Искусственные спутники земли. первая космическая скорость. вес тела. невесомость

Профилактика последствий

Альтернативой длительной и трудной реабилитации после космической экспедиции в отсутствии силы тяжести является постоянная и настойчивая профилактика неблагоприятных изменений в организме.

На орбите экипаж постоянно поддерживает физическую форму

В космическом полёте, когда отсутствует сила тяжести и вес невесомость обнуляет, космонавты постоянно занимаются физическими упражнениями, причём часто под нагрузкой. Например, пользуются бегущей дорожкой, будучи притянутыми к ней упругими резиновыми элементами, укрепленными на поясе.

Работа с эспандером хорошо укрепляет мышцы рук и плечевого пояса. Для укрепления мышц спины также используют упругие элементы, работающие на растяжение. Все эти упражнения способствуют укреплению сердечно-сосудистой системы, что тоже является очень хорошей профилактикой последствий длительного воздействия нулевой силы тяжести. Специально подобранный рацион обеспечивает необходимую перистальтику желудочно-кишечного тракта.

В длительном полете невесомость значение приобретает очень важное, но космонавты летают в отсутствие силы тяжести все дольше и дольше. В космосе космическая экспедиция может провести много месяцев

Рекордсмен по этой части – россиянин Валерий Поляков. Его полет проходил в 1994 и 1995 году. Поляков провел на станции «Мир» 438 суток. Это более 62 недель, более 14 месяцев. Нет предела совершенству!

Невесомость на Земле

Основная статья: Моделирование невесомости

Траектория маневра для достижения невесомости

Астронавты Проекта Меркури на борту C-131 Samaritan, 1959

Питер Диамандис в состоянии невесомости на борту самолёта компании Zero Gravity

На Земле в экспериментальных целях создают кратковременное состояние невесомости (до 40 с) при полётах самолёта по баллистической траектории, то есть такой траектории, по которой летел бы самолёт под воздействием одной лишь силы земного притяжения. Эта траектория при небольших скоростях движения получается параболой (так называемой «параболой Кеплера»), из-за чего её иногда ошибочно называют «параболической». В общем случае траектория представляет собой эллипс или гиперболу.

Такие методы применяются для тренировки космонавтов в России и США. В кабине пилота на нитке подвешен шарик, который обычно натягивает нитку вниз (если самолёт покоится, либо движется равномерно и прямолинейно). Отсутствие натяжения нити, на которой висит шарик, свидетельствует о невесомости. Таким образом, пилот должен управлять самолётом так, чтобы шарик висел в воздухе без натяжения нити. Для достижения этого эффекта самолёт должен иметь постоянное ускорение равное g и направленное вниз. Другими словами, пилоты создают нулевую перегрузку. Длительно такую перегрузку (до 40 секунд) можно создать, если выполнить специальную фигуру пилотажа «провал в воздухе». Пилоты резко начинают набор высоты, выходя на «параболическую» траекторию, которая заканчивается таким же резким сбросом высоты. Внутри фюзеляжа имеется камера, в которой тренируются будущие космонавты, она представляет собой полностью обитую мягким покрытием пассажирскую кабину без кресел, чтобы избежать травм как в моменты невесомости, так и в моменты перегрузок.

Подобное чувство невесомости (частичной) человек испытывает при полётах рейсами гражданской авиации во время посадки. Однако в целях безопасности полёта и из-за большой нагрузки на конструкцию самолёта, любой рейсовый самолёт сбрасывает высоту, совершая несколько протяженных спиральных витков (с высоты полёта в 11 км до высоты захода на посадку порядка 1-2 км). То есть спуск производится в несколько заходов, во время которых пассажир на несколько секунд ощущает, что его немного отрывает от кресла вверх. Это же чувство испытывают и автомобилисты, знакомые с трассами, проходящими по крутым холмам, когда машина начинает съезжать с верхушки вниз.

Утверждения, что самолёт для создания кратковременной невесомости выполняет фигуры высшего пилотажа типа «петли Нестерова» — не более чем миф. Тренировки выполняются в слегка модифицированных серийных пассажирских или грузовых самолётах, для которых фигуры высшего пилотажа и подобные режимы полёта являются закритическими и могут привести к разрушению машины в воздухе или быстрому усталостному износу несущих конструкций.

