книги из ГПНТБ / Сочивко В.П. Человек и автомат в гидросфере очерки системотехники

Читатель может обратить внимание на то, что приводи­ мый в этом параграфе материал характеризует в основном трудности и опасности, с которыми приходится сталки­ ваться при глубоководных погружениях. Технические пути преодоления возникающих трудностей н предупреж­ дения возможных опасностей достаточно очевидны. Это более совершенные приборы автоматики, обеспечивающие надежный контроль за работой систем дыхания, точное дозированное рбгулирование основных параметров систем жизнеобеспечения гидронавтов, обнаружение возможных отклонений от нормальной работы всех систем и др. Од­ нако в последние годы все более важное значение придается комплексному изучению проблемы жизнеобеспечения гидронавтов, при котором большое внимание уделяется медико-биологическим и психофизиологическим исследо­ ваниям. Результаты этих исследований используются практически во всех программах глубоководных погру­ жений.

Нельзя сказать, что в ранних исследованиях медикобиологические аспекты полностью игнорировались. Пони­ мание особой важности медицинского контроля над гидронавтами имело место уж е' при создании спецподразделений боевых пловцов итальянского военно-

.морского флота (см. [14]). Но лишь в последниедюды были отработаны методики общих (комплексных) и частных медико-гигиенических и психофизиологических исследо­ ваний. Важно также и то, что проведение этих исследова­ ний обеспечено соответствущим оборудованием и при­ борами.

Так, одной из систем оборудования и приборов для комплексного медико-физиологического исследования и контроля состояния гидронавта является система «Нимфа», созданная в рамках Программы глубоководных исследований «Йхтиандр». Система включает в себя подсистему изучения и контроля физиологических - пока­ зателей, подсистему-пульт для имитации операторской деятельности и для психофизиологических исследований, стенд для выполнения рабочих операций в условиях гндроневесомости, отдельные приборы и устройства.

Подсистема изучения и контроля физиологических показателей позволяет измерять, передавать на расстоя­ ние до 100 м и фиксировать на лентах самопишущих при­ боров частоту дыхания, количество воздуха, вдыхаемого человеком за определенный промежуток времени .(объем

77

легочной вентиляции), температуру тела, биоэлектричес­ кую активность сердца, мозга, мышц — снимать электро­ кардиограмму, электроэнцефалограмму, . электромиограмму. Кроме того, по электрокардиограмме контроли­ руется пульс. Частота дыхания и объем легочной венти­ ляции фиксируются непрерывно, а остальные показатели— периодически.

Для обследования гидронавтов используются наклад­ ные датчики. Достаточно очевидно, что их размещение на теле человека вызывает определенные неудобства: раздра­ жает кожу, затрудняет смену одежды, в известной сте­ пени сковывает свободу движений. В связи с этим разра­ батываются специальные приемы крепления датчиков, системы их дистанционной связи с аппаратурой сбора, регистрации и обработки медико-физиологических данных.

На пульте, предназначенном для испытуемых, раз­ мещаются рефлексометр, интенсиметр, динамограф, эрго­ граф, электротремограф, прибор для анализа работы опе­ ратора в режиме слежения, лампы освещения панели.

Рефлексометр служит для фиксирования быстроты реак­ ции гидронавта на световой раздражитель — загораю­ щуюся лампочку. Перед гидронавтом на панели разме­ щаются пять лампочек с разноцветнымистеклами — крас­ ным, синим, белым, зеленым, оранжевым — и кнопка, на которую он должен нажать, если с поверхности вклю­ чат одну из лампочек. Электросекундомер зафиксирует время от появления «пускового сигнала» до начала ответ­ ного движения. Можно исследовать простые и сложные реакции на включение лампочек определенного цвета. Эти опыты позволяют определить, как изменяется чув­ ство времени у человека под водой, оценить быстроту его реакции, а также выяснить (по сложным реакциям), как развивается утомление и изменяется работоспособ­ ность.

Оператору часто приходится выполнять одни и те же повторяющиеся движения. Для определения максималь­ ного темпа его работы — повторяющихся нажатий на кнопку — служит интенсиметр.

Динамограф, расположенный на пульте, позволяет определять и фиксировать на ленте самописца максималь­ ную силу кисти и мышечную выносливость, характери­ зующуюся временем удержания половины этой макси­ мальной силы. Динамограф позволяет проводить и дру­ гие исследования работоспособности и утомляемости

78

гидронавта. Этим же целям служит и эргограф. С его помощью записывают величину усилия, темп и равномер­ ность повторяющихся движений, получая так называемую эргограмму.

Тонкая моторика, точность движения изучаются с по­ мощью электротремографа. Методика исследования та­ кова: держа руку на весу, гидронавт должен электродом пройти по сложному лабиринту; когда стержень касается края дорожки лабиринта, цепь заійыкается и электро­ счетчик фиксирует ошибку. Общая оценка произво­ дится с учетом затраченного времени и числа сделанных ошибок.

Прибор для анализа работы оператора в режиме сле­ жения позволяет решать и более сложные задачи психо­ физиологического обследования гидронавтов.

В итоге многочисленных натурных и лабораторных экспериментов накоплен богатейший медико-биологичес­ кий материал, хотя еще не ясны пути его практического использования. При обсуждении проблем, связанных с пре­ одолением физиологических барьеров при освоении ги­ дросферы, можно услышать самые разные мнения — от крайне скептических до весьма оптимистических. Если одни считают, что вода была и остается физиологически чуждой человеку и опасной для него, то другие утвер­ ждают, что для работ на глубинах континентального шельфа не существует физиологически непреодолимых барьеров. Широко распространено мнение о том, что ги­ дронавт должен обладать безукоризненным здоровьем, иметь специальную подготовку. Однако для месячного пребывания в «Морской звезде» (эксперимент Ж--И. Кусто пб программе «Преконтинент-2») были выбраны люди, не обладающие особыми физическими данными и спе­ циальными навыками. В работе [34] сообщалось: «Сред­ ний возраст — больше тридцати пяти лет. Двое лишь несколько раз погружались с аквалангом. У одного явное брюшко и признаки атеросклероза».

Наряду с проведением дальнейших исследований физио­ логии гидронавтов, широким фронтом ведутся поиски путей преодоления физиологических барьеров.

Высказываются предложения о биопреобразовании человека с целью приспособления его к водной среде: Од­ ним из авторов гипотезы о возможности создания человекаамфибии является не писатель-фантаст, • а неутомимый исследователь Ж--И. Кусто. Исходя из того, что самым

79

эффективным органом, обеспечивающим газообмен орга­ низма под водой, являются жабры, Ж--И. Кусто предла­ гает обеспечить жабрами человека. А так как грудная клетка из-за наличия в ней воздушной полости при под­ водном спуске может быть раздавлена, Ж.-И. Кусто пред­ лагает чем-нибудь залить грудную полость, чтобы избе­ жать этой досадной помехи на пути к гомо-акватикусу (так Ж--И. Кусто называет предполагаемого человека будущего, полностью приспособившегося к обитанию в гидросфере).

Сами по себе такого рода гипотезы, возможно, нена­ много более смелы по сравнению с теми, которые уже были рассмотрены писателем-фантастом А. Р. Беляевым в «Человеке-амфибии», но в отличие от научной фан­ тастики сейчас они высказываются в связи с проведением конкретных научных исследований.

Как показали опыты последних лет, различие в меха­ низмах дыхания жабрами и легкими не так уж велико, как считали ранее. Напомним об этих опытах.

В лабораториях ряда стран, в том числе и в Советском Союзе, ставились интересные опыты по прямому контакту воды с поверхностью легких и поступлению в организм кислорода через легкие при таком контакте. В одних случаях это был солевой раствор с составом, близким к плазме крови, в который под давлением в 8 кгс/см2 на­ гнетался кислород. В этой среде подопытные мыши смогли жить 18 ч.'Собаку после 24-минутного пребывания в таком растворе извлекли из него, воду из легких удалили, после чего легкие вновь наполнились обычным воздухом без каких-либо вредных последствий. В других сходных по методике опытах из-группы в 16 подопытных собак семь выжили и полностью восстановили нормальное дыхание.

В печати сообщалось также, что подобное опыты были поставлены в США на человеке. Эти опыты проводил крупный специалист по физиологии дыхания профессор И. Килстр. Подвергнуться испытанию добровольно вы­ звался американский водолаз Ф. Фалейчик. Испытания проводились только на одном легком. В дыхательные пути был введен двойной шланг, концы которого находились в бронхах. Обычный воздух поступал только в левое легкое. В правое легкое поступала через шланг обога­ щенная кислородом соленая вода. Как сообщали журналы, Ф. Фалейчик не испытывал затруднений при дыхании

80

и никаких осложнений после окончания опыта также не отмечалось.

Заметим, однако, что по мнению ряда специалистов удаление жидкости из альвеол легкого является трудно­ разрешимой проблемой (препятствующей, в частности, широкому клиническому использованию жидких препа­ ратов), и потому оптимизм печати, сообщавшей об этих

без чего невозможно нормальное функционирование си­ стемы дыхания. И. Килстр считает, что в опытах такого рода в качестве дыхательной жидкости могут быть исполь­ зованы синтетические фтористые соединения, которые легче обогащаются кислородом и намного эффективнее удаляют из легкого ядовитую двуокись углерода. .

Результаты подобных исследований открывают опре­ деленные возможности создания принципиально новых дыхательных приборов для гидронавтов, в которых роль воздуха будут выполнять специальные жидкости. Это в значительной степени расширит возможности глубоко­ водных погружений.

Вряд ли можно считать бесспорным необходимость полного перехода организма к обитанию в гидросфере. Более разумным представляется вариант разработки ме­ тодов и средств, позволяющих человеку сколь угодно долго находиться в гидросфере с последующим возвра­ щением в обычную воздушную среду. В течение многих миллионов лет подсистемы организма человека совер­ шенствовались с целью обеспечения равновесия системы в целом с окружающей средой. Поэтому трудно предста­ вить себе, что одного только хирургического замещения легких жабрами будет достаточно для того, чтобы пере­ вести живой организм в новые для него условия гидро­ сферы. и гарантировать установление устойчивого равно­ весия его с окружающей средой.

Допустим, что в организм через жабры стал поступать кислород. Немедленно возникает вопрос о достаточности поступающего количества кислорода для обеспечения но­ вого уровня функционирования системы дыхания и о воз­ можности сохранения сбалансированности основных под­ систем организма. Отсюда следует, что проблема перехода человека в гидросферу не сводится лишь к решению

проблемы контакта поверхности легких с жидкой средой. Чтобы иметь возможность жить в гидросфере, чело­ веческий организм должен пройти тот длинный путь со­ вершенствования, который прошли настоящие обитатели морских глубин, либо человек должен отыскать новый путь проникновения в водную среду. Каким будет в дей­ ствительности этот путь, пока сказать трудно. Несомненно одно: начинать его поиск надо с детального изучения функ­ циональной физиологии наиболее совершенных обита­ телей гидросферы. Только это позволит решить принци­ пиальный вопрос о возможности приспособления человека

к длительному пребыванию в гидросфере.

Как известно, адаптация организма к новым условиям может произойти лишь при наличии у него и его компо­ нентов определенных резервов. Именно они позволяют расширять диапазон уравновешивания системы с окружаю­ щей средой. Поэтому поиск способов выявления и объек­ тивной оценки резервов как организма в целом, так и со­ ставляющих его компонентов является предпосылкой к разработке методов управления механизмами адапта­ ции организма к новым условиям среды и, в частности, к условиям гидросферы.

Ученые считают, что при современном высоком уровне развития биохимии и биофизики можно создать такие пре­ параты, которые после введения их в организм человека будут депонировать кислород (запасать .большое коли­ чество кислорода в связанном виде), а затем, по мере рас­ ходования энергетических запасов, отдавать этот кислород работающим органам. Параллельно должна быть решена и другая не менее важная задача. Нужно найти средство, которые позволило бы уменьшить пороговую чувстви­

зиология, реаниматология и др., где актуальны борьба с острой дыхательной недостаточностью, патологией си­

82

Психологические барьеры

Как тигра хищный глаз, мерцает глубина.

А. Мицкевич

ДействоватьI Действовать! ~ вот для чего мы существуем.

И. Г. Фихте

Органы чувств человека образуют сенсорную1 систему, имеющую около ІО9 информационных входов. Каждый из этих входов специализирован, настроен на прием определенных входных сигналов. В нейрофизио­ логии принято разделять входные воздействия на адекват­ ные и неадекватные раздражители. Смысл этого разделе­ ния легче всего пояснить на примере.

Легкий удар по глазному яблоку — это в известном смысле входное воздействие на зрительный анализатор 2*1. Такое воздействие может вызвать так называемые фосфены — иллюзию зрительного восприятия ярких пятен, светящихся точек и т. п., однако этот удар является не­ адекватным раздражителем, тогда как глаз эволюционно настроен на прием палочками и колбочками, расположен­ ными в сетчатке, адекватных раздражителей — электро­ магнитных (световых) сигналов, передающих картину, лежащую в поле зрения анализатора.

Однако важна не только модальность входного сигнала (т. е. то его качество, которое определяет адекватность зрительному, или слуховому, или какому-либо другому анализатору), но и некоторые дополнительные физические его характеристики — частота, амплитуда и др.

Так, слух человека не воспринимает звуковые колеба­ ния, выходящие за пределы полосы частот от 16 гц до 20 кгц, хотя по последним данным в процессах восприятия определенную роль играют и низкочастотные составляю-

1Сенсорный — чувствующий. Сенсорными называют системы, в ко­ торые входят рецепторы — органы, воспринимающие раздражения, исходящие извне или из внутренней среды организма.

2Анализаторы — органы чувств, состоящие из воспринимающей части (рёцепторы), проводникового отдела, передающего возбуждения

вцентральную нервную систему, и высшего центра в коре головного мозга. Термин «анализаторы» предложен академиком И. ГТ. Павловым вместо старого термина «органы чувств», с тем чтобы подчеркнуть слож­ ные функции, выполняемые центральной нервной системой при обра­ ботке воспринятой информации.

щие. Следствием этого является кажущаяся тишина ги­ дросферы, прослушиваемой в диапазонах инфра- и ультра­ звуковых частот, хотя соответствующие приборы реги­ стрируют интенсивные сигналы. Впрочем, и в диапазоне звуковых частот прослушивание гидросферы эффективно только с помощью специальных устройств, так как чело­ веческое ухо, эволюционно приспособившееся к восприя­ тию звуковых колебаний в воздухе не способно к вос­ приятию звука в воде. Не случайно возникло и веками держалось представление о подводном мире как мире безмолвия и бытовало выражение «нем, как рыба», хотя

Л. С. Выготского), повышающие эффективность нашего восприятия. Эта возможность пока реализуется только для тех средств, которые обслуживают восприятие— уве­ личивают, усиливают, преобразуют, транспонируют си­ гналы и осуществляют другие операции, в . результате которых человек получает возможность видеть микрострук­ туры, слышать акустические сигналы подпорогового уровня, анализировать инфра- и ультразвуки и т. д.

Было бы ошибкой связывать трудность восприятия сигналов под водой только с особенностями физического преобразования сигнала. Не меньшие затруднения вызы­ вает все то, -что привносится со стороны психики гидро­ навта. Рассмотрим на конкретных примерах ряд факто­ ров, определяющих появление возможных ошибок и ил­ люзий, дезориентирующих человека в водной среде.

Всякий человек сознательно или бессознательно коор­ динирует свои действия, непрерывно наблюдая за окру­ жающей его средой. Этот приобретенный опытом, а быть может, частично и врожденный способ ориентировки че­ ловек бессознательно приносит с собой и в гидросферу. Однако в гидросфере нет привычных ориентиров. В ряде случаев возникает путаница даже в таких относительно устойчивых и-привычных представлениях, как представле­ ния о том, где верх, а где низ. На определенных глубинах гидронавт еще не видит дна, но.уже перестает просматри­ вать и поверхность воды, так как естественный свет на эти глубины уже не доходит. Возникает ощущение, пол­ ностью тождественное ощущению невесомости, и человек

84

утрачивает возможность пространственной ориентировки. Только воздушные пузырьки, выходящие из дыхательного аппарата и поднимающиеся к поверхности, указывают направление наверх. В аппаратах с замкнутой системой газообмена отсутствует и этот способ ориентировки. Если гидронавт не имеет прибора для измерения глубины, показания которого помогают .ему ориентироваться, то вместо подъема на поверхность гидронавт может как угодно долго погружаться на все большие глубины.

В некоторых районах моря на относительно небольших глубинах возникают своеобразные оптические иллюзии.

способствует возникновению иллюзии свободного парения над бездной. У подводного пловца могут при этом появиться симптомы «болезни высоты» — страх падения,' стремле­ ние к безрассудным действиям и т. п.

Обманывает не только зрение. Используя подручные средства перемещения под водой, гидронавты движутся обычно со скоростью, не превышающей 4 узла. В то же время в силу высокой плотности воды (по сравнению с плотностью воздуха) обтекающие тело гидронавта струи ' создают иллюзию движения с огромной скоростью.

Средняя скорость свободного плавания под водой со­ ставляет обычно около 0,85 узла, хотя на дистанциях порядка 1 мили она может достигать 1,2 узла. Эта скорость иногда складывается со скоростью подводных (глубинных) течений, которые могут вначале составлять 0,1—0,2 узла, а затем в течение короткого промежутка времени резко возрасти до 3 узлов. Для глубинных течений характерны также вертикальные составляющие, увлекающие пловца вверх пли вниз. Все это может привести гидронавта-к про­ счетам в оценке времени, необходимого для возвращения на базу с целью пополнения запасов воздуха в баллонах.

К ошибкам в ориентировании под водой следует отне­ сти и неточности в удержании курса до ±5° и более, воз­ никающие главным образом из-за параллакса Е Ошибки такого рода встречаются часто еще и потому, что в ком-1

1 Параллакс — в данном случае перспективное (кажущееся) сме­ щение рассматриваемого объекта, вызванное изменением точки наблю­ дения. Часто наблюдается в системах, в которых между глазом наблю­ дателя и исследуемым объектом (например, шкало.й показаний) распо­ ложены поверхности, изменяющиё коэффициент преломления, напри­ мер стекло, разделяющее воздух и воду, и т. п.

85

I

плект подводного снаряжения входит много застекленных смотровых отверстий и иллюминаторов (рис. 31).

Длительное пребывание под водой в определенных условиях может вызвать так называемый сенсорный го­ лод— патологическое состояние, возникающее из-за. ограниченности внешних воздействий. В 1955—1956 гг.

Рис. 31. Оптические системы подводного сна­ ряжения.

Национальный институт здравоохранения США поставил серию экспериментов под названием «Плавание мертвого человека». Человека помещали в специальный гидро- - костюм, обеспечивали ему с помощью шланга возможность бесперебойного дыхания и погружали в бассейн с водой. Специальными мерами предусматривалась полная изоля- , ция человека от всякого рода звуков. Глаза были полностью закрыты специальной плотной маской, и даже кожный и вестибулярный анализаторы, по существу, не работали, так как человек находился в состоянии невесомости. Ока­ залось, что уже через несколько часов у человека, подвер­ гаемого эксперименту, очередная возникающая мысль навязчиво овладевает мозгом и человек"продолжительное

86