Эксперименты на геофизических ракетах

Работы по использованию высотных геофизических ракет для научных исследований было поручено возглавить А.А.Благонравову, который внес определенный вклад и в становление молодой науки - космической биологии и медицины. Это был эрудированный, обаятельный и необычайно интеллигентный человек. Возглавляемая им комиссия по изучению верхних слоев атмосферы при Президиуме АН СССР разработала в короткий срок задание на проектирование и изготовление геофизических ракет для высотных исследований, а также необходимых видов научной аппаратуры. Разработкой экспериментов по запуску животных на борту высотных геофизических ракет, а также вопросами соответствующей подготовки животных к этим экспериментам сначала занимались ученые-медики А. В. Покровский, В.И.Яздовский, В.И.Попов, А.Д.Серяпин, а также инженеры Б.Г.Буйлов и Б. В. Блинов.

Как уже говорилось, непосредственным руководителем экспериментов по полету животных на высотных геофизических ракетах вскоре стал В.И.Яздовский. Он был требовательным и справедливым руководителем, мог вспылить, но быстро отходил, никогда не был злопамятным. Владимир Иванович очень любил шутку, и если ему что-либо понравилось, смеялся громко и продолжительно, до слез. Его колоссальная работоспособность и неуемная увлеченность как бы по цепочке передались всему коллективу. Работали мы тогда буквально и днем и ночью, а также в праздничные и выходные дни.

Для проведения экспериментов с животными на ракетах по рекомендации академиков В.Н.Черниговского и В.В.Парина были взяты в качестве биологических объектов беспородные собаки, нормальная физиология которых была хорошо изучена И.П.Павловым и его учениками. Эти животные отличаются большой устойчивостью к вредным влияниям внешней среды. Но после выбора биологических объектов надо было решить еще немало проблем. В частности, понадобилось выполнить ряд необходимых хирургических вмешательств, требующихся при проведении экспериментов.

Так, для определения величины артериального давления желательна была хирургическая операция по выведению сонной артерии в кожный лоскут. Прекрасный экспериментатор академик В.Н.Черниговский обучил сотрудников лаборатории выполнять эту несложную операцию. В.И.Яздовский, работавший хирургом во время Великой Отечественной войны и имевший большой хирургический опыт, в совершенстве проводил такую операцию. Он у многих животных выводил сонную артерию в кожный лоскут, а в конце мая 1957 г. сделал четыре операции собакам, в том числе и Лайке. В дальнейшем эти операции успешно проводили Е.М. Юганов и В.С. Георгиевский.

Для регистрации биотоков сердца (электрокардиограммы) под кожу вживлялись танталовые электроды, которые выводились на холку, чтобы животные их не срывали во время тренировок. Эти операции успешно делала А.Р.Котовская. Она вместе с Е.М.Югановым и В.И.Данилейко проводила тренировки всех животных на центрифуге, определяла индивидуальную переносимость перегрузок и отбирала наиболее устойчивых собак для орбитального полета.

В лабораторных условиях перед полетом на ракетах животные тренировались в скафандрах и на катапультных тележках, на вибростендах и герметических кабинах ракет в ОКБ С.П.Королева. Испытания всех систем проводились обстоятельно, поочередно, и сначала проверяли работу системы жизнеобеспечения. На собак надевали датчики, электроды и фиксирующую одежду в виде жилеток и штанишек. Для этого животных фиксировали к лоткам и помещали в кабину. На телеметрических стойках можно было проверить, работает аппаратура или нет.

Во время тренировок животных порою возникали и непредвиденные ситуации при автономных и комплексных испытаниях гермокабин, предназначенных для полета на геофизических ракетах на высоту 200 км.

После окончания тренировок животных отправляли на Капустин Яр, где завершались последние тренировки и осуществлялись запуски ракет. Первыми животными, которые достигли высоты 101 км, были Цыган и Дезик, высоты 200 км - Рыжая и Дамка, высоты 473 км - Белянка и Пестрая. Всего летали 48 собак, из них многие по два-три раза, а собака Отважная - 4 раза.

