БСЭ. Большая Советская Энциклопедия (КО)

  На участке выведения на орбиту у всех собак обнаружены типичные для действия ускорений учащение пульса и дыхания, постепенно исчезавшие после перехода корабля на орбитальный полёт. Наиболее важный непосредственный эффект действия ускорений - изменения лёгочной вентиляции и перераспределение крови в сосудистой системе, в том числе в малом круге, а также изменения в рефлекторной регуляции кровообращения. Нормализация пульса после воздействия ускорений в невесомости происходит значительно медленнее, чем после испытаний на центрифуге в условиях Земли. Как средние, так и абсолютные значения частоты пульса в невесомости были ниже, чем в соответствующих моделирующих опытах на Земле, и характеризовались выраженными колебаниями. Анализ двигательной активности собак показал довольно быструю адаптацию к необычным условиям невесомости и восстановление способности к координированным движениям. Такие же результаты были получены и в экспериментах на обезьянах. Исследованиями условных рефлексов у крыс и морских свинок после возвращения их из космического полёта установлено отсутствие изменений по сравнению с предполётными опытами.

  Биохимическими исследованиями крови и мочи собак, крыс и мышей, возвратившихся из полёта, установлены некоторые преходящие изменения, соответствующие проявлению стресс-реакций (см. Адаптационный синдром ) .У двух собак, совершивших космический полёт на ККС-2, после полёта установлены волнообразные колебания иммунологической реактивности с периодами депрессии и активации. Подобные, но менее выраженные колебания найдены и у собак, летавших на ККС-4 и ККС-5. Цитологическими и гистологическими методами у мышей, летавших на ККС-2, обнаружено увеличение хромосомных перестроек в клетках костного мозга, появление юных форм, некоторое угнетение кроветворения. Важными для дальнейшего развития экофизиологического направления исследований явились эксперименты на советском биоспутнике «Космос-110» с двумя собаками на борту (1966) и на американском биоспутнике «Биос-3», на борту которого находилась обезьяна (1969). Во время 22-суточного полёта собаки впервые подвергались не только влиянию неизбежно присущих космическому рейсу факторов, но и ряду специальных воздействий (раздражение синусного нерва электрическим током, пережатие сонных артерий и т. д.), имевших целью выяснить особенности нервной регуляции кровообращения в условиях невесомости. Кровяное давление у животных регистрировалось прямым путём (катетеризация сосудов). Трасса спутника «Космос-110» на каждом витке входила во внутренний радиационный пояс Земли.Вследствие этого на борту проводились дозиметрические измерения. Послеполётные исследования и анализ полученной информации показали, что длительный космический полёт сопровождается у высокоорганизованных млекопитающих развитием детренированности сердечнососудистой системы, нарушением водно-солевого обмена, в частности значительным уменьшением содержания кальция в костях (декальцинация).

  Во время полёта обезьяны на биоспутнике « Биос-3», продолжавшегося 8,5 суток, были обнаружены серьёзные изменения циклов сна и бодрствования (фрагментация состояний сознания, быстрые переходы от сонливости к бодрствованию, заметное сокращение фаз сна, связанных со сновидениями и глубокой дремотой), а также нарушение суточной ритмики некоторых физиологических процессов. Последовавшая вскоре после досрочного окончания полёта смерть животного была, по мнению ряда специалистов, обусловлена влиянием невесомости, которая привела к перераспределению крови в организме, потере жидкости и нарушению обмена калия и натрия.

  Генетические исследования, проведённые в орбитальных космических полётах, показали, что пребывание в космическом пространстве оказывает стимулирующий эффект на сухие семена лука и нигеллы (более быстрое прорастание и развитие сеянцев). Ускорение деления клеток было обнаружено на проростках гороха, кукурузы, пшеницы. В культуре устойчивой к радиации расы актиномицетов оказалось в 6 раз больше выживших спор и развивавшихся колоний, чем в контроле, тогда как в чувствительном к радиации штамме произошло снижение соответствующих показателей в 12 раз.

