Загадка падающей кошки и фундаментальная физика - Грегори Гбур

На реализацию этой схемы потребовалось совсем немного времени, и самые отчаянные летчики-испытатели первыми опробовали на себе сколько-нибудь длительную невесомость. Летом 1951 г. летчик-испытатель Скотт Кроссфилд с авиабазы Эдвардс сумел получить состояние нулевой тяжести как в нормальном, так и в перевернутом полете. Он отметил ощущение «утраты пространственной ориентации» при переходе к невесомости, но обнаружил, что после пятого полета его организм адаптировался к этому ощущению, и это, безусловно, внушало оптимизм. Он отметил также, что в невесомости у него появлялась тенденция прикладывать слишком большое усилие, протягивая руку к переключателям на приборной доске, и в результате промахиваться; это отчасти подтверждало тревогу Гауэра и Хабера по поводу нарушений в работе проприоцепторов. Двумя годами позже Кроссфилд прославился как первый летчик, сумевший достичь двукратной скорости звука.

Летчик-испытатель ВВС Чак Йегер, совершавший аналогичные полеты в 1952 г., тоже отмечал некоторую дезориентацию и, в частности, ощущение падения в переходный период, а также «нарушения ориентации» во время невесомости, которые исчезли, как только вес восстановился. Йегер знаменит тем, что первым среди летчиков преодолел звуковой барьер, что ему удалось сделать в 1947 г.

Первое систематическое исследование действия невесомости на человека было предпринято в Лаборатории авиационной медицины авиабазы Райт-Паттерсон, куда в 1949 г. перевелся Хубертус Штругхольд. Эта лаборатория стала еще одним крупным центром космической медицины. В данном исследовании реактивный истребитель Lockheed F-80E был модифицирован таким образом, чтобы разместить в его носу лежанку. После модификации самолет можно было пилотировать либо с этой лежанки, либо с традиционного сиденья в кокпите. По существу, пилот мог управлять самолетом лежа, хотя, как правило, на лежанке размещался испытуемый, а пилот управлял полетом из кокпита.

Типичные полеты включали в себя 8–10 субгравитационных траекторий длительностью по 15 с. В периоды невесомости испытуемых просили выполнять разнообразные задания на координацию движений — покачать головой или протянуть руку за объектом. Участники экспериментов проявляли себя очень хорошо: невесомость слабо влияла на ориентацию, показатели сердцебиения и электрокардиограмма также не демонстрировали значительных изменений. Правда, испытуемые чувствовали, что фиксация в кресле и наличие визуальных ориентиров, с которыми можно соотносить любые вестибулярные ощущения, помогали им сохранять ориентацию. Свободно плавающий в пространстве человек с завязанными глазами мог бы, вероятно, испытать серьезную дезориентацию.

Невесомость была не единственным поводом для беспокойства исследователей. В любом предполагаемом ракетном полете в космос астронавт обязательно должен был подвергнуться действию экстремальных сил, и эти силы, по идее, могут быть опасны и даже убить. Вследствие этого испытуемых на лежанке в истребителе также подвергали экстремальным ускорениям, измеряемым в единицах нормального земного ускорения свободного падения, так называемых g, и просили описать свои ощущения. Однако эксперименты с высокими перегрузками намного проще проводить на твердой земле с использованием ракетных саней, способных разгоняться до громадных скоростей и резко тормозить. Такие испытания начались в 1947 г. и продолжались до середины 1950-х. Самым знаменитым участником этих испытаний был полковник ВВС Джон Стэпп, который 10 декабря 1954 г. разогнался на ракетных санях до максимальной скорости более 1000 км/ч и резко затормозил, подвергнув себя невероятной перегрузке в 46,2 g. Этот эксперимент одновременно сделал Стэппа рекордсменом по величине перегрузки, которой человек намеренно себя подверг, и по величине достигнутой на суше скорости. Джон Стэпп по заслугам получил титул «самого быстрого человека на Земле». Благодаря его работе конструкторам удалось серьезно усовершенствовать систему пристяжных ремней и пилотские кресла истребителей. Примечательно, что, несмотря на чрезвычайные жесткие и даже жестокие нагрузки, которым он подвергал свое тело, Стэпп дожил до 89 лет и мирно умер в собственном доме в 1999 г.