Состояние невесомости можно ощутить в начальный момент свободного падения тела в атмосфере, когда сопротивление воздуха ещё невелико.

Существует несколько самолётов, способных проводить полёты с достижением состояния невесомости без вылета в космос. Технология используется как для тренировок космическими агентствами, так и для коммерческих полётов частных лиц. Подобные полёты проводят американская авиакомпания Zero Gravity, Роскосмос (на Ил-76 МДК c 1988 года, полёты также доступны для частных лиц), NASA (на Boeing KC-135) , Европейское космическое агентство (на Airbus A-310)
Типичный полёт продолжается около полутора часов. В течение полёта проводятся 10-15 сессий невесомости, для достижения которых самолёт совершает крутое пике. Длительность каждой сессии невесомости около 25 секунд. Более 15000 человек совершили полёты по состоянию на ноябрь 2017 года. Многие известные люди совершили полёты в невесомости на борту самолёта, в их числе: Баз Олдрин, Джон Кармак, Тони Хоук, Ричард Брэнсон, Артемий Лебедев. Стивен Хокинг также совершил короткий полёт 26 апреля 2007 года.

Другим способом моделирования невесомости, причём в течение длительного времени, является создание гидроневесомости.

Зачем армии космос

Армия и космос – близнецы-братья. Напомню, что Юрий Гагарин улетел в первый космический полёт старшим лейтенантом, а вернулся майором Советской армии. Армия оценила подвиг.

Первый космонавт Юрий Гагарин – майор Советской Армии

Все космонавты первого призыва были военными летчиками. Только во втором наборе появилось несколько инженеров. Да и те работали в ракетном КБ. Сама космическая отрасль была задумана и появилась в стране как средство доставки ядерных боезарядов с континента на континент.

Беспилотная космонавтика

Три классических военных аспекта космоса: боевые баллистические ракеты, спутники связи и системы геолокации. Ни одна из частей этой триады не является пилотируемой. Это означает, что воздействие невесомости на человека отдыхает. Нет экипажа космического аппарата – нет влияния отсутствия силы тяжести на человека. Большую часть своей траектории баллистическая ракета летит в невесомости. Это необходимо учитывать, из этого исходить при расчетах, но человек здесь ни при чём, ощущение невесомости он не испытывает. Так что пока и поскольку военный космос не требует пилотируемых полётов, то терпеть невесомость и перегрузки офицерам не нужно.

Пилотируемая космонавтика

Но перед экипажем пилотируемого космического аппарата могут стоять военные задачи. Задачи дистанционного зондирования поверхности Земли всегда включают решение задач космической разведки, они нередко требуют активного участия членов экипажа.

Спутники-инспекторы часто требуют управления со стороны экипажа обитаемого космического аппарата. Особенно при боевой активности такого спутника-инспектора. В этом случае может осуществляться непосредственный визуальный контакт экипажа со спутником-инспектором, особенно при выполнении оперативных манёвров.

При выходе в открытый космос человек летит со скоростью 8 км/с

На орбитальной станции экипажи сменяют друг друга, как правило, через несколько месяцев: космонавты испытывают состояние невесомости по полгода и дольше. Вес тела невесомость компенсирует, при этом офицерам приходится ежедневно тренироваться под нагрузкой упругих элементов, моделируя работу организма в условиях гравитации, минимизируя эффект невесомости. Факты о невесомости таковы: после полета члены экипажа проходят серьезный и продолжительный процесс реабилитации, с трудом возвращают себя в привычную физическую форму. При условии возникновения изменений, их глубина зависит от того, какое время в невесомости провел человек. Длительность реабилитации сравнима со временем полета.

Почему нельзя проверить гипотезу?

До центра Земли, не говоря уже о других планетах и звездах, добраться пока что, в обозримом будущем, невозможно. Во-первых, пробурить туда дыру нельзя, так как от поверхности до центра расстояние составляет чуть более 6000 км. Самая глубокая дыра в мире имеет «всего лишь» 12 261м и это Кольская сверхглубокая скважина, которая находится в Мурманской области недалеко от города Заполярный.

