Стесняюсь спросить: что с человеком происходит в космосе? Почему люди невесомы в космосе
Как невесомость влияет на здоровье
Бороздить космические просторы дано только избранным. Кроме невероятной любви к космонавтике, нужно обладать и недюжинным здоровьем. В состоянии невесомости с человеческим телом происходят удивительные вещи (как отрицательные, так и положительные), и чтобы вынести нагрузки, нужно иметь идеальное здоровье и много тренироваться. Специально ко Дню космонавтики likar.info расскажет вам о том, что же происходит с человеком в космосе.
На Земле и в невесомости
Жизнь на Земле разительно отличается от таковой в космосе, где совершенно другие условия. Там не только нет воздуха, которым мы дышим, так еще и нет гравитации. Именно благодаря гравитации мы ходим по земле, а в нашем организме постоянно происходят различные физиологические процессы. Многочисленные медицинские наблюдения в условиях невесомости позволили ученым определить, каким образом нахождение в космосе влияет на основные функции организма.
Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества.
Нил Армстронг
Влияние невесомости на пищеварение
Примечательно, что процесс пищеварения в космосе и на Земле практически ни чем не отличается. Так, гравитация не оказывает существенного влияния на то, каким образом пище проходит по различным отделам пищеварительной системы. Во многом это благодаря слаженной работе пищеварительных мышц, которые работают постоянно: они сокращаются и расслабляются, проталкивая еду от ротовой полости к кишечнику. Безусловно, в условиях невесомости пищевые комки, возможно, будут устремляться вверх, но мышцы в данном случае будут сильнее.
Нервная система космонавтов
Как вы понимаете, на орбите нет разделения на день и ночь, и это негативным образом отражается на состоянии нервной системы. В условиях открытого космоса космонавты видят рассвет и закат по нескольку раз за сутки, поэтому понять, когда нужно спать, а когда бодрствовать в таких условиях невозможно. Из-за такого положения дел нарушается работа суточных ритмов человека, что приводит к усталости и дискомфорту.
Еще одна проблема для нервной системы – управление телом в условиях, где нет доминирования вертикальной оси тела. В состоянии невесомости человеку достаточно сложно делать, например, хватательные движения. Вам может казаться, что вы сейчас возьмете какой-то предмет, но в итоге промахиваетесь, чем вводите в заблуждение мозг. Для мозга это серьезное испытание, поскольку к нему посылаются сигналы, которые он не может интерпретировать. Таким образом, нервная система вынуждена адаптироваться к новым условиям, а на это требуется несколько месяцев.
Иммунная система в условиях невесомости
Многолетние исследования в NASA позволили оценить влияние невесомости на иммунную систему. Иммунитет человека является достаточно сложной системой, состоящей из отдельных органов, тканей, клеток и молекулярных комплексов. Только слаженная работа всех составляющих иммунитета позволяет организму должным образом реагировать на вирусы, бактерии и другие инфекционные агенты, которые постоянно витают в воздухе, а также содержатся в пище, воде и других биологических материалах.
Ученые из NASA выяснили, что при длительных полетах в космосе снижается активность некоторых иммунных клеток. В дальнейшем это приводит к активации бактериальной флоры и некоторых вирусов, которые ранее скрывались в организме, но не проявлялись из-за иммунологического контроля. Кроме того, из-за сбоев в работе иммунной системы возможно развитие аллергии в виде сыпи на коже.
Кровообращение в космосе
На Земле в условиях гравитации сердце и сосуды работают таким образом, что большее количество крови поступает в нижние отделы организма, а меньшее – в верхние. Однако в условиях микрогравитации космоса кровь равномерно поступает во все отделы организма. По этой причине ноги немного худеют, а голова увеличивается в размерах. Такая ситуация приводит организм в некоторое замешательство. Мозг получает сигнал об избытке жидкости в верхней части тела, из-за чего почки начинают активно удалять воду, а человек при этом не чувствует жажды. Это приводит к обезвоживанию, поэтому космонавты всегда должны пить, даже если не хотят этого.
Дыхание в условиях невесомости
На Международной космической станции имеется воздух, который позволяет космонавтам дышать без вспомогательных средств. Тем не менее, дышит человек в таких условиях иначе. Из-за нарушения кровообращения меняется функционирование дыхательной системы человека, и органы дыхания пропускают меньше воздуха. В итоге, это приводит к уменьшению брюшного охвата.
Вместе с тем, воздействие микрогравитации на респираторную систему человека еще плохо изучено ввиду сложности исследования этого явления, и ученым предстоит еще выяснить много важной информации.
Невесомость и опорно-двигательный аппарат
В условиях невесомости нагрузка на кости и мышцы почти полностью снимается. Для нормального функционирования костно-мышечного аппарата необходимо постоянное движение. Из-за отсутствия движения кости истончаются, а в кровь выбрасывается большое количество кальция. То же самое происходит с мышцами, которые из-за отсутствия нагрузок постепенно атрофируются.
Если космос располагает безграничным запасом времени, это не просто означает, что может произойти всё, что угодно. Это означает, что все когда-нибудь действительно произойдет.
Эрленд Лу
10 поразительных изменений, которые происходят с телом космонавта
Учитывая вышеперечисленные физиологические изменения, с телом человека в космосе происходят различные «метаморфозы». Вот какие 10 изменений происходят с нашим телом в космосе:
- Мы растем. Из-за отсутствия нагрузок на опорно-двигательный аппарат, позвоночник расслабляется и вытягивается. Так рост человека увеличивается на 3-5 сантиметров. Спустя несколько месяцев после возвращения на Землю рост космонавта вновь возвращается к прежним значениям.
- Исчезает отрыжка. Отрыжка возникает благодаря подъемной силе, которая отсутствует в условиях невесомости. Поэтому отрыжка в космосе невозможна.
- Потеря костной массы. В условиях микрогравитации человек теряет до 2% костной массы. Это явление известно как космическая остеопения.
- Непрерывное потоотделение. В невесомости нарушаются процессы естественной теплоотдачи, что приводит к постоянному перегреванию глубоких слоев тканей. Из-за такого эффекта организм постоянно вырабатывает пот, который не выделяется, а накапливается.
