Систематическое изучение влияния на организм человека эмоциональных и ударных нагрузок при парашютных прыжках началось в 1929—1934 гг. после образования Научно-исследовательского санитарного института при Военно-санитарном управлении РККА и специальной бригады при Военно-медицинской академии. Этими вопросами занимались В.Г. Миролюбов, И.К. Собенников, А.Ф. Александров и др. Ими было показано, что парашютные прыжки сопровождаются выраженным нервно-психическим напряжением, усиливающимся с приближением момента оставления самолета. Со стороны физиологических функций определялось увеличение частоты сердечных сокращений, повышение артериального кровяного давления, учащение дыхания. У некоторых парашютистов в моче обнаруживались белок и единичные эритроциты. Наблюдались также небольшие изменения лейкоцитарной формулы и незначительное повышение уровня сахара в крови. Указанные изменения были менее выражены или вовсе отсутствовали у опытных парашютистов.
В 1936 г. парашютные прыжки стали предметом изучения в Институте авиационной медицины РККА им. И.П. Павлова. Наибольшее практическое значение имели работы Г.Р. Грайфера по профилактике травматизма при действии ударных перегрузок приземления, динамического удара от раскрытия купола парашюта. В результате серии работ были сформулированы медицинские рекомендации по улучшению обуви, укреплению голеностопного сустава путем наложения крестообразной бинтовой повязки и целенаправленной физической подготовки
Увеличение скорости полета до 350—400 км/ч привело к тому, что аварийное покидание самолета с помощью обычного парашюта не обеспечивало благополучного исхода вследствие действия встречного воздушного потока воздуха, преодолеть давление которого собственными силами летчик был не в состоянии. Если же после длительных попыток все же удавалось выбраться из кабины, то потоком воздуха его отбрасывало на хвостовое оперение. По этой причине в конце Второй мировой войны погибли от 4,7 до 15% летчиков. Результаты анализа травматизма при парашютных прыжках свидетельствовали о необходимости совершенствования способа спасения .
 Исследования переносимости жесткого приземления. Справа: вертикальный стенд ударных перегрузок высотой 10 м. Слева вверху: испытатель в кресле, установленном на ферменной платформе перед подъемом на высоту. Слева внизу: свинцовые крешеры-амортизаторы конической и цилиндрической формы, применявшиеся для гашения энергии удара.
Устранить неблагоприятные исходы при аварийном покидании самолетов должно было катапультное кресло, выбрасываемое из кабины силой взрыва пороховых газов. При реализации нового способа спасения необходимо было разрешить противоречия между техническими требованиями к катапульте и биомеханическими особенностями человека.
Исследованиями влияния на организм ударных перегрузок направления «голова—таз», возникающих при катапультировании, начали заниматься в 1946 г. сотрудники ВМОЛА им. С.М. Кирова . Проведенными экспериментальными работами они обосновали возможность катапультирования вверх с ударной перегрузкой 20 ед. Однако эта величина перегрузки оказалась близкой к пределу переносимости по прочности позвоночника. Об этом свидетельствовал компрессионный перелом одиннадцатого и двенадцатого грудных позвонков, возникший у одного из испытателей при перегрузке 20,3 ед. в результате срыва руки с поручня и резкого отклонения туловища в сторону.
После завершения наземных испытаний были проведены успешные катапультирования парашютистов-экспериментаторов из самолета в 1947 г., а в апреле 1949 г. совершено первое вынужденное катапультирование из самолета-истребителя. Начиная с 1949 г., изучение медицинских аспектов катапультирования было возложено на НИИИАМ ВВС, в частности на лабораторию, руководимую П.К. Исаковым . В 1951 г. в Институте был создан отдел обеспечения полетов на реактивных самолетах. Его начальником назначили П.К. Исакова, а руководителем лаборатории средств спасения летных экипажей стал С.А. Гозулов. С этого времени началось систематическое и глубокое изучение проблем воздействия ударных перегрузок на живой организм. Основными задачами лаборатории являлись:
1. изучение влияния на человека ударных перегрузок различного направления;
2. исследование действия на организм сверхзвукового воздушного потока;
3. обоснование медицинских требований к средствам защиты летчика от ударных перегрузок и воздушного потока;
4. испытания защитных свойств различных фиксирующих устройств и специального снаряжения;
5. разработка медицинских рекомендаций для летного состава по аварийному покиданию самолетов;
6. разработка методики наземных тренировок по аварийному покиданию самолетов;
проведение медицинского анализа и обобщение опыта катапультирования в частях ВВС.
Большой объем и интенсивность физиолого-гигиенических исследований были обусловлены опережающим развитием авиационной техники и усложнением применения средств спасения на различных высотах и скоростях полета.
