ГЛАВА 1. НАЧАЛО РАБОТ ПО КОСМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.4. Третий этап исследований на животных при полетах на искусственных спутниках Земли

Учитывая, что вертикальные полеты человека мало что могли дать для обоснования орбитальных космических полетов человека, необходимы были дополнительные исследования для разработки рекомендаций по обеспечению безопасности космических полетов человека. Риск большой, а затраты не многим меньше затрат на выполнение орбитальных полетов.

Решено было начать подготовку к запуску искусственных спутников Земли — сначала геофизических, а затем медико-биологических с полетом животных на борту космического корабля. Конечно, первые орбитальные полеты искусственных спутников Земли должны были проводиться без возврата биологических объектов на Землю. Вопросы возврата искусственных спутников Земли в период 1957-1958 годов еще не были решены. Предстояла большая и обстоятельная работа, и она была успешно выполнена. Вот почему сразу вслед за созданием в 1957 году межконтинентальной баллистической ракеты и успешным запуском первого в истории человечества искусственного спутника Земли было принято решение, что второй спутник Земли полетит с живым существом.

Дальнейшим шагом в исследованиях по обоснованию возможности космических полетов человека на ракетных летательных аппаратах было использование в целях биологических экспериментов искусственных спутников Земли. В отличие от высотных ракет, которые обычно применяются для зондирования верхних слоев атмосферы и дают научные материалы о кратковременном пребывании животных в полете, искусственные спутники позволяют изучать поведение и состояние живых организмов в течение длительного периода движения спутника по орбите. Следовательно, на искусственных спутниках могут быть созданы условия, соответствующие с биологической точки зрения условиям космического полета.

Проведение научных исследований на спутнике сопряжено с некоторыми специфическими трудностями. Прежде всего, как и при проведении экспериментов на высотных ракетах, необходимо соблюдать требования строгой экономии массы всего оборудования, его габаритов и потребляемой электрической энергии. В то время еще не были созданы системы, обеспечивающие спуск животного и научного оборудования на Землю, сложную проблему представляла также регистрация и передача показаний приборов, характеризующих поведение животного и соответствующие гигиенические и физиологические показатели.

Биологические исследования на спутнике включают в себя два основных направления. Во-первых, это разработка оборудования и регулирующих его работу систем, которые должны обеспечить необходимые условия для жизни животного на всех этапах полета спутника, во-вторых, изучение биологического действия факторов космического полета.

В отличие от биологических исследований на высотных ракетах, на искусственных спутниках Земли представляется возможность изучать эффекты длительного воздействия ускорений, шума и вибраций при запуске спутника до момента вывода его на орбиту и длительного состояния динамической невесомости при орбитальном полете. Изучение влияния на животных ряда других факторов, в особенности космической радиации, в необходимом объеме может быть осуществлено лишь при запуске спутников, с которых научное оборудование и животные будут возвращать на Землю.

Проведение экспериментов в течение нескольких суток требует создания такого оборудования, которое в состоянии автоматически поддерживать удовлетворительные условия жизни животного в полете, обеспечивать его необходимым количеством пищи и воды, а также удалять отходы жизнедеятельности и т.д. В то же время исследовательская аппаратура должна поддерживать бесперебойную автоматическую регистрацию научных данных и их передачу на приемные станции на Земле. Наконец, проведение такого рода экспериментов требует специальной подготовки и тренировки подопытных животных, в частности тренировки животных к действию ряда факторов полета, их тщательного предварительного обследования.

Усилия исследователей были направлены на подготовку животных к полету и их обследование, а также на разработку и подготовку средств для обеспечения необходимых условий для животного в полете.

Требования экономии массы и габаритов повлияли на конструкцию герметической кабины для животного. Наиболее высокие требования предъявлялись к герметичности кабины, которая должна была защищать животное от крайних степеней разрежения атмосферы.

На государственной комиссии по настоянию С.П.Королева было принято решение не отстыковывать биоспутник от последней ступени ракеты, как отстыковывался первый спутник. Нам казалось, что так проще и надежнее. Но мы не учли, что по металлу конструкции можно подвести больше тепла к животному. Перегрев животного нам казался ахиллесовой пятой при полете биоспутника. Солнце грело снаружи, аппаратура и животное грели кабину изнутри, т.е. все было направлено на перегрев, а не на охлаждение. Справятся ли теплоотводящий экран и вентилятор в кабине с отводом тепла? Риск был большой. И сегодня для космической техники эта задача непростая, а тогда?

26 октября 1957 года через 22 дня после запуска Первого искусственного спутника Земли ряд товарищей вместе с С.П.Королевым самолетом Аэрофлота вылетели в Ташкент, а оттуда на самолете местной линии прибыли на космодром Байконур. Тем временем медицинские работники закончили подготовку и тренировку животных, длившуюся почти год. Из десятка собак, очень схожих между собой, выбрали трех: Альбину, Лайку и Муху. Альбина уже дважды побывала в космическом полете и честно послужила науке. У нее уже были забавные щенята и было решено больше не пускать ее в полет, но наблюдения за ней вести. Конечно, всех их было жалко, ибо возвращать из полета мы еще не умели. Собаки шли на верную гибель. После долгих обсуждений решено было отправить в полет собаку Лайку — двухлетнюю самку массой 6 кг.

Альбина была дублером на всякий случай, а собака Муха была зачислена «технологической собакой». На ней испытывали всю измерительную аппаратуру и оборудование системы жизнеобеспечения кабины. Прелестная, спокойная Лайка, по нашим общим воспоминаниям, была славной собакой, великолепно послужившей большому делу науки. Все эти собаки мной совместно с сотрудниками были подвергнуты щадящему оперативному вмешательству по выведению общей сонной артерии в кожный лоскут для размещения на ней датчика для измерения кровяного давления и пульса; кроме того, к ребрам были подшиты датчики для регистрации частоты дыхательных движений грудной клетки и регистрации электрокардиограммы.

Послеоперационный период протекал у собак под неустанным вниманием незабвенной Екатерины Андреевны Петровой. Она ежедневно перевязывала собак, сменяя повязки, осуществляла гигиенический туалет собак и проводила специальную «тренировку» выведенного лоскута с сонной артерией с ежедневным одеванием на лоскут специального датчика. Перед отлетом собак на полигон я привез Лайку к себе домой, показал детям. Они были очарованы ее поведением и красотой, играли с ней, ласкали. Мне хотелось сделать собаке что-нибудь приятное, так как жить ей оставалось совсем недолго.

Тренировки собак продолжались и по прибытии на космодром вплоть до момента старта: на несколько часов каждый день собака Лайка помещалась в контейнер. Сидела спокойно и позволяла регистрировать показатели физиологических функций. Собака освоилась с кормушкой, которая напоминала собой пулеметную ленту, составленную из маленьких коробочек-корытец с желеобразной высококалорийной пищей. В каждом корытце содержалась суточная норма питания. Запас пищи был рассчитан на 20 суток. Собаке не мешала плотно облегающая тело одежда — «лифчик», который держал мочекалоприемник, точно подогнанный к телу животного. Фиксирующие цепочки крепились к стенкам контейнера, ограничивая свободу движений, но позволяли стоять, сидеть, лежать и даже чуть двигаться вперед и назад.

После того как пришло подкрепление в наши ряды, сразу почувствовался размах, уже космический масштаб. В создании Второго спутника Земли участвовали многие научные и инженерно-конструкторские учреждения; успешный полет Первого спутника позволял Королеву, Пилюгину, Глушко, Бармину ломать ведомственные барьеры. Разрабатывался контейнер с системами жизнеобеспечения под руководством С.Алексеева, А.Бахрамова и других. За передачу научной информации по каналам телеметрии отвечали сотрудники группы Алексея Федоровича Богомолова. Сотрудники из Ленинградского СКТБ «Биофизприбор» под руководством А.3латорунского, В.Фрейделя и других разрабатывали космическую кормушку для собаки, прозванную пулеметной установкой. Вся эта огромная и многосторонняя работа направлялась и постоянно координировалась (а это, может быть, самое важное в деле помощи) членами комиссии СМ СССР Василием Михайловичем Рябиковым, Георгием Николаевичем Пашковым, Константином Николаевичем Рудневым, Леонидом Васильевичем Смирновым, Александром Ивановичем Царевым, Игорем Тимофеевичем Бобыревым и другими. В течение месяца от первого до второго полета спутника Земли все руководители и сотрудники работали с колоссальным напряжением, на сон оставалось крайне мало времени. Ежедневно вечером я должен был докладывать комиссии СМ СССР о результатах работы за день. И так изо дня в день, вплоть до 3 ноября 1957 года.

Укрепленная на силовой раме герметическая кабина представляла собой цилиндрический контейнер диаметром 640 мм и длиной 800 мм, снабженный съемной крышкой со смотровым люком. На съемной крышке располагались герметические разъемы, служащие для ввода электрических проводов. Кабина для животного была выполнена из сплава алюминия, а ее наружная поверхность была соответствующим образом обработана. В контейнере удалось весьма компактно разместить подопытное животное и необходимое оборудование. Оборудование герметической кабины животного на Втором искусственном спутнике состояло из установок для регенерации воздуха и регулирования температуры воздуха в кабине, кормушки с запасом пищи, ассенизационного устройства и комплекта медицинской аппаратуры.

Установка для регенерации воздуха содержала регенерационное вещество, поглощавшее углекислоту и водяные пары, выдыхаемые животным, и выделявшее при этом необходимое количество кислорода. Общий запас регенерационного вещества обеспечивал потребности животного в кислороде в течение 7 суток. Для вентиляции регенерационной установки использовались дублированные малогабаритные электромоторы. Работа установки регулировалась сильфонным барореле, которое при повышении барометрического давления воздуха в кабине до уровня свыше 765 мм рт.ст. выключало из работы наиболее активную часть регенерационного вещества.

Приспособление для регулирования температуры воздуха состояло из специального теплоотводящего экрана, на который подавался отводимый от животного воздух, и сдвоенного термореле, включавшего электровентилятор обдува при температуре воздуха в кабине более +15°С.

Работа указанных установок контролировалась во время полета спутника по показаниям потенциометрического датчика давления (работавшего в диапазоне 200-1000 мм рт.ст.) и проволочных реостатных датчиков температуры, расположенных внутри и на оболочках кабины.

Кормление и обеспечение животного водой производилось из металлического резервуара объемом 3 л. Запас желеобразной массы, содержавшей необходимое количество основных пищевых ингредиентов и воды, был рассчитан на полное обеспечение потребности животного в течение 7 суток.

Ассенизационное устройство состояло из специального резинового мочекалоприемника, прилегавшего к тазовой области животного, и особого «лифчика», надеваемого на плечевой пояс животного для лучшей фиксации мочекалоприемника на теле. Выделения животного по резиновому патрубку приемника отводились в герметический ассенизационный резервуар. С целью дезодорации и поглощения жидких фракций резервуар заполнялся некоторым количеством активированного угля и специально высушенного мха.

Приспособление для фиксации животного в кабине — легкая тканевая одежда и фиксирующие металлические цепочки — ограничивало подвижность животного в кабине, но давало возможность стоять, сидеть, лежать, а также совершать небольшие по объему движения в направлении продольной оси кабины. Движение животного регистрировалось потенциометрическим датчиком, который позволял определять наличие, продолжительность и объем движений.

Комплект медицинской аппаратуры включал в себя усилительно-коммутационный блок с двумя усилителями и набор датчиков для регистрации физиологических функций и двигательной активности животного. В соответствии с программой исследования предусматривалась регистрация показателей, характеризующих состояние функции дыхания и кровообращения подопытного животного: частоты сердечных сокращений путем регистрации биопотенциалов сердца (электрокардиограмма); частоты дыхания методом измерения периметра грудной клетки, величины максимального артериального давления осцилляторным методом при периодическом сжимании выведенной в кожный лоскут сонной артерии с помощью специальной манжеты. Кроме того, для анализа двигательной активности животного использовался метод актографии с датчиком движения.

Для регистрации биопотенциалов сердца применялись серебряные электроды, вживленные под кожу собаки. Трехкаскадный усилитель этого канала входил в усилительно-коммутационный блок (коэффициент усиления около 3000).

Для регистрации частоты дыхания использовались реостатные тензодатчики в виде поясков, накладываемых на грудную клетку животного. Сопротивление датчиков составляло от 0,3 до 25 кОм. Датчик был включен в потенциометрическую схему. Для большей надежности использовались 2 датчика, включенные параллельно в измерительную схему.

Для регистрации максимального артериального давления применялся осцилляционный датчик, который при помощи пьезокристалла преобразовывал пульсовые колебания стенок сонной артерии в колебания электрического напряжения. Усилитель канала осцилляции был аналогичен усилителю канала электрокардиограммы и располагался в том же усилительно-коммутационном блоке. Автомат, создававший давление воздуха в манжете, представлял собой цилиндр, объем в котором (а, следовательно, давление воздуха) изменялся при движении поршня с помощью отдельного электромоторчика.

Командные импульсы управления и питающие напряжения от специальных батарей подводились к блоку усилителя, с которого также снимались выходные параметры для передачи на систему радиотелеметрии. Блок-схема оборудования и аппаратуры, установленных в герметической кабине, была оригинальна и ранее не использовалась. Установленные в кабине оборудование и аппаратура были проверены на функционирование при действии вибраций и ускорений, а также прошли испытания при длительных лабораторных опытах.