- Космическая адаптация. Более половины всех космонавтов в начале своих путешествий в космос испытывают синдром космической адаптации, основными симптомами которой являются тошнота, головокружение, дезориентация и зрительные иллюзии.
- Головная боль. Многие космонавты жалуются на головную боль, которая часто возникает в условиях микрогравитации.
- Невозможность заплакать. Космонавтам достаточно сложно дать волю чувствам в космосе и всплакнуть. Слезы будут выделяться, но не течь, и удалить их можно будет только с помощью специальных приспособлений.
- Круглое сердце. В условиях невесомости, когда жидкость в организме распределена иначе, сердце прокачивает меньший объем крови, что может привести к его атрофии. Из-за изменения давления в камерах сердца, оно становится округлым.
- Ухудшение зрения. В невесомости ухудшается зрения. У многих космонавтов возникают проблемы, связанные с появлением близорукости или дальнозоркости. В космосе повышается внутричерепное давление, что негативно отражается на состоянии оптического нерва.
- Изменение вкуса. Понять точную причину ухудшения вкуса в космосе сложно. Почти все космонавты отмечают, что в космосе еда становится более пресной и невкусной. Это может быть связано как с ухудшением качества самой пищи, так и с гиперемией, которая наблюдается в космосе.
Перед лицом Космоса большинство людских дел выглядят незначительными, даже пустячными.
Карл Саган
Загрузка...
www.likar.info
| Почему в космосе невесомость? - Коммик, Just Коммик [Recent Entries][Archive][Friends][Profile]
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
stalinist.livejournal.com
Проблема невесомости и здоровья человека. Или почему не всех берут в космонавты.
Проблема невесомости и здоровья человека. Или почему не всех берут в космонавты.
Семёнова Е.О. 11МОУ Гимназия №2 г.Раменское
Морева М.А. 11МОУ Гимназия №2
Текст работы размещён без изображений и формул.Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Многие века люди, поднимая голову к небу, мечтали о полётах к звёздам. Писатели-фантасты изображали далёкие миры то прекрасными, то ужасными, то безжизненными, то заселёнными высокоразвитой цивилизацией. От древних народов сохранились рисунки и легенды о людях, спустившихся с неба. Так существует ли жизнь на других планетах, сможем ли мы её увидеть, и что для этого необходимо?
В своей научно-исследовательской работе я уделила внимание невесомости, разобрала её влияние на организм человека, рассмотрела направления, в которые должны двигаться учёные для создания искусственной гравитации. Так же путём проведения социологического опроса выяснила, каждый ли человек в недалёком бедующем сможет полететь в космос.
Цель исследования: проанализировать воздействие невесомости на организм человека, ответить на вопрос: «Каждый ли человек по состоянию здоровья сможет полететь в космос?».
Задачи:
изучить имеющуюся информацию по данной теме;
проанализировать полученную информацию;
сделать выводы;
проанализировать здоровье молодежи;
сделать выводы и выдвинуть свои предложения.
Гипотеза:
Невесомость оказывает влияние только на мышцы, которые слабеют из-за отсутствия физической нагрузки
Каждый из нас может полететь в космос.
Методы исследования:
накопление теоретического материала;
изучение материала;
социологический опрос;
анализ и выводы.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Невесомость - состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, пренебрежимо мала.
2.1. Освоение космоса.
2.1.1. Из истории
В апреле 1961 года произошло одно из самых известных событий в истории человечества, которое по своей значимости не сравнимо ни с чем. В этот день стартовал первый космический корабль, пилотируемый человеком. Полет прошел нормально, и через 108 минут после старта спускаемый аппарат с космонавтом на борту приземлился недалеко от города Энгельса. На тот момент полёт был расценен как подвиг, так как никто не мог знать, как влияет невесомость на умственную деятельность человека, не опасен ли такой полет для здоровья, и вообще удастся ли космонавту вернуться на Землю.
А.А. Леонов 18 марта 1965 года через шлюзовую камеру космического корабля “Восход-2” вышел за его пределы и провел в открытом космическом пространстве, паря в невесомости, почти 24 минуты. Эта короткая “экспедиция в неизведанное” не прошла гладко и чуть было не стоила жизни космонавту, так как его скафандр раздулся, и он долго не мог вернуться на борт корабля.
Российскому космонавту Валерию Полякову принадлежит рекорд самого длительного однократного пребывания в космосе. С 1994 по 1995 год он провел на станции «Мир» 438 суток. Ему же принадлежит рекорд самого длительного одиночного пребывания в космосе.
Больше всего часов суммарно в космосе провел космонавт Сергей Крикалев, который в ходе шести полетов провел в космосе более 803 дней. Среди женщин этот рекорд принадлежит Пегги Уитсон, которая провела на орбите более 376 суток.
Чаще всех в космос летали американцы: Фраанклин Чанг-Диас и Джерри Росс - по семь раз в составе экипажей космических шаттлов.
11 марта 2001 года астронавты Джим Восс и Сьюзан Хелмс провели почти девять часов за пределами шаттла Discovery и МКС, готовя станцию к прилету нового модуля. До сегодняшнего дня та космическая прогулка остается самой длительной в истории.
2.1.2. Современность. Космическая станция.
Международная космическая станция (МКС) — это пилотируемая орбитальная станция, которая используется как многоцелевой космический исследовательский комплекс. В научно-техническом проекте участвуют 14 стран: Россия, США, Япония, Канада, Италия, Бельгия, Нидерланды, Дания, Норвегия, Франция, Испания, Германия, Швеция и Швейцария.
МКС используется для:
изучения атмосферы и поверхности Земли в интересах фундаментальных наук и для прикладных целей;
производства высокотехнологичных материалов и биопрепаратов;
проведения исследований микрогравитации и астрофизики;
отработки технологии строительства в космосе крупных сооружений;
проведения медико-биологических исследований;
изучения поведения организма человека в условиях длительного космического полёта;
исследования, изучающие влияние на человека и на функционирование его организма длительного пребывания в невесомости.
