Для изучения особенностей пространственной ориентации у космонавтов в условиях невесомости, воспроизводимой на двухместном реактивном самолете, нами были осуществлены следующие эксперименты. Испытуемый сидел в задней кабине, пристегнувшись ремнями к креслу. Летчик на участке полета в невесомости создавал правый или левый крен до 60-65°.
Перед входом в «горку» и наступлением невесомости космонавт по команде пилота закрывал глаза и по радиопереговорному устройству описывал свои впечатления о пространственном положении самолета. При закрытых глазах никто из космонавтов не смог определить действительного характера движения самолета. В. М. Комаров, например, так говорил о своих ощущениях: «Пространственная ориентировка затруднялась при выполнении летчиком горки с креном; мне казалось, что мы летим вертикально вверх». Такая дезориентация объясняется тем, что в условиях невесомости информация от отолитового прибора оказывается искаженной, испытуемые теряют представление о положении своего тела в пространстве по отношению к плоскости Земли.
Исследования возможности ориентации человека в невесомости только на основании ощущений, порождаемых вестибулярным аппаратом, были продолжены нами при исследовании свободного «плавания» космонавтов в невесомости. Перед ними ставилась задача: начав перемещение по «бассейну» в невесомости, на короткое время (5-10 секунд) закрыть глаза и продолжать определять свое положение в пространстве. Затем открыть глаза и сопоставить свои субъективные пространственные представления с действительным положением по отношению к геометрии «бассейна». Оказалось, что при закрытых глазах испытуемые не способны ориентироваться в пространстве. А. Г. Николаев записал: «После начала движения и закрытия глаз в первой горке оценивал в невесомости по памяти свое положение в пространстве. При этом ощущал, что помимо передвижения тела вдоль «бассейна» происходит вращение тела вправо. По моему представлению, я должен был находиться примерно в середине «бассейна» и развернуться на 75-90°. Когда я открыл глаза, то увидел, что фактически оказался около правого борта самолета и развернулся на 180°, т. е. находился лицом к потолку. Во второй «горке» глаза я не открывал примерно в течение 10 секунд. После 4-6 секунд я не мог мысленно представить свое местоположение в «бассейне». Я потерял ориентировку. Когда открыл глаза, то оказался в хвосте самолета «подвешенным» вниз головой». Эти эксперименты были продолжены в полетах на космических кораблях «Восток-3» и «Восток-4». При освобождении от привязной системы с закрытыми глазами также было трудно определить пространственное положение тела при его вращении.
Свободный объем космических кораблей, класса «Восток» был сравнительно невелик. Больший интерес представляли эксперименты на орбитальной станции «Салют», которые по нашей просьбе провели во время полета космонавты Г. Т. Добровольский и В. Н. Волков. Космонавты погибли, но записи сохранились. В дневнике В. Н. Волкова об этом эксперименте было записано: «Интересное наблюдение, связанное с оценкой пространственного тела в свободном парении с закрытыми глазами. Во-первых, оценка своего движения далеко отличается от той, что есть на самом деле. Мы с Жорой (Добровольским. — В. Л.) проделывали такой опыт. Я закрывал глаза и замирал, отпуская руки и освободив ноги от ремней. Мое всплывание и субъективное положение я комментировал… Большей частью все было наоборот».
Проведенные эксперименты позволили нам прийти к выводу, что в условиях невесомости ни один из органов чувств, кроме зрения, не позволяет правильно, адекватно соотносить положение тела в пространстве с окружающей обстановкой. Отсюда логично возник вопрос: насколько адекватно и каким образом может зрение обеспечить ориентацию человека в окружающем пространстве в условиях невесомости.
Основываясь на общетеоретических представлениях, К. Э. Циолковский предполагал, что состояние невесомости должно привести к изменению оценки отношения своего тела к окружающему пространству. В 1911 г. он писал: «Верха и низа в ракете, собственно, нет, потому что нет относительной тяжести, и оставленное без опоры тело ни к какой стенке ракеты не стремится, но субъективные ощущения верха и низа все-таки останутся. Мы чувствуем верх и низ, только места их меняются с переменою направления нашего тела в пространстве. В стороне, где наша голова, мы видим верх, а где ноги — низ»150.
Предположение К. Э. Циолковского нашло подтверждение в следующих экспериментах. В самолете-лаборатории на стенке нами была укреплена дорожка с «клейким ворсом», по которой можно было ходить в специальной обуви. При ходьбе по ней в условиях невесомости у многих испытуемых создавалось впечатление, что это не стенка, а пол и что низ находится под ногами. В экспериментах Л. А. Китаева-Смыка дорожка располагалась на потолке. Подводя итоги наблюдения, он пишет: «В экспериментах с ходьбой по «клейкой» поверхности у всех испытуемых с момента соприкосновения подошв с «клейким» потолком кабины возникало ощущение, что кабина самолета перевернулась и поэтому ходишь по потолку, как по полу».
Об этом же свидетельствуют впечатления космонавтов, совершивших орбитальные полеты. Так, В. Лебедев рассказывал: «…вплываешь в рабочий отсек не поймешь как — стол сбоку, все по-другому, но зацепишься взглядом за что-то, за пульты, предметы интерьера, и, когда поймешь взаимосвязь их расположения, начинаешь разворачиваться относительно них, чтобы занять привычное нормальное положение. Хотя здесь нормальным может быть любое положение, стоишь ли на потолке ногами или ходишь по стенам, при этом только надо провести коррекцию своего восприятия, сказав себе: стена — это пол над ней и все, что там,- потолок; нужно лишь посмотреть вперед, в перспективу, и признать эту картину интерьера за новую. Теперь все в порядке: ты переориентирован и не чувствуешь никаких неудобств от того, что ходишь по стене или потолку» 151.
Адаптируясь к условиям невесомости, космонавты начинали работать в различных положениях относительно поверхностей, ограничивающих пространство корабля. А. Г. Николаев пишет: «Во время приема пищи в корабле можно находиться в любом положении: вверх или вниз ногами. Я, например, всегда любил становиться ногами на потолок, а Виталий садился на диван ногами к полу, фиксируя себя специальными ремнями… Мы смотрели друг другу в лицо, в глаза. Соответственно наши лица относительно друг друга были перевернуты на сто восемьдесят градусов. Но такое положение нисколько не мешало еде, мы привыкли к этому и спокойно принимали пищу, а в перерыве разговаривали, улыбались и смеялись. На Земле это выглядело бы просто странным, но в невесомости — вполне закономерно»152.
В конце 211-суточного полета В. Лебедев записал в дневнике: «Завис в воздухе над столиком, где был Толя, и думаю: ведь это должно казаться необычным — висеть над человеком, над столом в воздухе. Но настолько привыкаешь к этому новому миру ощущений, возможностей, что это кажется естественным. Как будто ты родился в невесомости, и сознание не фиксирует необычность состояния, движений и не сравнивает с земным. Так же как мы не задумываемся, что при дыхании поднимается грудная клетка» 153.
Понятия о «верхе» и «низе» по отношению к кабине корабля, выработанные в наземных тренировках, у космонавтов все же сохранились. Однако они стали пользоваться этими понятиями только для оценки отношения своего тела к пространству корабля (станции) или местоположению товарищей. «Входишь в орбитальный отсек,- вспоминает А. С. Елисеев,- вроде там никого нет, а смотришь — сидит на потолке Хрунов и что-то записывает, причем в самых различных позах — головой вниз или головой вверх»154. Некоторые космонавты при длительных полетах отмечают изменения восприятия внутреннего пространства. В. И. Севастьянов после полета на орбитальной станции «Салют» рассказывал: «На Земле в силу постоянного ограничения земным притяжением понятие высоты стало для нас как бы синонимом трудности… В невесомости любой уровень высоты легко достижим. Маленький толчок — и ты подплыл к любым пультам, находящимся на различных уровнях «высоты», нырнул вниз и достал то, что нужно. Раскрепощение от необходимости учитывать и преодолевать силу тяжести способствует изменению понятия высоты, слиянию его с понятием глубины…»155 Таким образом, человек в состоянии невесомости, опираясь на зрительные восприятия, способен ориентироваться, т. е. соотносить положение своего тела с окружающей обстановкой, внутри салона самолета, космического корабля и орбитальной станции.