Вот некоторые записи из дневника тех лет:

'17 июля 1958 г. Накануне из аэродрома Внуково на Ли-2 прилетели в Капустин Яр; в полете были около 3 ч. Нас встречали А.М.Генин и кинооператор В.Н.Николаенко. На аэродроме было жарко и душно, пахло степью и полынью. Горячие потоки воздуха обдували лицо. С собой привезли отобранных 6 собак, которых разместили в гараже. После короткого отдыха у собак Кусачки и Пальмы подстригли шерсть на передней поверхности лап (для наложения электродов) и переднюю поверхность шеи с кожным лоскутом. Провели тренировку животных в гермокабине в течение 40 мин. Записали физиологические функции при работающем киноаппарате АКС с лампами подсвета и работающими самописцами. Старт ракеты намечался через пять дней в ночное время на высоту 200 км.

27 июля 1958 г. Прибыли на стартовую площадку в 23 ч. За 2,5 - 3 ч до пуска собакам Кусачке и Пальме на грудь наложили угольные датчики для регистрации частоты дыхания, на кожный лоскут надели манжету с осцилляционным датчиком для определения величины артериального давления, а на лапы - электроды для снятия электрокардиограммы в полете. Надели одежду и зафиксировали животных к лоткам. С помощью лебедки в специальной 'люльке' их доставили на верхнюю площадку. Ведущий инженер Б.В.Блинов за час до пуска ракеты сначала установил в кабине регенерационный патрон, а затем с помощью пружинных замков зафиксировал лотки с животными. Подключил все датчики и электроды и на самописце проверил их работу. Все было хорошо. Закрыл люк и загерметизировал кабину. Белая ракета, освещенная снизу прожекторами, стояла красивая и величественная. Когда прошла команда на пуск, сначала появился дым, затем длинные ярко-красного цвета языки пламени охватили ракету со всех сторон, и она медленно, как бы нехотя стала подниматься в верхние слои атмосферы:

К предполагаемому месту приземления выехала поисковая группа вместе с медиками. Через несколько минут мы увидели раскрытый парашют, который, медленно раскачиваясь, спускался с головной частью ракеты. После приземления А.М.Генин и Б.В.Блинов открыли люк и извлекли из гермокабины животных. Кусачка после полета вела себя спокойно, большей частью лежала на животе с высунутым языком, с удовольствием ела колбасу. Пальма же после освобождения от лотка, датчиков и одежды вырвалась из рук и, изредка оглядываясь, умчалась в степь. Пришлось ее догонять на газике; с трудом поймали и привезли в лабораторию'.

У животных во время полета на геофизической ракете регистрировали пульс, кровяное давление, дыхание, снимали электрокардиограмму. Непрерывно в течение всего полета проводилась киносъемка собак. Во время полетов геофизических ракет было проведено три серии экспериментов. Животные в ходе первой серии полетов запускались в герметической кабине на высоту 100 км и более. На 183-й секунде полета происходило отделение головной части ракеты от ее корпуса, после чего с высоты 6 - 8 км животные в герметической кабине на парашюте спускались на Землю.

В ходе второй серии животные совершали полет в вентиляционном скафандре. Скафандр укреплялся на выдвижном лотке и вставлялся во внутреннюю часть специально сконструированной тележки. При помощи этой тележки обеспечивалось катапультирование животных из кабины ракеты. На тележке крепилась парашютная система, которая предназначалась для спасения животного после его катапультирования. В отсеке головной части ракеты размещалось по две катапультируемые тележки. Ракеты совершали полет до высоты 110 км. На высоте 75 - 86 км происходило катапультирование животного, находящегося на правой тележке, а на высоте 39 - 46 км - катапультирование животного на левой тележке. Действие невесомости продолжалось около 3,7 мин.

В этой серии экспериментов удалось доказать, что в аварийной ситуации на этих высотах катапультирование и спуск на парашюте являются надежным средством покидания ракеты. В случае разгерметизации кабины безмасочные скафандры обеспечивали сохранение нормальной жизнедеятельности животных.