2.1.3. Планы на будущее
В недалеком будущем планируется покорение Марса. И это будет не просто высадка людей на красную планету, а еще и создание жилого купола или подземной лаборатории. Так же рассматривается вариант постройки базы на Луне. Ну и конечно, полет человека к далеким солнечным системам, когда вопрос пребывания человека в невесомости не является вопросом нескольких дней или месяцев. В данном случае рассматривается вопрос о смене поколений на космическом корабле, а значит встает вопрос о проблеме рождения новой жизни в космосе.
2.2.Космос и его влияние на человека
Моей задачей является выяснить, что происходит с телом человека, если тот пробыл довольно большое время в невесомости, и почему это так важно.
Гипотеза 1:
Невесомость оказывает влияние только на мышцы, которые слабеют из-за отсутствия физической нагрузки.
Как себя ведёт наше тело в невесомости?
2.2.1. «Морская болезнь» в космосе
При попадании в невесомость первый раз (у неподготовленного человека) может возникнуть что-то вроде «морской болезни», только называться она будет «космической». Почему же она возникает? Мы очень привыкли к той силе тяжести, что действует на Земле. Она помогает нам ориентироваться в пространстве – ориентировать наше тело относительно силы тяжести. Отвечает за эту функцию специальный орган – вестибулярный аппарат. Внутри него находятся кристаллики, которые называются отолиты. Расположены они в ушах, и когда мы двигаем головой, отолиты передвигаются внутри специальных мешочков вестибулярного аппарата, давят на рецепторные клетки, у которых есть волоски. Они сминают эти волоски, и мы ощущаем, что голова наклонилась влево или, к примеру, вправо. Пока мы на Земле, всё хорошо: сигналы вестибулярного аппарата соответствуют зрительным сигналам. В невесомости же отолиты перестают что-либо весить, и повороты головы перестают на них влиять, соответственно, идёт один сигнал от вестибулярного аппарата и совершенно другой от зрительной системы. Возникает противоречие, а с точки зрения эволюции такое может произойти, если человек болен, например чем-то отравился. Если человек отравился, значит ему надо вылечиться, чтобы избавиться от яда (скорее всего вы получили его с пищей) его стошнит. Такая болезнь возникает у половины космонавтов в невесомости. Существуют разные серьёзности этого заболевания, длится это обычно не более 72 часов, иногда доходило до 4 дней. (Рекорд – астронавт Джейк Гарн,у него была самая сложная ситуация в 1985 году, и сейчас NASSA, в том, что происходило с ним, мереет остальные случаи. Единица в 1 Гарн – самое страшное, что может произойти, в основном люди испытывают где-то 0.1 от этого.) На самом деле довольно опасная ситуация, т к если болезнь начнётся до того, как человек снял скафандр, он может просто захлебнуться рвотой (к счастью пока такого не было). Для этого люди пьют обычные препараты от укачивания, это помогает, но не до конца. Ну, и, через 2-3 дня космонавт уже может нормально ориентироваться в пространстве. Но на этом неприятности не заканчиваются.
2.2.2. Уменьшение объема крови в организме
Как известно человек на 80% состоит из воды. Когда человек ходит по земле, он к этому привык. В нашем организме есть жидкости, которые могут распределяться по организму (кровь), и есть внутриклеточные. Соответственно кровь реагирует на потерю гравитации. У человека 5 л крови и это слишком много. Значительная её часть сосредоточена в районе ног, сердцу приходится постоянно закачивать её наверх. В невесомости этого делать не нужно, т. к. там вся кровь распространяется по организму сама и это плохо, потому что она также приливает к мозгу или к сетчатке. Поэтому в первое время у космонавтов ухудшается зрение и резко возрастает вероятность инсульта (т. к. вмести с увеличением крови, давление в сосудах становится сильнее). К счастью организм умеет с этим бороться. С помощью мочеиспускания убирая лишнюю жидкость из организма (-10% = -0.5 л крови).
В космосе эритроцитов образуется меньше, чем на Земле. Из этого следует, что разные ткани получают меньше кислорода и уменьшается количество, вырабатываемой энергии. В невесомости сердце принимает более сферическую форму, начинает работать менее эффективно, соответственно вырастает риск гипоксии.
2.2.3. Изменение костей
Точно не известно почему человек теряет эритроциты, но есть, по крайней мере, одна причина. Дело в том, что клетки, в том числе, эритроциты образуются из красного костного мозга, а с костями происходит много неприятных вещей в невесомости, а именно следующих. Во-первых, наши клетки кости это живые объекты. Они постоянно растут и уничтожаются. У нас есть 2 типа клеток в костях. Остеобласты - это те клетки, которые кость постоянно подстраивают. И остеокласты - это те клетки, которые кость постоянно разрушают. В норме у взрослого человека работа этих клеток находится в балансе, у детей, очевидно, активнее остеобласты, а у пожилых людей – остеокласты. Остеобласты не сами решают, что кость нужно достраивать, они реагируют на механические стимулы. То есть при выполнении каких-либо физ. упражнений мышца тянет кость, тем самым стимулируя остеобласты. В невесомости, из-за отсутствия веса, некоторые действия перестают требовать усилий. К примеру, даже когда человек просто сидит или стоит, большая часть мышц занята тем, что поддерживает позу. В невесомости это не нужно, соответственно некоторые мышцы перестают работать, перестают стимулировать остеобласты. Из-за чего космонавты теряют костную массу, вместе с ней пропадает какая-то часть красного костного мозга, а вместе с ним и эритроциты. Также из-за этого астронавты испытывают состояние, похожее на остеопороз. Любопытно, что сильнее разрушаются те кость, которые на Земле имели сильнейшую нагрузку, соответственно это тазобедренные кости. Это большая проблема для вернувшихся на Землю людей. Поэтому космонавты большую часть времени тренируются.
Действительно при возвращении из космоса человек первое время не может стоять, не может ходить и вообще станет физически намного слабее, чем был до полёта. Восстановление от полёта обычно проходит дольше, чем сам полёт и космонавт никогда не достигнет того физического состояния, что было у него до полёта.
2.2.4. Кальцификация
Есть ещё одна неприятная вещь, связанная с быстрым разрушением костей: кости в значительной степени состоят из кальция, и когда кости начинают довольно сильно разрушаться, кол-во кальция в организме резко увеличивается. Это вредно, т.к. может произойти кальцификация некоторых мягких тканей, что неприятно, и сильнее всего это скажется на почках. Там могут образовываться камни.