В ходе наших экспериментов на «клейкой» дорожке выявились затруднения в ориентации при следующих обстоятельствах. После того как у человека в невесомости возникает относительно стойкое представление, что «низом» является дорожка, на которой «стоят» его ноги, достаточно ему увидеть в иллюминаторе самолета поверхность Земли, идущую параллельно оси тела, как это представление быстро разрушается. Человек начинает соотносить свое тело не только с геометрией кабины, но и с плоскостью Земли.
В полетах в зависимости от расположения иллюминаторов и собственного тела в кабине корабля космонавты по-разному соотносят себя с поверхностью Земли. Г. Т. Береговой пишет: «Если я «подплываю» к иллюминатору перпендикулярно его плоскости — Землю я вижу как будто бы вверху, над головой. Если иллюминатор у меня сбоку, то и Земля от меня расположена сбоку. А если я смотрю через другой иллюминатор на звезды, то Земля у меня внизу, под ногами» 156.
Осуществляя ориентацию корабля в орбитальном полете, космонавт должен четко представлять себе, какое положение занимает корабль относительно горизонта Земли и в каком направлении движется летательный аппарат. Осознав все это и включив корабль в «схему тела», он начинает производить маневр. Об ориентации космического корабля в полете В. Ф. Быковский рассказывает: «После включения ручной ориентации я стал искать Землю. Посмотрел в иллюминаторы и во «Взор». Во «Взоре» сбоку виднелся краешек горизонта. Я быстро сообразил, что правый иллюминатор находится вверху, в зените. Я дал ручку вправо… Сразу было заметно движение корабля… Определяя бег Земли по «Взору», я сориентировал корабль «по-посадочному»…» 157
18 марта 1965 г. на орбиту Земли был выведен космический корабль «Восход-2». Во время полета А. А. Леонов вышел из космического корабля и совершил запланированные научные исследования в открытом космосе, что явилось качественно новым этапом в освоении космического пространства. Постановка этого эксперимента диктовалась необходимостью решения многих перспективных научных и практических задач (проведение внешнего осмотра космических кораблей и орбитальных станций, замена и ремонт аппаратуры на поверхности летательных аппаратов, сборка (монтаж) на орбите долговременных тяжелых орбитальных станций, спасение экипажа корабля, терпящего бедствие, и т. п.).
Если в космическом корабле человек при помощи зрения соотносит положение своего тела в пространстве с геометрией помещения, то при выходе из корабля он сталкивается не только с безопорным состоянием, но и с малоориентированным («безориентированным») пространством. В этой ситуации пропадают все тактильные и мышечно-суставные ощущения, возникающие от прикосновения к отдельным деталям и площадям опоры в кабине. В открытом космическом пространстве нервные импульсы, идущие от мышечно-суставного аппарата и рецепторов кожи, не позволяют составить представление о пространственном отношении тела космонавта к окружающим его объектам. Следовательно, при выходе из корабля у человека «разрушается» психологическое представление о своем положении относительно кабины, основанное на зрительных, тактильных, мышечно-суставных ощущениях, и он должен перейти к совершенно новой ориентации, «опираясь» лишь на зрительное восприятие «плывущей» Земли, летящего корабля, звезд и Солнца. Все эти зрительно воспринимаемые объекты не дают возможности создать привычную для жизни на Земле систему координат, где четко воспринимаются «верх» и «низ», горизонталь и вертикаль. Вот почему главной задачей при выходе человека в открытый космос и осуществлении им широкого круга рабочих операций являлось изучение возможности ориентироваться в «безориентированном» пространстве. Кроме того, космонавт должен был охарактеризовать это пространство с субъективных позиций и оценить рациональность системы координат, разработанной во время тренировок.
В связи с новизной и сложностью задачи как в научно-техническом, так и в медицинском и психологическом плане подготовка к полету экипажа корабля «Восход-2» существенно отличалась от подготовки экипажей предшествующих кораблей. В целях обеспечения ориентации в открытом космосе нами совместно с А. А. Леоновым была разработана система координат, в которой в качестве одного из опорных пунктов был взят корабль с его продольной и поперечной осями. В этой системе корабль как бы являлся «низом». В период подготовки к полету было создано несколько десятков схем, на которых отрабатывались всевозможные варианты определения положения космонавта в безопорном пространстве относительно корабля, Солнца и Земли. При специальных тренировках в самолете-лаборатории с макетом космического корабля уточнялось и закреплялось психологическое представление о том, что «низом» является корабль.
Приводим рассказ А. А. Леонова о выходе в «безориентированное» пространство во время космического полета: «Двигаться приходилось около корабля, летящего с космической скоростью над вращающейся Землей. Отходы от корабля осуществлялись спиной, а подходы — головой вперед с вытянутыми руками для предупреждения удара иллюминатора гермошлема о корабль или «распластавшись» над кораблем, как в свободном падении над Землей при парашютном прыжке. При движении ориентировался в пространстве на движущийся корабль и «стоящее» Солнце, которое было над головой или за спиной. При одном из отходов в результате неточного отталкивания от космического корабля произошла сложная закрутка вокруг поперечной и продольной оси тела. Перед глазами стали проплывать немигающие звезды на фоне темно-фиолетового с переходом в бархатную черноту бездонного неба… Во время вращения, хотя корабля и не было видно, представление о местоположении сохранилось полностью и дезориентации не наблюдалось. Для того чтобы каждый момент помнить, где находится корабль (когда он не виден), мне приходилось вести как бы мысленную прокладку своего маршрута, учитывая, под каким углом отошел от корабля, на сколько градусов развернулся. В комплекс психологических представлений, обеспечивающих ориентировку, входило и образное представление геометрических взаимоотношений между видимыми в данный момент светилами (звездами и Солнцем), Землей и невидимым кораблем. Хорошим ориентиром являлся также фал, когда он был полностью натянутым. Следует отметить, что, несмотря на многочисленные тренировки, полной автоматизации координатных представлений о пространстве, в которой низ — корабль, не произошло. Однако предложенный способ ориентации позволил выполнить все поставленные передо мной задачи» 158.
Американская программа «Джемини» продолжала начатые в Советском Союзе исследования возможностей деятельности человека в открытом космосе. Первым из американских астронавтов, вышедших в открытый космос, был Д. Уайт. Во время полета «Джемини-4» он трижды делал выход, когда корабль пролетал над освещенной стороной Земли. Уайтом было апробировано ручное реактивное устройство стабилизации тела в пространстве, работающее на сжатом воздухе. Астронавт отметил затруднения ориентации в «безориентированном» пространстве. Задачей астронавта Сернана во время полета «Джемини-9» было маневрирование в открытом космосе при помощи ранцевой установки, которая могла поддерживать заданное положение тела в пространстве автоматически или же управляться вручную. Он также отметил затруднения в ориентации в «безориентированном» пространстве и преждевременно прекратил эксперимент из-за перегревания тела и запотевания иллюминатора гермошлема.
Эти наблюдения и исследования показали, что при отсутствии фала и навигационных приборов ориентация в открытом безопорном пространстве, осуществляемая лишь с помощью зрения, чрезвычайно затруднена. Вот почему сегодня во время выхода в открытый космос из орбитальных станций для проведения ремонтных операций, замены научного оборудования и т. д. космонавты и астронавты не отрываются от наружной обшивки летательных космических аппаратов, а перемещаются с помощью рук по специальным поручням. Для освобождения рук при проведении монтажных операций приходится с помощью специальных устройств фиксировать себя к рабочему месту.
Из приведенных экспериментальных данных и самонаблюдений космонавтов следует, что в условиях невесомости между анализаторами возникает иное соотношение, чем на Земле. Основное значение приобретает зрение, тактильные и мышечно-суставные ощущения и меньшее — сигнализация со стороны отолитового прибора. Эта новая функциональная система анализаторов позволяет обеспечить ориентацию человека в космическом пространстве.
