Труп вкосмической капсуле: биомеханика

Труп вкосмической капсуле: биомеханика
    Человекоподобный испытательный манекен на базе ВВС Райт-Паттерсон. Он сидит в ударно-испытательных салазках, повторяющих форму сиденья в капсуле Orion
    Аварии на гонках NASCAR, подобные случившейся с Карлом Эдвардсом 26 апреля 2009 года, смогут послужить хорошим примером того, что ожидает космонавтов при твёрдом приземлении капсулы Orion

Отечественный покойничек выглядит практически по-домашнему. На нем (назовем его «субъект F») небесно-никакой рубахи и голубые подштанники — словно бы он расслабляется в собственной квартире. Вид у него вправду глубоко расслабленный — как и должно быть у настоящего покойника. Он развалился в кресле, положив вялые руки на бедра.

Будь отечественный F жив, он бы на данный момент изрядно нервничал. Через несколько часов под действием сжатого воздуха громадный поршень с нежностью дубового чурбака двинет прямо под сиденье, к которому F будет пристегнут. Испытатели смогут наряду с этим регулировать и силу удара, и положение кресла — в зависимости от того, на что направлен конкретный опыт. Сейчас инженеры трудятся по заказу NASA с новой посадочной капсулой Orion, моделируя, как она будет падать из космоса в океан.

Господин F в этом опыте играет роль космонавта.

В возвращаемых космических аппаратах каждое приземление является испытанием на прочность. В отличие от космического челнока, которому на смену обязан прийти корабль Orion со своей разгонной ракетой, у данной возвращаемой капсулы нет ни крыльев, ни каких-либо посадочных приспособлений.

Она не прилетает из космоса — она просто падает. (В случае если президент Обама добьется закрытия программы Constellation, единственным назначением капсулы Orion останется простое падение на землю, и ее будут применять в качестве спасательной шлюпки для аварийной эвакуации экипажа МКС.) Эта капсула снабжена маневровыми двигателями, каковые смогут подправить курс либо замедлить перемещение для схода с орбиты, но для смягчения приземления их мощности не хватит. В то время, когда капсула войдет в верхние слои атмосферы, ее широкое и плоское дно будет тормозить о неспешно сгущающийся воздушное пространство. Громадное лобовое сопротивление должно замедлить падение капсулы до тех скоростей, в то время, когда уже возможно будет раскрыть парашют, не опасаясь, что он порвется.

Затем капсула медлено спустится в океан и довольно мягко шлепнется в воду. Удар будет как при небольшой дорожной аварии — от 2 до 3g, максимум 7g.

Как раз для смягчения этого последнего удара была выбрана посадка на воду, но и тут имеется собственные сложности. Океан непредсказуем. А что, в случае если в момент приземления капсула возьмёт боковой удар от высокой волны?

Выходит, ее пассажирам нужна защита не только от перегрузок, сопряженных с прямым вертикальным падением, но и от ударов сбоку а также от падения вниз головой.

Но какой бы фокус ни выбросил океан, мы должны быть уверены, что экипаж капсулы останется целым и невредимым. Для этого тут, в исследовательском центре, на салазках ударной испытательной установки в креслах от корабля Orion раз за разом катают особые манекены. Последнее время в этих опытах стали использовать и настоящие трупы.

Информация, приобретаемая посредством специальных манекенов, оказывается недостаточной. Их твёрдая конструкция очень удобна для анализа лобовых либо боковых ударов — вот из-за чего они так приглянулись автопроизводителям. А вот чтобы оценить, как удар в момент приземления может функционировать на костный скелет либо мягкие ткани человека, исследователям очень нужно проводить опыты на настоящих людских телах.

Их находят среди пожертвованных на потребности науки. Обрисовываемые тут опробования — итог сотрудничества трех организаций: испытательного центра, NASA и Исследовательской лаборатории биомеханики травмы при Университете штата Огайо (OSU).

Живые и мертвые

Трудясь с мертвецами, сотрудники NASA испытывают некую неловкость. Они не применяют слово «труп» в собственных документах. Вместо этого в обращение введен эвфемизм — «посмертный человеческий объект». Мертвые тела выясняются в том месте, куда и не грезили попасть их хозяева, — на судах Challenger, Columbia, Apollo1. Но, молодежь наблюдает на это куда несложнее.

