Разброс мнений по вопросу влияния невесомости среди ученых, занимавшихся космической биологией в «догагаринский» период, рос как снежный ком, поэтому в Хоторне (штат Калифорния) прошел симпозиум, по итогам которого был издан сборник, озаглавленный весьма красноречиво: «Невесомость – физические феномены и биологические эффекты» (1961). Согласно библиографическим спискам, более обширного и полного труда на заявленную тему, доступного всем желающим, в то время попросту не было. В нем подводится промежуточный итог исследованиям, предшествовавшим эре пилотируемой космонавтики, рассматриваются все виды невесомости или ее имитации, которые можно получить в земных условиях: «баллистическая» невесомость, «параболическая» невесомость, «водная» невесомость, кратковременная невесомость свободного падения.
Анализ исследований влияния длительного отсутствия силы тяжести на человека занимает в этом труде не слишком большое место, поскольку, как отмечал Рафаэль Левин из корпорации «Локхид», автор доклада «Симуляция невесомости», продолжительность самых длинных и достоверных экспериментов по ее имитации с участием человека к тому времени не превышала 40 секунд. Если же линейно экстраполировать те изменения в самочувствии, которые испытывали пилоты и ученые при «параболической» невесомости, то получалось, что уже через 20 минут после начала ее действия у части людей может наступить «полное нарушение критически важных функций». Какие же проблемы могут возникнуть? Левин перечислял их списком: тошнота, дезориентация, нарушение биологических ритмов, перебои в работе сердечно-сосудистой системы и дыхания. Вызывало его опасения и самочувствие астронавтов при возвращении на Землю: после длительного пребывания на орбите у них могут атрофироваться мышцы и деградировать кости настолько, что им придется заново учиться ходить. Для более серьезного исследования эффектов, возникающих при невесомости, инженеры «Локхида» построили большой вращающийся резервуар, который перед началом испытаний заполнялся соленой водой повышенной плотности: жидкость должна была имитировать состояние безопорного парения, а вращение компенсировало восприятие гравитационного вектора. Левин сообщал, что первые эксперименты с использованием хитроумного резервуара начнутся в июне 1961 года, верил в их большую перспективу, хотя и отмечал, что в нем все равно не получится полноценно воссоздать условия космического корабля, поэтому окончательные ответы на тревожащие вопросы можно получить только на орбите.
Итак, несмотря на большое количество экспериментов (за два предшествующих года американские пилоты, как утверждается в сборнике, совершили свыше двух тысяч полетов с целью изучения «параболической» невесомости), к концу 1960 года у специалистов все еще не было твердой уверенности, что человек сможет жить и работать в космосе больше нескольких минут.
Испытатели ставят рекорды
Специалисты в области авиационной медицины прекрасно понимали, что перед тем, как запустить человека на орбиту, требуется хотя бы «вчерне» подготовить его к условиям, в которых придется жить и работать. Поэтому задолго до того момента, когда всерьез встал вопрос о наборе первых космонавтов, было принято решение о формировании группы добровольцев, которые могли бы опробовать факторы космического полета в буквальном смысле на себе.
Поводом стало правительственное постановление от 24 октября 1952 года, предписывающее «создать специальную команду испытателей для испытания костюмов, скафандров, одежды и разработки других вопросов, связанных с обеспечением жизнедеятельности и работоспособности экипажей самолетов с большими скоростями и высотами». 30 июня 1953 года маршал Павел Федорович Жигарев, занимавший в то время должность главкома ВВС, издал соответствующий приказ, а менее чем через месяц, 14 июля, в Государственном научно-исследовательском испытательном институте (ГНИИИ) авиационной медицины был сформирован отдел № 7, который возглавил подполковник медицинской службы Евгений Анатольевич Карпов.
Личный состав отдела набирался из солдат и сержантов, проходивших срочную службу в авиачастях. Требования по здоровью были жесточайшие – из тысяч обследованных отбирались единицы. Первые военнослужащие начали прибывать в ГНИИИ авиационной медицины с августа 1953 года, и тогда же на территории института начала действовать войсковая часть 64688. Численность испытателей в разные годы варьировалась от 10 до 70–80 человек (например, в 1961 году в испытаниях участвовали 83 человека). Общее число испытателей, прошедших институт, составляет около 970 человек.
Располагались испытатели в кубрике на втором этаже здания бывшей гостиницы «Мавритания» на Петровско-Разумовской аллее, дом 12А. Вместе с ними жили механики по обслуживанию центрифуги и барокамеры. На первом этаже находилась сама барокамера, прозванная «Комсомолкой». Центрифуга была немецкая, трофейная, с вращающей «лапой» в 7 метров, и размещалась в новой пристройке к «Мавритании»
Испытания проводились в предельно допустимых для человеческого организма условиях. Например, требовалось выяснить, под каким углом надо расположить кресло, чтобы пилот смог выдержать жесткую посадку, и какую максимальную скорость падения перенесет его позвоночник без угрозы быть сломанным. Для этого между двумя 14-метровыми мачтами расположили кресло, которое падало на бетонную площадку с амортизаторами. Те имитировали разные типы грунта – мягкий, средний, жесткий. В ходе эксперимента только четверо испытателей решились на серьезные перегрузки, но поскольку с каждым экспериментом риск возрастал, трое от дальнейшего участия в программе отказались. Оставшимся храбрецом был Джон Иванович Гридунов – он и стал обладателем мирового рекорда в этом экстремальном виде «спорта» – 50 g.
Еще один его рекорд был поставлен на центрифуге – 18,5 g при медленном увеличении нагрузок. Благодаря Гридунову авиационные медики вынесли вердикт о том, что взрослый тренированный человек спокойно выдержит нарастающую перегрузку до 10 g и кратковременную ударную перегрузку в 25 g. Именно эти данные определили позднее конечный вид корабля «Восток» и схему приземления его спускаемого аппарата.
Заслуживает внимания еще один уникальный эксперимент, проведенный отделом № 7. Специалисты ГНИИИ авиационной медицины знакомились с исследованиями, которые проводили в области их профессиональных интересов зарубежные коллеги. В частности, в США довольно много времени и сил было потрачено на изучение влияния полной обездвиженности (гипокинезии) на человека, находящегося в воде. Исследования показали, что человек может находиться в таком состоянии без вреда для здоровья не более шести суток. Но советские испытатели пошли на рекорд. Двадцатилетний ефрейтор Леонид Викторович Сидоренко пробыл в бассейне (в плавках и шапочке) в неподвижности двенадцать суток, а потом смог выполнить полный цикл физических упражнений! Впрочем, целесообразность подобного опыта была поставлена под сомнение, и в программу тренировок будущих космонавтов погружения в бассейн не вошли.
Очень рискованными были так называемые высотные эксперименты, проводимые в барокамере. Ими занимался майор медицинской службы Акаки Согратиевич Цивилашвили. В начале 1950-х годов авиационные медики имели смутное представление о том, что произойдет при мгновенной разгерметизации и падении давления от одной атмосферы до нуля. Поэтому сначала эксперименты проводились на крысах, кроликах и собаках. В ходе этих исследований животных бинтовали, предупреждая раздутие органов – так появился высотно-компенсирующий костюм. Вскоре в подобном костюме в барокамеру уже мог войти человек.
Акаки Цивилашвили вспоминал:
«Для моих экспериментов испытателей среди солдат подбирали специально. Не каждый подходил. Эксперименты шли каждый день, но каждому из испытуемых нельзя было участвовать в них более одного раза в неделю.
Мы работали очень дружно. Ребята были для нас как родные. У нас не было отношений „полковник“ – „солдат“. Конечно же, за каждого переживал. Как-то во время одного из экспериментов проверили пульс, в том числе у меня. У испытуемого в барокамере он был 70. А у меня, рядом с ней, – 150. Тяжелые эксперименты были. Очень тяжелые. Потому что рискованные.
Много ребят через меня прошло, многих помню, хотя был на экспериментах долго – с 1954 по 1972 год. Без теплоты отношений работать нельзя. Это основа доверительности. Очень важно было, чтобы испытатель откровенно и правильно оценил воздействующий фактор. Участники после каждого эксперимента оставляли у меня в протоколе свое заключение, мнение».
Однако будущему космонавту угрожали не только внезапные перепады давления. Мог нарушиться процесс газообмена, и тогда кабина начала бы наполняться углекислым газом. Специалисты считали, что опасным для здоровья является содержание углекислого газа в 3,7 %. Однако испытатели смогли провести месяц в барокамере при 5,2 % и при этом не утратили работоспособность!
Но если перегрузки, разгерметизацию, нарушение в работе систем жизнеобеспечения и катапультирование еще можно было имитировать в земных условиях, то как быть с невесомостью? Для отработки этого состояния в Летно-исследовательском институте (ЛИИ) в Жуковском с февраля 1960 года начались полеты по параболической траектории летающей лаборатории «Ту-104А» (борт № 42396). Первый пробный полет выполнил заслуженный летчик-испытатель Сергей Николаевич Анохин. Целью рейса было выяснить, какие доработки нужно внести в системы «тушки», чтобы она могла беспрепятственно пикировать – только так в ее салоне могла на короткое время возникнуть динамическая невесомость. По итогам были внесены изменения в конструкцию масло-топливоподачи – это помогло избежать помпажа двигателя. Внутри салона убрали перегородки, буфетный отсек и все пассажирские кресла. Пол покрыли многослойной пористой резиной, чтобы испытатели не повредили конечности после «плавания» в невесомости.
С 1961 года полеты лаборатории проводились регулярно. На высоте 6 км она разгонялась на форсаже, затем «прыгала» на 9 км и пикировала с выходом на прежний уровень. В каждом полете невесомость продолжительностью полминуты создавалась до 28 раз. Понятно, что до и после этих периодов все, кто находился на борту, испытывали перегрузки от 1,5 до 1,8 g. И здесь тоже появились свои рекордсмены. Например, врачу-экспериментатору Леониду Алексеевичу Китаеву-Смыку пришлось побывать в кратковременной невесомости 2580 раз!