2.2.5. Рост космонавтов
Также большую проблему доставляет рост космонавтов. Вообще мы все утром немного выше, чем вечером. Это происходит потому, что между нашими позвонками есть межпозвоночные диски, они не из кости, они мягче, в течение дня они сжимаются, а когда мы ложимся спать, за ночь они распрямляются обратно, т.к. нагрузка на них уменьшается. В космосе происходит тоже самое, только там нет вообще никаких нагрузок, соответственно они распрямляются до предела. (Рекорд +7см) Это создаёт много проблем, потому, что никто не рассчитывал на такой сильный рост, соответственно ни его скафандр, ни его кресло также не рассчитаны на дополнительные 7 см.
2.2.6. Распространение вирусов
В космосе по-другому распространяются заболевания, т.к. когда мы чихаем на Земле, большая часть оседает на землю, в невесомости они никуда не деваются, и после 1 чиха вероятность заразиться сильно увеличивается.
2.2.7. Регенирация
Однако, происходят и положительные изменения - регенерация идёт в 2 раза быстрее, чем на земле. С чем это связано на данный момент не изучено.
2.3. Возвращение и реабилитация космонавтов.
На этапе приземления космонавты бодрствуют 16-18 часов: сначала подготовка к отстыковке на космической станции, потом спуск по спирали, несколько витков по орбите, чтобы спускаться плавно.
Когда космонавты возвращаются после долгого полёта на землю, они испытывают большие сложности. Они сами отстёгиваются, но выбраться из люка наверх, на специальную площадку, им помогают. А уже сверху они аккуратно съезжают вниз по металлическому жёлобу, похожему на детскую горку. Космонавты могут двигаться, но им очень тяжело. Представьте, как вы вдруг почувствуете вес своего тела после 200 с лишним дней невесомости. Из капсулы космонавтов несут на руках и усаживают в кресло неподалёку. Сам человек сразу идти не может. Это огромная перегрузка. Может случиться, например, коллапс - сосуды резко расширяются, нет обратного венозного кровотока, сердце без крови работать не может. Это состояние, угрожающее жизни.
К вернувшимся из космоса людям подходят доктора. В бригаде терапевт, реаниматолог, травматолог. Беглый осмотр длится минут 15. Опрашивают и осматривают каждого.
После коротких интервью спасатели несут космонавтов в палатку. Несут, потому что после длительного пребывания в невесомости нельзя делать резких движений. Представьте, вы легли и всю ночь проспали. Лежали девять часов и вдруг резко встали. У вас закружится голова. А тут не то что ночь - 100 дней, а то и 150! У некоторых и 300. Каждое движение, которое нам кажется простым, для них - сверхусилие, потому что тело приобрело гравитацию. Он в космосе делает рукой взмах и ничего не поднимает, а здесь поднимает целую руку! Для человека это очень большая нагрузка
В палатке врачи снимают с космонавтов скафандры, переодевают их в специальное компрессионное белье «Кентавр», обеспечивая компрессию. Врачи вручную затягивают и регулируют давление в этом костюме исходя из общего состояния и рекомендаций личного доктора космонавта, чтобы обеспечить адекватный венозный возврат и не допустить коллапса. Далее после небольшого отдыха. Они могут уже пройти несколько шагов. За тем космонавтов заносят в вертолёт, чтобы лететь в Караганду на официальный брифинг. Летят они ещё лёжа, в Караганде их подвозят к зданию аэропорта, и вот там они уже самостоятельно идут.
В целях реадаптации организма космонавта, то есть для восстановления устойчивости организма к воздействию земной тяжести после адаптации к условиям невесомости, реабилитационные мероприятия проводятся в три этапа:
Первый (стационарный) этап длительностью до трех недель, начиная с нулевых суток, — на реабилитационной базе ЦПК с использованием типового комплекса мероприятий, включающих применение фармакологических средств и спортивных занятий.
Второй (санаторно-курортный) этап длительностью до 1,5 месяцев — в санаторных условиях; за него отвечают специалисты Института медико-биологических проблем.
Третий (амбулаторный) этап длительностью до четырех месяцев — также в ЦПК под медицинским контролем врача экипажа.
Таким образом, с момента возвращения на Землю до момента полного восстановления человеческого организма проходит от 8 до 10 месяцев упорных тренировок. Поэтому так необходимо уменьшить отрицательное влияние невесомости.
Возможно, ли в будущем убрать невесомость?
2.4.1. Огромный космический корабль
Самый логичный вариант – сделать космический корабль настолько большим, чтобы на нем возникала искусственная гравитация. На корабле можно будет чувствовать себя комфортно, поскольку не будет потеряна ориентация в пространстве. К сожалению, этот способ при современном развитии технологий нереален. Чтобы соорудить такой объект, требуется слишком много ресурсов. Кроме того, для его подъема потребуется невероятное количество энергии.
Вращение (центробежная сила)
Преодоление невесомости возможно с помощью использования центробежной силы. Идея искусственной гравитации за счет вращения основывается на принципе эквивалентности силы гравитации и силы инерции. Простыми словами: если создать космический корабль, вращающийся вокруг своей оси, возникающая при этом центробежная сила будет «выталкивать» космонавта в сторону от центра вращения, и он сможет запросто стоять на «полу». Чем быстрее будет вращаться корабль, и чем дальше от центра будет находиться космонавт, тем сильнее будет искусственная гравитация. Как видно, искусственная сила притяжения прямо зависит от расстояния от центра вращения, получается, что для небольших радиусов сила гравитации будет значительно отличаться для головы и для ног космонавта, что может сильно затруднить передвижение. Но к этому можно будет приспособиться. Гораздо сложнее приспособиться к воздействию силы Кориолиса (одна из сил инерции, существующая в неинерциальной системе отсчета из-за вращения и законов инерции, проявляющаяся при движении в направлении под углом к оси вращения), которая будет возникать каждый раз, когда наш космонавт будет двигаться относительно направления вращения.