Интересный факт: в данный момент скважина законсервирована, а исследовательский центр разрушен. По подсчетам, на восстановление требуется более 100 млн рублей.
Кольская сверхглубокая скважина. Буровая первого этапа (глубина 7600 м), 1974 год

Даже если была бы возможность пробурить дыру, то люди столкнулись бы с невероятно большой температурой ядра, которая составляет около 5 000 ℃, а это температура поверхности Солнца. Предполагаемое давление в центре планеты составляет 3 600 000 атмосфер. Давление в других планетах зависит полностью от их структуры. К примеру, давление ядра Юпитера, по предположениям ученых, составляет от 30 до 100 млн атмосфер и температуру в 20 000℃. Солнце – не планета, а звезда и поэтому обладает газообразной структурой. Однако, несмотря на это, светило также имеет ядро. Давление в центре Солнца составляет 3,4х1011 атм.

Какова микрогравитация на вкус?

Когда вы впервые окажетесь в состоянии невесомости, вы почувствуете следующее:

— тошнота;

— дезориентация;

— головная боль;

— потеря аппетита;

— запор;

— еще кое-что…

Чем дольше вы будете оставаться в условиях микрогравитации, тем слабее будут ваши мышцы и кости. Эти ощущения будут вызваны различными изменениями в системах вашего организма. Давайте подробно рассмотрим, как тело реагирует на невесомость.

Космическая болезнь

Тошнота и дезориентация, которая на вкус как сосущее чувство в желудке, когда автомобиль «летит» вниз по трассе или вас подхватывает на карусели. Только на борту корабля это чувство будет длиться несколько дней. Это чувство космической болезни, слабость моторики, когда ваш мозг получает противоречивую информацию от вестибулярных органов, расположенных в вашем внутреннем ухе. Ваши глаза видят, куда двигаться вверх и вниз в корабле, но ваша вестибулярная система полагается на силу тяжести, определяя направления, что не работает в невесомости. Поэтому ваши глаза могут говорить мозгу, что вы движетесь сверху вниз, но мозг этого не поймет. Это вызывает дезориентацию и тошноту, что может привести к потере аппетита и рвоте. К счастью, спустя несколько дней мозг адаптируется и начнет реагировать исключительно на визуальные сигналы. Таблетки тоже помогут.

Одутловатое лицо и куриные лапки

В условиях микрогравитации ваше лицо будет одутловатым, а пазухи — перегруженными, что вызовет головную боль и нарушение моторики. На Земле это можно почувствовать, если стоять вверх ногами — кровь приливает к голове.

На Земле гравитация притягивает вашу кровь, в результате чего значительные ее объемы скапливаются в венах ног. Как только вы окажетесь в условиях микрогравитации, кровь сдвинется из ваших ног в грудь и голову. Лицо опухнет, а ноги, наоборот, уменьшатся в размерах.

Когда кровь переходит в грудь, сердце увеличивается в размерах и качает больше крови с каждым ударом. Почки отвечают на этот увеличенный кровоток производством большего количества мочи, будто вы выпили большой стакан воды. Кроме того, увеличение кровотока снижает уровень секреции гипофизом антидиуретического гормона (АДГ), что уменьшает жажду. Вы не будете хотеть пить столько же воды, сколько на Земле. В совокупности эти два фактора помогут вашей груди и голове избавиться от лишней жидкости за несколько дней, а поток жидкости вашего тела нормализуется (для космических условий). По возвращении на Землю, вы будете больше пить и чувствовать усталость, но это пройдет.

Космическая анемия

По мере того, как ваши почки выводят лишнюю жидкость, они также уменьшают секрецию эритропоэтина — гормона, стимулирующего производство красных кровяных тел клетками костного мозга. Снижение производства красных кровяных клеток сопровождается уменьшением объема плазмы, поэтому гематокрит (процент объема крови, занимаемого красными кровяными телами) такой же, как на Земле. По возвращении на Землю, ваш уровень эритропоэтина будет расти, так же как и количество красных кровяных тел.

Слабые мышцы

Когда вы находитесь в условиях микрогравитации, ваше тело принимает позу «зародыша»: вы немного сгибаетесь, ваши руки и ноги также принимают полусогнутое состояние. В таком положении вы не используете многие мышцы, особенно те, которые помогают вам поддерживать осанку (антигравитационные мышцы). По мере пребывания на борту МКС, ваши мышцы меняются. Их масса уменьшается, что приводит к «куриным лапкам». Ваше тело больше не нуждается в мышцах, которые медленно сокращаются, вроде тех, что используются в положении стоя. Нужны быстро сокращающиеся волокна, чтобы быстрее передвигаться по станции. Чем больше вы остаетесь на МКС, тем меньше у вас будет мышечной массы. Потеря мышечной массы ослабляет вас, и это, между прочим, является серьезной проблемой для длительных полетов, особенно после возвращения на Землю.

