Полеты богов и людей

Никитин Юрий Федорович

_{Рис. 2.}

_{а — изображение божка из графства Инью, Калифорния;}

_{в — «космонавт» из наскальных рисунков в Валь-Камоника (Северная Италия);}

_{с — рисунок существа в скафандре с руками-манипуляторами, кнопками и антеннами — на фресках в Скалистых горах США;}

_{d — крышка для сосуда в виде человека в скафандре. Китай. Культура баньшань}

Высотный авиационный скафандр стал предшественником космического скафандра. Авиационному скафандру предшествовали, а затем вошли в состав его аппаратуры: кислородный мундштук, кислородная маска,

компенсирующий перегрузки костюм с гермошлемом и др. Концепция скафандров была, как известно, обоснована и реализована при обеспечении полетов на самолетах и стратостатах. Скафандр и его аппаратура для жизнеобеспечения потребностей человеческого организма в полете составляют систему под названием «человек-машина». Чтобы иметь в общих чертах суждение о правомерности использования авиакосмической терминологии применительно к древним артефактам, логично будет обратиться к истории земных высотных полетов.

_{Рис. 2а. Прорисовка изображения «инопланетянина», обнаруженного в горах к югу от плато Наска}

От воздушных шаров к самолетам

Наряду со стремлением поднять в небо летательные аппараты тяжелее воздуха людей не оставляла мечта о свободном полете на аппаратах легче воздуха. Воздушное пространство — естественная среда обитания человека. Однако его организм приспособлен для жизни на сравнительно небольших высотах над уровнем моря. Атмосферный воздух, как известно, это смесь газов: азота (78,09 %), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %), углекислого газа (0,03 %). Других газов в атмосфере содержится менее 0,01 %. В ней также содержится водяной пар (от 0,05 до 4 %) и другие примеси, количество которых непостоянно. Физико-химические и физиолого-гигиенические характеристики воздуха стали известны не сразу. Пять тысячелетий назад индийские мудрецы Джабали, Бхадури и Пурандра провозгласили, что мир состоит из четырех элементов: воды, огня, воздуха и земли. Древнегреческий философ Анаксимен (VI век до н. э.) первоначалом считал воздух. Он бесконечен, вечен и подвижен: сгущаясь, он образует облака, затем воду и наконец твердые тела. Архимед из Сиракуз (287–212 гг. до н. э.) установил условия плавания тел в воде: «На всякое тело, погруженное в воду, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости». Аристотель (384–322 гг. до н. э.) ввел понятие «атмосфера». В 1632 году Галилео Галилей, взвесив воздух, доказал, что он обладает массой. Он установил, что медный шар, если в него накачивать воздух, увеличивает свой вес. Галилей смело применил закон Архимеда о выталкивающей силе к воздуху/5/. В XVI веке летательную машину, способную подняться в небо в силу того, что она легче воздуха, придумал английский ученый А. Склигер. Оболочку шара он предложил изготавливать из тончайших золотых пластин и наполнять ее вместе с дымом от костра горячим воздухом/6/. В 1644 году французский ученый и философ Рене Декарт высказал предположение, что атмосферное давление с увеличением высоты уменьшается. В 1657 году немецкий физик Отто фон Герике определил плотность воздуха и создал первый водяной барометр для предсказания погоды. В 1662 году химик Роберт Бойль установил, что в разряженной атмосфере процессы дыхания и горения происходят значительно слабее/7/. В 1768 году шотландский ученый Д. Блэк пришел к выводу о возможности использования исследованных им свойств «горящего воздуха» (водорода), который оказался легче обычного воздуха, для создания аэростатической подъемной силы летательных аппаратов. В 1781 году английский физик и химик Г. Кавендиш определил состав воздуха, показав, что содержание в нем кислорода 20,84 % (фактически — 20,946 %)/ 8/.

Первыми воздухоплавательными аэростатическими аппаратами легче воздуха (см. рис. 3) как известно, стали монгольфьеры. Сыновья провинциального французского бумажного фабриканта Монгольфье — Этьен и Жозеф — из Виделон-Лез-Аннонна изготовили из специально обработанной бумаги несколько шаров различного диаметра. Внизу шары имели отверстие, закрытое решеткой из виноградной лозы. При помощи костра из мокрой резаной соломы они вначале запустили в небо пробный шар диаметром 1 м, затем шар объемом 20 м ³.5 июня 1783 года они запустили в небо первый аэростат: холщовую оклеенную бумагой сферу диаметром 11 м и объемом 600 м ³. За 19 минут она поднялась на высоту 2 км, а затем приземлилась в 3 км от места запуска. Народ ликовал. Парижская академия наук пригласила братьев для повторного запуска в Париж. Молодой ученый Фожа де Сен-Фон организовал подписку и собрал 10 тысяч франков. Он предложил физику Ж. Шарлю проверить опыт Монгольфье.

_{Рис. 3. Первые полеты воздушных шаров монгольфьеров без людей — 5 июня 1783 г. и с людьми — 21 ноября 1783 г.}

В пику провинциалам было решено повторить полет, но уже на аэростате, изготовленном по последнему слову науки и техники. Под руководством Ж. Шарля два брата кузнеца некие Робберы изготовили из обработанного специальной уплотняющей пропиткой шелка оболочку шара диаметром 3,75 м. В нижней части аэростата вместо решетки из виноградной лозы установили шланг с запирающим клапаном. Свободный конец шланга крепился к верхней крышке бочки, заполненной железными опилками. Опилки были залиты серной кислотой. При химической реакции с железными опилками из бочки в оболочку по шлангу поступал водород. Аппарат получил по имени его создателя название «шальер». 28 августа 1783 года «шальер» взмыл за 2 минуты до облаков, скрылся из виду и лопнул, т. к. создатели аппарата забыли открыть запорный кран. 19 сентября 1783 года братья Монгольфье запустили свой аппарат диаметром 12,5 м.

В качестве пассажиров на нем в клетке отправились в небо баран, утка и петух. Шар продержался в воздухе 8 минут и приземлился в 3,5 км от места старта в Версале. Аэростаты, заполненные подогретым воздухом, стали называть «монгольфьерами». На повестку дня стал вопрос о полете человека Хранитель музея науки 27-летний Пилатр де Розье соорудил монгольфьер с кольцеобразной галереей, в центре которой, под отверстием шара, находился проволочный очаг. Первый пробный полет на монгольфьере высотой 21 м он осуществил из сада на улице Монтрейль 15 октября 1783 года Шар был привязан. Розье поднялся на высоту 24 м и продержался в воздухе 4 минуты. С 15 по 17 октября он совершил 5 подъемов на высоту 24,60,75 и 100 м. В,последний привязной полет он ушел с напарником Жиру де Виллета. Затем был еще один такой подъем вместе с маркизом Д’Арланом. 21 ноября 1783 года в парке, в замке де ла Мюэтт, на помост ставится уже хорошо зарекомендовавший себя монгольфьер с аэронавтами Пилатром де Розье и д’Арланом. Официальный протокол полета в тот же день подписали девять знатных и ученых мужей. Официальный протокол содержал следующее: «Видели, как она (машина) величественно поднималась. Когда она была на высоте около 250 футов (76 м), неустрашимые путешественники сняли шляпы и приветствовали зрителей. Нельзя было удержаться от чувства страха и удивления. Скоро воздушные навигаторы исчезли из вида… Она пересекла Сену над ограждением де ла Конферанс и прошла между Военной школой и Домом инвалидов на виду у всех парижан. Заметив, что ветер несет их на дома улицы Севр, они не растерялись и, прибавив газу, вновь поднялись, пока не миновали Париж. Тогда они спокойно опустились на поле за новым бульваром напротив мельницы Крулеборг…. Всего они прошли около 8—10 км (на высоте 915 м) за промежуток времени 20–25 минут»/9/.