«Цилиндр О’Нила»
Искусственная гравитация на космической станции становится доступной, когда на помощь приходит «цилиндр О’Нила». Для создания этой конструкции необходимы одинаковые цилиндрические корабли, которые соединяют вдоль оси. Вращаться они должны в разные стороны. Результатом такой сборки является нулевой момент импульса, поэтому не должно возникнуть трудностей с приданием кораблю необходимого направления. Если возможно сделать корабль радиусом порядка 500 метров, то он будет работать именно так, как и должен. При этом искусственная гравитация в космосе будет вполне комфортной и пригодной для длительных перелетов на кораблях или исследовательских станциях.
Гравитация за счёт разгона и торможения
Ещё один вариант: если корабль будет первую половину пути разгоняться с постоянным ускорением в 1g, а вторую половину тормозить с таким же ускорением, то на корабле в течение всего полета будет земная тяжесть. Короткий момент невесомости будет только в середине пути во время перехода с режима разгона на режим торможения. Однако в реальности все гораздо сложнее. В первую очередь стоит учесть топливный вопрос. Кроме того, такой транспорт не подходит для исследовательских миссий, поскольку он должен постоянно ускоряться – лететь. Он не сможет остановиться для изучения планеты, он даже медленно пролететь вокруг нее не сможет – надо ускоряться.
Таким образом космические корабли с искусственной гравитацией все еще только мечты. И эту проблему решать нашему поколению.
2.4.5. Исследования НАСА
Однако работы в этом направлении уже пытались начать. Так в 2011 году НАСА предложило проект космической станции, один из модулей которой будет вращаться, обеспечивая искусственную гравитацию в 0,11-0,69g. Проект получил название «Наутилус-Х». Диаметр вращающегося модуля будет равен 9,1 либо 12 метров, а сам модуль будет служить спальным местом для 6 космонавтов. Станцию планируется использовать как промежуточную базу для дальних космических перелетов. Одним из этапов осуществления проекта является тестирование вращающейся части на МКС.
2.5. Кого берут в космонавты?
В связи с вышеизложенным, ведётся строгий отбор людей, летающих в космос, не только по их знаниям, умениям, но и по состоянию их здоровья. Ведь не только невесомость отрицательно влияет на организм, но и перегрузки при взлёте и посадке.
Когда человек только улетает в космос, он испытывает перегрузки. Мы привыкли к тому, как весит наше тело на земле, какое давление испытывает, и все изменения мы чувствуем, как не очень приятные. На самом деле самые сильные перегрузки испытывают не космонавты, а лётчики, исполняющие фигуры высшего пилотажа и те пилоты, которые катапультируются (таблица ощущения при перегрузке).
Космонавтом не стать человеку с плохим зрением, страдающим сильными перепадами давления (гипертоник, гипотоник), со сколиозом и другими отклонениями в здоровье.
57 лет назад космонавт должен был состоять в партии, быть опытным военным летчиком не выше 170 см и не старше 30 лет, обладать безупречным здоровьем и физической подготовкой на уровне мастера спорта.
Сегодня политические убеждения никак не влияют на результат отбора, однако остались ограничения, касающиеся "компактности", связанные с небольшими размерами космического корабля "Восход-1". Ограничения по росту сохранились, но в целом современные космонавты стали значительно выше. Регламентирована даже длина ступни.
Нижней возрастной планки не установлено, но кандидат должен успеть получить высшее образование и отработать по специальности не менее трех лет. Большая часть космических программ является международной, поэтому от кандидатов также требуется знание английского языка на уровне программы неязыковых вузов. Справедливости ради стоит отметить, что в подготовку зарубежных астронавтов также входит изучение русского (в основном технических терминов). С 2012 года в РФ проводятся открытые наборы, а значит, шанс стать космонавтом есть не только у военных летчиков и сотрудников ракетно-космической отрасли. Хотя инженерные и летные специальности по-прежнему в приоритете.
Что касается уровня физической подготовки, то "космические" нормативы частично сопоставимы с нормативами ГТО для возрастной группы от 18 до 29 лет. Кандидатам нужно продемонстрировать выносливость, силу, скорость, ловкость и координацию. Пробежать 1 км за 3 минуты 35 секунд, подтянуться на перекладине не менее 14 раз или развернуться на 360 градусов во время прыжков на батуте. И это лишь малая часть программы.
Самые жесткие требования выдвигаются к здоровью потенциальных космонавтов. Проблемы, которые на Земле кажутся несущественными, под воздействием жестких космических условий могут стать фатальными. Если вас укачивает в поездках — это проблема. В космосе, где привычные понятия верха и низа отсутствуют как таковые, нужны люди с крепким вестибулярным аппаратом. Относительно психологии: зафиксированных требований к темпераменту нет, но, как подчеркивают медики, для долгосрочных миссий не подойдут как "чистые" меланхолики, так и ярко выраженные холерики. Космос не любит крайностей. Запас психологической прочности у тех, кого отбирают, достаточно высокий для того, чтобы человек мог сработаться с любым коллективом. Люди должны быть достаточно уравновешены и в первую очередь ориентированы на выполнение программы полета. Также важно обладать хорошей памятью, умением удерживать внимание, способностью работать в экстремальных ситуациях и в условиях жесткого дефицита времени. И быть пунктуальным (работа в космосе расписана по часам).
Но пройдя отбор, вы отнюдь не сразу станете космонавтом. Так из "претендента в кандидаты" вы станете просто "кандидатом". Впереди вас ждут два года общей космической подготовки, после которой вам предстоит сдать Государственный экзамен и получить звание "космонавт-испытатель". За ними последуют два года тренировок в группах (а это еще около 150 экзаменов, тестов и зачетов). И, если вас назначат в экипаж, еще от 18 до 24 месяцев уйдет на подготовку к первому полету по конкретной программе.
3.2. Практическая часть.
Гипотеза 2:
Каждый из нас может полететь в космос.
Состояние здоровья современной молодёжи.
Я провела исследования состояния здоровья современной молодёжи, на примере своей гимназии. Также провела анкетирование своих сверстников для выявления самых распространённых факторов, отрицательно влияющих на состояние здоровья современной молодёжи.
В первую очередь я выяснила по данным школьного врача, что только 22% обучающихся 1-11классов имеют хорошее зрение, причём оно ухудшается по мере взросления.