Остеопсатироз

На Земле ваши кости поддерживают вес вашего тела. Размер и масса костей тщательно сбалансированы. В условиях микрогравитации вашим костям больше не нужно поддерживать ваше тело, поэтому все ваши кости, особенно несущие, в районе бедер, ляжек и нижней части спины, используются меньше, чем на Земле. Размер и масса костей в невесомости уменьшаются примерно на 1% в месяц. В результате по возвращении на Землю они просто могут разрушиться. Неизвестно, каков процент восстанавливаемых костей после возвращения на Землю, но он точно не равен 100. Именно эта проблема вносит ограничения на время пребывания в космосе.

В дополнение к слабым костям, концентрация кальция в крови приводит к болезни почек, которым нужно этот избыточный кальций выводить. Могут образоваться камни в почках.

Методы имитации для изучения

Большинство общепринятых методов имитации невесомости воспроизводит давление крови, функциональные и другие сдвиги, которые возникают в этом состоянии.

Для имитации вестибулярных нарушений, развивающихся в условиях невесомости, используется калориметрическая проба (раздражение внутреннего уха теплой водой) и кресло для исследования вестибулярного аппарата с вращением испытуемого.

При вращении человека на кресле  возникает конвекция жидкости в полукружных каналах уха, что обычно вызывает нистагм (непроизвольное колебание глаз) и нередко вестибулярные нарушения.

При проведении теста астронавта в кресле на борту космического корабля «Шаттл» (США) также проявился нистагм. Этот результат не соответствовал научным ожиданиям, так как давно предложенная для объяснения вестибулярных нарушений теория была основана на рецепторах внутреннего уха, что возможно только в условиях гравитации. В отсутствие последнего метод не должен, казалось бы, работать. Авторы эксперимента полагают, что теория для объяснения вестибулярных нарушений должна быть пересмотрена.

Это является еще одним убедительным примером того, как знания, добытые в космических просторах, позволяют по-новому подходить к тайнам, лежащим в «нас самих». Так или иначе, изложенное выше наблюдение заслуживает внимания и подтверждения. Можно лишь предположить, что при вращении кресла может возникать так называемая искусственная гравитация, и тогда все остается на «прежних местах».

Вопрос имитации физиологических эффектов, свойственных состоянию невесомости на Земле, является базисным для космической медицины.

Целесообразность изучения эффектов состояния невесомости в земных условиях продиктована трудностями комплексных исследований в космическом полете, необходимостью тщательного подбора космонавтов и изучения тех изменений, которые могут наблюдаться во время космических полетов.

Невесомость

Выясним некоторые особенности веса. Вес – это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес, из этого следует, что если тело не подвешено или не закреплено на опоре, то его вес равен нулю. Данный вывод кажется противоречивым нашему повседневному опыту. Однако он имеет вполне справедливые физические примеры.

Если пружину с подвешенным к ней телом отпустить и позволить ей свободно падать, то указатель динамометра будет показывать нулевое значение (Рис. 4). Причина этого проста: груз и динамометр движутся с одинаковым ускорением (g) и одинаковой нулевой начальной скоростью (V0). Нижний конец пружины движется синхронно с грузом, при этом пружина не деформируется и силы упругости в пружине не возникает. Следовательно, не возникает и встречной силы упругости, которая является весом тела, то есть тело не обладает весом, или является невесомым.            

Рис. 4. Свободное падение пружины с подвешенным к ней телом

Состояние невесомости возникает благодаря тому, что в земных условиях сила тяжести сообщает всем телам одинаковое ускорение, так называемое ускорение свободного падения. Для нашего примера мы можем сказать, что груз и динамометр движутся с одинаковым ускорением. Если на тело действует только сила тяжести или только сила всемирного тяготения, то это тело находится в состоянии невесомости

Важно понимать, что в этом случае исчезает только вес тела, но не сила тяжести, действующая на это тело

Состояние невесомости – не экзотика, довольно часто многие из вас его испытывали – любой человек, подпрыгивающий или спрыгивающий с какой либо высоты, до момента приземления находится в состоянии невесомости.

