Космонавтика кориолиса: корабль закручивает мозги экипажа
От неудобств невесомости легко избавиться, закрутив корабль. Вот лишь появляется новая неприятность: Кориолисово ускорение вносит собственные правила в привычную обстановку. Кинутый предмет относит в бок; рука, быстро протянутая к кнопке, сама отклоняется в сторону.
И повседневный опыт подводит человека.
Фантасты, обрисовывающие вращающиеся звездолёты и орбитальные станции, или конструкции, в которых крутится лишь та часть, где обитают астронавты, не вспоминают о силе Кориолиса. Так как в повседневной судьбе мы её не подмечаем.
Но в кабине, вращающейся со скоростью, скажем, десять-двадцать оборотов в 60 секунд, Кориолисово ускорение будет ощутимо оказывать влияние на происходящее.
Что, в случае если адаптация к таковой среде окажется не лучше, чем адаптация к невесомости? Может ли это приспособление появляться достаточно надёжным, дабы астронавты имели возможность гарантированно и скоро делать все нужные операции?
Потому, что создание судов с неестественной гравитацией, позванной вращением кабины (либо кроме того всего корабля), дело не для того чтобы уж далёкого будущего, необходимо было ответить на эти вопросы.
Мелкое отступление. Эффект Кориолиса (а практически — это проявление явления инерции во вращающейся совокупности отсчёта) важен за закручивание атмосферных левиафанов — циклонов, но, вопреки обширно распространённому заблуждению, не воздействует на закручивающийся слив воды в ванной, поскольку в таком масштабе он ничтожно мелок, по сравнению с другими силами, действующими на воду.
В действительности направление слива задаётся рядом случайных факторов, наподобие несимметричности самой ванной, возмущений, внесённых вытянутой пробкой, и тому подобным.
Кое-какие проекты полёта на Марс предусматривают вращение всего корабля для неестественной силы тяжести (иллюстрация с сайта nasa.gov).
Дабы «господин Кориолис» соизволил закрутить слив в правильном соответствии с размещением лаборатории в северном либо южном полушарии (о чём обожают рассуждать энтузиасты опытов в ванной), необходимо, дабы ёмкость была громадной (пара метров), её геометрия практически совершенной, отверстие — мелким, пробка обязана бережно выдёргиваться вниз, а не вверх, вода же перед опытомобязана отстояться без каких-либо возмущений целую семь дней.
Так или иначе, а в кувыркающемся космическом корабле эффект Кориолиса будет проявляться очень сильно. Посчитайте, во какое количество раз стремительнее он будет вращаться около собственной оси, дабы создалась ощутимая псевдогравитация если сравнивать с суточным вращением планеты.
И вот сравнительно не так давно NASA запустило серию опытов, чтобы выяснить — как мозг адаптируется к данной необычной среде.
Это выясняют Джеймс Лакнер (James Lackner) и Поль Дизио (Paul DiZio) излаборатории пространственной ориентации Эштона Грэйбиля (Ashton Graybiel Spatial Orientation Laboratory), которая ведёт эту работу при помощи офиса биологических и физических изучений NASA (Office of Biological and Physical Research).
Учёные следят за добровольцами, трудящимися в особой вращающейся помещении.
Кстати, не путайте это с легендарнымиопытами по действию на человека перегрузок. Тут перегрузки были малы, а вот влияние результата Кориолиса на обстановку — очень заметно.
Лакнер и Дизио кроме этого разрабатывают приспособления и учебные методики, каковые имели возможность бы уменьшить космонавтам переход из простой среды во вращающуюся совокупность «неестественной гравитации» и опять назад — в невесомость.
Известно, как организм приспосабливается к невесомости и опять к тяготению при возвращении из космоса на Землю. А вот о переходе из совокупности, где Кориолисово ускорение незаметна в ту, где она играется громадную роль, и напротив — известно было мало.
Действительно, уже в 1960-х годах проводились испытания, продемонстрировавшие, что человек не через чур прекрасно приспосабливается к вращающейся кабине.
Но нынешнее изучение распознало любопытную закономерность. В то время, когда перед человеком, манипулирующим разными предметами и нажимающим на всевозможные кнопки, поставлена чёткая задача, мозг мобилизуется и начинает компенсировать «неправильную» обстановку, где всё плывёт вбок.
Слева: траектория пальца, тянущегося к кнопке на стене. Правая траектория – первое время работы во вращающейся помещении, в середине – по окончании адаптации, слева – при возвращении в неподвижную среду.
Справа: разброс точек попадания в серии опробований — при неподвижной лаборатории, при вращении вправо и влево (иллюстрация с сайта graybiel.brandeis.edu).
Оказалось, что это весьма занимательный процесс. Сперва руки «не желают» попадать в том направлении, куда нужно. Но всё относительно быстро приходит в норму.
Дизио, доктор психологических наук университета Брендиса (Brandeis University), которому (университету) в собственности и лаборатория Грэйбиля, предполагает: «В то время, когда явная цель присутствует, мозг диктует желательное перемещение мускулам более совершенно верно. Отклонения от этого перемещения обнаруживаются сенсорной совокупностью обратной связи с большей готовностью».
Откуда у людей эта свойство приспосабливаться к вращению?
Исследователи считают, что не сильный Кориолисового ускорения, не подмечая того, человек всё-таки учитывает при вращении в пространстве собственного тела; в то время, когда быстро оборачивается на окрик, в то время, когда прыгает, в один момент бросая мяч, либо поворачивается около оси, пробуя одновременно с этим дотянуться до чего-то рукой.
Эффект Кориолиса легко найти, бросая мяч в вращающейся карусели. Для астронавтов/космонавтов проявление данной силы уже не будет забавой (фото с сайта nasa.gov).
В изучении лаборатории Грэйбиля было много необычных открытий.
К примеру, стало известно, что по окончании некоего времени, совершённого во вращающейся помещении, люди по большому счету прекратили ощущать силу Кориолиса. Мозг уже машинально, незаметно для сознания, вводил поправки в перемещения тела так, что человеку казалось — всё в порядке.
И напротив, по окончании возвращения в обычный мир некое время человеку казалось, что кто-то тянет его руки в сторону. Он не имел возможности функционировать нормально, как будто бы эффект Кориолиса оказался для испытуемого снова, не смотря на то, что тут-то его и не было.
Но стоило лишь совершить 10-20 попыток какого-нибудь целенаправленного перемещения, как мозги приходили в фантом и «норму Кориолиса» уходил.
Дизио и Лакнер установили, что человек прекрасно приспосабливается к вращению собственного жилища со скоростью до 25 оборотов в 60 секунд, чего должно с избытком хватить для вращающихся кораблей и станций с неестественной гравитацией.
Потом экспериментаторы сделали уникальный ход — они заменили вращающуюся помещение роботом-манипулятором, что мягко отклонял запястье человека в одну сторону, пока испытуемый пробовал манипулировать предметами, нажимать кнопки либо что-то бросать.
Лакнер (слева) и Дизио собираются подготовить землю для внедрения вращающихся кабин в космических судах (фото с сайта nasa.gov).
Оказалось, что при таких условиях мозг кроме этого производят компенсирующую «политику», и со временем человек перестаёт подмечать помеху.
Но стоило высвободить его от связи с манипулятором — как фантомное давление в сторону оказалось в мозге.
Весьма интересно кроме этого да и то, что манипулятор возможно было программировать на давление в разных направлениях и с разной силой.
Так исследователи изучали адаптацию человека к маленькой переменной силе Кориолиса, действующей на фоне какой-либо большей однонаправленной силы (к примеру, силы, появляющейся благодаря ускорения корабля при работе маршевых ионных двигателей).
Экспериментаторы установили, что и такое приспособление проходит удачно.
Но многие вопросы остаются до тех пор пока без ответа. Как результаты опытов, основанных на перемещениях рук, применимы к координации более сложных перемещений всего тела?
Как на этот эффект воздействует тяжесть предметов, каковые необходимо переносить? По окончании первой адаптации и по прошествии времени, может ли человек повторно приспособиться к силе Кориолиса стремительнее и легче, чем первый раз? Как лучше тренировать «закрученных» космонавтов для возвращения к простой судьбе?
Авторы изучения продолжают работу и усложняют испытания.
Кстати, по бессчётным проектам марсианской пилотируемой миссии, над которыми трудятся в Соединенных Штатах и в Российской Федерации, на борту корабля будет предусмотрена помещение-центрифуга, для облегчения действия долгой невесомости и подготовки к высадке на Красную Планету.