Далее я провела опрос в 9-ых классах. Ребятам были даны следующие вопросы:
Как часто ты болеешь?
Болит ля у тебя спина/шея? Как часто?
Болит ли у тебя голова? Как часто?
Болят ли у тебя ступни/суставы? Как часто?
Стоишь ли ты на учёте у врача?
У тебя есть аллергия?
Занимаешься ли ты спортом?
Как часто ты гуляешь на свежем воздухе?
Чем ты занимаешься в свободное время?
У тебя хорошее зрение?
Как часто ты проводишь время за компьютером/телефоном?
После обработки полученных ответов, я получила следующие результаты:
Среди всех девятиклассников 47% довольно часто болеют.
На частую боль в спине/шее жалуются 33%.
На частую головную боль – 48%.
Ступни/суставы болят у 22%.
26% детей стоят на учёте у разных специалистов.
29% аллергиков.
В свободное время 18% - ребят занимаются спортом.
29% - гуляют на свежем воздухе.
12% - в свободное время спят; у 26% нет свободного времени
Среди учащихся 9-ых классов 56% имеют проблемы со зрением.
Из тех, у кого плохое зрение, часто сидят за компьютером/телефоном 84%.
Таким образом, проведенный мониторинг состояния здоровья современной молодежи, показал необходимость пропагандирования здорового образа жизни, занятий спортом и дозированного использования компьютеров. Так как только 3% обучающихся 9-ых классов моей школы на данный момент могут взять в космонавты.
Для того, чтобы современному поколению полететь в космос необходимо:
- уменьшить количество часов проводимых за компьютером;
- телефоны использовать только для устных разговоров;
- заниматься спортом, танцами, вести активный образ жизни;
- носить правильную обувь с супинаторами;
- следить за положением спины во время выполнения уроков, рисования и т.п.;
- спать до 6-8 часов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выводы
Выдвинутая Гипотеза 1 оказалась неверной. Невесомость влияет не только на мышцы человека, но и на состояние всего организма. Таким образом, если не будет решён вопрос создания искусственной гравитации, то из-за пагубного влияния невесомости на организм человека, люди не смогут здоровыми долететь даже до самой ближайшей, по космическим меркам, солнечной системы. На данный момент существует несколько теоритических разработок по созданию искусственной гравитации. После решения указанной проблемы, необходимо будет решать вопрос с проблемой перегрузок при взлёте и посадке. И этот вопрос тесно связан с гравитацией. (Необходимо уметь не только создавать гравитацию, но и уменьшать её). Воплощать теоретические разработки в реальность, решать другие вопросы предстоит моему поколению.
Из социологического опроса я сделала вывод, что состояние здоровья молодого поколения на данный момент позволит лететь в космос очень немногим, что опровергает Гипотезу 2.
В дальнейшем я предполагаю:
Разработать агитационный ролик, пропагандирующий здоровый образ жизни.
Привлечь обучающихся физико-математических классов к решению проблемы создания искусственной гравитации.
Практическая значимость работы:
1. Показана необходимость скорейшего решения задачи по созданию искусственной гравитации. 2. Проведённый опрос школьников показал, что необходимо как можно больше внимания уделять здоровому образу жизни детей.
Использованная литература.
https://www.syl.ru/article/169903/new_pervyiy-chelovek-v-kosmose-istoriya-osvoeniya-kosmosa#image642132
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D0%B2%D0%B5%D1%81%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C
http://www.aif.ru/dontknows/file/chto_predstavlyaet_soboy_mezhdunarodnaya_kosmicheskaya_stanciya_i_zachem_ona_nuzhna
https://www.gazeta.ru/science/2015/03/18_a_6604329.shtml
http://universeru.com/2013/05/problema-nevesomosti-iskusstvennaya-gravitaciya-za-schet-vrashheniya/
http://fb.ru/article/274686/iskusstvennaya-gravitatsiya-i-sposobyi-ee-sozdaniya
Приложение.
(данный мониторинг проведен среди обучающихся 1-11 классов гимназии)
Просмотров работы: 47
school-science.ru
Как полет в космос влияет на тело человека?
Человек впервые полетел в космос в 1961 году, но даже полвека спустя нет точных ответов на вопросы о том, как именно космический полет и продолжительное пребывание в условиях минимальной гравитации или невесомости влияет на человеческое тело.
В новом исследовании ученые решили изучить изменения в теле космонавтов чуть глубже, практически на молекулярном уровне.
Необратимые изменения
Изучение состояния здоровья космонавтов после продолжительного пребывания в космосе показало, что есть ряд изменений, которые сильно влияют на их здоровье как во время полета, так и после. Многие космонавты после определенного периода времени, проведенного в невесомости, не могут вернуть свои прежние показатели физической подготовки.
Все потому, что условия микрогравитации напрягают человеческий организм и приводят к его ослаблению. Например, ослабевает сердце из-за потери массы, так как в невесомости кровь распределяется по-другому и сердце бьется медленнее.
Кроме того, снижается плотность костной массы, из-за того что на тело не влияет земная гравитация. Изменения костной массы наблюдаются уже в первые две недели в невесомости, а после длительного пребывания в космосе восстановить прежнее состояние ткани практически невозможно.
Особенно сильны изменения в иммунной системе организма и в процессе метаболизма.
Иммунная система
Иммунитет страдает от того, что невесомость — крайне новое для человека состояние в плане эволюционного развития. На протяжении сотен тысяч лет люди не сталкивались с условиями микрогравитации и оказались крайне генетически неподготовленными к ним.
Из-за этого иммунная система воспринимает невесомость как угрозу всему организму в целом и старается задействовать все возможные защитные механизмы сразу.
Кроме того, в условиях изоляции от привычных условий человеческий организм сталкивается с минимальным количеством бактерий, вирусов и микробов, что тоже негативно сказывается на иммунитете.
Метаболизм
Изменение метаболизма происходит по ряду причин. Во-первых, снижается выносливость организма и теряется мышечная масса из-за отсутствия физических нагрузок, к которым организм привык в условиях гравитации.
Во-вторых, из-за снижения выносливости и аэробных нагрузок организм потребляет меньше кислорода и расщепляет меньше жиров.