Эксперименты с высокими перегрузками в 1950-е гг. проводились массово, вследствие чего величайшим неизвестным фактором и основанием для тревоги в плане будущих космических путешествий оставалось действие субгравитации, то есть силы тяготения меньше земной. К экспериментам, связанным с действием этого фактора, традиционно привлекались животные. При этом использовались ракеты как определенный компромисс между двумя идеальными условиями — продолжительностью и безопасностью. Если на самолетах невесомость для пассажиров была ограничена короткими интервалами длительностью около 20 с, то ракета могла взлететь намного выше и двигаться по параболической траектории намного дольше, что позволяло получить несколько минут невесомости. Ракетные полеты были новинкой, причем невероятно рискованной, об экспериментах с участием человека не могло идти и речи.

Для этих экспериментов использовалось два типа ракет. ВВС по-прежнему пользовались надежными германскими ракетами Вернера фон Брауна Фау-2, но они были дороги в строительстве. Вооруженные силы в конце 1940-х гг. заключили с корпорацией Aerojet Corporation контракт на создание менее дорогой альтернативы для исследовательских полетов под названием Aerobee. В первой серии экспериментов, пуски которой проводились с полигона Уайт-Сэндс в штате Нью-Мексико с 1948 по 1952 г., было запущено пять Фау-2 и три Aerobee. Испытуемыми во всех полетах служили обезьяны и мыши. Обезьяны, которым обеспечивали обезболивание, подключались к мониторам, способным передавать показатели их жизнедеятельности по радио на протяжении всего полета; в некоторых полетах мыши тоже подключались к мониторам, тогда как в других полетах мышей, плавающих в невесомости, снимали на пленку, чтобы посмотреть, как они себя ведут в таких условиях.

Как оказалось, тревоги о безопасности полетов были более чем оправданны. У всех пяти Фау-2, как и у первой Aerobee, парашюты не вышли или не раскрылись. Вторая Aerobee приземлилась в целости, но задержка с доставкой животных на базу после поиска ракеты привела к тому, что примат умер в пути от перегрева. Только в третьем полете ракеты Aerobee все животные были найдены и привезены на базу живыми. Но все ракеты во время полета передавали по радио на землю показатели жизнедеятельности животных, и в каждой из них была прочная кассета для отснятой пленки, так что даже разбившиеся ракеты приносили ученым важную информацию.

Исследования с участием приматов подтвердили то, что предполагали еще Гауэр и Хабер и что ученые уже видели в более ранних работах: состояние невесомости не влияет на сердечно-сосудистую и дыхательную системы животных. Материалы съемки мышей показали, что животные, свободно плавающие в невесомости, казались слегка дезориентированными, но те, которым удалось уцепиться за какую-нибудь стабильную поверхность, вели себя нормально. Это соответствовало наблюдениям за испытуемыми-людьми в полетах с нулевой силой тяжести: судя по всему, наличие неподвижной опоры или кресла способно было значительно снизить растерянность и неприятные ощущения, связанные с невесомостью. Для сравнения реакций в экспериментах использовались мыши как с нормальной, так и с поврежденной вестибулярной системой, причем мышам с изменениями еще до полета, на земле, давали время освоиться с жизнью и координацией без чувства движения. Оказалось, что мыши без вестибулярного аппарата выглядели в обстановке невесомости более спокойно и непринужденно, чем здоровые. Исследователи предположили, что для здоровых мышей внезапное изменение вестибулярных ощущений оказывалось неожиданным и вызывало растерянность, тогда как мыши с поврежденной вестибулярной системой, не чувствуя никаких изменений, способны были быстро адаптироваться.