Научное обоснование возможности космических полётов человека и их медико-биологическая подготовка

Биологические эксперименты на геофизических ракетах

Основной целью работ, выполненных в Институте авиационной медицины (в дальнейшем НИИАМ, НИИАиКМ) на животных применительно к обеспечению полета человека на космических кораблях, являлось выявление возможности их осуществления и степени риска в связи с воздействием экстремальных факторов, возникающих на различных этапах полета.

Исследования проводились как в лабораторных экспериментах с моделированием максимально приближенных к реальным условиям параметров каждого фактора, так и в полетах на геофизических ракетах, околоземных спутниках и космических кораблях-спутниках. В лабораторных условиях изучен широкий диапазон проблем, возникающих перед врачами, ответственными за принятие решения и обеспечение безопасности и сохранение здоровья человека, осуществляющего космический полет . При этом в поле зрения исследователей были почти все факторы как физического, так и космического характера: измененная сила тяжести, вибрации, ударные перегрузки, звуковые и шумовые раздражители, различной природы и интенсивности лучевые воздействия, гипокинезия, гиподинамия, измененный газовый состав окружающей атмосферы, токсические факторы, факторы измененного питания . Объектами исследования в зависимости от целей и задач были самые различные представители растительного и животного мира, начиная от простейших растений до обезьян включительно. В этих работах были применены самые современные методы, включая радиохимические и электронно-микроскопические, позволяющие получить ответы не только о реакции со стороны организма как целого, но и об изменениях на органном, тканевом, клеточном и субклеточном уровнях, в ряде случаев со вскрытием их механизмов. Результаты исследований опубликованы во многих журнальных статьях, им посвящен ряд научных конференций и симпозиумов, крупных монографий и специализированных сборников. В настоящем обзоре приводятся результаты основных исследований, выполненных сотрудниками Института авиационной и космической медицины, главным образом, в реальных полетах Биологические исследования по программе космической медицины условно можно разделить на четыре основных этапа. На первом этапе внимание ученых прежде всего было направлено на отработку в лабораторных условиях систем жизнеобеспечения, спасения и съема информации о состоянии основных физиологических систем организма ; на втором — при полетах на ракетах в герметизированных кабинах на различные высоты ; на третьем — при полетах на геофизических ракетах в негерметизированных кабинах с использованием скафандров и отработкой систем спасения путем катапультирования животных на различных высотах наконец, на четвертом этапе при полетах на космических кораблях-спутниках выяснялась возможность и степень безопасности космического полета, проверялись и совершенствовались системы жизнеобеспечения, спасения, съема и передачи физиологической информации на наземные пункты наблюдения. Результаты исследований, полученные в этих уникальных полетах, должны были обеспечить подготовку и медицинское обеспечение первого полета человека в космическое пространство В самом деле, ответы на вопросы о сохранении жизнеспособности, особенностях жизнедеятельности экспериментальных животных в условиях воздействия комплекса факторов полета в верхние слои атмосферы были принципиально важны для научно обоснованного заключения о возможности и безопасности полета человека в космическое пространство, о перспективах изучения и освоения космоса.

Лабораторные исследования проводились в институте в период 1948—1952 гг. под руководством В.И. Яздовского группой сотрудников, включавшей врачей, инженеров и вспомогательный персонал (В.И. Попов, А.Д. Серяпин, Б.Г. Буйлов, В.Фрейдель, Б. Блинов, Р. Грюнталь, Е.А. Петрова, Е.О. Попов и др.). Основная задача на этом этапе состояла в разработке бортовой аппаратуры, обеспечивающей регистрацию функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем, киноаппаратуры для регистрации общего вида и поведения животных, системы регенерации атмосферы в герметически замкнутой кабине для животных . Производился отбор животных к полету и разрабатывалась система их фиксации с помощью специальной одежды, содержащей элементы крепления различных датчиков . Сложившиеся в тот период обстоятельства, необходимость формирования работ привели коллектив к мысли о возможности и необходимости использования имеющихся в литературе, главным образом, авиамедицинской, научных материалов о влиянии отдельных факторов космического полета на животных, и было принято решение на первом этапе этих исследований не повторять. Было признано целесообразным начать исследования с изучения комплексного воздействия всех факторов космического полета (или, как принято было говорить в те годы, факторов полета в верхние слои атмосферы) на геофизической ракете на жизнеспособность животных и их влияния на основные жизненно важные системы организма. Всего на геофизических ракетах было проведено 29 летных экспериментов с использованием 41 собаки, из них 15 животных летали по 2 и более раз. Запуски осуществлялись на высоты 100—110 км (15 запусков), 212 км (11 запусков) и 450—473 км (3 запуска). Продолжительность невесомости при этом составляла соответственно 3—4, 6 и 10 мин, а максимальные величины перегрузок 4,75— 5,70, 6—10 и 7—24 ед. соответственно .