В-третьих, из-за изменений в кардиоваскулярной системе меньше кислорода поступает в мышцы через кровь.
Все это говорит о том, что человеческое тело проходит сложный период адаптации к условиям длительного пребывания в космосе. Однако как именно и из-за чего происходят изменения в организме?
Изучение состава крови
Изучение состояния космонавтов до, во время и после космических миссий показало, что происходят изменения в иммунной системе, мышечном тонусе, процессах обмена веществ и регулирования температуры тела, однако ученым до сих пор непонятны механизмы, стимулирующие эти изменения.
В новом отчете, опубликованном в журнале Scientific Reports, канадские и российские ученые пришли к выводу, что ответ на этот вопрос можно найти, изучая одну из основных составных частей нашего организма — белки.
Оказывается, полет в космос снижает содержание различных белковых групп в человеческом организме. Некоторые из них быстро приходят в норму, а вот другим прийти к предполетному состоянию оказывается гораздо сложнее.
Ход исследования
Чтобы изучить эффект, оказываемый длительным пребыванием на орбите в условиях микрогравитации, на содержание белков в крови, ученые изучили плазму крови 18 российских космонавтов, побывавших в долговременных миссиях на Международной космической станции.
Первый образец плазмы был собран за месяц до полета, второй образец — сразу после приземления, а заключительный образец — через неделю после завершения миссии.
В определенных случаях космонавты сами брали и изучали образцы будучи на МКС, чтобы предоставить более точные показатели того, как изменяется содержание определенных белков в их крови.
Результаты
Всего 24 % из проанализированных белковых групп были найдены в более низком содержании сразу после приземления на Землю и по прошествии семи дней.
Содержание определенных групп белков оказалось низким сразу после приземления, но быстро пришло в норму в течение недели.
Выводы
Изучение разницы в сожержании белков в крови является одним из способов, с помощью которых можно объяснить некоторые изменения, происходящие в организме космонавта, пребывающего в невесомости долгое время.
Например, авторы исследования пришли к выводу, что практически все 24 % белков, концентрация которых изменилась во время пребывания в космосе, были связаны всего с несколькими процессами работы организма, такими как жировой обмен, свертывание крови и иммунитет.
fb.ru
Почему в космосе нельзя плакать?
Карьера астронавта Криса Хэдфилда сложилась великолепно: он трижды побывал в космосе и первым из канадцев вышел в открытый космос. Также он написал примечательную книгу «Руководство астронавта по жизни на Земле», где подробно рассказал о своей карьере и взгляде на профессию. Однако миллионам людей Хэдфилд известен благодаря популярным видеороликам на youtube, которые он самостоятельно записал на Международной космической станции (МКС). Причина успеха его клипов проста: он решил рассказать широкой публике о повседневной жизни космонавтов, об особенностях быта в условиях нулевой гравитации. Окончательно его новый статус интернет-знаменитости закрепила видеозапись, на которой Хэдфилд под гитару исполнил кавер-версию песни Дэвида Боуи «Space Oddity», наслаждаясь невесомостью на МКС. Ролик вызвал огромный интерес в cети, на текущий момент его просмотрели более 30 миллионов человек.
Чтобы рассказать о повседневной жизни на орбите, нужно прежде всего описать Международную космическую станцию, которая является домом для каждого космонавта. МКС — это гигантский космический корабль весом свыше 400 тонн, воплощение совместной работы и материальных трат 14 стран. МКС движется по орбите со скоростью 27 700 км/час, за сутки станция 16 раз огибает нашу планету. Следовательно, космонавты могут наблюдать в течение одних суток 16 восходов и заходов Солнца, что поражает новичков на МКС, с трудом отводящих взгляд от иллюминаторов с захватывающими дух видами.
Попадая на борт МКС, сразу понимаешь, что в невесомости отсутствуют понятия «верха» и «низа». Космонавты чувствуют себя одинаково комфортно при любом положении тела, в одном и том же модуле кто-то на «стене» может заниматься на спортивном тренажере, в то время как другой космонавт может висеть вниз головой, занимаясь научными исследованиями. На орбите каждый человек сам для себя определяет, где для него верх, а где низ. Новичков на МКС поражает постоянный уровень шума. Непрерывно работают насосы, вентиляторы и прочие системы жизнеобеспечения. Фоновое гудение регулярно прерывается очень громкими хлопками, напоминающими звук взрывающихся петард. Это небольшие метеориты врезаются в бронированную обшивку станции. Чтобы защитить иллюминаторы от ударов метеоритов, их закрывают специальными металлическими ставнями, когда космонавты готовятся ко сну.
В космосе все привычные земные занятия приобретают причудливый характер, и то, что кажется естественным для нас на Земле, в условиях невесомости становится неочевидным. Например, ночлег. Космонавты на МКС спят в специальных мешках, похожих на коконы. Они прикреплены к стене и обеспечивают высокий комфорт, несмотря на отсутствие подушек или матраса. Дело в том, что космонавты не ворочаются, пытаясь найти максимально удобное положение тела. Хэдфилд описывает ощущения в спальном мешке в МКС следующим образом: «Спишь как будто на облаке, которое отлично держит». Спящий космонавт на МКС выглядит довольно жутко: его волосы развеваются, а руки парят перед ним в воздухе. Тем не менее качество сна на МКС находится на очень высоком уровне.
Для нас привычно, что если мы положим ложку рядом с тарелкой, то она там же и останется, но при нулевой гравитации любой предмет пытается улететь от вас. Поэтому на МКС все небольшие предметы на липучке. Написав что-то карандашом, космонавт прикрепляет его к стене модуля. Если бы липучки не было, то карандаши, расчески, маркеры и ложки летали бы в разных направлениях по всей станции, создавая настоящий хаос.
