РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ КОСМИЧЕСКОГО ВАКУУМА


Предыстория (1878—1958)


Е.М. Юганов и И.И. Касьян в свободном полете в специальном отсеке самолета-лаборатории Ту-104А, в режиме кратковременной невесомости.


Основные физиологические проблемы полетов на больших высотах и в космосе — гипоксия, декомпрессия, тепловой и холодовой стресс — близки друг другу. В целях жизнеобеспечения человека в высотных и стратосферных полетах указанные проблемы были решены авиационной медициной задолго до начала космических полетов. Теоретические основы этиопатогенеза кислородного голодания на высоте (гипоксической гипоксии), заложенные И.М. Сеченовым , были всесторонне развиты и углублены в работах видных отечественных физиологов: В.В. Пашутина, П.М. Альбицкого, Е.А Карташевского, Л.А. Орбели, М.П. Бресткина, Н.Н. Сиротинина, И.Р. Петрова, Г.Е. Владимирова, А.Г. Кузнецова и др. Научно-практические аспекты гипоксии применительно к условиям высотных полетов на самолете и стратостате (высотная устойчивость человека и способы ее повышения, моделирование гипоксии на Земле, влияние гипоксии на работоспособность, средства защиты от гипоксии, использование гипоксии в экспертизе, адаптации, профилактике и лечении) исследовались и успешно решались в работах сотрудников IV сектора НИСИ, ВМА, НИИАМ . В 30-е гг. были в основном изучены и решены теоретические и прикладные вопросы защиты экипажей ЛА в высотном и стратосферном полете от декомпрессионных нарушений — барокавепатии, высотной декомпрессионной болезни, высотной парогазовой эмфиземы. Экспериментально обоснованы этиопатогенез декомпрессионных нарушений при больших и резких изменениях давления — бароотопатии, высотного метеоризма, баротравмы легких десатурационная (азотная, газопузырьковая) этиология высотной декомпрессионной болезни, этиопатогенез высотной эмфиземы как следствия закипания жидкостей организма в крайне разреженной атмосфере. В указанных и других работах были установлены оптимальные и допустимые режимы декомпрессионных воздействий применительно к различным условиям высотного полета, разработаны методы профилактики и лечения декомпрессионных нарушений (режимы питания, десатурация, рекомпрессия), экспериментально обоснованы и апробированы в реальных полетах эффективные технические средства защиты экипажей ЛА— герметические кабины, высотные скафандры, комплекты кислородного оборудования и снаряжения . Применительно к проблемам авиационной медицины успешно решались также вопросы защиты экипажей ЛА от действия гипоксии и декомпрессии. Идея применения герметических кабин как средства жизнеобеспечения экипажей стратостатов и космических кораблей была впервые высказана Д.И. Менделеевым и К.Э. Циолковским Для выхода в открытый космос К.Э. Циолковский предполагал использовать скафандр. Им же были указаны ориентировочные параметры (давление, газовый состав, температура) газовой среды гермокабин и скафандров. Концепция герметических кабин и скафандров была экспериментально обоснована и практически реализована в 30—40-е гг. при разработке мероприятий по физиолого-гигиеническому обеспечению длительных и высотных полетов на самолетах и полетов на стратостатах . Была показана возможность длительного (10—100 ч) пребывания человека в герметических кабинах с искусственной атмосферой при нормальном и пониженном (соответственно высоте 2000—3000 м) давлении. На стратостатах с герметическими гондолами совершались полеты на высоты более 20000 м . В 1935 г. бригадой специалистов в стратосферном комитете Осовиахима под руководством Н.М. Добротворского и Е.Я. Раппопорта были разработаны физиологические требования к авиационному скафандру, созданы и испытаны в барокамере, а позднее и в полете на самолете первые образцы скафандров конструкции А.А. Перескокова, А.И. Бойко, А.И. Хромушкина и Е.Е. Чертовского . Уже первые образцы отечественных скафандров (Ч-3б СК-ЦАГИ-2, СК-ЦАГИ-8 и др.) явились эффективными средствами жизнеобеспечения при многочасовых высотных полетах на самолетах с открытыми кабинами . После Великой Отечественной войны работы по усовершенствованию авиационных скафандров успешно велись в ЛИИ МАП совместно с НИИАМ (А.А. Хромушкин, А.И. Бойко, В.А. Спасский, Л.А. Салманов, С.Г. Жаров и др.). Были разработаны и испытаны масочные и безмасочные вентиляционные скафандры ВВС-1, ВВС-4, на основе которых впоследствии были разработаны промышленные образцы авиационных скафандров «Воркута», «Сокол» . Научно-практические результаты, полученные специалистами авиационной медицины при разработке и испытаниях герметических кабин стратостатов и авиационных скафандров, были широко использованы как при создании средств жизнеобеспечения животных в полетах на ракетах в верхние слои атмосферы, так и при создании обитаемых отсеков космических кораблей и скафандров космонавтов . Все вышеизложенное позволяет заключить, что гондолы стратостатов и авиационные высотные скафандры явились прообразами кабин космических кораблей и космических скафандров, а высотная физиология стала предтечей физиологии космоса.