  На дрозофилах после полёта было проведено сравнение с контролем частоты летальных мутаций в Х-хромосоме, ведущих к ранней смерти, а также частоты первичного нерасхождения хромосом. Анализ статистически достоверного увеличения частоты сцепленных с полом рецессивных летальных мутаций, проведённый с сопоставлением суммарной дозы облучения во время полётов и с оценкой результатов специально поставленных наземных опытов, показал, что установленные генетические изменения нельзя объяснить только действием радиации. Следует предполагать комбинированное действие всех факторов полёта, в частности динамических (ускорения, невесомость, вибрации). Возможно, что некоторые факторы сенсибилизируют организм к одновременному действию других. Так, при проведении биологических экспериментов на американском биоспутнике «Биос-2» (1967), на борту которого находился искусственный источник гамма-излучения, было установлено, что невесомость у одних биообъектов повышала радиочувствительность, у других - снижала.

  Следующим этапом в осуществлении программы биологических исследований в космосе явились эксперименты, проведённые на трассе Земля - Луна - Земля. Опыты на этой трассе сделали возможным изучение (при отсутствии экранирующего влияния магнитных полей и атмосферы Земли) биологических эффектов ионизирующих излучений радиационных поясов Земли, а также тяжёлой компоненты первичного космического излучения и протонов солнечных вспышек. Исследования осуществлялись при полётах советских автоматических станций серии «3онд» с сентября 1968 по октябрь 1970. На борту станций размещали черепах, дрозофил, лук репчатый, семена растений, разные штаммы хлореллы, кишечной палочки и др. биологические объекты. Суммарная доза облучения во всех полётах была примерно одинаковой. После возвращения на Землю черепахи были активны: много двигались и ели. Исследования некоторых показателей крови (количество лейкоцитов, эритроцитов, гемоглобина) и ЭКГ не выявили существенных отличий у животных, побывавших в космосе, по сравнению с контрольными. Полёт стимулировал рост и развитие семян пшеницы, ячменя, лука, появление в них хромосомных нарушений. Эти изменения, как правило, не отличались от сдвигов, зарегистрированных в биологических объектах, побывавших на низких околоземных орбитах. Относительно большое число перестроек хромосом отмечалось у семян сосны, ячменя, увеличение числа мутантов - у хлореллы.

  Комплекс экспериментов с различными биообъектами (семена, высшие растения, икра лягушек, микроорганизмы и т. д.) был проведён на советском ИСЗ «Космос-368» (1970), ККС «Союз» и первой в мире орбитальной станции «Салют» (1971); западногерманский эксперимент с медицинскими пиявками - на высотных ракетах США и Франции (1970), совместный итало-американский эксперимент с лягушками - на спутнике OFA (1970); микробиологический эксперимент на поверхности Луны был выполнен экипажем американского космического корабля «Аполлон-16» (1972).

  В результате проведённых биологических исследований на высотных и баллистических ракетах, ИСЗ, ККС и др. космических летательных аппаратах установлено, что человек может жить и работать в условиях космического полёта сравнительно продолжительное время. Показано, что невесомость снижает переносимость организмом физических нагрузок и затрудняет реадаптацию к условиям нормальной (земной) гравитации. Важный результат биологических исследований в космосе - установление того факта, что невесомость не обладает мутагенной активностью, по крайней мере в отношении генных и хромосомных мутаций.При подготовке и проведении дальнейших экофизиологических и экобиологических исследований в космических полётах основное внимание будет уделено изучению влияния невесомости на внутриклеточные процессы, биологическим эффектам тяжёлых частиц с большим зарядом, суточной ритмике физиологических и биологических процессов, комбинированным воздействиям ряда факторов космического полёта.

  Следующая важнейшая проблема К. б. (как и космической медицины) - разработка биологических основ и принципов обеспечения нормальной жизнедеятельности человека в условиях длительного пребывания в космосе. Лишь на этой основе может быть создана эффективная система жизнеобеспечения (см. Жизнеобеспечение в космическом полёте).