Попадая на борт МКС, космонавты автоматически приобретают сверхспособности. Они в буквальном смысле могут летать, легко передвигать тяжелые предметы, делать акробатические кульбиты в воздухе, не прикладывая особых усилий. Волшебное состояние невесомости влияет даже на повседневные гигиенические процедуры. К примеру, зубную пасту космонавтам приходится глотать. Если бы кто-то на МКС ее выплюнул, как делаем это мы ежедневно, то она тут же разлетелась бы во все стороны, став проблемой для экипажа и всей техники космической станции. По этой же причине космонавты лишены душа, мытье на МКС доступно только в виде обтирания специальной влажной тканью. Голову моют специальным шампунем, который не нужно смывать, достаточно просто высушить волосы. Также на МКС невозможна стирка вещей, и все космонавты носят только новую одежду. По воспоминаниям многих космонавтов, отсутствие возможности принять душ или ванну тяжело переносится в длительных экспедициях. Отсутствие гравитации повлияло даже на устройство туалета на МКС. Туалет располагается в специальной будке и представляет собой всего лишь шланг, прикрепленный к стене. После включения шланг начинает с большой силой втягивать воздух. Такой принцип работы туалета позволил не превращать рядовое использование туалета в катастрофу для всей станции.
МКС оборудована специальной системой очистки воды, которая способна перерабатывать 7000 литров воды в год. Соответственно, моча и пот космонавтов, а также сточная вода превращаются в чистую питьевую воду. Создание системы фильтрации увеличило автономность станции, теперь нет необходимости постоянно доставлять питьевую воду на МКС. Возможно, у кого-то подобный факт вызовет отвращение, однако космос не терпит излишнюю сентиментальность. Достижение большой цели требует умения переступить через себя и отделить зерна от плевел.
Человеческий организм формировался под действием силы тяжести, соответственно попадая в необычные для себя условия, наблюдается ряд изменений на физиологическом уровне. В условиях невесомости часто наблюдается тошнота, и иммунитет в целом ослаблен, потому что носовые пазухи не очищаются в достаточной степени. Для многих новичков первые дни на станции проходят с головной болью и заложенным носом. Оказываясь на МКС, все космонавты прибавляют пару сантиметров в росте за счет того, что на позвоночник больше не давит гравитация. Когда космонавт на МКС закрывает глаза, то он видит периодически появляющиеся яркие всполохи. Это является визуальным подтверждением постоянного радиационного облучения, которому подвергаются все люди на орбите. Длительное пребывание в условиях невесомости приводит к настолько сильной атрофии всех мышц, что после приземления космонавт с трудом может управлять телом и стоять на ногах. После полета космонавту требуется несколько месяцев специальных тренировок, чтобы вернуть прежнюю физическую форму. Чтобы поддерживать мышцы и кости в более-менее нормальном состоянии, каждый космонавт должен ежедневно уделять 2 часа своего времени физическим упражнениям на специальных тренажерах. Например, к велотренажеру необходимо привязывать ноги, иначе с него можно легко улететь.
Космонавты придерживаются строгой диеты, в рамках которой целиком исключена жареная и жирная пища. Особенностью рациона на МКС является полное отсутствие хлеба, так как летающие повсюду крошки могли бы привести к засорению воздушных фильтров и прочим проблемам. Меню космонавтов весьма разнообразно, однако почти вся еда на МКС обезвожена. В специальный пакет с едой добавляют воду, затем его разрывают и приступают к приему пищи. В космосе вкус любой пищи становится пресным, а свежие фрукты и овощи на МКС бывают только по большим праздникам.
Каждое утро космонавт получает детально описанный план действий на день, который разбит на 5-минутные отрезки. Ежедневно космонавт должен проводить научные исследования, обеспечивать работоспособность станции, соблюдать гигиенические процедуры, сдавать анализы, поддерживать физическую форму, общаться со специалистами Центра управления полетами и многое другое. В редкие часы досуга космонавты предпочитают общаться с семьями по видеосвязи, играть на музыкальных инструментах или любоваться невероятными видами Земли из космоса.
Космонавты постоянно готовятся к любой случайности еще до старта ракеты, стремясь предугадать все возможные проблемы. Однако всегда нужно помнить, что космос — это враждебная среда, в которой человек может существовать лишь ограниченное время и только благодаря достижениям науки и техники. Для космонавта всегда существует большой риск при проведении работ в безвоздушном пространстве при нулевой гравитации. Крис Хэдфилд рассказывает о своем первом выходе в открытый космос в книге «Руководство астронавта по жизни на земле». Перед Хэдфилдом была поставлена цель — установить роботизированный манипулятор Canadarm2 на МКС. Облачившись в скафандр и еще раз мысленно повторив алгоритм выполнения предстоящей работы, астронавт приступил к работе. Хэдфилд чувствовал себя спокойно и уверенно, работа успешно выполнялась, а специальный трос, как пуповина, связывал его с МКС, гарантируя возвращение на корабль. Однако затем произошло то, что в очередной раз заставило вспомнить тот факт, что мелочей в космосе не бывает.
После нескольких часов успешной работы его левый глаз пронзила острая боль. Что-то попало Хэдфилду в глаз. Он инстинктивно попытался протереть глаз рукой, но, естественно, не мог этого сделать, так как был в скафандре. Он активно моргал и пытался крутить головой, получая команды от специалистов на Земле. Но ничего не помогало, его глаза стали мокрыми от слез, и он практически ослеп. Дело в том, что в отличие от реалий земной жизни, когда слеза, повинуясь силе тяжести, стекает по щеке, в космосе она никуда не девается. Слеза остается в глазу, превращается в шарик соленой жидкости и увеличивается в размерах. Всего за несколько минут Хэдфилд практически ослеп, находясь в открытом космосе. Ситуация стала критической из-за, казалось бы, такой мелочи. Нужно было закончить работу и вернуться на МКС, но почти ослепший астронавт никак не мог справиться со слезами. Хэдфилд видел лишь мутные пятна, глаза сильно болели, в то время как запас кислорода уменьшался. Однако все завершилось благополучно. Следуя командам из Центра управления полетами, астронавт через некоторое время сумел частично восстановить зрение. Превозмогая себя, Хэдфилду удалось закончить установку манипулятора, затратив на это больше времени, чем планировалось, и благополучно вернуться на МКС. Случай, описанный Хэдфилдом, в очередной раз свидетельствует о том, что космос всегда может преподнести неприятный сюрприз. А нам, простым жителям Земли, стоит помнить, что за романтическим ореолом работы космонавтов скрывается гигантский труд, риск и отсутствие привычного комфорта в быту.
www.cablook.com