В ходе выполнения летных исследований коллектив сотрудников, руководимый В.И. Яздовским, получил существенное кадровое пополнение: в коллектив прибыли и приступили к исследованиям И.С. Балаховский, О.Г. Газенко, A.M. Генин, А.Л. Гребнев, B.C. Георгиевский, А.А. Гюрджиан, А. Афанасьев, А.Р. Котовская, И.И. Касьян, Н.Н. Казакова, Т.С. Львова, В. Ненахова, С.Ф. Симпура, З.С. Скуридина, Е.М. Юганов и другие сотрудники Принципиальные научные результаты этого периода исследований существенно не различались в зависимости от того, проводились ли они в герметизированных кабинах, или с использованием специально сконструированных для животных высотных скафандров Наиболее существенным научным результатом этих этапов исследований явилось то, что все животные, подвергнутые воздействию комплекса факторов высотного полета, оставались живы. Исключение составляли лишь неизбежные и легко объяснимые случаи гибели вследствие конструктивных недостатков парашютной системы, некоторых узлов головной части ракеты и других чисто технических причин, препятствовавших нормальному срабатыванию всех элементов системы спасения животного на заключительных этапах полета Более того, физиологическая информация, полученная в этих исследованиях (частота дыхательных движений грудной клетки, частота пульса, ЭКГ, артериальное давление крови в бедренной артерии, общий вид и поведение животных, по данным киносъемки и др.), свидетельствовала об отсутствии серьезных, угрожающих жизни животных сдвигов в их функциональном состоянии. Выявленные отклонения исследованных показателей были различной степени выраженности, часто неоднозначными и характеризовали в основном индивидуальную реакцию организма животного на условия эксперимента Характерно, что выраженность и направленность сдвигов физиологических показателей была вполне сопоставима с таковыми при лабораторном моделировании отдельных факторов космического полета . Тем не менее авторы четко разделяют научные результаты исследований на одноступенчатых геофизических ракетах в зависимости от их этапов. Так, в результате исследований 1-го этапа (полеты в герметизированных кабинах на высоту 100—110 км, длительность динамической невесомости 3—4 мин): был впервые решен вопрос о выживаемости и жизнедеятельности животных в условиях такого полета; герметизированная кабина малого объема с системой регенерации воздуха обеспечивала необходимые условия для пребывания двух животных в течение 3 часов, при этом концентрация кислорода колебалась в пределах 21—46%, углекислоты — не превышала 1,5% факторы среды, имевшие место при полете на ракете, были в пределах нормально переносимых животными величин; в поведении, общем состоянии и в состоянии отдельных физиологических функций животных в полете на ракете, после полета и в последующее время расстройств не наблюдалось; использованные кинографический и осциллографический методы дали возможность в условиях полета зарегистрировать частоту и глубину дыхания, кожную температуру, общее состояние и поведение животных, а также значение факторов внешней среды; система спасения головной части ракеты при условии ее ввода в действие обеспечивала надежный спуск и приземление животных и приборов Сделанные заключения по итогам первого этапа исследований на геофизических ракетах существенно повышали оптимизм исследователей в вопросе о возможности полета человека на ракете в верхние слои атмосферы. Второй этап (полеты в скафандрах) был направлен на решение ряда принципиально важных практических вопросов, необходимых для обеспечения безопасности таких полетов. К ним в первую очередь относились обеспечение сохранения жизни пилота при разгерметизации кабины на больших высотах, обеспечение спасения в случае неотделения головной части (гермокабины) от корпуса ракеты, обеспечение спасения в аварийных ситуациях полета на различных скоростях и высотах и, наконец, выявление особенностей влияния факторов полета при более длительном пребывании в полете. Решению этих и ряда других практически важных вопросов и был посвящен 2-й этап исследований на геофизических ракетах Далее