В период 1949—1953 гг. выполнялся комплекс научно-исследовательских работ по изучению ударных перегрузок, действующих в направлении «таз—голова», применительно к катапультированию летчика вниз . После проведения экспериментальных катапультирований на аэродинамическом стенде ЦАГИ катапультные кресла для покидания самолета вниз были установлены на самолетах Ил-28, Ту-2. Такая задача была поставлена в связи с трудностями переброса кресла из-за большой длины фюзеляжа и высокого хвостового оперения самолетов-бомбардировщиков.
Большая серия научно-практических исследований проводилась И.А. Цветковым и И.И. Антуфьевым, И.С. Васильевым и другими в течение 1954—1957 гг. Главная задача состояла в определении переносимости больших поперечно направленных перегрузок торможения, возникающих при выходе кресла с летчиком в воздушный поток на сверхзвуковой скорости полета . Работа завершилась созданием (совместно с НИЭИПДС и ЛИИ) принципиально новой объединенной привязно-подвесной системы фиксации летчика в кресле, обеспечивающей безопасное катапультирование с перегрузками «спина—грудь» до 42—43 ед.
В это же время и вплоть до 1961 г. большое внимание уделялось физиолого-гигиеническим исследованиям специального снаряжения, предназначенного для зашиты членов экипажей от скоростного воздушного потока, величина давления которого, например, при скорости полета 1250 км/ч достигает 10 т/м2. В этих работах принимали участие: С.А. Гозулов, Г.П. Миролюбов, Н.М. Рачков В процессе экспериментальных исследований при участии испытателей утверждались наиболее эффективные способы защиты от воздушного потока. Менее результативные технические решения отвергались или доводились до требуемой кондиции.
Важным направлением работ являлся также систематический медицинский анализ вынужденных катапультирований из самолетов ВВС . По материалам расследования летных происшествий и медицинским донесениям из авиационных частей определялись наиболее слабые звенья в защите летчика от неблагоприятных факторов, возникающих при аварийном покидании самолетов, и предлагались соответствующие меры по ослаблению их действия на человека.
Таким образом, к началу космической эры был накоплен большой научный и методический опыт по медико-техническому сопровождению разработок средств аварийного покидания самолетов, изложенный в официальных отчетах, диссертациях и различных публикациях. Основные результаты вошли в Общие технические требования ВВС на разработку новой авиационной техники. Приобретенные научные знания позволили быстро развернуть исследования применительно к космическим средствам спасения.
Родина высоко оценила деятельность руководителей научного коллектива П.К. Исакова и С.А. Гозулова, которые стали лауреатами Государственной премии.
Космические средства спасения в идеальном варианте должны обеспечивать спасение на всех участках полета: стартовой позиции, взлете, в полете, при спуске и посадке. Однако технические возможности не позволяли полностью осуществить это на практике. Поставленная задача решалась по этапам. В первую очередь обеспечивались средствами спасения наиболее опасные участки полета, которыми являются стартовое положение космического корабля, начальный отрезок взлета, посадка.
К тому времени достаточно разработанным и физиологически обоснованным способом аварийного покидания самолетов являлось катапультирование. Поэтому, не исключая полностью возможности приземления космонавта непосредственно в кабине спускаемого аппарата, было решено сконструировать специальное катапультное кресло для штатного и аварийного покидания космического корабля [50] с последующим приземлением космонавта на парашюте. Кресло предназначалось также для спасения при аварии на старте и на взлете.
По характеристикам перегрузок катапультное кресло пилота космического корабля во многом соответствовало самолетному, но существенно отличалось по конфигурации, компоновке и позе оператора. Указанные особенности требовали экспериментальной проверки с участием испытателей. Исследования переносимости перегрузок на макетном образце кресла начались в 1959 г. И.А. Цветковым, И.И. Антуфьевым, И.С. Васильевым и др. и были продолжены на натурном кресле в начале 1961 г. С.А. Гозуловым, В.А. Дегтяревым и др. .
Исследования влияния ударных перегрузок на человека в стендовых условиях не всегда проходили гладко. В одном из экспериментов при катапультировании в кресле пилота космического корабля по аварийной схеме, т.е. с включенными дополнительными пороховыми двигателями, у испытателя возник компрессионный перелом шестого грудного позвонка, подтвержденный рентгенологически. Причиной травмы оказалось недостаточное закрепление рамки НАЗа, которая служила опорной поверхностью для ягодиц. Это привело к сжатию пакета НАЗа, резкому смещению туловища и увеличению жесткости удара . Проведенные доработки кресла, а также положительные результаты последующих наземных и летных испытаний позволили Ю.Гагарину и Г.Титову успешно катапультироваться в процессе спуска на кораблях «Восток» и «Восток-2».
Ближайшие и отдаленные перспективы космических полетов выдвигали все новые и новые проблемы перед космической медициной. Основными задачами, поставленными перед лабораторией космических средств спасения, являлись изучение действия на организм и нормирование ударных перегрузок приземления, возникающих при посадке космического корабля, разработка медицинских требований к новым системам спасения, физиолого-гигиеническое обоснование и испытания образцов спасательных средств и различных защитных устройств.