Можно было предполагать, что для длительных экспериментов на спутнике собаки окажутся столь же подходящими подопытными животными, как и для исследований на высотных ракетах. Однако в одном случае речь идет о часах, в другом — о многих сутках, в течение которых животное должно находиться в кабине малого объема. Поэтому большое внимание пришлось уделить разработке системы подготовки и постепенной тренировке собак к длительному фиксированному пребыванию в кабине летательного аппарата.

Сначала животное приучали к обстановке лаборатории и пребыванию в специальных клетках. Объем этих клеток постепенно уменьшался, приближаясь к размерам клетки для собак в герметической кабине спутника. Поскольку ее размеры составляли 600х220х450 мм, были выбраны небольшие собаки массой около 6000 г. Продолжительность пребывания животных в таких клетках в наземных экспериментах постепенно увеличивалась от нескольких часов до 15-20 суток. Одновременно с этим животное приучали к ношению специальной одежды, ассенизационного устройства и датчиков для регистрации физиологических функций. В ходе тренировки проводилась тщательная индивидуальная подгонка всего снаряжения. Эта работа считалась выполненной тогда, когда животное спокойно переносило 20-суточное пребывание в тесной клетке со всем снаряжением и при этом у него не отмечалось каких-либо нарушений общего состояния или местных повреждений.

В этих условиях известные трудности представляло приучение животных к дефекации и мочеиспусканию. У нетренированных собак длительное ограничение свободы и подвижности приводило к задержке стула и мочеиспускания, что, как правило, сопровождалось двигательным беспокойством, а иногда и нарушением общего состояния. Применение фармакологических средств (слабительных) не давало стойкого эффекта. Лишь поэтапное и последовательное осуществление выработанной системы тренировки животных обеспечило нормальные отправления организма.

Следующим этапом тренировки было приучение животных к длительному пребыванию в герметической кабине. В этой кабине размещалось все необходимое оборудование, предназначенное для будущего полета спутника. Собаки приучались к обстановке кабины, питанию при помощи автоматов, шуму работающих агрегатов. Производилось гашение реакции животного на сложный комплекс раздражителей, связанных с монтажом аппаратуры и оборудования и герметизацией кабины. Одновременно проводили испытания оборудования кабины и измерительной аппаратуры, в процессе которых они были усовершенствованы.

Подготовительный период включал оперирование животных в методических целях. Для регистрации кровяного давления правая общая сонная артерия выводилась в кожный лоскут на шее. Для регистрации электрокардиограммы серебряные электроды вживлялись под кожу грудной клетки в области пятых межреберьев. В послеоперационный период проводилась тренировка кожного лоскута с выведенной в него артерией.

Немалую сложность представлял вопрос питания и водообеспечения животного в условиях длительного пребывания его в изолированной герметической кабине. Помимо разработки и опробования различных вариантов автоматических кормушек для хранения и выдачи пищи потребовалось уточнить данные о фактическом составе и калорийности рациона животных, определить их энерготраты и потребность в воде. Определение у животных энерготрат проводилось по методу Дугласа-Холдена. Оно показало, что энергетическая потребность животных колебалась в пределах от 400 до 650 ккал в сутки.

На основании этих данных были составлены пробные рецептуры пищевых масс, проверенные в многочисленных лабораторных опытах. Удовлетворительные результаты были получены при кормлении собак пищевой массой, состоящей из 40 % сухарного порошка, 40% мясного порошка и 20% говяжьего жира. Прессованная пищевая масса этого состава в объеме 100 г в сутки обеспечивала потребности собак массой до 7000 г при кормлении их в 20-суточных опытах

Исследование водного обмена животных, выдерживаемых на этом пищевом режиме, показало, что потребность собак в воде составляла в среднем 120 мл и не превышала 200 мл в сутки.

Была рассмотрена возможность применения комбинированной пищевой массы в виде желеобразной смеси (предложенной Игорем Балаховским), содержавшей помимо основных пищевых веществ достаточное количество воды и агар-агара для придания механической прочности смеси. Этот способ оказался удобным и был использован затем в летном эксперименте.

После того как животные были приучены к условиям длительного пребывания в герметической кабине, а все системы обеспечения и исследовательская аппаратура были многократно испытаны, мы приступили к следующему этапу работы.

Представляло большой интерес определить устойчивость животных к воздействию некоторых факторов полета, например ускорений, шума и вибрации. Можно было предполагать, что выгоднее всего животное в спутнике располагать так, чтобы продольная ось ракеты-носителя, а, следовательно, и направление ускорений соответствовали направлению «грудь-спина» животного. Переносимость ускорений этого направления (поперечного), как известно, наиболее высока. Вместе с тем в литературе отсутствовали сколько-нибудь полные данные о длительном (в течение нескольких минут) действии на организм собак ускорений поперечного направления. Пришлось провести несколько серий экспериментов, причем заведомо были выбраны более жесткие условия как по величине ускорений, так и по времени их действия.

Аналогичные задачи необходимо было решать и при исследовании устойчивости животных к вибрациям. При исследовании действия вибрации нас, прежде всего, интересовали устойчивость к ним животных и, конечно, индивидуальные особенности их реакций, а также возникающие при этом физиологические изменения. Работа выполнялась на лабораторных стендах, которые позволяли создавать ускорения и вибрации, приблизительно соответствующие ускорениям и вибрациям, возникающим при активном движении спутника. В каждом случае исследования проводились в две серии. Сначала производилась тренировка животных, гашение их ориентировочной реакции на обстановку, а затем непосредственно изучалось влияние вибраций, ускорений на устойчивость животных к их действию.

Первые тренировочные опыты в серии исследований физиологического влияния вибраций являлись, по существу, экспериментами по изучению воздействия шума, который создавался моторами вибростенда.

Под влиянием шума частота сердечных сокращений у животных увеличивалась в полтора раза, частота дыхания — вдвое, величина максимального артериального давления — на 15-20 мм рт.ст. В конце тренировочных опытов изменения этих показателей не выходили за пределы обычных физиологических колебаний. Тренировка считалась законченной в том случае, если изменения физиологических показателей были незначительными, а общий уровень функциональных показателей существенно не отличался от того, какой был до тренировки.

Поведение животных (опыты были проведены на 7 собаках), характер и степень изменения их физиологических функций в процессе влияния вибраций во всех случаях были примерно одинаковыми. Животные удовлетворительно переносили кратковременное воздействие общих поперечных вибраций. Заметных отклонений со стороны поведения и общего состояния собак при этом не обнаруживалось. Действие вибраций вызывало значительное увеличение частоты сердечных сокращений (почти вдвое) и умеренное повышение максимального артериального давления (на 30-65 мм рт.ст.). Указанные изменения имели преходящий характер. Соответствующие показатели физиологических функций возвращались к исходному уровню через 5 мин после окончания воздействия.

Выполненные исследования показали, что в поведении и общем состоянии животных как при воздействии шума, так и при сочетании шума с вибрациями (при значении виброперегрузок до 10 ед.) не отмечалось каких-либо существенных различий. Изменения функциональных показателей сердечно-сосудистой и дыхательной систем оказывались при этом одинаковыми, хотя иногда обнаруживались различия в выраженности реакций. Влияние вибраций вызывало большие функциональные сдвиги в организме животных, нежели влияние шума.

В последующей серии исследований изучалось влияние на организм животных длительных, меняющихся по величине центростремительных ускорений, действующих в направлении «грудь-спина» (величина перегрузок 2-20 ед. при времени действия 6-15 мин). Результаты экспериментов, выполненных на 14 собаках, показали, что поведение животных во время действия перегрузок было относительно спокойным. В начале вращения центрифуги у животных возникала ориентировочная реакция с явлениями двигательного возбуждения. По мере нарастания величины ускорения одни животные оставались спокойными, другие проявляли заметное двигательное беспокойство. Все животные лишь до определенной величины ускорения сохраняли свободу движений головы и туловища. Затем они оказывались прижатыми к поверхности лотка и не проявляли заметного двигательного беспокойства. Во время вращения у животных отмечалось повышенное слюнотечение, продолжавшееся некоторое время и после окончания вращения.

Частота сердечных сокращений у животных с началом действия ускорений быстро возрастала и, превысив исходную величину в 1,5-2 раза, с некоторыми колебаниями удерживалась на этом уровне в течение всего времени действия ускорений. Частота дыхания в начале вращения центрифуги, как правило, увеличивалась в 1,5-2 раза по сравнению с исходной частотой. По мере нарастания величины ускорений тело животного все сильнее прижималось к поверхности лотка, вследствие чего дыхательные движения грудной клетки затруднялись, дыхание становилось более поверхностным и частым. На протяжении всего периода воздействия ускорений частота дыхания животных превышала исходную в 1,5-3 раза. Величина максимального артериального давления в начале воздействия возрастала по сравнению с исходной на 50-80 мм рт.ст. и оставалась на этом уровне в течение всего периода действия ускорений.

Полученные данные показали, что воздействие меняющихся по величине поперечных ускорений хотя и сопровождалось определенными изменениями в поведении животного и состоянии функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем, однако переносилось животными удовлетворительно. Как правило, через 5-10 мин после прекращения воздействия ускорений функции дыхания и кровообращения нормализовались. В последующий период наблюдений каких-либо отклонений в состоянии здоровья животных не наблюдалось.

Важно было также определить, в какой мере колебания гигиенических характеристик среды могут оказывать влияние на состояние животных, длительно находящихся в герметической кабине малого объема. Основной интерес представляло выяснение допустимых пределов колебаний температуры и концентрации кислорода в воздухе кабины. В результате проделанной работы были получены данные, необходимые для регулирования системы кондиционирования воздуха, и определены максимально допустимые концентрации кислорода при барометрическом давлении воздуха, близком к нормальному.

Таким образом, результатом всей подготовительной работы явилась разработка герметической кабины, ее оборудования, исследовательской аппаратуры, а также подготовка подопытных животных к летному эксперименту. В ходе наземных экспериментов были получены данные, указывавшие на то, что животные удовлетворительно переносят длительное (до 20 суток) пребывание в герметической кабине, воздействия вибраций, шума и ускорений. Все это позволило приступить к непосредственной подготовке и проведению экспериментов на спутнике. Отдельные периоды эксперимента существенно отличались один от другого и характеризовались воздействием на организм животного различных факторов. По этой причине результаты исследования целесообразно рассмотреть в соответствии с тремя основными периодами: предстартовым; запуском ракеты с выводом спутника на орбиту; орбитальным полетом спутника. Предстартовый период охватывал время от момента размещения животного в герметической кабине до старта спутника.

С утра 31 октября 1957 года собаку подготовили к посадке в спутник, провели гигиеническую обработку кожи разбавленным спиртом в местах выхода проводников от датчиков. В середине дня Лайку разместили в контейнере, а около часа ночи контейнер был поднят на вертикально стоящую ракету. Условия пребывания животного в герметической кабине спутника были вполне удовлетворительными и ничем существенно не отличались от тех, в которых животное неоднократно находилось при проведении длительных лабораторных опытов. На протяжении предстартового периода поведение Лайки, а также показатели функционального состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем не имели каких-либо особенностей и не выходили за пределы значений, известных для нормального состояния животного. Сотрудники медицинской службы ни на одну минуту не отходили от Лайки. Стояла осенняя холодная погода, и пришлось к Лайке подтянуть шланг с теплым воздухом от наземного кондиционера. Перед стартом шланг был удален от ракеты.

3 ноября 1957 года Второй спутник Земли с живым существом ушел в космос. По каналам телеметрии мы получили данные, что перегрузки прижали собаку к лотку контейнера, но она была спокойна, не дергалась. Пульс, частота дыхания повысились в 3 раза. На электрокардиограмме не отмечалось никакой патологии. Потом все показатели постепенно стали приходить к норме. Медики отмечали умеренную двигательную активность. В невесомости Лайка чувствовала себя вполне нормально. Радостный, я докладывал государственной комиссии: «Жива! Победа!»

Спутник крутил еще долго вокруг Земли и сгорел, в конце концов, зацепив за атмосферу Земли в середине апреля 1958 года. В настоящее время спустя много лет полет Лайки выглядит очень скромным, но это историческое событие, о котором академик А.Н.Несмеянов сказал, что эксперимент с полетом Лайки на искусственном спутнике Земли относится к эпохальным явлениям. Я с большим почтением и любовью вспоминаю людей, которые готовили Лайку к полету и вместе с тысячами других людей писали первые страницы истории практической космонавтики. Их имена можно разыскать в специальных журналах и книгах, но большинство людей их никогда не слышали. А ведь это несправедливо, согласитесь. Итак, Лайку под моим руководством в полет готовили Олег Газенко, Абрам Генин, Александр Серяпин, Армен Гюрджиан, Наталья Казакова, Игорь Балаховский, Екатерина Андреевна Петрова и другие.

При запуске спутника на животное действовали значительные перегрузки в течение всего периода разгона ракетной системы до момента выхода на орбиту. По отношению к продольной оси ракеты-носителя животное располагалось перпендикулярно, ускорения действовали в направлении «грудь-спина», в котором животное легче переносит перегрузку. Одновременно с ускорением на животное действовали вибрации и шум работающих двигателей. Гигиенические показатели кабины соответствовали заданным параметрам. Частота дыхания при максимальных значениях ускорений превышала исходную в 3-4 раза, причем в учащении дыхания определенное значение имело механическое затруднение дыхания при воздействии ускорений. Есть основания полагать, что изменения состояния физиологических функций животного связаны с внезапным действием на организм сильных внешних раздражителей (реакция по типу оборонительного рефлекса). В дальнейшем проявилось уже специфическое влияние этих раздражителей (вибраций, ускорений). По этой причине частота сердечных сокращений после некоторого снижения продолжала удерживаться на более высоком относительно исходного уровне.

Анализ и сопоставление полученных данных с результатами предшествующих лабораторных опытов позволили прийти к выводу, что полет спутника от старта до выхода на орбиту животное перенесло вполне удовлетворительно.

После запуска спутника на орбиту и в период движения по орбите наступило состояние динамической невесомости, при котором вес животного, всех его органов и тканей практически оказался почти равным нулю. При исследованиях на высотных ракетах общее время частичной и полной невесомости не превышало 6-9 мин. При полете спутника, несмотря на его медленное вращение, невесомость была все время практически полной. С наступлением невесомости тело животного перестало давить на пол кабины и за счет сокращения мышц конечностей легко отталкивалось от него. Судя по имеющимся записям, движение было непродолжительным и плавным. В связи с тем, что грудная клетка перестала испытывать сдавливание, частота дыхания понизилась. После очень короткого и небольшого учащения сердцебиения (вслед.за прекращением ускорений и вибраций) частота сердечных сокращений продолжала последовательно уменьшаться и приближаться к исходной величине. Однако время, в течение которого число сердцебиений после прекращения действия ускорений достигало исходного уровня, оказалось приблизительно в 3 раза больше, чем в лабораторных опытах, в которых животное путем вращения на центрифуге подвергали действию тех же ускорений, что и при запуске спутника. Вероятно, это связано с тем, что после прекращения действия ускорений в наземных опытах животное оказывалось в условиях нормальной весомости. При переходе к орбитальному движению перегрузки сменялись состоянием невесомости. Очевидно, это повлекло за собой изменения афферентации центральной нервной системы (в том числе сигнализирующей о положении тела животного в пространстве) и функционального состояния подкорковых образований, регулирующих кровообращение и дыхание. В результате несколько удлинилось время нормализации указанных функций после действия ускорений.

Возможно также, что этот эффект был несколько усилен действием сопутствующих факторов (шума, вибраций), интенсивность которых при запуске была выше, чем в лабораторных опытах.

Анализ зарегистрированной в это время электрокардиограммы выявил некоторые изменения в конфигурации ее элементов и продолжительности отдельных интервалов. Отмеченные изменения не носили патологического характера и были связаны с повышенной функциональной нагрузкой в период, предшествовавший невесомости. Картина электрокардиограммы отражала преходящие сдвиги в рефлекторной регуляции сердечной деятельности (преобладание симпатических влияний). В последующий период наблюдалось приближение картины электрокардиограммы к той, которая была характерна для исходного состояния животного. Несмотря на необычное состояние невесомости, двигательная активность животного была умеренной.

Нормализация функциональных показателей кровообращения и дыхания в период невесомости (орбитального движения спутника) свидетельствует о том, что этот своеобразный фактор сам по себе не вызывал существенных изменений в состоянии физиологических функций животного. Некоторые отклонения функциональных показателей, которые были обнаружены позднее, очевидно, следует объяснить изменением температуры воздуха в герметической кабине.

Анализ данных, характеризующих состояние гигиенических параметров среды кабины, показал, что кислород во время полета выделялся в достаточном количестве. Тот факт, что давление в кабине не снижалось, свидетельствовало о ее надежной герметичности. Это тем более важно, что спутник, как известно, проходил через области метеорных потоков. Следовательно, конструкция кабины и ее прочность обеспечивали необходимую защиту от механических повреждений метеорным веществом.

Сколько-нибудь определенного суждения о воздействии космической радиации на организм животного на основании этого опыта составить не удалось. Явный физиологический эффект действия радиации не был обнаружен, а тщательное и длительное исследование животного после полета не было предусмотрено условиями эксперимента.

Оценка полученных результатов со всей очевидностью показала, что условия космического полета переносятся животным удовлетворительно. Положительный в этом смысле итог эксперимента позволил с еще большей настойчивостью продолжать и расширять исследования.

Уже после полета собаки Лайки на Втором искусственном спутнике Земли мы убедились, что еще многого не знаем, в том числе не умеем возвращать искусственный спутник Земли. Недостаточно отработана система отвода тепла из кабины животного. Температура в кабине росла значительными темпами, и этому способствовало натекание тепла от неотстыкованной последней ступени ракеты. Идея о необходимости отстыковки последней ступени ракеты от герметической кабины с животным и источников электроэнергии, которые находились между последней ступенью ракеты и кабиной с животным, оказалась недостаточно проработанной. Решение не отстыковывать последнюю ступень было ошибочным и привело к искажению качества эксперимента. Буквально через несколько дней полета температура воздуха в кабине начала быстро расти, что незамедлительно сказалось на состоянии животного. Надо сказать, что срок подготовки полета Второго искусственного спутника Земли с собакой Лайкой составлял почти 1 месяц, если отсчет вести от 4 октября 1957 года, т.е. от дня запуска Первого искусственного спутника Земли. Срока в 1 месяц было явно недостаточно для подготовки столь ответственного эксперимента с животным на борту спутника. Такие соревнования в науке обычно ни к чему не ведут, а чаще всего дискредитируют саму идею эксперимента, чреваты потерями и ошибками. К сожалению, это не было учтено в дальнейших экспериментах, о чем мы скажем несколько позже, особенно при подготовке следующих еще более сложных летных экспериментов. Партийное бюро Института авиационной медицины вместо помощи в сложной работе ставило палки в колеса. Не успела Лайка стартовать, а уж Петр Исаков в газете «Комсомольская правда» поместил свою статью об успешном эксперименте с Лайкой, хотя сам никакого отношения к этой работе не имел. Кроме того, он успел написать об этом полете сценарий картины для зарубежной киностудии. Вот это стиль гангстера от науки.

В адрес Академии наук СССР поступило множество заявлений от граждан нашей страны и других стран с просьбами допустить их к подготовке к предстоящим полетам людей на ракетных летательных аппаратах. Но мы еще не были готовы к космическим полетам человека. В конструкторском бюро началась сложная и многоплановая работа по созданию комплекса средств схода космического корабля с орбиты, его торможения и постепенного спуска на поверхность Земли. Коллективы Сергея Павловича Королева, Алексея Михайловича Исаева, Семена Ариевича Косберга, Семена Михайловича Алексеева и многие другие начали свои разработки. Все технические устройства различного назначения тщательно разрабатывались и многократно испытывались на катапультных установках, в водных бассейнах. Эти устройства получали окончательную оценку и право на зачисление их в штатный состав только после морских испытаний, многократных испытаний со сбросом всего оборудования с самолетов и их благополучным приземлением. Для каждой собаки подгонялись ложемент катапультного кресла и безмасочный скафандр с неприкосновенным аварийным запасом (НАЗом). Несмотря на такой объем испытаний и подгонки оборудования, все отобранные собаки ежедневно по полной программе проходили тренировку и подготовку к полетам. Никаких исключений из установленного режима тренировок не допускалось. Это была четко отработанная система.

19 августа 1960 года у нас в стране был осуществлен успешный запуск второго космического корабля на орбиту спутника Земли. Вес корабля-спутника без последней ступени ракеты-носителя составил 4600 кг. Основной задачей запуска второго космического корабля-спутника являлась дальнейшая отработка систем, обеспечивающих жизнедеятельность человека, а также безопасность его полета и возвращения на Землю. В полете предусматривалось проведение ряда медико-биологических экспериментов и осуществление программы научных исследований космического пространства. Для успешного полета второго космического корабля-спутника с живыми существами на борту и возвращения его на Землю потребовалось решение сложнейших научных и технических проблем, обеспечивающих:

— управляемый полет космического корабля и спуск его на Землю с большой точностью в заданный пункт;

— условия нормальной жизнедеятельности живых существ в космическом полете;

— надежную радио— и телевизионную связь с космическим кораблем.

Все эти задачи были успешно решены. Космический корабль вместе со своими пассажирами — собаками Белкой и Стрелкой и другими живыми существами — благополучно возвратился на Землю. Это историческое событие приблизило время завоевания человеком околосолнечного пространства. Безупречная работа всех систем, обеспечивающих выведение космического корабля на орбиту, а также высокие конструктивные данные мощной ракеты-носителя позволили вывести корабль на орбиту, практически не отличающуюся от расчетной, близкую к круговой, с апогеем 339 км и перигеем 306 км. Начальный период обращения корабля составлял 90,7 мин, наклон орбиты к плоскости экватора — 64° 57 мин. Космический корабль-спутник состоял из двух основных частей: кабины корабля и приборного отсека. В кабине располагались:

— аппаратура для обеспечения жизнедеятельности животных в полете;

— оборудование для биологических экспериментов;

— часть аппаратуры для научных исследований (фотоэмульсионные блоки и радиометр);

— часть аппаратуры системы ориентации;

— аппаратура для регистрации поведения кабины во время спуска (датчики угловых скоростей, перегрузок, температур, шумов и т.д.);

— автоматические системы, обеспечивающие приземление корабля;

— аппаратура для автономной регистрации данных о работе приборов, а также физиологических данных подопытных животных на участке спуска;

— катапультируемый контейнер с собаками Белкой и Стрелкой.

В катапультируемом контейнере кроме двух собак находились 12 мышей, насекомые, растения, грибковые культуры, семена кукурузы, пшеницы, гороха, лука, некоторые виды микробов и другие биологические объекты. Вне катапультируемого контейнера, в кабине корабля, были помещены 28 лабораторных мышей и 2 белые крысы.

В приборном отсеке размещались радиометрическая аппаратура, аппаратура управления полетом корабля, часть аппаратуры для научных исследований (приборы для изучения космических лучей и коротковолнового излучения Солнца), аппаратура терморегулирования, тормозная установка.

На наружной поверхности кабины корабля располагались рулевые сопла и баллоны с запасом сжатого газа систем ориентации, датчики научной аппаратуры, антенны радиосистем, экспериментальные солнечные батареи, а также система термоизоляции для предотвращения сгорания кабины на участке спуска. В стенках кабины располагались жаропрочные иллюминаторы и быстрооткрывающиеся герметичные люки.

Газовый состав, влажность и температура воздуха в кабине корабля, необходимые для нормальной жизнедеятельности подопытных животных, обеспечивались системой регенерации и системой терморегулирования.

Передача информации о состоянии подопытных животных, физических условиях в кабине и приборном отсеке, о работе бортовой аппаратуры осуществлялась с помощью радиотелеметрических систем на наземные измерительные пункты. Радиотелеметрические системы работали в двух режимах:

— непосредственной передачи телеметрической информации на наземные измерительные пункты в моменты пролета корабля над этими пунктами;

— запоминания (накапливания) информации с последующим воспроизведением и передачей ее при полете корабля-спутника над измерительными пунктами.

На корабле была установлена радиосистема «Сигнал», предназначенная для оперативной передачи части телеметрической информации и отработки вопросов радиотелевизионной связи со спутниками. Для передачи изображения подопытных животных на борту была установлена специальная телевизионная аппаратура. Управление кораблем осуществлялось автоматически, а также путем подачи команд с Земли. На борту была установлена система контроля орбиты высокой точности.

Энергопитание бортовой аппаратуры осуществлялось от химических источников тока и от солнечной батареи. Солнечная батарея располагалась на двух полудисках диаметром 1000 мм, ориентирующихся на Солнце с помощью специальной системы независимо от положения корабля.

Катапультируемый контейнер, в котором находились собаки Белка и Стрелка, являлся прообразом контейнера, разработанного для будущих полетов человека. Форма контейнера была выбрана с таким расчетом, чтобы после его катапультирования обеспечить устойчивое и правильное положение оси контейнера относительно вектора скорости. В контейнере были расположены следующие агрегаты и системы:

— кабина для животных с лотком, автоматом кормления, ассенизационным устройством, системой вентиляции и т.д.;

— катапультные и пиротехнические средства;

— радиопередатчики, предназначенные для пеленгации контейнера;

— телевизионные камеры с системой подсвета и зеркал;

— блоки с ядерными фотоэмульсиями.

Кабина животных была выполнена из листового металла. Внутри этой кабины находились лоток для размещения животных, автомат для кормления, ассенизационное устройство. На лотке располагались датчики движения и автомат для измерения давления крови животных. На верхнем днище, выполненном в виде съемной крышки кабины, размещались телевизионные камеры, система подсвета и зеркал, вентилятор и блок контейнеров с микроорганизмами. Внутри кабины крепились автомат для кормления, контейнеры для мелких биологических объектов и микрофон, позволявшие судить об уровне шума в полете. Все системы катапультируемого контейнера с кабиной животных были рассчитаны на длительное пребывание их в космическом полете.

Основными задачами медико-биологического эксперимента на космическом корабле-спутнике являлись:

— изучение особенностей жизнедеятельности различных животных и растительных организмов в условиях космического полета;

— исследование биологического действия основных факторов космического полета на живые организмы (перегрузок, длительной невесомости, перехода от пониженной весомости к повышенной и наоборот);

— изучение действия космической радиации на животные и растительные организмы (на состояние их жизнедеятельности и наследственность);

— исследование эффективности и особенностей функционирования систем обеспечения жизнедеятельности в полете (систем регенерации, терморегулирования, питания и водоснабжения, ассенизации и др.).

Для решения указанных задач в герметической кабине корабля-спутника располагались 3 клетки, в которых находились 2 белые лабораторные крысы, 15 черных и 13 белых лабораторных мышей. В катапультируемом контейнере находились 2 собаки (Стрелка и Белка), клетка с 6 черными и 6 белыми лабораторными мышами, несколько сотен насекомых (плодовых мух-дрозофил), 2 сосуда с растением традесканцией, семена различных сортов лука, гороха, пшеницы, кукурузы и нигеллы, специальные сосуды с грибками-актиномицетами, одноклеточная водоросль хлорелла в жидкой и на твердой питательных средах. В 50 патронах находились запаянные ампулы с бактериальной культурой кишечной палочки (тип КК-12, «В», «аэрогенес»), палочки маслянокислого брожения со стафилококковой культурой, двумя разновидностями фага (Т-2 и 13-21), раствором дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), а также культурой эпителиальных опухолевых клеток человека (клетки Хела) и небольшими консервированными участками кожи человека и кролика. Кроме того, в катапультируемом контейнере находились 4 автоматических биоэлемента с культурой палочки маслянокислого брожения, 2 биоэлемента — в специальном термостате и 2 — в неутепленном контейнере.

Методикой эксперимента предусматривалась и была осуществлена большая подготовительная работа, включавшая разработку методов исследования, контрольной и регистрирующей аппаратуры, а также проведение предварительных экспериментов, в которых исследовалось влияние отдельных факторов на состояние животных и растительных организмов, постановку необходимых фоновых и контрольных опытов.

Одной из важнейших задач успешного проведения биологических экспериментов при полете космического корабля являлось создание и поддержание благоприятных условий жизнедеятельности живых организмов. Для нормальной жизнедеятельности животных необходимо поддерживать определенные параметры атмосферы в кабине. Поэтому основными требованиями к герметической кабине корабля-спутника являлись:

— поддержание барометрического давления, близкого к давлению на уровне моря при концентрации кислорода 20-25 % и углекислого газа не выше 1%;

— сохранение температуры воздуха в пределах 15-25°С и относительной влажности 30-70%;

— очистка воздуха герметической кабины от вредных примесей, выделяющихся при работе оборудования кабины, а также животными в процессе их жизнедеятельности.

Если в закрытое невентилируемое пространство, каким является кабина космического корабля, поместить животное, то состав воздуха быстро изменится за счет поглощения им кислорода и выделения углекислого газа и водяных паров. Две собаки Белка и Стрелка потребляли 8-9 л/ч кислорода и выделяли при дыхании 6-7 л/ч углекислого газа и 0,25 л воды в сутки. Если учесть, что нормальная жизнедеятельность собаки нарушается при снижении содержания кислорода ниже 18% и повышении количества углекислого газа до 2-3%, станет очевидным, что в кабине космического корабля с момента ее герметизации животные очень быстро могут погибнуть. Чтобы этого не произошло, необходимо непрерывно восстанавливать газовый состав воздуха кабины.

Для обеспечения жизнедеятельности животных необходимо также в течение всего периода их нахождения в кабине космического корабля поддерживать нормальные температуру и давление. В связи с этим требовалось непрерывно отводить тепло, выделяемое животными и действующей аппаратурой корабля.

В целях обеспечения на протяжении всего полета нормального газового состава воздуха, его температуры, давления и влажности в кабине второго космического корабля была установлена и применена система кондиционирования воздуха, которая обеспечивала поддержание параметров среды внутри корабля в заданных пределах. Поддержание требуемого газового состава воздуха в герметической кабине корабля осуществлялось специальной установкой. Анализ существующих методов регенерации воздуха показал, что при полетах продолжительностью до 15-20 суток наиболее рационально использовать высокоактивные химические соединения, поглощающие углекислый газ и водяные пары из воздуха кабины и выделяющие эквивалентное количество кислорода.

Высокоактивные химические соединения кислорода с щелочными металлами использовались при оснащении подводных лодок. Потребовались исследования по отработке циркуляции водного потока в условиях невесомости. В нашем коллективе исследованиями по использованию надперекисей калия много и успешно занимались Федор Романов, Виктор Кустов, перешедшие к нам из Военно-морского флота, Абрам Генин, Александр Серяпин, Владимир Черкасов и др. Кстати сказать, эти источники кислорода уже использовались Абрамом Гениным для обеспечения кислородом животных при полетах одноступенчатых ракет Р-2 и Р-5.

Применение химических соединений для регенерации воздуха в кабинах малого объема встретило существенные трудности, одна из которых заключалась в том, что скорость выделения кислорода не всегда соответствовала потребности в нем живых организмов. Для поддержания равновесия между выделением кислорода и потреблением его животными потребовалось создание специальных устройств, автоматически регулирующих скорость поглощения углекислого газа и водяных паров с выделением необходимого количества кислорода. Это автоматическое регулирование процесса регенерации осуществлялось весьма простой и надежной конструкцией чувствительного элемента, реагирующего на изменение режима работы регенерационной установки в целом. Уменьшение количества кислорода и увеличение концентрации углекислого газа воспринималось датчиком, подававшим соответствующие сигналы на системы телеметрии и на исполнительный механизм. В случае избыточного выделения кислорода происходило автоматическое срабатывание исполнительного механизма, в результате чего в кабину поступал воздух, лишь частично обогащенный кислородом. В кабине автоматически поддерживалось заданное давление воздуха. Специально разработанные фильтры обеспечивали очистку воздуха кабины в случае загрязнения его вредными химическими примесями, выделяющимися в результате жизнедеятельности животных и при работе аппаратуры. Сигналы о срабатывании чувствительных элементов и параметры воздушной среды в кабине передавались по каналам телеметрии на Землю.

Многочисленные эксперименты, проведенные в лабораторных условиях, показали, что разработанная система кондиционирования и регенерации надежно обеспечивала поддержание в заданных пределах барометрического давления, относительной влажности, а также концентрации кислорода и углекислого газа в воздухе герметической кабины. Задача создания необходимых условий среды в обитаемой части кабины включала в себя также поддержание заданной температуры воздуха.

Совершившие полет собаки и другие животные могли переносить довольно большие колебания окружающей температуры. Однако при подготовке полета ставилась задача создания наиболее благоприятных температурных условий. Дело в том, что существенные отклонения условий среды от нормальных значений поставили бы животных в условия дополнительной нагрузки, требующей соответствующего напряжения физиологических механизмов, регулирующих жизнедеятельность организма в новых необычных условиях. Это, в свою очередь, создало бы неблагоприятный фон для перенесения основных факторов космического полета (перегрузок, состояния невесомости и др.). Поэтому была поставлена задача поддержания заданной температуры воздуха с колебаниями в весьма узких пределах.

При решении этой задачи необходимо было преодолеть ряд трудностей, большинство из которых было связано с непостоянством скорости выделения тепла, в частности животными и аппаратурой. В то же время для того, чтобы температура воздуха не выходила из заданных пределов, количество отводимого тепла в каждый период времени должно находиться в строгом соответствии с его поступлением.

Для отвода тепла из кабины корабля был применен холодильный агрегат с жидкостно-воздушным радиатором. Жидкий хладагент поступал в радиатор из системы терморегулирования корабля. Расход хладагента регулировался в зависимости от температуры в кабине. Такая система обеспечила устойчивое поддержание температуры воздуха в кабине в течение всего полета. Поддержание заданного температурного режима в приборном отсеке и стабильной температуры хладагента осуществлялось с помощью радиационного теплообменника и системы жалюзи. Тепло из герметичного приборного отсека, заполненного газом, отводилось непосредственно на радиационный теплообменник, расположенный на корпусе приборного отсека.

Питание и водоснабжение подопытных животных в длительном полете на искусственном спутнике Земли представляло некоторые трудности, связанные главным образом с условиями невесомости. Исключалась возможность выдачи собаке воды в открытом сосуде, так как жидкость могла легко улететь и стать недоступной для животных. Твердая пища, предназначенная для питания в условиях невесомости, не должна была крошиться и разламываться на куски. Простым и эффективным способом преодоления перечисленных трудностей являлось применение вязкой, желеобразной смеси, содержащей необходимые питательные вещества и воду в достаточном количестве. Этот метод комбинированного питания животных был впервые использован для обеспечения биологического эксперимента на Втором искусственном спутнике Земли с Лайкой.

На основании расчетов и многочисленных экспериментов была разработана рецептура комбинированной питательной смеси, соответствующая энерготратам собак массой до 7 кг при длительном пребывании их в ограниченном объеме и обеспечивающая суточную потребность животного в воде при условиях поддержания температуры воздуха в пределах 15-25°С (табл. 5).

Такая питательная смесь имеет студнеобразную консистенцию, обладает достаточным сцеплением со стенками кормушки и не выпадает из нее при переворачивании в условиях невесомости. Для выдачи подопытным животным суточных порций пищевой смеси был сконструирован автомат кормления. Специальное устройство открывало крышку кормушки, обеспечивая доступ собак к пище. Для предохранения пищевой смеси от порчи ее стерилизовали в автоклаве при температуре 115°С, что обеспечивало ее надежное консервирование.

Таблица 5

Состав комбинированной питательной смеси для собак массой до 7 кг при длительном пребывании их в ограниченном объеме

При испытаниях системы питания животных в наземных экспериментах было установлено, что собаки, длительное время питавшиеся комбинированной смесью из автомата кормления, не теряли в весе и не испытывали жажды. Необходимо отметить, однако, что применение комбинированного питания потребовало длительной и систематической тренировки животных по специальной программе в условиях, приближенных к условиям полета на космическом корабле.

Для обеспечения условий жизнедеятельности мышей и крыс были разработаны специальные клетки с сетчатыми стенками. Вдоль стенок располагались трубки-кормушки, в которых помещались сухие пищевые брикеты, содержащие все необходимые питательные вещества. Вода находилась в особом бачке и поступала в клетку по трубочке с фитильком. Мыши и крысы были заранее приучены к такому способу приема пищи.

При подготовке биологического эксперимента на космическом корабле-спутнике в качестве основного биологического объекта были использованы традиционные лабораторные животные — собаки, нормальная физиология которых хорошо изучена. Эти животные легко поддаются тренировке и устойчивы к различным физическим воздействиям. Применявшиеся методики позволяли с достаточной точностью и удобством регистрировать у собак различные физиологические показатели.

К подопытным животным предъявлялся целый комплекс требований. Для эксперимента были отобраны взрослые собаки в возрасте от полутора до трех лет. Размеры собак должны были обеспечить достаточную степень свободы движений в кабине, масть — качественное и контрастное наблюдение по телевидению за движениями животных. Предпочтение отдавалось беспородным собакам, которые отличаются высокой устойчивостью к действию различных внешних условий. Важное значение придавалось типу нервной деятельности: отбирались собаки сильного, уравновешенного, подвижного типа, у которых легко вырабатывались необходимые для эксперимента условные рефлексы. Животные подвергались тщательному физиологическому и клинико-ветеринарному обследованию. Для регистрации артериального давления производилась операция выведения сонной артерии в кожный лоскут на шее. Для надежной регистрации биотоков сердца под кожу были вживлены электроды, изготовленные из специального сплава.

Как известно, при полете на космическом корабле подопытные животные должны были испытать воздействие ряда необычных факторов: больших ускорений, вибрации, шума, длительного пребывания в герметической кабине, получения пищи из автоматических устройств и осуществления естественных отправлений организма в специальной одежде.

В целях подготовки к эксперименту в течение продолжительного времени собаки проходили тренировку в макете кабины корабля-спутника с системой фиксации, позволявшей животным совершать необходимый для нормальной жизнедеятельности объем движений. Время нахождения собак в фиксированном положении постепенно увеличивалось. Собаки приучались к ношению датчиков, фиксирующей одежды и ассенизационного устройства. В программу подготовки животных входила также тренировка собак к питанию специально приготовленными смесями из автоматических устройств, к чему, как правило, собаки довольно легко и быстро привыкали. В ходе подготовки животных было проведено большое число исследований по определению устойчивости животных к ускорениям. Каждое из отобранных подопытных животных несколько раз подвергалось воздействию ускорений на специальном стенде, позволявшем создавать такие ускорения, которые должны были возникнуть при полете на космическом корабле. Результаты опытов позволили констатировать удовлетворительную переносимость подопытными животными перегрузок с незначительными индивидуальными колебаниями физиологических параметров, не выходящих, однако, за пределы компенсаторных возможностей организма.

На участке выведения корабля-спутника на орбиту организм животного подвергается воздействию вибраций, которые могут определенным образом повлиять на состояние животного. По результатам проведенных экспериментов можно было говорить об удовлетворительной переносимости животными ожидаемых в полете вибраций. Помимо этого, в отдельных сериях экспериментов проводилось исследование индивидуальной устойчивости животных к действию ударных перегрузок (рассчитанных на случай катапультирования контейнера), пониженного барометрического давления, воздействия повышенной и пониженной температуры среды.

После завершения всего цикла подготовки и испытаний для участия в летном эксперименте были отобраны собаки Белка и Стрелка. Собака Стрелка — самка, светлой масти, с темными пятнами, массой 5,5 кг, 32 см в высоту, 50 см в длину. Собака Белка — самка, светлой масти, короткошерстная, массой 4,5 кг, 30 см в высоту, 47 см в длину. Обе собаки удовлетворительно прошли предварительные отборочные испытания и тренировки, а затем были поставлены в условия предполетного режима.

Для контроля за состоянием животных в полете и решения физиологических задач эксперимента был разработан специальный комплект медицинской исследовательской аппаратуры. Эта аппаратура обеспечила регистрацию физиологических функций подопытных животных в течение всего полета космического корабля.

В полете регистрировались следующие физиологические показатели животных: артериальное давление, электрокардиограмма, тоны сердца, частота дыхания, температура тела, двигательная активность. Радиотелеметрические системы передавали на Землю сведения о барометрическом давлении, температуре и влажности в герметической кабине, а также контрольные данные о функционировании систем обеспечения жизнедеятельности.

Учитывая, что основной целью экспериментов с животными была подготовка к полету человека в космическое пространство, большое внимание уделялось вопросам, связанным с изучением работы двигательного аппарата животных, в частности координации произвольных движений. Для этого были использованы телевидение и специальные датчики движения. Телевизионный метод наблюдения по сравнению с ранее применявшейся киносъемкой имеет ряд серьезных преимуществ. Он позволяет вести наблюдения за животным в процессе самого полета, исключает необходимость обеспечения большим запасом пленки на борту и не требует столь высокой освещенности, как киносъемка. При этом исключается возможность потери материала при чрезвычайных обстоятельствах. Отснятые фильмы позволяют судить не только о поведении животных в космическом полете, но в сочетании с информацией, полученной от датчиков движения, могут дать материал для анализа состояния высших функций центральной нервной системы и об адаптации (приспособлении) животных к условиям невесомости. Кроме того, благодаря наличию на пленках телевизионных фильмов отметок системы единого времени каждое движение животного можно связать с большой точностью с зарегистрированными в данный момент величинами любых физиологических функций.

В кабине с «животными в непосредственной близости от собак, а также на одежде Белки и Стрелки были установлены индивидуальные дозиметры для регистрации ионизирующей радиации. Возвращенные вместе с животными на Землю дозиметры после обработки их показаний дали сведения о воздействии на животных заряженных частиц, электромагнитного излучения, нейтронов и других частиц, входящих в состав космического излучения.

Изучение и оценка биологического действия различных факторов, связанных с космическим полетом, и, прежде всего изучение биологического действия космической радиации, представляют собой очень сложную и многогранную задачу, требующую привлечения самых различных методов исследования: физических, общеклинических, физиологических, биохимических, микробиологических, иммунологических, генетических и др.

Большое значение имеют также исследования изменений обмена веществ. Важно выяснить, происходят ли легкие, обратимые функциональные изменения или наступают устойчивые сдвиги обмена веществ. С этой целью изучали биохимические показатели, которые характеризуют функции печени, эндокринной и нервной систем и которые значительно изменяются при больших нагрузках на организм, а также под влиянием ионизирующей радиации. У собак в течение ряда месяцев до полета, а также в условиях тренировки к действию отдельных факторов полета (ускорения, вибрации) исследовали показатели белкового состава крови, некоторые ферменты и гормоны в крови и моче: белковые фракции сыворотки крови, сывороточный мукоид, холинэстеразную активность крови, дезоксицитидин в моче.

Серьезной задачей являлось изучение состояния сердечно-сосудистой системы у животных, совершивших полет в космос. На деятельность сердца и периферических сосудов во время полета, а также при возвращении на Землю могут оказывать влияние космическая радиация, перегрузки, состояние невесомости и некоторые другие факторы. В силу этого представлялось важным изучить у собак ряд показателей состояния периферических сосудов до и после полета. Перед.полетом животные обследовались в течение нескольких месяцев. У них в бескровном опыте изучались артериальный и венозный тонус, сосудистая реакция в ответ на компрессию, а также кожная температура. После возвращения на Землю у собак вновь тщательно изучалась сердечно-сосудистая система, в частности состояние периферических сосудов. По результатам обследования собак Белки и Стрелки после возвращения на Землю не было обнаружено заметных изменений их состояния.

Изучение иммунологической реактивности подопытных собак составляло следующую важную задачу. Необходимо было выяснить, не вызовет ли действие космической радиации и других факторов полета подавления естественной невосприимчивости к микробам и вследствие этого развития инфекционных процессов. Это было тем более важно, что космонавт в течение продолжительного времени будет находиться в ограниченном объеме космического корабля.

У собак Стрелки и Белки до и после полета были исследованы фагоцитарная и бактерицидная функции крови, бактерицидные свойства и естественная микрофлора кожи. Эти исследования проводились на Земле в условиях действия на собак ускорений и вибраций.

Для всестороннего изучения различных функциональных изменений, происходящих в живом организме во время полета, желательно было получать данные у возможно большего количества животных. В этих целях помимо собак использовались 2 белые крысы и мыши. Работа на крысах была начата за несколько месяцев до полета. С помощью условно-рефлекторной методики была исследована высшая нервная деятельность этих животных, определены типологические особенности, проведен анализ крови, снята электрокардиограмма.

Уже первые исследования после возвращения этих животных на Землю показали, что крысы, как и собаки, хорошо перенесли полет. Во время полета они хорошо брали корм, заложенный в кормушках. Тщательный осмотр крыс не обнаружил никаких царапин или ушибов. Животные не потеряли в весе, были нормально подвижны. Дальнейшие исследования позволили дополнить наши сведения о влиянии космических полетов на высшую нервную деятельность этих животных.

Наряду с общеклиническим обследованием, включавшим изучение крови мышей и крыс, после их возвращения на Землю было проведено углубленное изучение костного мозга мышей. Это исследование позволило сделать выводы о действии условий космического полета, прежде всего космической радиации, на кроветворные функции организма. Мышей после окончания полета подвергали по определенной программе тщательному патологоанатомическому и гистологическому исследованиям. Эти исследования помогли оценить морфологические изменения в органах и тканях живого организма при космическом полете. Программа биологических исследований на втором корабле-спутнике предусматривала также применение микробиологических и цитологических методов исследования. Эти методы позволили эффективно решить такие важные проблемы, как определение предельных сроков пребывания живых клеток в космическом пространстве, их рост и развитие в этих условиях, поскольку выяснение такого рода вопросов с помощью крупных животных затруднительно. Эти методы применимы также для изучения генетического воздействия факторов космического пространства, в частности космических излучений.

Характеристика генетического воздействия этих излучений должна быть всесторонней, и поэтому наряду с использованием животных (мышевидных грызунов, насекомых и др.) были использованы микроорганизмы и живые клетки человеческого тела в культуре ткани. Те и другие обладают некоторым преимуществом в связи с большой скоростью размножения и, соответственно, быстрой сменой поколений. Кроме того, изучение изменений свойств микроорганизмов, особенно таких постоянных «спутников» человека, как кишечная палочка и стафилококки, имеет важное значение для прогнозирования их поведения в организме будущих космонавтов. Что касается живых клеток, находящихся вне организма в тканевых культурах, то генетические изменения наступают у них при воздействии тех же уровней излучения гораздо чаще. Однако недостатком этого метода являются трудности при сохранении жизнеспособности этих нежных культур вне непосредственного контроля со стороны человека. Использование на втором корабле-спутнике Земли этих объектов предусматривало компенсацию указанных недостатков.

В проведенных генетических исследованиях в качестве объекта изучения особое внимание уделяли бактериофагам — сверхмикроскопическим живым существам, паразитирующим на бактериях и вступающим с ними в сложные генетические отношения. Особо чувствительными индикаторами генетического воздействия радиации являются так называемые лизогенные бактерии, которые способны при облучении продуцировать бактериофаги. Известный интерес представляло также изучение воздействия на рост и развитие такого рода живых клеток ускорений, невесомости, вибраций и т.д.

В соответствии с этими соображениями на втором космическом корабле-спутнике Земли были размещены разнообразные миробиологические и цитологические объекты. Они были подготовлены специально для этого опыта группой ученых под руководством академика Николая Николаевича Жукова-Вережникова, причем при выборе объектов руководствовались стремлением подобрать организмы, широко используемые в лабораториях всего мира с целью получения сравнимых результатом. В числе объектов находилась культура кишечной палочки КК-12, для которой исходным штаммом были хорошо известные микробиологам бактерии, имеющие наиболее четкую генетическую характеристику. Это позволило количественно определять степень генетических изменений и сопоставлять эти величины с уровнем радиации и качеством космических частиц, зарегистрированных на корабле-спутнике физическими приборами.

В проведенных экспериментах во время длительного и тщательного изучения возвращенных культур была выявлена степень изменений числа так называемых индуцированных мутаций, т.е. в основном патологических изменений наследственных свойств. Кроме того, эти культуры исследовали с целью определения влияния радиации на количество продуцируемых ими бактериофагов. Разновидности кишечных палочек «В» и «аэрогенес», использованные в опыте, также явились объектами для изучения частоты мутаций.

Для исследования генетических изменений у мельчайших живых существ — бактериофагов был использован штамм Т-2, хорошо известный и генетически охарактеризованный со значительной полнотой. Следовало рассчитывать, что при полете второго космического корабля-спутника Земли в случае значительного повышения уровня радиации могли быть отмечены генетические изменения у отдельных особей исследуемого штамма бактериофага, конструируемые как на основе способов воздействия этих бактериофагов на бактерии, так и путем определения других биологических свойств. Кроме Т-2 был использован штамм бактериофага 13-21, специфически действующий на кишечную палочку типа «аэрогенес». Он использовался для исследования изменений характера лизиса (растворения бактерий, которое наступает в присутствии бактериофага).

Этот процесс для системы фаг 13-21 — кишечная палочка «аэрогенес» был заранее документирован путем цейтраферной микрокиносъемки и электронной микроскопии. В отношении всех указанных организмов была предварительно получена детальная структурно-физиологическая характеристика с помощью новейших методов. В частности, кишечные палочки и стафилококки, которые также экспонировались на корабле-спутнике, исследовались под электронным микроскопом, частично с помощью техники ультратонких срезов.

В процессе подготовки медико-биологических экспериментов на втором корабле-спутнике были впервые выполнены ультратонкие срезы свободных и внутриклеточных бактериофагов. При этом было установлено, что использованные бактериофаги выглядят в виде частиц, состоящих из центрального ядра с большой электронно-оптической плотностью и периферической зоны, отделенной от ядра, тончайшей мембраной.

Что касается использованных в опыте микробов маслянокислого брожения, то они предназначались только для разработки методов автоматической регистрации жизнедеятельности микроорганизмов. Создание таких методов обеспечило возможность определения длительности выживания клеток на долго летающих и не возвращающихся спутниках и ракетах. Использование палочки маслянокислого брожения в этом отношении полностью себя оправдало.

На этой основе были созданы и апробированы методы и специальные приборы, которые позволили регистрировать и передавать на Землю сигналы, характеризующие жизнеспособность клеток и радиогенетическую безопасность в космическом пространстве. Как и следовало ожидать, данные, которые были получены при обработке этого материала, при сопоставлении с аналогичными данными, выявленными в результате исследования животных и насекомых, позволили полнее охарактеризовать биологические особенности космического пространства.

Помимо выяснения действия факторов космического полета, в первую очередь космической радиации, на физиологию организмов было положено начало исследованиям по изучению влияния этих факторов на наследственность, а также решению вопроса о генетической опасности космических полетов.

Многочисленными исследованиями советских и зарубежных ученых было установлено, что такие виды ионизирующей радиации, как рентгеновские лучи, гамма-лучи, быстрые нейтроны и некоторые другие, представляют собой мощный фактор наследственных изменений у всех организмов, в том числе и у человека. Опыты с облучением тканей человека рентгеновскими лучами показали, что доза 10 Р удваивает частоту возникновения мутаций. Выяснено, что разные виды ионизирующей радиации обладают различной биологической эффективностью. Например, быстрые нейтроны вызывают в полтора-два раза больше мутаций, чем рентгеновские или гамма-лучи. Генетический эффект первичной космической радиации не было возможности изучить. Полет второго космического корабля-спутника предоставил, наконец, возможность подобного исследования.

Подавляющее число мутаций вредно, но некоторые из них в определенных условиях среды могут быть и полезными для вида. Такие полезные мутации играют важную роль в эволюции органического мира и в создании новых высокопродуктивных штаммов микроорганизмов и сортов культурных растений. Радиоселекция микроорганизмов и растений в последние годы становится одним из разделов работы селекционеров. Поэтому наряду с выяснением генетической опасности космического излучения необходимо было определить возможности использования его для целей радиоселекции.

На корабле-спутнике находились следующие виды организмов, намеченные для первоочередных генетических исследований: мыши двух различных линий, плодовые мушки-дрозофилы также двух различных линий, два растения традесканции, семена пшеницы сорта 186, семена трех сортов гороха, отличающихся по радиоустойчивости, двух сортов кукурузы («Немчиновская» и «Подмосковная»), лука-батуна и нигеллы; грибки-актиномицеты — продуценты антибиотиков. Чем объясняется выбор именно этих объектов для первых генетических исследований, связанных с космическими полетами?

Мыши и дрозофилы в силу ряда биологических особенностей (быстроты размножения и смены поколений, легкости их разведения), а также вследствие огромного разнообразия их признаков, наследование которых хорошо изучено, очень удобны для генетических исследований. Побывавшие в космосе мыши были подвергнуты детальному цитологическому анализу в целях выяснения тех изменений, которые могли произойти в клетках различных тканей под влиянием космических лучей. В первую очередь было подробно изучено состояние хромосомного аппарата кроветворных органов.

Испытанные на корабле-спутнике автоматические приборы значительно расширили возможности исследования биологических условий в космическом пространстве, поскольку они имели небольшие габариты и вес, а заключенные в них тест-объекты (споры палочки маслянокислого брожения) не нуждались в пополнении системы питательными веществами. Биоэлементы в полете приводились в действие по сигналам с Земли или от программного устройства, расположенного на борту.

Наряду со многими преимуществами микробов для медико-биологических, в частности генетических, исследований, они обладают большим недостатком — низкой радиочувствительностью. С целью повышения их радиочувствительности часть микробиологических объектов находилась в атмосфере кислорода. Кроме того, на втором корабле-спутнике для генетической характеристики космического пространства была предпринята попытка использовать также живые клетки в культуре тканей. Известно, что наследственность у таких клеток под влиянием излучений изменяется в сотни раз легче, чем у микробов. Однако сохранить их жизнедеятельность на протяжении длительных сроков без пересевов на новые питательные среды очень трудно. Для осуществления такой попытки были выбраны хорошо растущие клетки и подходящие для них питательные среды. Учитывая эти соображения, в исследованиях на корабле-спутнике использовались раковые клетки, условно называемые клетками Хела. Эти клетки хорошо растут на искусственных средах и широко применяются для изучения генетических проблем и исследования природы раковой болезни. Для культивирования таких клеток был применен метод, позволяющий получать колонии (скопления) клеток на стенках стеклянных пробирок, в которых осуществляется выращивание.

В предварительных опытах было установлено, что колонии раковых клеток прикрепляются к стенкам стеклянных пробирок и ампул очень прочно: они выдерживают вибрации, значительно превышающие те, которые имеют место при запуске современных ракет. Это позволяет при обработке материала дать морфолого-биологическую характеристику культур, часть цикла развития которых прошла в специально устроенном маленьком термостате на борту корабля-спутника.

В проведенных экспериментах определялась жизнеспособность этих культур и принимались меры для поддержания их в последующих пересевах. В случае положительных результатов культуры использовали для изучения их наследственных признаков сравнительно с контрольными культурами, которые оставались на Земле.

На борту корабля-спутника экспонировались также небольшие участки кожи человека и кролика. Кусочки кожи добровольцев из коллективов, участвующих в исследовании космоса, использовали для выяснения возможного влияния факторов космического пространства на особо чувствительные клеточные системы. Для доказательства того, что кусочки кожи вернулись живыми, были проведены гистологические исследования, посевы измельченных кусочков кожи на специальные питательные среды, хотя такое культивирование обычно удается с трудом, и, наконец, обратная подсадка их тем донорам, у которых они были взяты. Кусочки кожи, возвращенные после полета на корабле-спутнике, были подвергнуты детальному исследованию.

Обычно биологические и в том числе генетические исследования осуществляются в тесной связи с физико-химическими изысканиями. Химические вещества могут участвовать в передаче наследственных признаков от одной разновидности к другой. Таким химическим веществом является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), входящая в состав ядер клеток животных, растений и микробов. Весьма вероятно, что это соединение в первую очередь будет реагировать на генетические воздействия космической радиации. Учитывая это, на втором корабле-спутнике были помещены ампулы с ДНК, полученной из зобной железы теленка, причем часть ампул была наполнена кислородом. При исследовании возвращенной ДНК использовались методы, позволяющие характеризовать состояние этого соединения в физико-химическом отношении. Сравнительно небольшой срок пребывания второго корабля-спутника на орбите позволял предположить, что грубых отклонений в структуре ДНК не будет обнаружено. Тем не менее, все же были предприняты попытки выявить более тонкие изменения с помощью физико-химических, иммунологических и других методов.

Первый опыт экспонирования в космическом пространстве биологически активного химического вещества был использован для составления более широкой программы биохимических исследований, изучения течения биохимических реакций в условиях космоса, а также поисков в космосе органических веществ и их предшественников.

Таким образом, на борту корабля-спутника был осуществлен ряд целенаправленных экспериментов на животных клетках, микроорганизмах, бактериофагах и сложных органических молекулах с целью сделать все возможное для обеспечения безопасных космических полетов.

Как было указано выше, в полете находились дрозофилы двух линий. Одна из них — линия Д-2 — отличается очень низкой мутабильностью (изменчивостью) в естественных условиях, другая линия Д-18, наоборот, имеет очень высокую естественную мутабильность. С мухами обеих линий были поставлены опыты по специальным методикам скрещивания, которые позволили выяснить частоту возникновения у этих линий так называемых рецессивных и доминантных деталей.

Растение традесканция — классический объект цитологических исследований, так как оно имеет небольшое число хорошо различающихся между собой хромосом. В кабине для животных были специально установлены растения с бутонами, поскольку хромосомные перестройки у традесканции легче всего наблюдать в делящихся при образовании пыльцы клетках.

Сухие семена культурных растений — пшеницы, кукурузы, гороха — были высеяны для того, чтобы узнать, вызывает ли и какие именно изменения (мутации) космическая радиация у различных видов и сортов растений. Что же касается лука и нигеллы, то они были использованы в основном для цитологических исследований.

Ионизирующая радиация широко применяется для получения новых, более продуктивных штаммов актиномицетов, дающих такие ценные антибиотики, как пенициллин, стрептомицин и другие. На космическом корабле были размещены два штамма грибков — продуцентов пенициллина, сильно отличающиеся по радиочувствительности. Исследование результатов облучения их в космосе позволило решить вопрос о биологической эффективности космической радиации в отношении этого очень важного биообъекта.

Следует указать, что каждый из перечисленных генетических опытов сопровождался строгими контрольными опытами с теми же объектами, находившимися в обычных для них условиях. Это обеспечило объективную оценку результатов генетических исследований. Эти исследования, несомненно, будут продолжены и станут непременной важной частью работ, связанных с дальнейшими космическими полетами. Познание законов наследственности и управление ими — одна из важнейших задач современного естествознания. Выход человека в космос знаменует начало новой главы в развитии генетики, главы, посвященной познанию закономерностей влияния факторов космических полетов на наследственность и эволюцию, разработке методов защиты от вредных влияний этих факторов и использования их положительных эффектов. Генетические исследования на втором корабле-спутнике — лишь первые шаги в этом направлении.

В длительных космических полетах остро встает проблема регенерации воздуха герметических кабин и обеспечения экипажа корабля пищей. Даже простые расчеты показывают, что использование для этих целей химических реагентов и запасов пищи, взятых с Земли, привело бы к очень большому начальному весу корабля, так как в этом случае взятые с Земли реагенты и пища по мере их использования не будут воссоздаваться вновь. Вместе с тем в масштабах нашей планеты эти процессы (поглощение углекислоты, выделение кислорода и синтез сложных органических веществ из полностью окисленных) осуществляются в листьях зеленых растений в результате фотосинтеза.

Поэтому возникло предположение о необходимости создания на космических кораблях (для целей регенерации воздуха и получения пищи) оранжерей для выращивания зеленых растений, которые, поглощая выделяемую живым организмом углекислоту, воссоздавали бы пищу и выделяли кислород. Наиболее пригодными для этих целей могли оказаться микроскопические зеленые водоросли, которые очень быстро развиваются, отличаются большой активностью фотосинтеза и рядом других ценных качеств.

Эти соображения определили необходимость изучения влияния условий космического полета на сохранение жизнедеятельности зеленых водорослей. Находившаяся на борту корабля хлорелла была помещена в специальных ампулах в различном физиологическом состоянии: на косом агаре и в жидкой питательной среде при различной плотности суспензий. При этом водоросли находились как на свету, так и в темноте. Полученный материал подвергался детальному анализу. Изучались общее состояние суспензий, морфология клеток, активность фотосинтеза, процессы роста и развития культуры, изменения наследственных свойств культуры.

Биологический эксперимент на втором корабле-спутнике явился существенным вкладом в дело изучения и освоения космического пространства человечеством. Все многочисленные биологические объекты, находившиеся в космическом корабле, вернулись на Землю живыми, в хорошем состоянии. В состоянии собак Белки и Стрелки, мышей, крыс и всех остальных биологических объектов не было обнаружено заметных отклонений от норм. Полученные результаты исследований позволили сделать вывод, что разработанные отечественной наукой средства, обеспечивающие условия жизнедеятельности, безопасность полета и возвращения из космического полета животных и человека, вполне себя оправдали.

После выведения космического корабля на заданную орбиту он отделился от последней ступени ракеты-носителя. Во время полета осуществлялась работа по заданной программе его основных систем: системы ориентации, телеметрических систем, системы терморегулирования, научной и телевизионной аппаратуры, а также аппаратуры, обеспечивающей жизнедеятельность живых организмов в кабине корабля. Ориентирование корабля во время полета по орбите и на участке спуска осуществлялось с помощью системы ориентации. При работе системы ориентации одна ось корабля-спутника была направлена по местной вертикали, другая — перпендикулярно плоскости орбиты, третья (продольная ось корабля) — перпендикулярно первым двум и вдоль пересечения плоскости местного горизонта и плоскости орбиты (при точной круговой орбите — вдоль вектора скорости).

Наблюдения за полетом космического корабля-спутника проводились с помощью наземных станций, расположенных на территории СССР. Полученная информация по линиям связи автоматически передавалась в вычислительные центры. На электронно-вычислительных машинах осуществлялась обработка информации, в результате чего были получены точные параметры орбиты корабля-спутника, что обеспечило необходимый прогноз дальнейшего движения корабля по орбите и возможность его приземления в заданном районе.

Требование точности знания параметров реальной орбиты обусловливается величинами допустимых ошибок при приземлении корабля-спутника, поскольку для приземления в заданном районе необходимо выбрать момент времени включения тормозной двигательной установки с учетом реальных величин координат и скорости корабля-спутника в этот момент времени. Ошибка в скорости корабля-спутника на 1 м/с приводит к отклонению точки приземления почти на 50 км. Ошибка в знании истинной высоты над поверхностью Земли на 100 м отклоняет точку приземления на 4,5 км, а ошибка в направлении вектора скорости к поверхности Земли на одну угловую минуту приводит к отклонению точки приземления на 50-60 км.

В соответствии с данными прогноза орбиты, а также телеметрическими измерениями, которые характеризовали работу бортовой аппаратуры, из координационно-вычислительного центра по заранее разработанной программе производилось управление кораблем-спутником в космическом пространстве. На 18-м витке была подана команда с Земли на спуск корабля-спутника с расчетом на его приземление в заданном районе. Для спуска корабля-спутника с орбиты на Землю производилось уменьшение его первой космической скорости движения на требуемую по расчету величину с помощью тормозной двигательной установки. Траектория спуска была выбрана так, чтобы перегрузки, возникающие при вхождении спускаемого аппарата в плотные слои атмосферы, и время их действия не превышали допустимых для живых организмов величин. После перехода корабля на траекторию спуска было произведено отделение от кабины приборного отсека, который сгорел при входе в плотные слои атмосферы.

На участке спуска кабина тормозилась в атмосфере специальной системой торможения. Снизившись до высоты 7000 км, кабина пролетела около 11 000 км после начала спуска. Максимальные перегрузки при торможении кабины в атмосфере составляли 10 ед. По команде от барометрических реле на высоте 7000-8000 м была сброшена крышка катапультного люка и произведено катапультирование контейнера животных из кабины корабля. Приземление контейнера происходило со скоростью 6-8 м/с, а кабины корабля — со скоростью 10 м/с.

Непосредственно после катапультирования контейнера включились радиопеленгационные системы, предназначенные для пеленгации кабины и контейнера во время спуска и после их приземления. Возвращение животных, совершивших полет на корабле-спутнике, могло быть осуществлено непосредственно в кабине корабля, однако с целью отработки системы катапультирования, которая является резервной системой приземления при будущих полетах человека, было осуществлено катапультирование контейнера с животными.

Высокая точность приземления корабля-спутника свидетельствует о совершенстве системы управления кораблем на участке спуска и о высокой точности определения элементов орбиты наземным измерительным комплексом. После приземления кабина корабля и контейнер с животными не имели никаких повреждений.

Космический полет собак Стрелки и Белки, продолжавшийся более 25 ч, в течение которых корабль-спутник совершил 17 полных витков вокруг Земли, позволил получить уникальные научные данные о влиянии факторов космического полета на физиологические, генетические и цитологические системы живых организмов. Эти данные еще раз убедили наших ученых в правильности основных направлений подготовки полета человека в космическое пространство и позволили наметить конкретные пути его осуществления. Однако тогда еще не было достаточных оснований посылать человека в длительный космический полет. Отсутствовали, например, данные о влиянии на человека состояния невесомости. Полет собак прошел с некоторыми сдвигами в физиологическом состоянии Белки. Она была крайне беспокойной, билась, старалась освободиться от крепежных ремней, лаяла, и было видно, что собака чувствует себя плохо. Эти симптомы стали проявляться бурно после четвертого витка полета. Все это заставило нас планировать предстоящий полет человека на корабле «Восток» продолжительностью не более одного витка вокруг Земли. Но для выполнения первого полета человека в космическое пространство необходимо было провести ряд запусков искусственных спутников Земли и зачетных полетов животных в режиме одновиткового полета вокруг Земли.

Вслед за вторым космическим кораблем-спутником 1 декабря 1960 года в нашей стране был запущен третий космический корабль-спутник, на борту которого были собаки Пчелка и Мушка и тот же набор биологических объектов, стоящих на разных ступенях эволюционного развития. Цель эксперимента состояла в накоплении данных о влиянии комплекса факторов космического полета на животных и другие биологические объекты. Как показал анализ полетных данных, полученных по телеметрическим каналам связи, реакции Пчелки и Мушки на действие комплекса факторов полета полностью соответствовали данным, полученным при полете Белки и Стрелки на втором космическом корабле-спутнике Земли.

Пчелка и Мушка и другие биологические объекты не были возвращены из полета на Землю. Корабль из-за недостаточно четкой работы системы ориентации при работе тормозной двигательной установки вместо снижения скорости полета набрал ее и перешел на более высокую орбиту. С корабля все научные данные по системе телеметрии и телевидения были получены и подверглись полному анализу.

Вот так от полета к полету, от эксперимента к эксперименту накапливались научные данные по обоснованию возможности космического полета человека и разработке комплекса мероприятий по медико-биологическому обеспечению космических полетов. Научные программы нашей страны по космической биологии и медицине отличались системностью и имели хорошо продуманную последовательность. Приятно сознавать, что наши обширные исследования были плодотворно использованы американскими коллегами-учеными в последующих программах космических полетов ракетных летательных аппаратов. Наши исследования получили очень высокую оценку таких видных американских ученых, как Р.Ловлейс, Е.Конеччи, А.Мейо и др. Ученые США поступили разумно, когда использовали полученные в СССР данные при полетах животных на ракетах и не встали на путь повторения или проверки проведенных научных экспериментов.

Ученые нашей страны к 1960 году получили достаточно много достоверных данных о возможности полета человека на космических летательных аппаратах. Однако данных о влиянии невесомости на человека продолжительностью даже в несколько минут было явно недостаточно, поэтому и космический полет более чем на один виток вокруг Земли планировать не имело достаточно веских оснований.

Цель дальнейших экспериментов состояла в испытании автоматики скафандра, катапультного сиденья и систем жизнеобеспечения космического корабля. На четвертом и пятом кораблях-спутниках вне катапультного сиденья размещались животные: собака, мыши, морские свинки, крысы и другие биологические объекты. На катапультном сиденье находился манекен человека в скафандре со всей автоматикой и неприкосновенным аварийным запасом (НАЗом). В грудной и брюшной полостях, в бедрах и других частях манекена человека размещались мыши, морские свинки, микробы и другие биологические объекты. На четвертом космическом корабле-спутнике размещалась собака Чернушка, на пятом — Звездочка.

С учетом возможности аварийного приземления головных частей ракет (сфер) без катапультирования кресел с экипажем в штатном варианте или в аварийной ситуации при несрабатывании катапультных устройств, был отработан аварийный вариант. Собаки Звездочка и Чернушка с другими биологическими объектами размещались не на катапультном кресле, а непосредственно в сфере герметической кабины головной части ракеты. В герметической кабине каждой сферы находились по 40 серых, 40 белых и 40 черных мышей с целью изучения эффектов радиационного излучения, морские свинки, пресмыкающиеся, семена разных растений, элементы крови человека, раковые клетки человека, микроорганизмы, бактериофаги, ферменты и др.

По этому поводу американские и английские ученые образно выразились, что русские послали в полет целый Ноев ковчег со всеми представителями биологических сообществ эволюционной лестницы Дарвина. Это соответствовало действительности. При этих полетах прошли полный цикл испытаний безмасочные скафандры с автоматикой, средствами спасения, надувными резиновыми лодками и НАЗом. В итоге была положительно оценена возможность приземления животных непосредственно в самой кабине космического корабля и после катапультирования из космического корабля. Эти исследования были крайне необходимы для оценки различных способов приземления человека.

В периоде 1948 по 1961 год были подготовлены и проведены 29 пусков геофизических ракет, осуществлены полеты 2 искусственных спутников Земли и 4 космических кораблей-спутников. Эксперименты были проведены на 42 животных (из них 15 летали 2 раза и более) и на огромном количестве других биологических объектов. Биологические эксперименты на геофизических ракетах и искусственных спутниках Земли и космических кораблях-спутниках предоставили возможность исследовать действие комплекса факторов полета на живые организмы, разработать и испытать комплекс средств обеспечения условий жизнедеятельности и безопасности полетов, а также методы получения информации на Земле с помощью биотелеметрии, телевидения, киносъемки и автономной регистрации показателей на самописцах.

Биологические эксперименты, проведенные на геофизических ракетах, Втором ИСЗ и космических кораблях-спутниках, позволили:

1) исследовать влияние всего комплекса факторов космического полета на живой организм и положительно оценить возможность проведения космического полета человека на ракетном летательном аппарате;

2) отработать комплекс мероприятий по обеспечению жизнедеятельности в полете, программу проведения исследований по оценке компоновки и удобства рабочего места космонавта в корабле «Восток»;

3) разработать и испытать комплекс средств обеспечения необходимых условий в корабле, средств безопасности, катапультирования, средств схода с орбиты, торможения и спуска на поверхность Земли, а также разработать методы получения информации на Земле с помощью биотелеметрии.

Таблица 6

А. Научные эксперименты на собаках при полетах  на ракетах Р-2А

Б. Эксперименты на собаках при полетах  на ракете Р-2А
до высоты 212 км (период невесомости 6 мин)

При проведении экспериментов на геофизических ракетах, Втором ИСЗ и космических кораблях-спутниках основной целью исследований являлось изучение реакций сердечно-сосудистой системы и дыхания животных в условиях невесомости, их двигательной активности в состоянии невесомости, показателей периферической крови животных после полетов на баллистических ракетах и космических кораблях-спутниках.

Таблица 7

Эксперименты на собаках при полетах  ракет Р-5
до высоты 450-473 км (период невесомости 10 мин)

После прекращения работы двигателей баллистических ракет и выхода на орбиту искусственных спутников Земли наступало состояние динамической невесомости, при котором вес животного, всех его органов и тканей практически оказывался равным нулю.

При исследованиях на высотных ракетах общее время невесомости составляло 3,7-10 мин, при полете Второго ИСЗ — 162 сут. (время существования спутника). Во время полета космических кораблей-спутников длительность невесомости была различной: при полетах 2-го и 3-го кораблей-спутников — около 25 ч; 4-го и 5-го — около 65 мин.

Жизненно необходимые условия для животных в биокабинах геофизических ракет обеспечивались системой регенерации воздуха инжекторного типа и применением надперекисных соединений щелочных металлов.

Таблица 8

Эксперименты на животных при полетах
Второго искусственного спутника Земли (ИСЗ) и кораблей-спутников

В кабине Второго ИСЗ и космических кораблей-спутников использовались регенерационные автоматические установки, которые, с одной стороны, с помощью надперекисных соединений щелочных металлов обеспечивали поглощение углекислого газа и влаги, выделяемых животными, а с другой — выделение необходимого количества кислорода. Сохраняя постоянство газового состава воздуха, установки тем самым обеспечивали и постоянство давления в герметической кабине. Для очистки воздуха кабины от вредных примесей (аммиака, сероводорода и др.) в системе регенерации были предусмотрены специальные фильтры.

При расчете необходимого запаса регенерационного вещества учитывались данные предварительных опытов, показавшие, что животные массой 5-7 кг в спокойном состоянии при оптимальных температурных условиях выделяют от 3 до 3,5 л углекислого газа и потребляют до 4 л кислорода в час. Следует отметить, что животные в полетах на космических кораблях-спутниках, как и в наземных лабораторных опытах, потребляли в сутки в среднем 190-200 л кислорода и выделяли 150-170 л углекислого газа и 250-300 г воды.

Таким образом, при суборбитальных и орбитальных полетах животных были получены данные, свидетельствующие о высокой эффективности систем обеспечения жизненных условий в герметической кабине. Вместе с тем они показали, что наблюдаемые изменения физиологических функций в орбитальном полете были связаны с действием на организм динамических и других факторов полета, а не с условиями жизни и микроклимата в кабинах.

Во время полета геофизических ракет и космических кораблей-спутников температура воздуха в кабинах в большинстве случаев колебалась в пределах от +10 до +32 ° С. Температура воздуха в биокабине Второго ИСЗ в первые часы полета колебалась от +10 до +38°С, а затем к 8-му часу полета повысилась до +42 ° С. Барометрическое давление воздуха в биокабинах геофизических ракет и космических кораблей-спутников в течение полета сохранялось в основном на исходном уровне и колебалось в пределах 680-799 мм рт.ст., в биокабине Второго ИСЗ — в пределах 850-890 мм рт.ст. Следовательно, перепады барометрического давления и изменения температуры воздуха в кабинах ракет и космических кораблей-спутников были невелики и, очевидно, не могли иметь существенного значения (за исключением полета собаки Лайки) в этиопатогенезе возможных функциональных расстройств. Преобладающее значение в комплексе внешних воздействий в период орбитального полета имела невесомость.

Во время полетов Второго ИСЗ и космических кораблей-спутников у животных регистрировались следующие показатели: биоэлектрическая активность сердца в I и II либо в I и других стандартных отведениях, величина артериального давления, тоны сердца: фонокардиограмма (ФКГ), сократительная функция миокарда: сейсмокардиограмма (СКГ), артериальный пульс: сфигмограмма (СФГ), частота пульса (по ЭКГ), частота дыхания, движения животного, температура тела. Низкочастотные физиологические процессы (кровяное давление, пульс, дыхание) записывались при скорости протяжки ленты 5 мм/с, что позволяло в течение 25 мин вести непрерывную регистрацию на самописце К-5-22.

Основные физиологические показатели животных во время полета ракет и ИСЗ регистрировались с помощью малогабаритной аппаратуры, разработанной СКВ «Биофизприбор» (г. Ленинград). В кабинах геофизических ракет устанавливалась медицинская аппаратура АМК-ОЗ, которая представляла собой комплект малогабаритных датчиков с одним усилителем и автоматом создания давления. В кабине Второго ИСЗ устанавливался комплект медицинской аппаратуры КМА-01, который включал в себя усилительно-коммутационный блок с двумя усилителями, набор датчиков и электродов. В кабине космических кораблей-спутников была размещена аппаратура «Сектор», которая состояла из автомата давления с автономной регистрацией, микрофона и датчиков.

Во время полета физиологические параметры регистрировались на фотоблоках наземных радиотелеметрических станций. Кроме того, аппаратура позволяла получать по телеметрическим каналам отметки о выдаче воды и пищи животному о температуре и барометрическом давлении в кабине. Указанные комплекты медицинской аппаратуры обеспечивали успешную регистрацию показателей вегетативных функций и позволили получить данные о состоянии организма животных на различных участках суборбитального и орбитального полета.

Регистрация ЭКГ в течение длительного срока (при полете на ИСЗ) обеспечивалась вживленными электродами. Электроды в виде сетки из провода К-40 НЗМ подшивались к m. intercostalis extema с обеих сторон. Регистрация частоты дыхания в полете проводилась с помощью угольного и тензодатчика типа ДД-05. Артериальное давление у животных измерялось по заранее разработанной методике с расположением датчика на сонной артерии, выведенной в кожный лоскут.

Тоны сердца (ФКГ) регистрировались у собак специально разработанным телефоном с усилителем. Датчик фиксировался в области четвертого-пятого межреберья на 2-4 см кнаружи от левого края грудины или над верхушечным сердечным толчком.

Сфигмограмма регистрировалась с сонной артерии. Датчик представлял собой манжету, в которую был вмонтирован пьезоэлемент, воспринимающий механические колебания сосудистой стенки.

Сейсмокардиограмма регистрировалась с помощью специально разработанного датчика, который крепился на спине животного. Исследования двигательных реакций животных осуществлялись с помощью датчиков движения. Эти датчики представляли собой радиальные потенциометры с подвижным контактом, приводимым в движение капроновым тросом, а также с помощью контактно-реостатных датчиков, разработанных Б.Н.Журавлевым, И.И.Касьяном и Е.М.Югановым (1959 г.). Замыкание контактов этих датчиков позволяло судить о возможности целенаправленных движений животного, реостатная часть датчиков — о динамике приспособления мышечной деятельности к условиям невесомости. Некоторые данные о двигательной активности животного в полете были получены с помощью кино— и специально разработанной телеаппаратуры «Селигер». Аппаратура обеспечивала передачу изображения головы и шеи животного в профиль и анфас с четкостью, соответствующей 100-строчному разложению при 10 кадрах в секунду.

Использование этих средств обеспечило получение информации для анализа характера и степени изменений двигательной активности и времени развития приспособительных реакций к условиям невесомости. Для измерения температуры использовался усилитель постоянного тока, к которому поочередно подключались термисторы, расположенные в различных участках тела животного. В ряде экспериментов за полтора часа до запуска ракеты (при полетах на высоту 210 км) животным подкожно вводился 10%-ный раствор гексенала, приготовленный ex tempore из расчета 0,08-0,12 г на килограмм массы тела. Это обеспечивало наркоз достаточной глубины продолжительностью 2-3 ч.

В экспериментах на геофизических ракетах, Втором ИСЗ и космических кораблях-спутниках в состоянии невесомости не во всех случаях было обеспечено удовлетворительное качество записи медико-биологической информации. Регистрация кровяного давления была осуществлена у 8 животных, частоты дыхания и пульса — у 30 животных.