Вот двое студентов рядом с «субъектом F» болтают и посмеиваются, распутывая долгие провода, тянущиеся от датчиков нагрузок, смонтированных прямо в костях «субъекта F». В их глазах данный труп пребывает в некоей промежуточной области судьбы. Это уже не человек, но еще и не просто кусок неживой ткани.

О нем говорят как о чем-то одушевленном, но относятся к нему не как к тому, что способно испытывать боль.

на данный момент «субъект F» сидит на высоком железном стуле рядом с направляющими ударного поршня. Юн-Сеок Канг, аспирант из OSU, стоит у него за спиной и прилаживает посредством универсального гаечного ключа какой-то электронный блок размером с наручные часы прямо в его открытый позвоночник. Вместе с датчиками динамических напряжений эти приборчики будут замерять силы, влияющие на тело при ударе.

Перчатки на руках Канга сверкают от жира. Его тут большое количество, из-за него пальцы скользят, работа у Канга не клеится. Он копается уже больше получаса.

Мертвец наряду с этим сохраняет безграничное самообладание.

Итак, нужно подготавливаться к непредсказуемым ударам с любой стороны — у данной ситуации имеется хорошая аналогия — авария на автогонках. В апреле 2009 года участник гонок NASCAR Карл Эдвардс, летя со скоростью 320 км/ч, врезался в другую машину. Его аппарат взлетел в атмосферу и, покувыркавшись, как кинутая на успех монетка, врезался в стенке.

Затем Эдвардс будто бы ничего не случилось выбрался из автомобиля и без неприятностей заковылял прочь от места происшествия. Как это вероятно? Процитируем статью из Stapp Car Crash Journal: «Все дело в верно вычисленном и хорошо охватывающем коконе для пилота». Обратим внимание на выбор слов — сообщено не «сиденье», а «кокон».

Задача спасти человека от непредсказуемых ударов не резко отличается от задачи упаковать хрупкую вазу в расчете на дальний переезд. Вы не предугадаете, каким боком грузчик кинет вашу вазу в кузов, исходя из этого ее необходимо обезопасисть со всех сторон. В гоночных автомобилях сиденья делают по личной мерке для каждого пилота. Он пристегивается поясным, двумя плечевыми и брасовым (проходящим между ног) ремнями.

Совокупность HANS (Head and Neck Support, шеи и поддержка головы) не дает голове быстро сдвинуться вперед, а вертикальные поддерживающие валики по бокам сиденья удерживают голову и пояснице от рывков влево либо вправо.

Сравнительно не так давно NASA отказалось от применения гоночных автокресел в качестве примера для капсулы Orion. Во-первых, гонщики все-таки ездят сидя, а не полулежа. Для космонавтов, в особенности тех, каковые уже совершили некое время в открытом космосе, это не лучший вариант. Положение лежа не только менее страшно — оно вдобавок страхует от утраты сознания.

В то время, когда мы поднимаемся, вены в отечественных ногах напрягаются и не дают всей крови стечь вниз. В случае если космонавт проводит пара недель в условиях невесомости, данный защитный механизм у него . Действительно, тут имеется и вторая неприятность. «Мы клали кресло из гоночного автомобиля на спинку, укладывали в него испытуемого и предлагали ему самостоятельно подняться, — говорит Дастин Гомерт, специалист NASA по вопросам выживания экипажа. — Юноша ощущал себя черепахой, перевернутой на пояснице».

Были кроме этого опасения, что сложная совокупность пристежных ремней, которая употребляется на гонках типа NASCAR, угрожает значительно затянуть процедуру их отстегивания и космонавт не успеет своевременно покинуть капсулу Orion. Дабы решить данный вопрос, Гомерт с сотрудниками совершили пара опытов посредством стандартных манекенов для автомобильных опробований, применяя лишь ремни для помощи головы.

Гомерт внес предложение мне поснимать, как ведут себя эти манекены, одетые в простую одежду из магазина. Бедные манекены! Прокручивая ролик в замедленном темпе, Гомерт растолковывает: «Вот голова остается на месте, а все тело движется вперед.

Мы уж опасались, что манекен будет совсем сломан». В качестве компромисса был выбран вариант с упрощенными плечевыми ремнями.

А вот еще одна сложность, с которой сталкивается космонавт. К его скафандру присоединена куча шлангов — воздуховоды, штуцеры, кабели, разъёмы и выключатели. Нужно быть уверенным, что жёсткие подробности скафандра при твёрдой посадке не повредят мягких тканей космонавта.