Катапультное кресло можно рассматривать как первое космическое средство спасения. Более надежной, универсальной и безопасной должна была стать система катапультирования самой кабины экипажа с последующим ее приземлением вместе с экипажем на борту. Согласно расчетам, произведенным конструкторским бюро, отделение кабины от ракеты-носителя сопровождается перегрузками, достаточно хорошо изученными и вполне переносимыми человеком. Приземление кабины в штатном варианте должно происходить по типу мягкой посадки, не вызывающей ощущения удара. В случае же отказа тормозной двигательной установки, обеспечивающей мягкую посадку, возникающие ударные перегрузки по интенсивности параметров в 10—15 раз могут превосходить хорошо известные перегрузки катапультирования. Влияние на человека перегрузок с такими характеристиками ранее не изучалось.
Исследования ударных перегрузок приземления начались в 1959 г. Г.П. Миролюбивым. Первые эксперименты проводились на животных. Следуя идеям К.Э. Циолковского, предлагавшего для защиты от длительных перегрузок метод погружения человека в жидкость, имевшую с ним одинаковую плотность, Г.П. Миролюбов впервые в СССР применил основные положения великого ученого для защиты организма от ударных перегрузок. Анализ экспериментального материала показал, что при погружении белых мышей и крыс в жидкость их устойчивость к ударным перегрузкам повышалась прежде всего за счет увеличения площади опоры тела. Это послужило стимулом для проведения следующей серии опытов с гипсованием животных. Жесткое ложе из застывшего гипса, тщательно отмоделированное по опорной поверхности тела животного, увеличивало переносимость ударов в большей мере, чем погружение в воду .
Были установлены также зависимости характера и локализации травм от направления действия перегрузок. После чрезмерных перегрузок направления «голова—таз» в первую очередь повреждался позвоночник, а при перегрузках «спина—грудь» и «грудь—спина» страдали внутренние органы. Изменения физиологических функций, так же, как и при катапультировании, состояли в задержке дыхания, брадикардии, синусовой аритмии. В тяжелых случаях развивался желудочковый ритм с переходом в мерцание желудочков.
Таким образом, в экспериментах на животных были получены ориентировочные данные об общей биологической реакции живого организма на перегрузки приземления и о возможных направлениях исследований по разработке защитных устройств для человека.
Первые отечественные физиолого-гигиенические исследования, практически решавшие проблему приземления экипажа в кабине, были начаты Г.П. Миролюбивым в 1961 г. на базе НИЭИПДС . В этой работе было выполнено около 170 экспериментов с испытателями. Ударные перегрузки достигали 30 ед., скорость снижения — 10 м/с. Благодаря свойствам использованной амортизации, условия приземления соответствовали аварийной посадке на мягкий грунт.
Однако аварийный спуск и приземление космического корабля могут происходить в существенно более сложных условиях по твердости грунта, сносу ветром, неровностям земной поверхности. Поэтому дальнейшая разработка космических средств спасения нуждалась во всестороннем теоретическом и экспериментальном обосновании физиолого-гигиенических требований к ним.
В связи с увеличением объема работ приказом МО и директивой Главного штаба ВВС от 25.02.61 г. был сформирован Отдел индивидуальных средств обеспечения безопасности космических полетов во главе с кандидатом медицинских наук С.А. Гозуловым. Отдел состоял из трех лабораторий и физико-химической группы. Руководство лабораторией космических средств спасения было поручено Г.П. Миролюбову.
В этой лаборатории трудились научные сотрудники: В.А. Дегтярев, В.А. Корженьянц, В.А. Эливанов, Н.И. Фролов, В.Г. Скрыпник, Н.Н. Попов, В.Б. Лемасов, Ю.Н. Сушков, И.А. Полукаров. Непосредственное участие в экспериментах принимал начальник отдела С.А. Гозулов. Удивительную изобретательность и умение приспособить медицинскую и исследовательскую аппаратуру для работы в политонных условиях проявил старший техник А.В. Чепков.
Параллельно с научными исследованиями на животных и биологических манекенах человека действие ударных перегрузок приземления и эффективности различных защитных устройств изучалось непосредственно на человеке. Многие работы проводились совместно с предприятиями промышленности и конструкторскими бюро, что позволяло оперативно уточнять и быстро решать непредвиденные вопросы. Важнейший принцип, которым руководствовались научные сотрудники, состоял в быстрейшей реализации новых научно-практических данных. Полученная информация без задержки передавалась конструкторам, проектирующим космические аппараты. Такой творческий контакт медицины и техники не только позволял своевременно корректировать параметры перспективных изделий, но и в сжатые сроки доводить до необходимой кондиции уже изготовляемые объекты с целью повышения безопасности и эффективности их эксплуатации.
|