Рассмотрим случай, когда динамометр и прикрепленное к его пружине тело движутся вниз с некоторым ускорением, но не совершают при этом свободного падения. Показания динамометра уменьшатся по сравнению с показаниями при неподвижном грузе и пружине, значит, вес тела стал меньше, чем он был в состоянии покоя. В чем причина такого уменьшения? Дадим математическое объяснение, опираясь на второй закон Ньютона.

Рис. 5. Математическое объяснение веса тела

На тело действуют две силы: сила тяжести, направленная вниз, и сила упругости пружины, направленная вверх. Эти две силы сообщают телу ускорение. и уравнение движения будет иметь вид:

 m =  + m

Выберем ось y (Рис. 5), поскольку все силы направлены вертикально, нам достаточно одной оси. В результате проецирования и переноса слагаемых получим – модуль силы упругости будет равен:

ma =  mg — Fупр

Fупр =  mg — ma,

где в левой и правой части уравнения стоят проекции сил, указанных во втором законе Ньютона, на ось y. Согласно определению, вес тела по модулю равен силе упругости пружины, и, подставив ее значение, получим :

P = Fупр =  mg — ma = m( g — а)

Вес тела равен произведению массы тела на разность ускорений. Из полученной формулы видно, что если модуль ускорения тела меньше модуля ускорения свободного падения, то вес тела меньше силы тяжести, то есть вес тела, движущегося ускоренно, меньше веса покоящегося тела.

Рассмотрим случай, когда тело с грузиком движется ускоренно вверх (Рис. 6).

Стрелка динамометра покажет значение веса тела большее, чем покоящегося груза.

Рис. 6. Тело с грузиком движется ускоренно вверх

Тело движется вверх, и его ускорение направлено туда же, следовательно, нам необходимо поменять знак проекции ускорения на ось у.

Из формулы видно, что теперь вес тела больше силы тяжести, то есть больше веса покоящегося тела.

Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называется перегрузкой.

Это справедливо не только для тела, подвешенного на пружине, но и для тела, укрепленного на опоре.

Рассмотрим пример, в котором проявляется изменение тела при его ускоренном движении (Рис. 7).

Автомобиль движется по мосту выпуклой траектории, то есть по криволинейной траектории. Будем считать форму моста дугой окружности. Из кинематики мы знаем, что автомобиль движется с центростремительным ускорением, величина которого равна квадрату скорости, деленной на радиус кривизны моста. В момент нахождения его в наивысшей точке, это ускорение будет направлено вертикально вниз. Согласно второму закону Ньютона это ускорение сообщается автомобилю равнодействующей силой тяжести и силой реакции опоры.

m =  + m

Выберем координатную ось у, направленную вертикально вверх, и запишем это уравнение в проекции на выбранную ось, подставим значения и проведем преобразования:

Рис. 7. Наивысшая точка нахождения автомобиля

Вес автомобиля, по третьему закону Ньютона, равен по модулю силе реакции опоры (), при этом мы видим, что вес автомобиля по модулю меньше силы тяжести, то есть меньше веса неподвижного автомобиля.

Почему в центре планет возможна невесомость?

Земля имеет сферическую форму, и гравитационные силы противодействуют друг другу – именно в центральной части планет. Таким образом, если предположительно попасть в середину, то будет оказываться давление в разные стороны с равномерной силой, создавая невесомость. Из этого выходит, что ощущение невесомости в центре планет возможно, если на данной планете есть достаточно сильное гравитационное поле.

Чтобы проще понять гравитацию внутри планеты, необходимо разбить на небольшие кусочки ее недра, а также взять условный объект. Когда объект приближается к центру, объем тяготеющих масс над ним увеличивается. В определенный момент их количество сравняется с таким же объемом масс под объектом. Логично предположить, что это произойдет прямо в центральной части. Таким образом, наступит состояние невесомости.

Гравитация внутри планеты

Можно привести несложный пример для понимания этого явления. Если прорыть колодец от поверхности к центру, взять весы с подвешенной гирькой и опустить их внутрь. По мере опускания весов вниз будет заметно, что гиря постепенно становится все легче и легче. Это объясняется законом всемирного тяготения.