Для этого «субъект F» был наряжен в некую имитацию скафандра — множество разнообразных колец приклеили ему скотчем на различные участки шеи, бёдер и плеч. Эти кольца должны были имитировать элементы гибкости либо стыки, вшитые в скафандр. И еще одна забота тревожит испытателей: при приземления на бок одно из колец совокупности гибкости скафандра (снабжающее космонавту достаточную подвижность) может упереться в валик боковой помощи и его с таковой силой вдавит астронавту в руку, что вероятен кроме того перелом кости.

Усадить «субъекта F» в кресло, смонтированное на ударных салазках, не так-то легко. Представьте себе, как усаживают в такси мертвецки пьяного друга. Двое студентов поддерживают F за бедра, и вдобавок один — под пояснице. F лежит, задрав согнутые ноги, — приблизительно так же лежит человек, в случае если у его стула внезапно подломились задние ножки.

Командует процессом Джон Болт, завлабораторией биомеханики травмы при OSU. Он кричит студентам: «Раз, два, три!» Толкатель поршня нацелен в правый бок «субъекту F», другими словами поперек простого перемещения. Это самое страшное из всех направлений.

В то время, когда незакрепленная голова мотается из стороны в сторону, мозг болтается в черепной коробки. Эта весьма ласковая субстанция в ходе для того чтобы удара подвергается растяжению и периодическому сжатию. Сильный боковой удар может привести к ушибу мозга, кровоизлиянию, отеку и в конечном счете — коме и летальному финалу.

Подобные вещи происходят и с сердцем. Полное крови сердце может весить граммов триста. Около хватает места, и при боковом ударе оно может вольно болтаться из стороны в сторону, дергая аорту.

В случае если тяжелое сердце через чур очень сильно потянет за аорту, они смогут оторваться друг от друга. «Разрыв аорты» — таков решение суда Гомерта.

И вот «субъект F» готов. Мы встали наверх, дабы наблюдать за происходящим от пульта управления. Вспыхнуло море огней и раздался громкий вздох. Ничего очень драматического.

Потому, что всю работу тут делает сжатый воздушное пространство, опробования на ударных салазках проходят нежданно негромко, удары совершаются без грохота. Вдобавок все происходит так скоро, что глазом фактически ничего не увидишь. Целый процесс снимается на видео со очень высокой скоростью смены кадров.

Позже все это возможно будет пристально разглядеть при замедленном воспроизведении.

Мы прильнули к экрану. Рука «субъекта F» поднимается под плечевым ремнем — именно там, где удален дополнительный грудной ремень. Думается, словно бы у руки показался добавочный сустав и она гнется в том месте, где руке гнуться не положено. «Это не есть прекрасно», — слышен чей-то комментарий.

«Субъект F» взял удар, соответствующий 12−15g. Это именно та грань, в то время, когда важные травмы практически неизбежны. Количество повреждений, взятых жертвой, зависит не только от силы удара, но и от времени действия. Да и само ускорение также зависит от времени, требуемого на остановку. В случае если, скажем, машина быстро останавливается, врезавшись в стенке, в какую-то долю секунды шофер может пройти через перегрузки в 100g.

В случае если у той же автомобили имеется сминаемый капот (а Сейчас такое средство безопасности уже бывает), торможение растягивается во времени и пиковая нагрузка достигнет, скажем, всего десятка g. Таковой вариант оставляет довольно много шансов выжить.

Студенты перекладывают «субъекта F» на носилки и загружают в фургон. В медицинском центре OSU его будут сканировать и просвечивать рентгеновскими лучами. Распечатки, рентгенограммы, а после этого и результаты вскрытия продемонстрируют все повреждения, вызванные ударом, внеся собственную лепту в неспециализированный корпус знаний, каковые окажут помощь будущим космонавтам не повторить в кресле собственного космического корабля судьбу «субъекта F».

© 2010 Мэри Роуч. Отрывок из книги Packing forMars: The Curious Science Of Life in the Void («Планируем на Марс — интересные научные факты о жизни в космосе»), опубликованной 2 августа 2010 года в издательстве W.W.Norton. Перевод Андрея Ракина.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№99, январь 2011).

ЧТО БУДЕТ ЕСЛИ ПУКНУТЬ или заплакать в космосе? // MOGOL ЗНАЕТ


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: