Космонавтика Коріоліса корабель закручує мізки екіпажу
Від незручностей невагомості легко позбутися, закрутивши корабель. Ось тільки постає нова проблема: сила Коріоліса вносить свої правила у звичну обстановку. Покинутий предмет відносить у бік; рука, різко простягнута до кнопки, сама відхиляється убік. І повсякденний досвід підводить людину.
Фантасти, що описують зоролети, що обертаються, і орбітальні станції, або конструкції, в яких крутиться тільки та частина, де мешкають космонавти, не замислюються про силу Коріоліса. Адже у повсякденному житті ми її не помічаємо.
Але в кабіні, що обертається зі швидкістю, скажімо, десять-двадцять обертів за хвилину, сила Коріоліса відчутно впливатиме на те, що відбувається.
Що, якщо адаптація до такого середовища виявиться не кращою, ніж адаптація до невагомості? Чи може цей пристрій виявитися досить надійним, щоб космонавти могли гарантовано та швидко виконувати всі необхідні операції?
Оскільки створення кораблів зі штучною гравітацією, викликаної обертанням кабіни (або навіть усього корабля), справа не такого далекого майбутнього, потрібно було відповісти на ці питання.
Маленький відступ. Ефект Коріоліса (а фактично - це прояв явища інерції в системі відліку, що обертається) відповідальний за закручування атмосферних левіафанів - циклонів, проте, всупереч широко поширеній помилці, не впливає на закручується злив води у ванній, так як в такому масштабі з іншими силами, які діють воду.
Насправді напрям зливу задається рядом випадкових факторів, на кшталт несиметричності самої ванни, обурень, внесених витягнутою пробкою, тощо.
Щоб «пан Коріоліс» зволив закрутити злив у точній відповідностіз розташуванням лабораторії в північній або південній півкулі (про що люблять міркувати ентузіасти дослідів у ванній), потрібно, щоб ємність була великою (кілька метрів), її геометрія майже ідеальною, отвір - маленьким, пробка повинна акуратно висмикуватися вниз, а не вгору а перед початком досвіду має відстоятися без будь-яких обурень цілий тиждень.
Так чи інакше, а в космічному кораблі, що перекидається, ефект Коріоліса буде проявлятися сильно. Порахуйте, скільки разів швидше він обертатиметься навколо своєї осі, щоб створилася відчутна псевдогравітація в порівнянні з добовим обертанням планети.
І ось нещодавно NASA запустило серію експериментів, щоб зрозуміти — як мозок адаптується до цього дивного середовища.
Це з'ясовують Джеймс Лакнер (James Lackner) та Поль Дізіо (Paul DiZio) з лабораторії просторової орієнтації Ештона Грейбіля (Ashton Graybiel Spatial Orientation Laboratory), яка веде цю роботу за підтримки офісу біологічних та фізичних досліджень NASA (Office ofologic).
Вчені спостерігають за добровольцями, які працюють у спеціальній кімнаті, що обертається.
До речі, не плутайте це з широко відомими дослідами щодо впливу на людину перевантажень. Тут перевантаження були невеликі, а ось вплив ефекту Коріоліса на обстановку дуже помітно.
Лакнер і Дізіо також розробляють навчальні методики та пристосування, які могли б полегшити астронавтам перехід зі звичайного середовища в систему «штучної гравітації», що обертається, і знову назад — у невагомість.
Відомо, як організм пристосовується до невагомості і знову тяжіння при поверненні з космосу на Землю. А ось про перехід із системи, де сила Коріоліса непомітна в ту, де вона відіграє велику роль, і навпаки.відомо мало.
Щоправда, вже в 1960-х роках проводилися досліди, які показали, що людина не надто добре пристосовується до кабіни, що обертається.
Але нинішнє дослідження виявило цікаву закономірність. Коли перед людиною, яка маніпулює різними предметами і натискає на всілякі кнопки, поставлено чітке завдання, мозок мобілізується і починає компенсувати «неправильну» обстановку, де все пливе вбік.
Виявилось, що це дуже цікавий процес. Спочатку руки "не хочуть" потрапляти туди, куди треба. Але все порівняно швидко приходить у норму.
Дізіо, професор психології університету Брендіса (Brandeis University), якому (університету) належить і лабораторія Грейбіля, передбачає: «Коли явна мета присутня, мозок диктує бажаний рух м'язам точніше. Відхилення від цього руху виявляються сенсорною системою зворотного зв'язку з більшою готовністю.
Звідки у людей ця здатність пристосовуватись до обертання?
Дослідники вважають, що слабкі сили Коріоліса, не помічаючи того, людина все ж таки враховує при обертанні в просторі власного тіла; коли різко обертається на окрик, коли стрибає, одночасно кидаючи м'яч, або повертається навколо осі, намагаючись дотягнутися до чогось рукою.
У дослідженні лабораторії Грейбіля було чимало дивовижних відкриттів.
Наприклад, з'ясувалося, що після деякого часу, проведеного в кімнаті, що обертається, люди взагалі переставали відчувати силу Коріоліса. Мозок вже автоматично, непомітно для свідомості, вводив поправки до руху тіла так, що людині здавалося — все гаразд.
І навпаки, після повернення до нормального світу деякий час людині здавалося, що хтось тягне його руки убік. Він не мігдіяти нормально, немов ефект Коріоліса з'являвся для випробуваного знову, хоча тут його й не було.
Але варто тільки зробити 10-20 спроб якогось цілеспрямованого руху, як мізки приходили в норму і «фантом Коріоліса» йшов.
Дізіо і Лакнер встановили, що людина добре пристосовується до обертання свого житла зі швидкістю до 25 обертів на хвилину, чого має з надлишком вистачити для створення станцій і кораблів зі штучною гравітацією, що обертаються.
Далі експериментатори зробили оригінальний крок — вони замінили кімнату, що обертається, роботом-маніпулятором, який м'яко відхиляв зап'ястя людини в один бік, поки випробуваний пробував маніпулювати предметами, натискати кнопки або щось кидати.
Виявилося, що в такому випадку мозок також виробляють «політику», що компенсує, і з часом людина перестає помічати перешкоду.
Але варто було звільнити його від зв'язку з маніпулятором — як фантомний тиск убік з'являвся у мозку.
Цікаво також і те, що маніпулятор можна було програмувати на тиск у різних напрямках та з різною силою.
Так дослідники вивчали адаптацію людини до невеликої змінної сили Коріоліса, що діє на тлі будь-якої більшої односпрямованої сили (наприклад, сили, що виникає внаслідок прискорення корабля під час роботи маршових іонних двигунів).
Експериментатори встановили, що і такий пристрій відбувається успішно.
Але багато питань залишаються поки що без відповіді. Наскільки результати дослідів, що ґрунтуються на рухах рук, застосовні до координації більш складних рухів всього тіла?
Як на цей ефект впливає вага предметів, які потрібно переносити? Після першої адаптації і після часу, чи може людина повторнопристосуватися до сили Коріоліса швидше та легше, ніж перший раз? Як краще тренувати «закручених» астронавтів для повернення до звичайного життя?
Автори дослідження продовжують роботу та ускладнюють досліди.
До речі, за численними проектами марсіанської пілотованої місії, над якими працюють у США та в Україні, на борту корабля буде передбачено кімнату-центрифугу, для полегшення впливу тривалої невагомості та підготовки до висадки на Червону Планету.