Разработка СОЖ для животных при полетах на ракетах и искусственных спутниках Земли (1948-1961)


Группа сотрудников Института и Центра подготовки космонавтов после завершения цикла полетов в режиме кратковременной невесомости. В центре группы — Юрий Алексеевич Гагарин


В результате выполнения обширной программы биологических экспериментов при полетах животных на ракетах, а затем на ИСЗ были созданы и испытаны эффективные космические СОЖ — герметические кабины и скафандры (ГК, СК). Гермокабины и безмасочные скафандры вентиляционного типа обеспечивали животным (собакам) жизненно необходимые условия для кратковременных (до 1 ч) полетов на ракетах до высот 100—450 км, а также при катапультировании и парашютировании с высоты 45—85 км . Для условий космического полета животных были разработаны регенерационные ГК, в которых параметры искусственной атмосферы по газовому составу и давлению могли поддерживаться 12—15 суток близкими к наземным значениям. Установка для регенерации воздуха ГК содержала регенерационное вещество, которое поглощало СО2 и водяные пары и одновременно выделяло необходимое количество кислорода. Температура воздуха ГК регулировалась жидкостно-воздушным теплообменником в пределах 20±10°С. Такая «привычная» атмосфера ГК исключала дополнительные нагрузки на организм животных в космическом полете . Разработка космических СОЖ на данном этапе проводилась под руководством В.И. Яздовского группой научных сотрудников 2-й лаборатории, 8-го и 9-го отделов (A.M. Генин, А.Д. Серяпин, Л.П. Салманов, Б.Г. Буйлов, Л.А. Мохов). Одновременно с разработкой и апробацией СОЖ в первых космических полетах животных были успешно проведены испытания безмасочного скафандра, предназначенного для жизнеобеспечения человека в предстоящих космических полетах . Таким образом, на втором этапе разработки космических СОЖ были получены уникальные научные данные, которые позволили обосновать возможность создания герметических кабин и космических скафандров в качестве эффективных средств жизнеобеспечения человека в космическом полете.

Разработка СОЖ при кратковременных полетах человека в космос (1960-1965)


Исследование на вестибуло-метрическом стенде, созданном в ИАиКМ, проводит начальник отдела О.А. Воробьев.


Основная работа по физиолого-гигиеническому обоснованию разработки СОЖ в этот период проводилась сотрудниками 9-го отдела III Направления и 14-го отдела II Управления Института (А.Д. Серяпин, Л.П. Салманов, Л.Г. Головкин, В.П. Дзедзичек, Л.А. Мохов, А.Г. Фомин, A.M. Финогенов и др.) под руководством В.И. Яздовского и А.М. Генина. В первых космических полетах человека на кораблях «Восток» система жизнеобеспечения и зашиты в условиях вакуума космоса состояла из герметической кабины (основная СОЖ) и безмасочного вентиляционного скафандра, предназначаемого для зашиты в случае разгерметизации кабины КК или спускаемого отсека, а также при катапультировании, парашютировании и приземлении Космонавт в течение всего полета находился в скафандре, включенном в общую систему регенерации газовой среды кабины КК. Система регенерации и кондиционирования воздуха, основанная на использовании надперекисных щелочных металлов и импрегнированных осушителей, могла обеспечивать параметры газовой среды близкими к наземным величинам в кабине объемом 5 м3 до 12—13 суток. Так, в процессе полетов кораблей «Восток» и «Восход» барометрическое давление в ГК колебалось в пределах 760—800 мм рт. ст., содержание 02 — от 20 до 27%, углекислого газа — от 0,2 до 1,5%, температура воздуха — от 13 до 26°С, влажность — от 30 до 80%. В случае разгерметизации кабины на КК «Восток» в скафандре поддерживалось давление 0,25 атм — соответственно высоте 11 км . В полетах на многоместных космических кораблях «Восход» и «Союз» скафандр был исключен из СОЖ по соображениям экономии веса и снижения дискомфорта. Однако трагическая гибель космонавтов КК «Союз-11» В.Т. Добровольского, В.Н. Волкова и В.И. Пацаева 6.06.1971 г. показала необоснованность такого решения и лишний раз напомнила о реальной угрозе разгерметизации кабины КК на любом этапе полета . В последующих кратковременных космических полетах вновь стала применяться «двухзвенная» СОЖ: гермокабина—скафандр. Космический скафандр «Сокол» был разработан заводом «Звезда» на основе безмасочного вентиляционного высотного скафандра, успешно прошедшего к тому времени физиолого-гигиенические испытания в Институте. В скафандре в случае разгерметизации кабины КК автоматически поддерживалось давление 0,4 атм (высота 7 км). Ручной регулятор позволял изменять давление в пределах 0,2—0,4 атм. В герметической кабине КК используемая система регенерации и кондиционирования воздуха обеспечивала регулирование параметров атмосферы в пределах их наземных значений .

© Коршункова Мария