Киносъемка собак осуществлялась специально разработанным аппаратом. Скорость протяжки пленки составляла 24 кадра в секунду. Кассеты аппарата вмещали 300 м пленки, что должно было обеспечивать съемку в течение 11-12 мин.

Киноаппарат с короткофокусным объективом (28 мм) был установлен в верхней части кабины объективом вниз. Для удлинения оптического расстояния между объективом и собаками была применена зеркальная съемка по специальной схеме.

Аппаратура, предназначенная дли регистрации основных физиологических функций животных, состояла из датчиков, усилительных блоков, автоматов давления, электрочасов и оптических самописцев.

Изменение периметра грудной клетки собак регистрировалось при помощи резиновых трубок, заполненных угольным порошком, или резиновых пластинок, на поверхность которых наносился слой термопрена, смешанного с угольной пылью. В зависимости от изменения периметра грудной клетки меняли свое сопротивление и датчики, укрепленные на ней. Являясь плечом моста сопротивления, датчики дыхания изменяли силу тока, проходящего через вибратор самописца, включенного в диагональ моста. Помимо записи на самописцах регистрация дыхания производилась также по телеметрии, для чего разность потенциалов снималась с самого датчика.

Артериальное давление регистрировали с сонной артерии, выведенной в кожный лоскут (метод Трегубова). На лоскут накладывалась капсула с заключенной в ней резиновой манжеткой. Для создания переменного давления в резиновой манжетке был изготовлен специальный автомат, получавший сжатый воздух из баллона. Давление понижалось редуктором, через узкое сопло которого воздух поступал в реостатный датчик и манжетку. Как только избыточное давление в датчике, а следовательно, и в манжетке достигало 250 мм рт.ст., ползунок реостата замыкал контакты, выключающие электромагнитный клапан. Подача воздуха прекращалась, и открывался клапан стравливания. Когда давление падало до 10 мм рт.ст., замыкался второй контакт, включался электромагнитный клапан и снова начиналось нарастание давления. Реостат датчика был соединен по мостовой схеме с вибратором самописца, регистрирующим давление на пленке.

Регистрация осцилляции артерии производилась термоанемометрическим датчиком, соединенным через тройник с манжеткой и автоматом давления. Колебания давления в манжетке, вызванные осцилляциями артерии при ее пережатии, создавали воздушные толчки вокруг нагретой спирали датчика, вследствие чего изменялась температура спирали, а, следовательно, и ее сопротивление. Сигналы термоанемометрического датчика усиливались, записывались на самописце и передавались по каналам телеметрии. Автоматы тарировались так, что по кривой можно было измерить давление в манжетке с точностью ±5 мм рт.ст. Максимальное давление определялось по моменту прекращения осцилляции при повышении давления в манжетке.

Для регистрации у животных электрокардиограммы был изготовлен блок, состоящий из 4 усилителей, с выходами на вибраторы самописцев.

При запуске ракет до высоты 212 км максимальная скорость на восходящей траектории полета составляла 1,72 км/с, на нисходящей — 1,75 км/ч. Головная часть отделялась от корпуса ракеты в верхней точке траектории полета. На высоте 4 км открывался тормозной парашют головной части, а на высоте 2 км вводилась основная парашютная система. На 605-660-й секунде с момента старта головная часть ракеты приземлялась.

На активном участке полета осевые перегрузки плавно нарастали от +1 до +6 ед., после чего наступал период динамической невесомости продолжительностью 360-370 с. Затем при торможении вновь возникали значительные по величине перегрузки, длящиеся 35-40 с. Характер этих перегрузок свидетельствовал о том, что головная часть ракеты в некоторых экспериментах при вхождении в плотные слои атмосферы совершала сложные вращательные движения вокруг продольной и поперечной осей. Раскрытие тормозного парашюта происходило после того, как снижение головной части становилось относительно равномерным и перегрузка по продольной оси равнялась единице. Перегрузка при раскрытии тормозного парашюта достигала 8 ед. Введение основной парашютной системы создавало перегрузку до 4 ед. Значительные по величине, но кратковременные (доли секунды) перегрузки возникали при приземлении головной части.

Совпадающие величины имели эти параметры и при запусках других ракет. Различия в характере перегрузок относилось главным образом к периоду торможения головной части ракеты в плотных слоях атмосферы. Снижение головной части некоторых ракет происходило более стабильно, поэтому перегрузки были направлены в основном по продольной оси.

Акселерограмма, записанная на нисходящей траектории полета других ракет, отличалась тем, что при торможении перегрузки были направлены главным образом по поперечным осям. Направление перегрузок все время менялось за счет вращения головной части. Температура воздуха в герметических кабинах во время полета мало отличалась от исходной, хотя температура наружной обшивки претерпевала значительные изменения. Результаты измерения температуры в кабине одной из ракет приведены в табл. 1

Таблица 1

Температура в кабине ракеты во время полета

Таким образом, благодаря применению термоизоляции колебания температуры в герметическом отсеке были незначительными и не могли существенным образом отразиться на регистрирующихся физиологических функциях животных.

Большая часть полета ракет протекала в верхних слоях атмосферы, где барометрическое давление составляло доли миллиметра ртутного столба. Однако от действия низкого барометрического давления животные были защищены герметическими кабинами. Результаты измерения давления по телеметрии во время полета одной из ракет приведены в табл. 2.

Таблица 2

Давление в кабине ракеты во время полета

От действия солнечной радиации животные были защищены металлическими стенками кабины. Что касается космических лучей, то кратковременность полета ракеты в верхних слоях атмосферы не дала возможности изучить воздействие этого фактора на живой организм. Таким образом, в полетах на ракетах до высоты 212-450 км основными физическими факторами, воздействовавшими на организм животных, являлись перегрузки и длительное (более 6-9 мин) состояние динамической невесомости.

Биологические исследования проводились на 14 собаках. Некоторых животных посылали в полет по 2 и даже по 3 раза, а собака Дамка летала четыре раза. Нарушений в состоянии их здоровья в период подготовки к эксперименту не отмечалось. Рентгенография грудной клетки, электрокардиография, определение кровяного давления, данные анализов крови и мочи не выявили отклонении от нормы.

В результате систематической тренировки животные спокойно переносили фиксацию в лотках и длительное пребывание в кабине. Во всех экспериментах собаки перед стартом не проявляли беспокойства и не пытались освободиться от привязных ремней и датчиков. Как свидетельствуют данные киносъемки, до включения двигателя ненаркотизированные собаки находились в положении, ставшем обычным для них в процессе наземной тренировки. Включение двигателя вызывало у них отчетливо выраженный ориентировочный рефлекс.

На активном участке полета при нарастании перегрузки движения животных были в основном пассивными и вызывались отклонениями ракеты от заданной траектории.

Момент выключения двигателя и появления динамической невесомости сопровождался резким подъемом головы животных над уровнем лотка. Это, по-видимому, было следствием того, что тонус разгибательных мышц шеи и спины больше не уравновешивался силой тяжести и перегрузкой. При резком переходе от перегрузок к невесомости у животных не отмечалось двигательного возбуждения и оборонительной реакции. В период динамической невесомости собаки спокойно лежали в лотках, живо реагируя на периодическое появление солнечного света в смотровом люке кабины. Киносъемка, проведенная во время полетов на ракетах, не выявила в поведении животных значительных отклонений.

Состояние физиологических функций животных удалось зарегистрировать не на всех участках полета. В условиях невесомости физиологические функции регистрировались удовлетворительно. Менее всего данных было получено на участке торможения. Это объясняется тем, что резкие изменения направления действия перегрузок создавали помехи в работе приборов и вызывали резкие активные и пассивные движения животных, что не могло не сказаться на качестве записи. Тем не менее, некоторые материалы удалось получить и на этих участках полета.

Регистрировавшиеся изменения физиологических функций у интактных и наркотизированных животных имели существенные отличия, поэтому оказалось целесообразным провести анализ полученных данных раздельно.

Анализируя отмеченные изменения физиологических функций ненаркотизированных собак, мы обратили внимание на значительные отличия в реакции разных собак на условия полета. Тем не менее, несмотря на своеобразную форму каждой кривой, могут быть выявлены некоторые общие закономерности. На активном участке полета при действии на животных перегрузок, направленных от спины к груди, частота дыхательных движений у собак Рыжей, Дамки и Модницы возрастала по сравнению с исходным уровнем. В период невесомости частота дыхательных движений снижалась, приближаясь к исходному уровню. Частота дыхания Белки, наоборот, снижалась во время действия перегрузок и повышалась в состоянии невесомости. На активном участке полета пульс у всех животных учащался. В период невесомости частота сердечных сокращений снижалась до исходного уровня, претерпевая значительные колебания. В конце периода невесомости (на 400-440-й секунде) частота пульса была минимальной. Однако, как только движение головной части становилось равномерным и вводилась парашютная система, частота пульса оказывалась высокой у всех собак. Во время спуска на парашютах и после приземления пульс животных возвращался к исходному уровню гораздо быстрее, чем при переходе от перегрузок к состоянию невесомости.

Несколько иначе выглядело изменение частоты дыхания и пульса у наркотизированных животных. Их дыхание и пульс во время полета претерпевали меньшие изменения, чем у интактных животных Можно отметить учащение дыхательных движений на активном участке полета, особенно заметное у Белки. В период невесомости частота дыхания удерживалась на исходном уровне. Через 30 с после выключения двигателя частота сердечных сокращений мало отличалась от исходной. В конце периода невесомости частота пульса была ниже исходного уровня. Изменений кровяного давления у наркотизированных собак в период невесомости практически не отмечалось. Следует отметить, что результаты измерения пульса, дыхания, кровяного давления, полученные во время полета наркотизированных собак, не расходятся существенно с данными американских исследователей Генри, Баллингера, Махера и Симонса, полученными на наркотизированных обезьянах. Отличия реакций наркотизированного и интактного животных на условия полета представляли значительный интерес и полностью подтвердили наши предположения.

На основании анализа данных о поведении и некоторых физиологических функциях животных во время полета на ракетах до высоты 212-450 км можно было сделать вывод, что наибольшее влияние на организм собак оказывали перегрузки, возникавшие на активном участке полета и при торможении.

В условиях динамической невесомости не было отмечено изменений, которые дали бы основание считать, что этот необычный для живых организмов фактор вызывает резкое расстройство в поведении животных.

Кровяное давление, частота пульса и дыхания, повышавшиеся у собак в первые минуты после выключения двигателя ракеты, в последующий период (на 4-6-й мин) снижались до исходного уровня, а в некоторых случаях еще ниже. Поскольку период невесомости наступал сразу же после действия значительных по величине перегрузок, можно было бы предположить, что высокое кровяное давление, учащение дыхания и пульса в первые минуты после выключения двигателя являются результатом последействия перегрузок. Однако этот период нормализации в обычных условиях значительно короче, чем это оказалось в условиях невесомости.

При торможении и раскрытии парашютов последействие перегрузок также оказалось весьма коротким.

Скорее всего, сдвиги физиологических функций, зарегистрированные после выключения двигателя, были не только результатом последействия перегрузок, но в значительной мере следствием непосредственного воздействия невесомости на организм собак, а постепенное приближение регистрируемых физиологических показателей к исходным величинам являлось результатом частичной адаптации животных к этому необычному для них состоянию. У животных, находившихся под гексеналовым наркозом, регистрируемые параметры в условиях невесомости не превышали исходных величин (пульс и артериальное давление имели даже тенденцию к снижению). Сопоставляя эти факты, можно было предположить, что изменения пульса, дыхания и кровяного давления при невесомости у интактных животных являлись неспецифической вегетативной реакцией на необычный раздражитель.

Значительное воздействие на организм животных оказывал последний этап полета на ракете — торможение головной части в верхних слоях атмосферы. Перегрузки на этом этапе достигали максимальной величины, направление их часто оказывалось наименее благоприятным («голова-таз» или «таз-голова»), а длительность — сравнительно большой (до 40 с). В связи с тем, что перегрузки резко меняли направление за счет вращения головной части ракеты, возникала опасность механических повреждений тела животных (особенно головы) о кронштейны и приборы отсека. Однако в проведенных запусках не было ни одного случая повреждения кожных покровов, видимых слизистых и костно-опорного аппарата животных.

После некоторых полетов до высоты 212 км на стенках герметической кабины, на носу животных и вблизи анального отверстия были обнаружены капли крови. У собаки Дамки после первого полета были отмечены кровоизлияния в склеру глаз. Можно считать, что носовые и геморроидальные кровотечения, а также кровоизлияния в склеру глаз животного были результатом воздействия наиболее неблагоприятно направленных перегрузок при торможении. Тем не менее при приземлении животные были спокойны, не вырывались из люков отсека. В их поведении после полета не было отмечено каких-либо особенностей. Они реагировали на кличку, на изменение внешней обстановки, с жадностью ели.

При проведении повторных запусков ракет собаки по-прежнему спокойно переносили фиксацию и не сопротивлялись помещению в герметическую кабину. Таким образом, полеты на ракетах до высоты 212-450 км не сказались заметным образом на поведении животных.

В соответствии с принятой методикой после полета у собак снималась электрокардиограмма в трех отведениях, проводилась рентгенография грудной клетки, исследовались кровь и моча, измерялись температура и масса тела.

Исследования отечественных и зарубежных ученых показали, что нормальная электрокардиограмма собак имеет множество вариантов и переходных форм. У одного и того же животного часто отмечаются изменения направления электрической оси сердца, направления зубцов Т на обратное и другие изменения. Сопоставление электрокардиограмм, снятых до и после опыта, не выявило изменений зубцов электрокардиограммы, выходивших за рамки физиологической альтернации.

Рентгенография животных, выполненная до и после полета, не выявила патологических изменений в органах грудной клетки.

Температура животных (табл. 3) после полета изменялась как в сторону повышения, так и в сторону уменьшения, но не выходила за пределы физиологических норм (по данным А.Д.Слонима, температура тела здоровых собак колеблется от 38,5 до 39,5°С).

Изменение массы животных после полета не превышало 350 г. Следует отметить, что в день летного эксперимента первое взвешивание проводилось за 3-4 ч до полета, а второе — через 1-2 ч после него и в течение указанного срока собаки не получали пищи. В то же время суточные колебания массы животных до эксперимента достигали 590 г. Поэтому нет оснований приписывать изменение массы животных специфическому воздействию полета.

Исследование крови выявило некоторое увеличение числа лейкоцитов после полета. У одних животных лейкоцитоз был выражен явно и сохранялся в течение нескольких дней после полета, у других увеличение числа лейкоцитов было небольшим и на следующий день после полета количество этих форменных элементов крови возвращалось к исходному уровню.

Таблица 3

Изменение температуры тела собак во время космического полета

Ниже приводятся данные подсчета количества лейкоцитов у собак до и после полета (табл. 4).

Таблица 4

Изменение числа лейкоцитов у собак во время и после космического полета

Можно предположить, что причинами лейкоцитоза являлись отрицательные перегрузки, действовавшие на организм животных при торможении. Подобные изменения крови при действии отрицательных перегрузок отмечались в работах отечественных и зарубежных исследователей.

Известно, что увеличение числа лейкоцитов могло быть вызвано воздействием вибрации на организм (И.Я.Борщевский, Е.Ц.Андреева-Галанина и др.). Возможно также, что причиной лейкоцитоза были внутренние кровоизлияния у некоторых животных (Рыжая и Дамка) в результате воздействия отрицательных перегрузок.

Изменения количества эритроцитов, процентного содержания гемоглобина и лейкоцитарной формулы не выходили за пределы колебаний, наблюдавшихся в период содержания экспериментальных животных в виварии до полетов.

Исследование мочи до и после полета проводилось у собак Дамка, Белка и Модница. Следует отметить, что сразу же после полета у этих животных не удалось получить мочу для анализа. Исследованию подверглась моча, полученная через 4-6 ч после летного эксперимента. Анализы мочи, взятой до и после полета, дали совпадающие результаты.

Следует отметить, что парашютная система головной части во всех запусках ракет работала безотказно и обеспечила заданную скорость приземления. Однако выбранный метод торможения головной части ракеты в плотных слоях атмосферы при ее падении с высоты 200 км уже нельзя считать безопасным, так как большие по величине и продолжительные перегрузки могут иметь крайне неблагоприятное направление. Для спасения с высот 200 км и выше необходимо применение дополнительных тормозных устройств, обеспечивающих более плавное уменьшение скорости и стабилизированное снижение головной части ракеты.

Исследования, проведенные на втором этапе, позволили сделать следующие выводы:

— выбранная конструкция герметической кабины и ее оборудование обеспечивают жизненно необходимые условия животным при полете на ракетах до высоты 212-450 км;

— условия полета на ракетах до высоты 212-450 км не вызывали резких расстройств физиологических функций животных Изменений в их поведении и состоянии здоровья после полета не отмечалось;

— на активном участке полета частота пульса, дыхания, а также кровяное давление ненаркотизированных животных, как правило, повышались.

В период действия динамической невесомости регистрируемые физиологические показатели удерживались на высоком уровне в течение первых 2-3 мин с тенденцией к понижению.

Возвращение к исходному уровню физиологических показателей происходило на 5-6-й минутах действия динамической невесомости.

У животных, находившихся в состоянии наркоза, частота пульса, дыхания, кровяное давление в период действия невесомости не отличались от исходных величин.

Выбранная система спасения обеспечивала сохранение жизни животных при приземлении.

Однако необходимо было провести дополнительные работы по обеспечению стабилизации и более благоприятных условий торможения при падении головной части ракеты с высоты 200 км и выше. В дальнейшем предполагалось использовать стабилизирующие устройства с тем, чтобы была возможность снизить действие ускорений и попытаться действующий вектор ускорения при падении головной части ракет направить в наиболее благоприятном направлении относительно тела животного.

Завершив программу медико-биологических исследований животных при их полетах на одноступенчатых ракетах Р-2А, Р-2, Р-5 до высоты 100,8; 212 и 450 км с использованием герметических кабин с регенерацией газовой среды для животных и возвратом головной части ракет с животными и всей регистрирующей и обеспечивающей аппаратурой, мы решили вопрос о возможности полета живых высокоорганизованных существ на ракетах с обеспечением безопасности подобных полетов. У нас в стране мы подготовились к полету человека на ракете.