Все указанные расчеты правильны, если бы планета имела форму шара идеальной формы. Она должна иметь везде одинаковую плотность. В реальности же все выглядит немножко иначе, поскольку, например, земная кора содержит уплотнения и пустые участки. Мантия Земли вероятней всего тоже имеет неоднородный состав. Согласно научным сведениям, земное ядро состоит из расплавленного железа, оно отличается не равномерной формой и постоянно двигается. Таким образом, невесомость Земли находится не в геометрическом центре, а там, где располагается центр тяжести.

Что касается невесомости в центре звезд, то об этом тоже можно сделать вывод исходя из особенностей силы притяжения. В частности, Солнце обладает невероятно сильным гравитационным полем. Именно из-за этой гравитации планеты Солнечной системы вращаются вокруг звезды. Солнце тоже имеет неоднородную структуру, а в его центре находится ядро. Если теоретически предположить путешествие к центру Солнца, то и там возможна невесомость из-за уравнения гравитационных масс.

Наличие невесомости в центре звезд и планет, в частности Земли, вполне вероятно и логически объяснимо. В пользу данной гипотезы свидетельствуют научные исследования в области гравитации. Например, на поверхности Земли действует сила притяжения. При погружении к центру планеты, количество гравитационных масс сверху и снизу объекта будет постепенно уравновешиваться. В определенный момент сила притяжения будет действовать на объект со всех сторон одинаково и возникнет состояние невесомости.

Куда исчезает гравитация Земли?

Означает ли все вышеописанное, что ракета покинула ту область пространства, где действует гравитация Земли? И почему вообще возникает невесомость в космосе?

Конечно же нет, гравитация Земли никуда не исчезает. Это просто еще одно распространенное заблуждение. Но почему это так происходит? Ведь очевидно, что космонавты на орбите свободно плавают по космической станции. И их ничего не притягивает к себе! Попробуем разобраться в этом интересном вопросе.

Международная космическая станция (МКС) совершает за сутки примерно 16 оборотов вокруг Земли. Все мы видели хотя бы один раз, как с борта МКС производят прямые трансляции и телемосты. Космонавты на этих мероприятиях кажутся плавающими в какой-то жидкости. И многим может показаться, что в космосе нет гравитации. Потому что космонавты могут летать, как воздушные шары. Однако гравитация там все же есть. И она играет очень важную роль.

Существует два основных фактора, которые удерживают МКС ​​на орбите Земли:

1. Международная космическая станция на самом деле все время падает на Землю. И именно из-за притяжения, которое оказывает наша планета на МКС. Просто траектория ее падения замкнута. То есть падение происходит, но никогда не произойдет. Вот такой вот парадокс.

Представьте себе на секунду, что какое-то таинственное существо решило отключить гравитацию Земли. МКС сразу же перестала бы вращаться вокруг нашей планеты. И улетела бы в космическое пространство. И, вероятно, была бы захвачена гравитацией какого-то другого массивного объекта, такого, например, как Солнце. Поэтому можно сказать, что гравитация — это некая веревка, удерживающая космическую станцию ​на околоземной орбите.

2. МКС имеет определенную скорость относительно поверхности Земли.

Отсутствие гравитации меняет нейронные связи

Ученые сделали фМРТ головного мозга одиннадцати космонавтам до и после полета, который длился в среднем шесть месяцев. Затем они сравнили данные томографии космонавтов с результатами добровольцев, которые не покидали Землю. Исследователей интересовали изменения в связях между зонами мозга, отвечающими за сенсомоторные функции — движение и восприятие положения тела. Для активизации этих зон использовалась стимуляция подошвы стоп, имитирующая походку.

На Земле восприятие пространства и положения тела регулирует вестибулярный аппарат — система мешочков и полукружных каналов во внутреннем ухе. Но в невесомости он работает со сбоями, так как для его работы необходима сила тяжести. Поэтому космонавты нередко испытывают головокружение и дезориентацию до тех пор, пока их тело не привыкнет к необычным условиям.