Тем временем Шарль изготовил новый шальер. Расчеты показали, что его миниатюрный по сравнению с монгольфьером Розье шар диаметром 8 м достаточен для подъема корзины-гондолы с экипажем из 2-х человек и дополнительного груза-балласта для его сбрасывания при необходимости увеличить высоту полета или отрыва от земли. На заполнение шара аэростата водородом ушло 3 дня. 1 декабря 1783 года в подвесную гондолу вошли два новых воздухоплавателя: сам профессор и один из Робберов. Шар у земли удерживался веревкой. По просьбе Шарля веревку перерезал Этьен Монгольфье. К всеобщему удовольствию жителей Парижа, в течение 2 часов 5 минут на высоте 400 м шар (рис. 4) парил над городом. После приземления Роббер покинул гондолу, а Шарль как ни в чем не бывало, при всеобщем ликовании, поднялся в воздух еще раз. В опасном одиночестве он достиг высоты 3000 м. Сбрасывая балласт и выпуская газ по шлангу, он управлял как высотой полета, так и актом приземления/10/. Ж. Шарль стал национальным героем и почетным членом Академии наук. Помимо прочих наград, в честь изобретателей обеих типов воздушных шаров была изготовлена памятная медаль. Имя Шарля на ней было выбито рядом с именем Монгольфье. Ученые круги задались вопросом: могут ли, и на каких высотах, люди подвергнуться опасности задохнуться от недостатка воздуха/11/?

_{Рис. 4. Полет Жака-Александра Шарля и одного из братьев Робберов на аэростате-шальере 1 декабря 1783 г.}

Полотно, оклеенное бумагой, как материал для изготовления оболочки аэростата, предназначенного для полета людей, был ненадежен. В дело пошли шкуры и кишки животных. Для уплотнения проницаемых для воздуха матерчатых аэростатных оболочек получила распространение бордюшированная оболочка тонких кишок коров, свиней и овец. Бордюшированную тонкую пленку клеили из желатина, глицерина и соды, наклеивали на материю с внутренней стороны шара. В дальнейшем несущие оболочки стали изготавливать из алюминия, дюралюминия, титана и синтетических материалов. Для нагрева и поддержания температуры несущего воздуха сначала пользовались соломой, ветками и каменным углем, затем перешли на нефть и горючие газы. Вместе с горючими газами появляются горелки с регулирующими устройствами и механизмы автоматического поддержания температуры горячего воздуха в оболочке/12/.

23 июня 1784 года монгольфьер с экипажем из двух человек поднялся на высоту 4000 м. Полеты, выполняемые пилотами на высотах более 4000 м, сегодня называют «высотными». Как известно, работоспособность человека на подобных высотах заметно снижается. Причинами ухудшения являются: недостаток кислорода, понижение атмосферного давления и низкая температура воздуха. Уже более ста лет тому назад французский биолог и естествоиспытатель Поль Бер провел и для наших дней актуальные исследования по воздействию на организм человека пониженного и повышенного барометрического давления, которые составляют основу научных представлений о сущности декомпрессионных расстройств. Он неоднократно подвергал себя воздействию различных величин давления разреженного воздуха в барокамере на высотах 8000–8800 м. Результаты своих исследований он в 1878 году опубликовал в книге «Барометрическое давление»/13/.

В 1881 году В. В. Пашутин предложил термин «кислородное голодание» и дал классификацию заболевания. У земли и на больших высотах процентное содержание главных составляющих воздуха — азота и кислорода — остается неизменным: 78 % азота и 21 % кислорода. Однако на больших высотах воздух становится разреженным. При дыхании подобным воздухом и начинается «кислородное голодание»: функциональные расстройства организма, связанные с ухудшением нормального газообмена в организме/14/. При этом возникают: головная боль, чувство тяжести в голове с мгновенным засыпанием, апатия, усталость и полная отчужденность. Опыты, проводимые в середине XX века в высотных барокамерах, нацеленные на безопасное пребывание пилота на больших высотах, позволили летчикам и стратонавтам начать успешное завоевание заоблачных высот. Е. Е. Чертовский в своей книге «Стратосферные скафандры» (1940) приводит первые шаги пути, по которому шла авиационная медицина, преодолевая высотные барьеры «кислородного голодания». «При снижении барометрического давления в высотной барокамере вдвое (с 760 мм рт. ст. до 380 мм рт. ст.) и одновременном увеличении процентного содержания кислорода в атмосфере камеры тоже вдвое (с 21 % до 42 % О ₂) у находящегося в камере испытуемого кислородного голодания не возникало». В связи с подобными опытами Е. Е. Чертовский приводит в книге известное общее понятие о так называемом «парциальном давлении» в дыхательной газовой среде (азот, кислород):