  Экспериментальное подтверждение отсутствия жизни на Луне (основано на изучении лунного грунта) - первый важный результат в области следующего раздела К. б. - экзобиологии.

 Исследования по К. б. позволили разработать ряд защитных мероприятий и подготовили возможность безопасного полёта в космос человека, что и было осуществлено полётами советских, а затем и американских кораблей с людьми на борту. Значение К. б. этим не исчерпывается. Исследования в области К. б. будут и впредь особенно нужны для решения ряда вопросов, в частности для биологической разведки новых космических трасс. Это потребует разработки новых методов биотелеметрии,создания вживляемых устройств для малой телеметрии (от объекта до бортового передатчика), превращения различных видов возникающей в организме энергии в необходимую для питания таких устройств электрическую энергию, новых методов «сжатия» информации и др. Чрезвычайно важную роль К. б. сыграет и в разработке необходимых для длительных полётов биокомплексов,или замкнутых экологических систем с автотрофными и гетеротрофными организмами.

  Первая публикация о результатах советских биологических экспериментов в космосе была сделана в 1956. Материалы по биологическим и медицинским исследованиям издаются в СССР в сборниках трудов института медико-биологических проблем министерства здравоохранения СССР, в журнале АН СССР «Космические исследования», в многотомном издании «Проблемы космической биологии», в журналах «Космическая биология и медицина», «Авиация и космонавтика» и др., за рубежом - в периодических изданиях «Aerospace Medicine», «Bioscience», «Rivista di Medicina Aeronauticae Spaziale», «Space Flight», «Space Life Sciences».

  Космос становится ареной международного сотрудничества. Это распространяется и на К. б. СССР проводит совместные исследования в области К. б. с социалистическими странами по программе «Интеркосмос». Ведётся работа по созданию совместного советско-американского труда «Основы космической биологии и медицины». В 1972 подписано соглашение между правительствами СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях, которое предусматривает, в частности, сотрудничество в области К. б.

  Лит.:Циолковский К. Э., Путь к звёздам, М., 1960; Газенко О. Г., Некоторые проблемы космической биологии, «Вестник АН СССР», 1962, №1; Сисакян Н. М., Газенко О. Г., Генин А. М., Проблемы космической биологии, в кн.: Проблемы космической биологии, т. 1, М., 1962; Ларин В. В., Баевский Р. М., Некоторые проблемы современной биологической телеметрии, «физиологический журнал СССР», 1964, т. 50, №8; Газенко О. Г., Космическая биология, в кн.: Развитие биологии в СССР, М., 1967; Газенко О. Г., Парфенов Г. П., Результаты и перспективы исследований в области космической генетики, «Космическая биология и медицина», 1967, т. 1, № 5; Adey W. R., Hahn P. М., Introduction - Biosatellite III results, «Aerospace Medicine», 1971, v. 42, № 3, p. 273-80; Grandpierre R., Space biology tests in March 1967. [Les experiences de biologic spatiale de Mars 1967], «Revue de medicine aйronautique et spatiale», 1968, t. 7, p. 217-219; Jenkins D. W., USSR and US bioscience, «Bioscience», 1968, v. 18, № 6, p. 543; Lotz R. G. A., Extraterrestrische Biologic, «Urnschau in Wissenschaft und Technik», 1972, Jg. 72, Н. 5, S. 154-57; Young R. S., Biological experiments in space, «Space Science Reviews», 1968, v. 8, № 5-6, p. 665-89.

  В. В. Ларин.

Космическая газодинамика

Косми'ческая газодина'мика,раздел астрофизики, в котором движение газовых масс в космических условиях изучается с помощью методов газовой динамики.Сформировалась в самостоятельный раздел в 40-х гг. 20 в. Применяется при исследованиях движений в атмосферах Солнца и звёзд, в межзвёздном газе, в солнечном и звёздном ветрах, в метагалактической среде. Наиболее характерное газодинамическое явление - ударная волна.В солнечной атмосфере ударные волны создаются хромосферными вспышками; проходя через корону, они дают всплески радиоизлучения, а дойдя до Земли, производят магнитные бури и связанные с ними геофизические явления. Сильные ударные волны образуются в межзвёздной среде под влиянием расширяющихся оболочек новых и сверхновых звёзд. Ударные волны, по-видимому, создаются также галактиками, движущимися в межгалактической среде.

  Специфика ударных волн и др. газодинамических феноменов в космических условиях обусловлена тем, что космическая среда представляет собой частично ионизованный газ - плазму.Из-за большого различия масс электронов и ионов в ней преобладает электронная теплопроводность; тепловая волна, порожденная ударной волной, обгоняет ударный фронт, газ перед фронтом прогревается, что влияет на свойства волны. На движение частиц ионизованного газа существенно влияет магнитное поле; в частности оно ограничивает пробег частиц поперёк силовых линий, уменьшая теплопроводность в этом направлении. Поле создаёт давление, которое складывается с давлением газа. В плазме играют большую роль коллективные процессы, взаимодействие частиц не с отдельными частицами, а с полями, создаваемыми совокупным движением большого числа их. Это определяет специфику К. г.

  Работы по К. г. ведутся в СССР в Физическом институте АН СССР, в Государственном астрономическом институте им. П. К. Штернберга, институте прикладной математики АН СССР, научно-исследовательском радиофизическом институте Горьковского университета и в др. астрономических и физических учреждениях. Статьи по этим вопросам печатаются в «Астрономическом журнале», в журнале «Астрофизика» (СССР), в зарубежных журналах «Astrophysical Journal» (США), «Cosmic Electrodynamics» (международный журнал) и др.

  Лит.:Каплан С. А., Межзвёздная газодинамика, М., 1958; Каплан С. А., Пикельнер С. Б., Межзвёздная среда, М., 1963; Пикельнер С. Б., Основы космической электродинамики, 2 изд., М., 1966; Симпозиум по космической газодинамике, [Материалы, пер. с англ.], М., 1960; Космическая газодинамика, [пер. с англ.], М., 1972.

  С. Б. Пикельнер.

Космическая геодезия

Косми'ческая геоде'зия,раздел геодезии,в котором изучаются методы определения взаимного положения точек на земной поверхности, размеров и фигуры Земли, параметров её гравитационного поля на основе наблюдений солнечных затмений и покрытий звёзд Луной, фотографирования (на фоне звёзд) Луны, баллонов с источником света, поднимаемых на высоту 20-30 км,и искусственных спутников Земли (ИСЗ), а также измерения расстояний до ИСЗ. Первые работы, относящиеся к К. г., были опубликованы во 2-й половине 18 в.; к середине 20 в. «лунные» методы К. г. получили наибольшее развитие. Однако начиная с 60-х гг. 20 в. работы по К. г. опираются исключительно на позиционные и дальномерные наблюдения ИСЗ (этот раздел К. г. обычно назывался спутниковой геодезией) и наблюдения баллонов. При наблюдениях искусственных и естественных космических объектов и небесных явлений для решения задач К. г. широко применяются методы фотографической астрометрии.

 Одним из основных методов решения геометрических задач К. г. является одновременное (синхронное) наблюдение космического объекта (Луны, ИСЗ) из нескольких пунктов на земной поверхности. Если в некоторой системе координат, связанной с Землёй, известны положения двух (или более) из числа этих пунктов, то путём математического решения пространственных треугольников с одной из вершин в точке нахождения космического объекта можно вычислить положения также и др. пунктов, из которых проводились наблюдения. Такой метод установления геодезической связи между пунктами на земной поверхности называется космической (спутниковой) триангуляцией. В случае одновременных позиционных и дальномерных (выполняемых с помощью радиотехнических средств или спутниковыми лазерными дальномерами) наблюдений ИСЗ геодезические связи могут быть осуществлены и при одном пункте с известным положением методом геодезического векторного хода. В описанных методах К. г. космический объект лишь обозначает точку, фиксированную в пространстве в некоторый момент времени. К орбитальным методам К. г. относят способы установления геодезической связи между пунктами, предусматривающие определение положения ИСЗ в пространстве с помощью законов его движения в гравитационном поле Земли; применение этого метода освобождает от необходимости проведения наблюдений во всех пунктах в один и тот же момент времени.

  К динамическим задачам К. г. относят определение параметров гравитационного поля Земли путём исследования изменений некоторых элементов орбит ИСЗ, вычисляемых по результатам систематических позиционных и дальномерных наблюдений ИСЗ.

  Лит.:Меллер И., Введение в спутниковую геодезию, пер. с англ., М., 1967; Бурша М., Основы космической геодезии, пер. с чеш., ч. 1, М., 1971; Построение, уравнивание и оценка точности космических геодезических сетей, М., 1972.

  Н. П. Ерпылёв.

Космическая магнитогидродинамика

Косми'ческая магнитогидродина'мика,раздел астрофизики, сформировавшийся в 40-х гг. 20 в., в котором методы магнитной гидродинамики применяются при исследованиях космических объектов: Солнца, звёзд, межзвёздного газа, межпланетной среды, вещества околоземного пространства, содержащих ионизованный проводящий газ (плазму) и магнитные поля. Законы магнитной гидродинамики описывают взаимодействие магнитного поля и движений проводящей жидкости или газа. В проводящем веществе, движущемся поперёк силовых линий, индуцируются токи, поле которых, складываясь с исходным, меняет его структуру. В случае большой проводимости или больших масштабов явления это изменение таково, что силовые линии практически следуют за веществом, проходят через те же частицы (т. н. «приклеенность», или «вмороженность» поля в вещество). В случае, когда между двумя противоположно направленными полями расположен тонкий слой газа, силовые линии поля быстро проходят через газ и, взаимодействуя с противоположно направленными линиями, исчезают, аннигилируют. Поле, в свою очередь, влияет на движение плазмы; это взаимодействие описывается как натяжение и поперечная упругость силовых линий. При этом возникают силы, оказывающие сопротивление движениям, ведущим к поперечному сжатию и растяжению силовых линий, которые увеличивают магнитную энергию. В плазме могут распространяться низкочастотные магнитогидродинамические и магнитозвуковые волны.

  Законы магнитной гидродинамики применимы к космическим явлениям, т. к. вследствие их больших масштабов условие «приклеенности» поля к веществу в них выполняется достаточно точно. Конвективные движения на Солнце увлекают и запутывают силовые линии, протуберанцы висят над поверхностью Солнца, поддерживаемые полем, поле увлекается солнечным ветром в межпланетное пространство, магнитное поле Галактики препятствует сжатию газового слоя, определяя его толщу, и т. п. Одной из важных задач К. м. является вопрос о происхождении и усилении поля: при известных обстоятельствах движения газа могут привести к усилению начального слабого поля (динамо-эффект). Это начальное поле, в свою очередь, может быть создано диффузией электронов, возникающей под действием флуктуаций плотности и температуры, или трением электронов о фотонный газ реликтового излучения. Теория динамо-эффекта лежит в основе современного объяснения происхождения магнитного поля Земли (см. Земной магнетизм ) .

  Лит.:Альвен Г., Фельтхаммар К.-Г., Космическая электродинамика, 2 изд., пер. с англ., М., 1967; Пикельнер С. Б., Основы космической электродинамики, 2 изд., М., 1966.

  С. Б. Пикельнер.

Космическая медицина

Косми'ческая меди'цина,комплекс наук, охватывающий медицинские, биологические, инженерные и др. научные исследования и мероприятия, направленные на обеспечение безопасности и создание оптимальных условий жизнедеятельности человека в космическом полёте и при выходе в космическое пространство. Разделы К. м.: исследование влияния условий и факторов космического полёта на организм человека, устранение неблагоприятных влияний и разработка соответствующих профилактических мер и средств; обоснование и разработка медицинских (физиолого-гигиенических) требований к системам жизнеобеспечения космических кораблей и различных космических сооружений и к средствам спасения экипажей при возникновении аварийных ситуаций; профилактика и лечение заболеваний; разработка медицинского обоснования для рационального построения систем управления космического корабля и его оборудования; разработка медицинских (психо-физиологических и клинических) методов отбора и подготовки космонавтов; разработка и обоснование критериев оценки эффективности системы медицинской подготовки космонавтов к полёту.

  Выдающимся событием в развитии К. м было успешное осуществление первого орбитального полёта человека - Ю. А. Гагарина - на космическом корабле (КК) «Восток» 12 апреля 1961. Наиболее важными этапами в освоении космоса явились также первый выход человека из кабины корабля в космическое пространство (А. А. Леонов, полёт КК «Восход-2» 18-19 марта 1965) и достижение американскими астронавтами поверхности Луны (Н. Армстронг, Э. Олдрин, полёт КК «Аполлон-11» 20 июля 1969; см. «Аполлон» ). К началу 1972 в СССР и США было осуществлено около 40 полётов пилотируемых КК, что позволило оценить системы медицинского обеспечения космических полётов и накопить данные для их совершенствования. В ходе освоения космоса возникли новые проблемы, требующие своего решения. Исследованием влияний на организм условий и факторов полёта в космос занимается космическая физиология.На организм человека (или животного) в космическом полёте могут оказывать влияние три основные группы факторов. 1) Факторы, характеризующие космическое пространство как своеобразную среду обитания, - крайние степени разрежения, ионизирующее космическое излучение, особенности теплового режима, метеорное вещество и т. д. 2) Факторы, связанные с динамикой полёта ракетных летательных аппаратов, - ускорение, вибрация, шум, невесомость.3) Факторы, связанные с длительным пребыванием в искусственной среде герметичных кабин малого объёма, - изоляция, адинамия, эмоциональное напряжение, особенности суточной периодики, режим работы и отдыха и т. п. При расчёте и проектировании систем жизнеобеспечения учитываются численность и состав членов экипажа, продолжительность полёта, характер задания, ограничения возможного использования энергии, массы и объёма необходимого оборудования и бортовых запасов.

  По последним данным, для обеспечения нормальной жизнедеятельности и работоспособности одного члена экипажа космического корабля в сутки, ориентировочно, требуется: 640 гполностью усвояемой пищи (сухой массы), 2200 г воды, 882 г кислорода, 2 г солей, витаминов и др. дополнительных факторов питания. Для защиты человека от неблагоприятного воздействия некоторых факторов космического пространства и космического полёта необходимо изучить их биологическое действие, что осуществляется воспроизведением их в лабораторных условиях на специальных установках и стендах (центрифуги, вибростенды, барокамеры, ядерные ускорители). Однако в наземных условиях воспроизвести длительное состояние невесомости, воздействие тяжёлых ядер космического излучения и т. п. пока не удаётся.

  По мере совершенствования космической техники большое значение приобретает участие К. м. в осуществлении медицинской части программы отбора и подготовки космонавтов. Серьёзной проблемой является изучение влияния на организм человека длительного пребывания в состоянии невесомости во время полёта и проблема реадаптации организма к нормальной гравитации после возвращения экипажа на Землю. Разработаны комплексы физических упражнений, препятствующих развитию детренированности сердечно-сосудистой системы, созданы костюм для космонавтов, обеспечивающий постоянную нагрузку на определённые группы мышц при ограниченной двигательной активности, аппаратура для приложения отрицательного давления на нижнюю половину тела, что способствует сохранению ортостатической переносимости после воздействия факторов космического полёта. Вопрос создания искусственной гравитации на борту КК ещё не имеет практического решения. Требуют своего дальнейшего изучения такие вопросы, как обмен веществ в условиях космического полёта, изменение функции сердечно-сосудистой системы, обмен электролитов (в т. ч. калия и кальция) и т. п.