В ходе третьей серии проводились исследования при полетах животных на геофизических ракетах до высот 210 - 512 км. При помощи индивидуальной одежды животных фиксировали в специально изготовленных лотках и помещали в герметические кабины попарно. Головная часть ракеты отделялась от корпуса в верхней точке траектории полета. На высоте 4 км открывался тормозной парашют головной части, а на высоте 2 км вводилась основная парашютная система. Состояние невесомости длилось 6 - 10 мин. После проведения этой серии экспериментов было доказано, что необходимые условия для жизни животных в течение 4 ч и более могут быть эффективно обеспечены с помощью герметических кабин регенерационного типа и системы спуска головного прибора отсека с помощью парашюта.

Итоги всех экспериментов показали, что при полете на геофизических ракетах заметных расстройств в поведении и состоянии физиологических функций у животных не было обнаружено. Кинокадры указывали, что при полете животных до высоты 110 км поведение собак от момента взлета и до катапультирования из ракеты, как правило, изменялось мало. Обычно животные спокойно лежали в скафандрах и лишь в некоторые моменты инерционного движения ракеты становились беспокойными и проявляли значительную двигательную активность. Двигательное беспокойство животных в виде покачивания головой и подергивания телом наблюдалось лишь в момент выключения двигателя и во время действия пиромеханизмов.

Существенно не нарушалась двигательная активность животных при фиксации их к лотку и во время полетов в герметических кабинах до высот 210 - 512 км. В состоянии невесомости не отмечалось каких-либо изменений, которые дали бы основание считать, что этот необычный для живых организмов фактор вызывает расстройство в поведении животных. В первые минуты пребывания животных в невесомости артериальное давление, частота пульса и дыхания были несколько большими, чем перед полетом, но в дальнейшем уровень этих функций постепенно снижался, доходя до исходных значений.

Так, в первой половине периода невесомости пульс был увеличен у 6 животных, уменьшен у 12 и остался неизменным у 4. Во второй же половине в большинстве измерений он был равен исходному уровню. При этом скорость нормализации функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем зависела главным образом от индивидуальных особенностей организма животных.

В ряде экспериментов в целях выявления некоторых физиологических признаков были проведены исследования на животных под наркозом, и выяснилось, что у таких животных не возникает изменений, касающихся частоты пульса и артериального давления.

Электрокардиограммы подопытных животных не выявили никаких патологических изменений организма в полете. Полученные данные, характеризующие состояние гигиенических параметров среды в биокабине, показали, что кислород на протяжении всего полета выделялся в достаточном количестве, содержание углекислого газа не превышало расчетных величин, барометрическое давление поддерживалось на заданном уровне.

У собак, летавших на геофизических ракетах по несколько раз, отклонения физиологических реакций в повторных полетах были значительно менее выражены, чем в первом полете. Частота сердечных сокращений и дыхания уменьшались, артериальное давление снижалось. Собака Отважная в четвертом своем полете быстро адаптировалась к состоянию невесомости, полет перенесла хорошо. Еще тогда, в 1958 г., медиками было высказано предположение о целесообразности повторных полетов на космических кораблях будущего для более быстрой адаптации организма к состоянию невесомости.

Сразу же после приземления собаки подвергались осмотру и клинико-физиологическому обследованию. Чаще всего после полета на высоту 100 - 200 км поведение собак было спокойным, они бегали, резвились, вставали на задние лапы, с удовольствием ели колбасу и пили воду. Через 20 - 30 мин после полета производилась регистрация биотоков мышцы сердца (электрокардиограммы), рентгенография органов грудной клетки и исследовалась проба крови, взятая из уха. Собаки Белянка и Пестрая, летавшие на высоту 473 км, после полета выглядели уставшими; большей частью лежали на земле, часто и тяжело дышали. Однако электрокардиограммы, снятые после полета, были нормальными и не носили патологического характера. Рентгенография не выявила каких-либо отклонений от нормы в органах грудной клетки.

Тогда же врачи обнаружили повышенную свертываемость крови, увеличение лейкоцитов и солей кальция в крови под действием факторов суборбитального полета. Эти исследования проводила Т.С.Львова.

Четырехлетнее наблюдение за животными показало, что полет в биокабинах геофизических ракет не вызывает каких-либо стойких и неблагоприятных последствий в общем состоянии животных и их поведении.

На геофизических ракетах запускались и другие животные: кролики, белые крысы и мыши. Два кролика по кличке Звездочка и Марфушка, так же как и собаки, перед полетом тренировались на различных стендах. Принято считать кроликов трусами, но наши подопытные опровергали это мнение: они смело и мужественно переносили и вращение на центрифуге, и тряску на вибростенде.

Одним из основных условий эксперимента являлось гипсование животного с надежным фиксированием головы и шеи по отношению к туловищу. Фиксированный кролик прочно укладывался на правом боку в специальном лотке и крепился в гермокабине ракеты. Глаз животного находился в 60 мм от линзы кинообъектива. Для предупреждения высыхания слизистой оболочки поверхность глазного яблока покрывали тонким слоем стерильного глицерина. Кинорегистрация левого глаза начиналась за минуту до старта ракеты и продолжалась в течение всего полета.

Звездочка, по натуре очень подвижная, в ракете также должна была быть загипсованной. У нее в наземных условиях после отслойки слизистой оболочки глаза должны были быть на прямые мышцы наложены танталовые электроды. Операцию на глазе кролика проводил Е.М.Юганов, ученик академика В.И.Воячека.

В левый глаз кролика закапали стерильный глицерин и в 'люльке' подняли к гермокабине. Б.В.Блинов зафиксировал лоток кролика, направил объектив киноаппарата на глаз и закрыл люк герметической кабины.

После полета проявили кино- и фотопленку. Была получена хорошая качественная запись осцилляции (электромиограммы) от прямых мышц глаза кролика и кинокадры изменения зрачка на разных участках полета. Впервые в СССР, да, пожалуй, и в мире у нас появились данные, указывающие на снижение мышечного тонуса в условиях невесомости.

Во время полета геофизической ракеты на высоту 450 км с помощью киносъемки изучали поведение и приспособительные реакции у белых крыс и мышей в период невесомости продолжительностью до 9 мин. Условия нормальной жизнедеятельности животных - давление и газовый состав воздуха - поддерживали и при помощи герметической кабины регенерационного типа. Животные находились в плексигласовых контейнерах размером 200х200 мм, в одном контейнере - две крысы, а в другом - две мыши. Поведение животных регистрировалось зеркальной киносъемкой на 35-миллиметровую пленку при скорости ее движения в киноаппарате 24 кадра в минуту. После полета проявили пленку и проанализировали кинокадры.

Было выявлено, что в предстартовый период поведение белых крыс и мышей было обычным для лабораторных условий. Они свободно передвигались, по контейнеру, ели и пили. После старта ракеты, в момент перехода от воздействия перегрузки к состоянию невесомости, животные быстро отделялись от пола и 'всплывали' в пространство контейнера. Движения лапами и хвостом в условиях невесомости вызывали резкие вращательные перемещения животных вокруг продольной оси их тела или беспорядочные кувыркания. Хвост и лапы становились своеобразными рычагами, около которых совершались перемещения тела.

Вращательные движения крыс вокруг продольной оси тела к концу периода невесомости получались более плавными и медленными, около 0,5 - 1 об/с. Белые мыши с первого момента и до конца действия невесомости совершали беспорядочные кувыркания по всем осям. Частота вращательных движений практически не изменялась на всем протяжении состояния невесомости и составляла в среднем 1,5 - 2 об/с.

Данные проведенного эксперимента показали, что в начальный период воздействия невесомости животные не могли установить свое положение в пространстве. Правда, в ходе полета крысы стали адаптироваться к состоянию невесомости, но белые мыши так и не смогли приспособиться к условиям безопорного пространства.

К началу мая 1960 г. был накоплен огромный экспериментальный материал по полетам животных на геофизических ракетах, на которых биологические объекты поднимались на высоты 100 - 512 км и благополучно возвращались на Землю. Результаты первых наблюдений за состоянием животных в условиях факторов полета геофизических ракет обогатили советскую науку новыми медико-биологическими данными, необходимыми для последующих полетов животных на искусственных спутниках Земли.

Далее: