Исследовательская работа «Подготовка космонавтов»
творческая работа учащихся по физике (10 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Курташкинская средняя общеобразовательная школа»               Атюрьевского муниципального района Республики Мордовия

VIII Республиканская научно-практическая конференция исследовательских и проектных работ обучающихся «Гагаринские чтения-2024» по физике и астрономии

Исследовательская работа

«Подготовка космонавтов»

Работу выполнила: Битюкова Яна Михайловна

ученица 10 класса

Руководитель работы: Алешкина М.Н.

учитель физики

2024

Содержание

Введение                                                                                                        стр.3-4

1.Кто может полететь в космос                                                                 стр.4-5

2. Подготовка космонавтов к полету                                                      стр.5-8

3. Проблемы подготовки космонавтов к длительным полетам      стр.8-10

4. Заключение                                                                                           стр.10-11

5. Список литературы                                                                                  стр.12

2

Введение.

«Жизнь показывает, что и космос будут осваивать не какие-нибудь супермены, а самые простые люди».

Юрий Гагарин.

   Почему человечеству вообще нужны длительные полеты в космос?

   Он людям всегда был интересен. Они начали интересоваться небом тогда, когда еще не знали, что нас окружает необъятный космос.

   После первого полет люди стали понимать этот мир лучше: узнали больше о своей и других планетах, о спутниках, о звездах и о многом другом. Желание людей узнавать что-то новое такое же безграничное. как и сам космос.

   С помощью длительных полетов в космос можно совершить технологические прорывы, провести научные исследования, расширить коммерческую космическую индустрию. Самый длительный полет осуществил российский космонавт Валерий Поляков (437 суток 17 часов 58 минут).

   Но длительные полеты трудно реализовывать в плане подготовки, а ещё они плохо влияют на космонавтов.

   Актуальность состоит в том, что с расширением возможностей человечества можно осуществлять полеты в космос на более длительный период. Но при таких полетах могут возникать проблемы, и они могут затормаживать процесс. Поэтому очень важно узнать с какими проблемами можно столкнуться и понять, как решить их.

Цель работы: узнать с какими проблемами можно столкнуть при длительных полетах и как их можно решить.

Задачи:

      •        изучить информацию по данной проблеме;

      •        проанализировать полученные результаты;

      •        сделать выводы.

3

Проблема состоит в том, чтобы найти ответы на интересующие меня вопросы:

• Кто подходит для полета в космос?
• Как именно тренируют космонавтов для полета в космос?
• Как длительные полеты в космосе влияют на организм человека?

Гипотеза: длительные полеты могут пагубно влиять на космонавта.

Методы исследования:

      •        изучение и анализ литературы и Интернет–статей по данной теме;

      •        обобщение

Объект исследования: космонавт.

Предмет исследования: влияние невесомости на организм человека.

1.Кто может полететь в космос.

  Первый вопрос, который возникает при изучении данной темы «Кто может стать космонавтом, и какими требованиями он должен обладать?»

   Главные требования – это быть гражданином Российской Федерации в возрасте до 35 лет. Однако этого не достаточно.

   Вторым важным требованием является наличие высшего образования в технической или естественно-научной области. Будущий космонавт должен быть настоящим умником: обладать знаниями в физике, математике, инженерии и других науках (например, берут врачей по направлениям военной, подводной, авиационно-космической медицины или медицины катастроф). Ещё кандидат в космонавты должен знать историю и теорию пилотируемой космонавтики, а также быть готовым усваивать большое количество информации о космической технике. Кроме того, космонавт должен владеть каким-либо иностранным языком: английским, итальянским, испанским, немецким

4

или французским. Это необходимо, чтобы общаться с коллегами на МКС, которые могут быть из разных стран.

   Но быть космонавтом — это не только знания, но ещё и физическая выносливость, и хорошее здоровье: всё это пригодится, чтобы справиться с невесомостью и длительными периодами нахождения в космосе. Поэтому перед отбором вас ожидают медицинские тесты и физические испытания.

  Так же существуют определённые физические параметры (это обусловлено в первую очередь размерами самих космических кораблей). Рост будущего космонавта должен быть в диапазоне от 150 до 190 см, в положении сидя — от 80 до 99 см. Масса тела должна составлять от 50 до 90 кг. Длина ступней не должна превышать 29,5 см. Ширина плеч не должна быть больше 52 см, а расстояние между углами подмышечных впадин — не более 45 см. Ширина бёдер в положении сидя должна быть до 41 см, а обхват груди — в диапазоне от 94 до 112 см.

   Если вы подходите по этим параметрам и со здоровьем всё в порядке, то дальше вас ожидают экзамены на нормативы. Космические нормативы чем-то похожи на нормы ГТО. Для сдачи экзамена нужно пробежать 1 км за 3,5 минуты, проплыть 800 метров за 20 минут, подтянуться на турнике 12 раз, попрыгать на батуте, нырнуть в бассейн с высоты 3 метра… в общем, нужно быть больше выносливым, чем сильным.

   Космонавты должны иметь высокую психологическую устойчивость, чтобы справляться с напряжением и не терять самообладания в критических ситуациях.

   Умение принимать решения в экстремальных условиях и быть готовым к неожиданностям — важные качества, без которых в космосе также не обойтись.

2. Подготовка космонавтов к полету.

   Весь процесс подготовки делится на этапы: общая космическая тренировка,

5

в составе групп и подготовка экипажа.

  Общая космическая подготовка продолжается два года. За это время закладываются основы профессии космонавта. Кандидаты в космонавты изучают науки, составляющие фундамент профессии.

   Космонавты трижды в неделю посещают тренажерный зал (по 2 часа). Там для них проводят многофункциональные тренировки, которые помогают развить как физическую силу, так и навыки, необходимые для полёта в космос.

   Для моделирования перегрузок используется специальная быстро вращающаяся центрифуга (Приложение №1), внешне напоминающая огромную гантель, на одном конце которой закреплена кабина с испытуемым, а на другом — противовес.

Подготовка к пребыванию в невесомости называется вестибулярной тренировкой. Она призвана облегчить период адаптации к невесомости в первые несколько суток полёта и сделать его как можно короче. Самые известные приспособления, предназначенные для этой цели, — «кресло Барани» и «качели Хилова». (Приложение №2)

   Во время полёта на космическом корабле создаётся искусственная атмосфера, параметры которой могут заметно меняться в случае каких-либо нештатных или аварийных ситуаций (например, снизится содержание кислорода или произойдёт резкий перепад давления). Учитывая это, космонавтов подвергают испытанию в барокамере (Приложение №3). Их „поднимают на высоту“ 5000 м без кислородной маски, чтобы определить, как они переносят кислородное голодание. В таких ситуациях очень хорошо выявляются и скрытые патологии, и резервные возможности организма.

   При подготовке первых пилотируемых полётов опасались значительного повышения температуры в спускаемом аппарате, ведь он летит в потоке плазмы с температурой в несколько тысяч градусов. Кроме того, может неожиданно отказать система терморегулирования космического корабля или

6

орбитальной станции. Проверка устойчивости кандидата в космонавты к воздействию высоких температур проводится в термокамере. (Приложение №4)

   Перед первым полётом особенно опасались за психическую устойчивость человека в условиях космоса. Было неясно, как скажется отсутствие привычной «пищи» на органах чувств, главным образом слухе и зрении. Предполагалось, что в корабле будет царить полное безмолвие, а чёрный космос за иллюминаторами — казаться лишённым пространственной глубины. Не исключалось существование ещё каких-либо неблагоприятных, даже опасных, непредсказуемых факторов. Это достаточно сильное воздействие, которое само по себе может привести к психическим расстройствам даже в земных условиях. В космическом полете её негативный эффект усиливается из-за невесомости. Пребывание в замкнутом помещении при осознании полной оторванности от Земли тоже серьёзная.

   Устойчивость психики человека к подобным воздействиям проверяется в сурдокамере — специальном звукоизолированном помещении, со слабым искусственным освещением и звуконепроницаемыми стенками для проведения наблюдений за космонавтом. (Приложение №5)

   Чтобы научиться управлять кораблем и ситуацией на нем, созданы множество стендов и тренажеров. Обучение на них можно условно разделить на три этапа: «экзогенные тренажёры" – тренажеры, имитирующие условия в космосе, управление кораблем «по частям», управление всем комплексом. После последнего этапа будущие космонавты проходят экзамен.

   После всех комплексов идёт самая сложная подготовка, так как она должна создать условия невесомости. Она сложна именно тем, что на Земле практически невозможно создать длительную — более нескольких десятков секунд — невесомость.

   Самая «чистая» невесомость возникает в самолёте при полёте по параболической траектории. Тренировки проводились на истребителе «МиГ-15» — за

7

один полёт самолёт делал три-четыре горки, во время каждой из которых состояние невесомости длилось около 40 с, во время этого времени нужно было сделать небольшие задания. (Приложение №6)

   Парашютная подготовка также играет не последнюю роль, ведь с её помощью формируется профессиональная хладнокровность, устойчивость к помехам и многозадачность. Во время прыжка космонавт также выполняет разнообразные задания

   Ещё один способ сымитировать невесомость — переместить тренировки под воду. В распоряжении наших космонавтов есть целая Гидролаборатория.

Там они облачаются в свои скафандры и опускаются в огромный бассейн, где установлены макеты космических аппаратов и макет российского сегмента МКС в натуральную величину. Может показаться, что это простая задача, но на самом деле люди тренируются в настоящих скафандрах «Орлан», весом около 120 килограммов. (Приложение №7)

   «Пробы на выживаемость» - это последние испытание. Их содержание меняется, вносятся всевозможные элементы неожиданности, но суть остается неизменной – подготовка к преодолению любых трудностей и неожиданностей, психологическая и физическая закалка. (Приложение №8)

3. Проблемы подготовки космонавтов к длительным полетам.

   Говоря о проблемах длительных полетов, мы обращаем внимание на то, как будет влиять этот полет на здоровье космонавта.

   В космическом полёте на организм человека влияет несколько основных факторов, один из самых биологических активных — различные виды космического излучения. Не менее значимо влияние факторов, связанных с динамикой полёта летательных аппаратов, таких как ускорение, вибрация, шум, невесомость и др. При этом среди них особо выделяется невесомость, которая влияет уникальным фактором космического полёта. Отсутствие гравитации вызывает весьма выраженные функциональные сдвиги, в первую

8

очередь со стороны систем кровообращения и дыхания, которые проявляются в нарушении оптимальности газообмена. Кроме того, длительное пребывание в невесомости вызывает изменение водно-солевого обмена, функции опорно-двигательного аппарата и другое.

   Весьма велико значение факторов, связано с пребыванием в замкнутом пространстве малого объёма, с искусственной средой обитания, своеобразным газовым составом и температурным режимом, который обусловливает гипокинезию (состояние недостаточной двигательной активности организма), эмоциональное напряжение, изменение биологических ритмов и тому подобное.

   Таким образом, очевидно, что медицинское биологическое обеспечение космических полётов должно предусматривать предварительную подготовку ко всем неблагоприятным факторам. Разработка средствами методов профилактики, признанных обеспечить улучшение общего физического состояния и работоспособности космонавтов при действии с нижней гравитацией повышение устойчивости сердечно-сосудистой системы после продолжительной гипокинезии или пребывания в невесомости приобретаются, особенно с увеличением двигательной длительности полётов, большое значение

   Для профилактики неблагоприятных реакций организма человека в период невесомости применяется широкий спектр мероприятий и средств, связанных с использованием физических нагрузок, тренировочная нагрузочных костюмов и так далее. Вместе с тем проблема по-прежнему остаётся актуальной

   Возможное существенное повышение эффективности специально подготовки космонавтов может быть достигнута за счет расширения средств и методик, используемых для предварительной подготовки организма к основным экстремальным факторам длительного космического полёта. В частности, с этой целью будет целесообразным применение различных функциональных нагрузок на организм в качестве наиболее удобных и эффективных следует считать использование направлений воздействия на организм

9

в целом или его отдельной физиологической системы, например дыхательной.

   В качестве средств направленного воздействия на организм могут выступать различные способы регламентации дыхания: искусственная гипоксия и гиперкапния, дыхание через дополнительное «мёртвое пространство», дыхание при увеличенном аэродинамическом и эластическом сопротивлении и др.

Эти средства способствует интенсификации процессов адаптации, формированию более совершенных физиологических механизмов и повышению работоспособности, позволяют более раскрыть функциональные резервы организма человека, при этом удаётся избежать критических степеней напряжения регуляторных механизмов

   Также проблемы является психологическое воздействие на космонавта. в замкнутом пространстве тяжело находиться в сопровождении незнакомых тебе людей, именно в такой ситуации оказываются космонавты на МКС и других сооружениях. Советник президента США по науке космонавтике Алан брови в августе 2010 года заявил: учёные обнаружили что космонавты во время длительных полётов сталкиваются с серьезным психологическими проблемами. Люди просто начинают ненавидеть друг друга после 8-9 месяцев пребывания в космосе. Работоспособность Космонавтов в длительном полёте резко падает. Психологическим воздействием может быть сам космос. Несмотря на проверку психики человека в сурдокамере, время проведённое в камере и в длительном полёте существенно отличаются. Поэтому может возникать психологические проблемы на основании замкнутого пространства окружённом невесомостью.

4. Заключение

   В отряд космонавтов попадают люди с отменным здоровьем. И дело не только в том, что человеку, отправляющемуся на орбиту, предстоит выдержать колоссальные перегрузки во время старта и приземления космического аппарата. Находясь на его борту в условиях невесомости, в организме происходят серьёзные изменения, многие из которых остаются с человеком на всю жизнь.

   Поэтому очень сложно подготовить космонавтов так, чтобы минимально снизить влияние невесомости. Чтобы совершить это, нужно пересилить человеческие возможности путем сложнейших тренировок.

10

5. Список литературы

Интернет-ресурсы:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Отряд_космонавтов

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Космонавт

3. https://habr.com/ru/articles/362067/

Печатные ресурсы:

1. Баранов В.М., Попова Ю.А., Ковалева А.С., Баранов М.В. Изменения чувствительности центрального дыхательного механизма в условиях 21-часовой антиортостической гипокинезии // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2011.

2. Баранов В.М., Солопов И.Н., Горбанёва Е.П. р др. Оптимизация тренирующих нагрузок посредством направленных воздействий на дыхательную систему // Авиакосмическая  и экологическая медицина. 2008.

3. Донина Ж.А., Баранов В.М., Александрова Н.П., Ноздрачев А.Д. Дыхание и гемодинамика при моделировании физиологических эффектов невесомости. СПб.: Наука. 2013.

12