи выяснили, что «Регент» положительно влияет не только на двигательные, но и на высшие психические функции! Так, у многих пациентов после его регулярного применения гораздо быстрее восстанавливались речь и концентрация.

Фото: Управление делами Президента РФ ФГБУ «Клиническая больница №1»

Но на этом в Центре космической медицины не остановились - там же для реабилитации космонавтов был создан аппарат «Корвит», который имитирует опорную реакцию стоп человека. Уникальность прибора в том, что он позволяет имитировать показатели физического воздействия на стопу при ходьбе: величину давления, временные характеристики. Метод опорной стимуляции, на основе которого создан «Корвит», оказался полезен не только космонавтам, но и целым группам пациентов. В частности, его используют для комплексной реабилитации больных с ДЦП, поскольку «Корвит» позволяет максимально нормализовать стояние и ходьбу, улучшить координацию и восстановить баланс мышц-сгибателей и разгибателей.

Также в распоряжении врачей и их пациентов множество тренажеров и других устройств, способствующих их реабилитацию и возвращению к нормальной жизни.

Полная стимуляция

Еще одна интересная технология, которая прежде использовалась исключительно в космической медицине, - низкочастотная электростимуляция. Первоначально этот способ был разработан, чтобы проводить профилактику негативного воздействия нахождения в космосе на организм человека. В частности, речь идет о восстановлении и сохранении функциональных возможностей мышц человека в условиях гипокинезии и микрогравитации.

Для решения соответствующей проблемы ученые разработали полноценный костюм и портативный электростимулятор. Самые первые испытания прошли еще на станции «Мир», впоследствии метод себя полностью зарекомендовал и соответствующие устройства до сих пор применяются РОСКОСМОСОМ на МКС.

Кроме того, низкочастотная электростимуляция успешно применяется на Земле для лечения больных с травматическими заболеваниями, а также тех, кто страдает от различных проблем с опорно-двигательной системой. Особенно актуальна в свете этого возможность посредством метода сохранять и восстанавливать свойства мышц у частично или полностью иммобилизованных пациентов. Эти технологии активно применяются и в спортивной медицине.

Полетаем!

Еще при подготовке первых космонавтов исследователи столкнулись с необходимостью имитировать невесомость на Земле. Одним из плодов этой деятельности стала разработка метода сухой иммерсии, который активно используется для подготовки и последующей реабилитации космонавтов. В частности особо популярно применение так называемых иммерсионных ванн.

Их применение способствует расслаблению мышц, помогает избавиться от спазмов и восстановить мышечный тонус. Кроме того, иммерсионные ванны полезны для избавления от депрессивного, отечного и болевого синдрома, а также оказывают эффект на разгрузку сердца и снижение кровяного давления.

В последнее время подобные комплексы используют для реабилитации и сохранения недоношенных детей. Но еще раньше иммерсионные ванны начали применять для восстановительного лечения в рамках психоневрологии, травматологии, ортопедии и других сферах.

Опасности и не только

Российские ученые при поддержке РОСКОСМОСА разрабатывали медицинский адсорбционный концентратор кислорода для того, чтобы создавать обогащенную кислородом атмосферу непосредственно из окружающего воздуха, например в помещении. Сегодня этот аппарат часто применяют спасатели и сотрудники других экстренных служб при анестезии и реанимации.

Также в распоряжении представителей экстремальной медицины теперь есть термохимические генераторы кислорода, которые изначально создавались как резервный источник кислорода на пилотируемых миссиях в случае отказа основных систем его получения. Сейчас этими генераторами пользуются Министерство обороны, МЧС и МВД России.

Для резервного обеспечения кислородом космических станций был разработан и комплекс «Курьер», который сейчас активно применяется в медицине катастроф для получения кислорода из окружающего воздуха. При этом комплекс способен производить кислород непосредственно на месте потребления и не требует запасов расходуемых материалов.

Наконец, российские исследователи создали аппарат «Малыш» для спасения человека в обитаемом герметичном объекте, например в кабине космического корабля. В основе аппарата - концепция формирования искусственной газовой среды, а теперь он внедряется и для применения экстремальными службами.

Так что космос гораздо ближе, чем кажется: он помогает лечить людей и спасать их жизни. А РОСКОСМОС и его союзники в этой благородной миссии не останавливаются на достигнутом и шагают вперед.