Выяснилось, что у космонавтов перестраиваются связи мозга, отвечающие за восприятие и движение. Чтобы компенсировать недостаток информации от органа равновесия, развивается вспомогательная система соматосенсорного контроля: мозг чаще обращается к зрительным и тактильным системам, чем к вестибулярному аппарату. Поэтому усиливаются нейронные пути, координирующие их работу. Так, фМРТ показало увеличение связи островковых долей с другими отделами. Островковые доли отвечают за интеграцию ощущений, поступающих из разных систем.

Что же касается связей мозжечка и вестибулярных ядер с полушариями, — в условиях земного притяжения эти структуры обеспечивают обработку ощущений, поступающих из вестибулярного аппарата. Ученые предполагают, что в космосе мозг тормозит активность этой системы, так как от нее поступает противоречивая информация об окружающем мире.

Это не первая попытка изучить влияние невесомости на мозг с помощью нейровизуализации. Более ранние исследования посвящены рискам для здоровья, с которыми сталкиваются космонавты.

Как меняется организм в состоянии невесомости?

Одним из наиболее интересных является изменение роста человека. В условиях гравитации мышцы обеспечивают прилегание позвонков друг к другу, благодаря чему поддерживаются правильные изгибы позвоночника. В невесомости мышцы постепенно ослабевают и атрофируются. В результате рост может увеличиваться на несколько сантиметров.

Любые изменения в теле очень важны для космонавтов. Например, посадочная капсула содержит ложемент – специальное приспособление, которое изготавливается для каждого индивидуально. Ложемент должен полностью соответствовать параметрам космонавта, иначе под угрозой оказывается его безопасность во время посадки на Землю.

Ложемент кресла космонавта

Чтобы избежать подобных проблем, космонавты носят специальные костюмы – «Пингвины». Главная задача такого костюма – создавать нагрузку на опорно-двигательный аппарат, снижать эффект невесомости.

Костюм космонавта “Пингвин”

Нельзя забывать о том, что сердце тоже является мышцей, а, значит, аналогичным образом невесомость воздействует и на него. Давно доказано, что сердце при отсутствии гравитации становится слабее и теряет объем. Но исследования НАСА показали еще одно изменение – округление формы сердца.

В данном исследовании приняли участие 12 космонавтов, трудившихся на МКС. Оказалось, что сердце человека становится на 9,4% круглее. Когда космонавт возвращается в привычные условия, мышца постепенно обретает нормальную форму. Чтобы проще было понять влияние на сердце, можно представить, что одна неделя в невесомости – это то же самое, что и 1,5 месяца постоянного постельного режима.

Интересный факт: многие обыденные вещи в космосе становятся невозможными. Например, космонавт не способен заплакать и избавиться таким образом от стресса, негативных эмоций и т.д. При гравитации слезы скатываются вниз, но если ее нет, то соленые капли остаются внутри глаза или постепенно накапливаются под ним, мешают зрению и вызывают неприятное чувство жжения. Космонавты избавляются от влаги с помощью специальных приспособлений.

В космосе также активизируется процесс старения. Даже, невзирая на негативные процессы в опорно-двигательном аппарате, в невесомости происходят изменения с эндотелиальными клетками. Они располагаются внутри всех сосудов, что вызывает влияние на сердечнососудистую систему. Ученые настаивают на том, что именно благодаря гравитации произошла эволюция человека, а при ее отсутствии ткани организма очень быстро стареют.

Поддаются пагубному влиянию невесомости и кости. Происходит это по нескольким причинам, таким как недостаток костного материала, нарушение обмена фосфора, снижение количества кальция. Организм понимает, что поддерживать тело нет необходимости, и все эти процессы приостанавливаются. В результате за 30 дней нахождения в космосе человек может потерять 1-2% костной массы. Разрушение костей даже имеет отдельный термин – космическая остеопатия.

По возвращению на Землю космонавт постепенно восстанавливает объем костной массы

При этом важно, чтобы пребывание в космосе не слишком затянулось, поскольку восстановление окажется невозможным при критических показателях (при потере 50% костной массы, например)

Для космонавтов жизненно необходимо выполнять различные тренировки в процессе космического полета. Для этого используются специальные тренажеры, которые обеспечивают притяжение тела и нагрузку на организм. К ним принадлежат беговые дорожки, тренажеры для силовых тренировок, имитаторы велосипеда и др. Также космонавты проходят тщательную подготовку к полету в специализированных центрах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector