Невагомість
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Невагомість

Невагомість, стан матеріального тіла, при якому зовнішні сили, що діють на нього, або здійснюваний ним рух не викликають взаємного тиску часток один на одного. Якщо тіло покоїться в полі тягаря Землі на горизонтальній плоскості, то на нього діють сила тяжіння і направлена в протилежну сторону реакція плоскості, внаслідок чого виникає взаємний тиск часток тіла один на одного. Людський організм сприймає такі тиск як відчуття ваговитості. Аналогічний результат має місце для тіла, яке знаходиться в ліфті, рухомому по вертикалі вниз з прискоренням а ¹ g, де g — прискорення вільного падіння. Але при а = g тіло (всі його частки) і ліфт здійснюють вільне падіння і жодного взаємного тиску один на одного не чинять; в результаті тут має місце явище Н. Прі цьому на всі частки тіла, що знаходиться в стані Н., сили тяжіння діють, але немає зовнішніх сил, прикладених до поверхні тіла (наприклад, реакцій опори), які могли б викликати взаємний тиск часток один на одного. Подібне ж явище спостерігається для тіл, поміщених в штучному супутнику Землі (або космічному кораблі); ці тіла і всі їх частки, отримавши разом з супутником відповідну початкову швидкість, рухаються під дією сил тяжіння уздовж своїх орбіт з рівними прискореннями, як вільні, не чинячи взаємного тиску один на одного, тобто знаходяться в стані Н. Как і на тіло в ліфті, на них діє сила тяжіння, але немає зовнішніх сил, прикладених до поверхонь тіл, які могли б викликати взаємний тиск тіл або їх часток один на одного.

  Взагалі тіло під дією зовнішніх сил буде в стані Н., якщо: а) зовнішні сили, що діють, є лише масовими (сили тяжіння); б) поле цих масових сил локальне однорідно, тобто сили поля повідомляють всі часткам тіла в кожному його положенні однакові по модулю і напряму прискорення; у) початкові швидкості всіх часток тіла по модулю і напряму однакові (тіло рухається поступально). Т. о., будь-яке тіло, розміри якого малі в порівнянні із земним радіусом, що здійснює вільну поступальну ходу в полі тяжіння Землі, буде, за відсутності інших зовнішніх сил, знаходитися в стані Н. Аналогичним буде результат для руху в полі тяжіння будь-які інших небесних тел.

  Унаслідок значної відмінності умов Н. від земних умов, в яких створюються і відлагоджуються прилади і агрегати штучних супутників Землі, космічних кораблів і їх ракет-носіїв, проблема Н. займає важливе місце серед ін. проблем космонавтики. Це найістотніше для систем, що мають ємкості, частково заповнені рідиною. До них відносяться рухові установки з ЖРД, розраховані на багатократне включення в умовах космічного польоту. В умовах Н. рідина може займати довільне положення в ємкості, порушуючи тим самим нормальне функціонування системи (наприклад, подачу компонентів з паливних баків). Тому для забезпечення запуску рідинних рухових установок в умовах Н. застосовуються: розділення рідкої і газоподібної фаз в паливних баках за допомогою еластичних роздільників (наприклад, на АМС «Марінер»); фіксація частини рідини в забірного пристрою системою сіток (ракетний рівень «Аджена»); створення короткочасних перевантажень (штучному «тягарю») перед включенням основної рухової установки за допомогою допоміжних ракетних двигунів і ін. Використання спеціальних прийомів необхідне і для розділення рідкої і газоподібної фаз в умовах Н. у ряді агрегатів системи життєзабезпечення, в паливних елементах системи енергоживлення (наприклад, збір конденсату системою пористого гніту, відділення рідкої фази за допомогою центрифуги). Механізми космічних апаратів (для відкриття сонячних батарей, антен, для стиковки і т.п.) розраховуються на роботу в умовах Н.

  Н. може бути використана для здійснення деяких технологічних процесів, які важко або неможливо реалізувати в земних умовах (наприклад, здобуття композиційних матеріалів з однорідною структурою у всьому об'ємі, здобуття тіл точної сферичної форми з розплавленого матеріалу за рахунок сил поверхневого натягнення і ін.). Вперше експеримент по зварці різних матеріалів в умовах Н. і вакууму був здійснений при польоті радянського космічного корабля «Союз-6» (1969). Ряд технологічних експериментів (по зварці, дослідженню течії і кристалізації розплавлених матеріалів і т.п.) були проведені на американській орбітальній станції «Ськайлеб» (1973).

  Особливо істотно враховувати своєрідність умов Н. при польоті населених космічних кораблів: умови життя людини в стані Н. різко відрізняються від звичних земних, що викликає зміни ряду його життєвих функцій. Так, Н. ставить центральну нервову систему і рецептори багатьох систем (вестибулярного апарату, м'язово-суглобового апарату, кровоносних судин) аналізаторів в незвичайні умови функціонування. Тому Н. розглядають як специфічний інтегральний подразник, що діє на організм людини і тварини протягом всього орбітального польоту. Відповіддю на цей подразник є пристосовні процеси у фізіологічних системах; міра їх прояву залежить від тривалості Н. і в значно меншій мірі від індивідуальних особливостей організму.

  З настанням стану Н. у деяких космонавтів виникають вестибулярні розлади. Тривалий час зберігається відчуття тягарі в області голови (за рахунок посиленого припливу крові до неї). В той же час адаптація до Н. відбувається, як правило, без серйозних ускладнень: у Н. чоловік зберігає працездатність і успішно виконує різні робочі операції, у тому числі ті з них, які вимагають тонкої координації або великих витрат енергії. Рухова активність в стані Н. вимагає набагато менших енергетичних витрат, чим аналогічні рухи в умовах ваговитості. Якщо у польоті не застосовувалися засоби профілактики, то в перші години і добу після приземлення (період реадаптациі до земних умов) у людини, що зробила тривалий космічний політ, спостерігається наступний комплекс змін. 1) Порушення здатності підтримувати вертикальну позу в статиці і динаміці; відчуття тягаря частин тіла (навколишні предмети сприймаються як незвично важкі; спостерігається растренірованность в дозуванні м'язових зусиль). 2) Порушення гемодинаміки при роботі середньої і високої інтенсивності; можливі переднепритомні і непритомні стани після переходу з горизонтального положення у вертикальне (ортостатичні проби). 3) Порушення процесів обміну речовин, особливо водно-сольового обміну, що супроводиться відносним обезводненням тканин, зниженням об'єму циркулюючої крові, зменшенням вмісту в тканинах ряду елементів, зокрема калія і кальцію. 4) Порушення кисневого режиму організму при фізичних навантаженнях. 5) Зниження імунобіологічної резистентності. 6) Вестібуло-вегетатівні розлади. Всі ці зрушення, викликані Н., — обратіми. Прискорене відновлення нормальних функцій може бути досягнуте за допомогою фізіотерапії і лікувальної фізкультури, а також вживанням лікарських препаратів. Несприятливий вплив Н. на організм людини в польоті можна попередити або обмежити за допомогою різних засобів і методів (м'язове тренування, електростимуляція м'язів, негативний тиск, прикладений до нижньої половини тіла, фармакологічні і ін. засобу). У польоті тривалістю близько 2 місяців (другий екіпаж на американській станції «Ськайлеб», 1973) високий профілактичний ефект був досягнутий головним чином завдяки фізичному тренуванню космонавтів. Робота високої інтенсивності, що викликала почастішання пульсу до 150—170 ударів в мин.(міністр), виконувалася на велоергометрі протягом 1 години в добу. Відновлення функції кровообігу і дихання наставало у космонавтів через 5 діб після приземлення. Зміна обміну речовин, стато-кінетічні і вестибулярні розлади були виражені слабо.

  Ефективним засобом, ймовірно, з'явиться створення на борту космічного апарату штучного «тягаря», який можна отримати, наприклад, виконуючи станцію у вигляді великого колеса, що обертається (тобто рухомого не поступально), і розташовуючи робочі приміщення на його «ободі». Унаслідок обертання «обода» тіла в нім притискатимуться до його бічної поверхні, яка гратиме роль «підлоги», а реакція «підлоги», прикладена до поверхонь тіл, і створюватиме штучний «тягар». Створення на космічних кораблях навіть невеликому штучному «тягарю» може забезпечити запобігання несприятливому впливу Н. на організм тварин і людини.

  Для вирішення ряду теоретичних і практичних завдань космічної медицини широко застосовують лабораторні методи моделювання Н., у тому числі обмеження м'язової активності, позбавлення людини звичної опори по вертикальній осі тіла, зниження гідростатичного тиску крові, що досягається перебуванням людини в горизонтальному положенні або під кутом (голова нижча за ноги), тривалим безперервним постільним режимом або зануренням людини на декілька годинників або доби в рідке (так звану іммерсійну) середовище.

  Літ.: Какурін Л. І., Катковський Би. С., Деякі фізіологічні аспекти тривалої невагомості, в кн.: Підсумки науки. Серія Біологія, ст 8, М., 1966; Медико-біологічні дослідження в невагомості, М., 1968; Фізіологія в космосі, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1972.

  С. М. Тарг, Е. Ф. Рязанов, Л. І. Какурін.