В полете физиологические функции разных собак изменялись не всегда однозначно, что можно объяснить индивидуальными особенностями животных. Несмотря на это обстоятельство, полученные материалы все же позволили выявить ряд закономерностей в изменении физиологических функций животных.

Двигательные реакции животных в условиях невесомости, по данным киноматериалов, показали, что при полете животных до 110 км поведение собак от момента взлета до катапультирования из ракеты, как правило, изменялось мало. Обычно животные спокойно лежали в скафандрах и лишь в некоторые моменты инерционного движения ракеты становились беспокойными и проявляли значительную двигательную активность.

Выключение двигателя при полете в герметических кабинах ракет на высоту 212-450 км вызывало у животных отчетливо выраженный ориентировочный рефлекс. При переходе от перегрузки к состоянию невесомости животные резко поднимались над лотками. Это, по-видимому, объясняется тем, что тонус разгибательных мышц шеи и спины уже не уравновешивался силой тяжести и перегрузкой. В переходный период у животных не отмечалось двигательного возбуждения и заметных оборонительных реакций. В дальнейшем в условиях невесомости движения головы были свободными и достаточно координированными. Кинокадры показывают, что собаки спокойно лежали в лотках, живо реагировали на появление солнечного света в смотровом люке кабины и т.д.

Анализ данных киносъемки, произведенной во время полета на геофизических ракетах, позволил сделать вывод, что в условиях невесомости двигательная активность существенно не нарушалась и поведение животных (по визуальным данным) не отличалось от их поведения в наземных контрольных опытах.

С помощью контактно-реостатных датчиков и телевидения достаточно полно были изучены двигательные реакции и поведение животных во время полета на космических кораблях-спутниках. Анализ полученного кино— и телевизионного материала показал, что двигательная активность некоторых собак в начальный период невесомости несколько повышалась. В дальнейшем через разные интервалы (5-7,5 ч) поведение животных было спокойным, движения становились более плавными, свободными и достаточно координированными. Они без особых затруднений перемещались назад и вперед.к автомату кормления. Все это свидетельствует об известном сохранении адекватности в реакциях собак на раздражители в таких необычных условиях, как невесомость. Анализ телевизионных фильмов и кривых телеметрии не выявил существенных нарушений координации движений собак в состоянии невесомости.

Неодинаковая двигательная активность в начальный период невесомости и различные адаптационные возможности животных может указывать на их индивидуальную чувствительность к отсутствию силы тяжести, различную функциональную подвижность их нервных структур (В.И.Яздовский, Е.М.Юганов, И.И.Касьян, 1960).

В невесомости частота дыхания животных изменялась неоднозначно. Если у животных, как правило, частота дыхания возрастала при действии перегрузок, то в невесомости она значительно снижалась и к концу воздействия в ряде случаев достигала исходной величины. В тех случаях, когда влияние перегрузок приводило к урежению дыхания, в невесомости частота дыхания повышалась, достигая иногда до 112-150 циклов/мин. Так, в переходный период от воздействия перегрузок к невесомости (при полете животных на геофизических ракетах) из 28 собак у 12 наблюдалось урежение дыхания на 10-140 циклов/мин, в 4 случаях — учащение дыхания; в 7 случаях дыхание практически не изменялось по сравнению с частотой дыхания, зарегистрированной на активном участке полета. При полете собак на геофизических ракетах урежение дыхания было различным и составляло при полете на высоту 100-110 км 7-12 циклов/мин; 250-212 км — 15-140 циклов/мин; 450-473 км — 15-40 циклов/мин.

Отсутствие однонаправленности в изменениях частоты дыхания нельзя, по-видимому, объяснить различием в силе и характере внешних раздражителей в каждом отдельном полете. Так, в полете 2.08.1958 г. собаки Жемчужная и Отважная в состоянии невесомости испытывали действие одинаковых раздражителей. У Жемчужной, находившейся в условиях невесомости впервые, частота дыхания заметно повысилась, а у Отважной (4-й полет) понизилась до исходной величины. Видимо, такая неустойчивость частоты дыхания у первой собаки связана с внезапным изменением афферентации в условиях невесомости, у второй собаки вследствие повторности воздействия наступила адаптация к состоянию невесомости. Во время 4-го полета частота дыхания у Отважной практически соответствовала исходному уровню, а в ряде случаев была ниже его.

Во время полета животных на космических кораблях-спутниках частота дыхания также изменялась неодинаково. После воздействия перегрузок в начальный период невесомости частота дыхания у собак оставалась на высоком уровне, достигая в отдельных случаях 307-760% относительно исходного уровня, принятого за 100%. По мере пребывания животных в условиях невесомости уже на 2-3-м витке отмечалось резкое урежение дыхания до исходных величин (11-23 цикла/мин). Одновременно с урежением дыхания происходило увеличение амплитуды дыхательных движений. В отдельных случаях в это время имело место и заметное увеличение частоты дыхания. Можно полагать, что колебания частоты дыхания у животных свидетельствуют о некоторых изменениях в нервно-рефлекторных механизмах регуляции дыхания в условиях невесомости. К концу воздействия невесомости частота дыхания в четырех случаях из шести была ниже исходного уровня, зарегистрированного на Земле, и колебалась в пределах от 40 до 85% по отношению к исходному уровню. Характерным для дыхания в этот период является уменьшение колебаний его частоты по сравнению с первым периодом невесомости. Во время наземных экспериментов в кабине малого объема частота дыхания у животных изменялась в пределах от 16 до 38 циклов/мин.

В первые минуты орбитального полета на Втором ИСЗ частота дыхания у собаки Лайки по сравнению с предстартовыми данными увеличилась на 20-25 циклов/мин. В начале второго витка частота дыханий увеличилась до 120-130 циклов/мин. Затем при температуре воздуха в герметической кабине животного (ГКЖ) выше +41°С и давлении более 800 мм рт.ст. у животного были отмечены явления, характерные для перегревания (тепловая одышка, полипноэ, учащение сердцебиения, изменения ЭКГ и т.д.); частота дыхания быстро увеличивалась, достигая 280— 300 циклов/мин. Можно предположить, что непредвиденное повышение температуры в ГКЖ вызвало расстройство терморегуляции животного. Для уточнения того, в какой степени повышение температуры могло сказаться на организме животного, была предпринята серия экспериментов (на пяти животных), в которых воспроизводились условия в ГКЖ искусственного спутника Земли.

Сопоставляя данные летного и лабораторных опытов, можно предположить, что изменения физиологических показателей в летном эксперименте явились результатом перегревания животного. Мы не имеем записей физиологических функций у Лайки в момент ее гибели, но, исходя из данных тепловых опытов и учитывая состояние животного во время последнего наблюдения (на 3-м витке), можно предположить, что смерть животного последовала от перегревания приблизительно через 4-5 ч после старта подобно тому, как это имело место в наших лабораторных опытах. Ценность данного эксперимента заключалась в том, что в нем впервые был получен научный материал, позволявший судить о состоянии и поведении животного в полете при воздействии комплекса факторов.

Реакции сердечно-сосудистой системы животных в условиях невесомости были неоднозначными. Переходный период от воздействия перегрузок к невесомости характеризовался следующими особенностями: остаточной реакцией организма на действие перегрузок, ориентировочной реакцией животного на новое необычное состояние и действием самой невесомости. Такое переходное состояние характерно для любого космического полета и вызывает заметные физиологические сдвиги в состоянии сердечно-сосудистой системы и дыхания.

При полете животных на геофизических ракетах (100 — 212 — 450 км) в переходный период от повышенной к пониженной весомости частота сердечных сокращений и артериальное давление удерживались на высоком уровне. У некоторых животных частота пульса в первые секунды пребывания в невесомости была даже больше, чем в конце активного участка полета. В начальный период невесомости в большинстве случаев наступала нормализация физиологических функций по сравнению с показателями последней фазы активного участка, а в ряде случаев показатели были даже ниже исходных. Так, из 24 животных у 17 в начальный период невесомости отмечалось четкое урежение пульса на 15-127 уд/мин, в 2 случаях наблюдалось некоторое учащение сердцебиений на 12-37 уд/мин и в 65 случаях пульс практически не изменялся.

У собаки Лайки в начальный период орбитального полета (с 300-й по 850-ю секунды) частота пульса увеличилась до 250 уд/мин, а затем стабилизировалась и колебалась в пределах от 78 до 120 уд/мин. При полете животных на космических кораблях-спутниках переходный период характеризовался постепенным урежением пульса (на 10-24 уд/мин) по сравнению с конечным периодом активного участка полета. Только у собаки Белки в этот период произошло некоторое учащение пульса.

Нормализация частоты сердечных сокращений в первые минуты состояния невесомости после предшествующего воздействия перегрузок в ряде случаев была несколько более продолжительной, чем в наземных опытах на центрифуге. Так, время восстановления частоты пульса у собаки Чернушки после воздействия перегрузки в условиях лаборатории составляло 4-5 мин, в условиях невесомости — 7-8 мин. Увеличение времени возвращения к норме некоторых показателей физиологических функций животных в условиях невесомости, по всей вероятности, было обусловлено тем, что после прекращения действия перегрузок животное оказывалось в необычных гравитационных условиях. В экспериментах же на центрифуге после воздействия перегрузок животное находилось в привычных физических условиях земной гравитации. Очевидно, необычные условия невесомости изменяли уровень афферентации с рецепторных зон в центральную нервную систему и функциональное состояние подкорковых образований, регулирующих кровообращение и дыхание. В результате несколько удлинилось время нормализации показателей указанных функций после действия перегрузок. Возможно, данный эффект был несколько усилен действием сопутствующих факторов (вибрации, шума работающих двигателей и др.), интенсивность которых при запуске была выше, чем в лабораторных опытах.

При дальнейшем пребывании собак в условиях невесомости (суборбитальных и орбитальных полетов) в большинстве случаев отмечали более четкое урежение частоты пульса и нормализацию элементов ЭКГ. Однако на отдельных этапах пребывания животных в условиях невесомости иногда вновь наблюдали функциональные изменения деятельности сердечно-сосудистой системы: учащение пульса, повышение артериального давления и т.д. Это, вероятно, можно объяснить вегетативными сдвигами, периодическими волнообразными сменами симпатических и парасимпатических влияний, обусловленными изменением афферентации. Примечательно, что во время наземных лабораторных экспериментов частота пульса у животных колебалась в небольших пределах — от 90 до 120 уд/мин (у Белки 90-120, у Стрелки 100-112, у Пчелки 112-120, у Чернушки 100-115, у Звездочки 100-109 уд/мин).

Важно отметить, что нормализация частоты пульса в состоянии невесомости наступала у одних животных относительно быстро, у других медленно. У большинства собак уже через 1,5-2 ч действия невесомости частота пульса в ряде случае была даже ниже, чем перед.полетом. Статистический анализ показал, что у некоторых животных частота пульса урежалась на протяжении всего полета вплоть до вхождения корабля в плотные слои атмосферы. Так, частота пульса на 2-м витке у Мушки была 168 уд/мин, а на последнем, 16-м, витке — 87 уд/мин, что указывает на большую приспособляемость к необычным условиям существования.

У собак, совершавших повторные полеты, в большинстве случаев физиологические реакции были менее выраженными. Это указывает на адаптацию животных к экстремальным условиям. Так, при полете собаки Отважной (4-й полет) отмечали менее выраженные колебания частоты пульса по сравнению с показателями, зарегистрированными в 1-м полете. Эти сдвиги наступали, по-видимому, в результате функционального приспособления сердца к измененным условиям гемодинамики. Отсюда следует важный в практическом отношении вывод о целесообразности проведения специальных тренировок космонавтов с повторными воздействиями невесомости. Следует отметить, что у некоторых животных до конца пребывания в условиях невесомости частота пульса была нестабильной, а также наблюдалась синусовая аритмия, которая совпадала с фазами дыхания. Аналогичные явления отмечались и другими исследователями (Henry G. et al., 1958; Wan der Val, 1958; Graybiel A. et al., 1959).

По данным других исследователей, у животных (крыс) во время полета на высотной ракете «Вероника» сердечная деятельность и дыхание в условиях невесомости существенно не изменялись.

Следует отметить, что в наземных экспериментах в биокабинах геофизических ракет и кабинах ИСЗ продолжительностью от 5 до 30 сут частота пульса у животных изменялась незначительно и колебалась в пределах от 65 до 128 уд/мин. Вместе с урежением частоты сердечных сокращений отмечалось и изменение артериального давления. У 5 из 8 подопытных животных при полетах на высоту 212-450 км максимальное артериальное давление уменьшилось на 10-40 мм рт.ст., у одного повысилось на 40 мм рт.ст. и у двух практически не изменилось. Минимальное артериальное давление в трех случаях уменьшилось на 15-35, в одном увеличилось на 15 мм рт.ст. и в трех практически оставалось на исходном уровне.

Артериальное давление у Стрелки (в полете космического корабля-спутника) претерпело двухфазное изменение: в первые 7 ч пребывания в условиях невесомости наблюдалось падение систолического давления на 50-80 мм рт.ст. по сравнению с показателями на активном участке полета и на 40-48 мм рт.ст. по сравнению с предстартовыми данными. Затем отмечали некоторое повышение систолического и уменьшение диастолического давления. С 6-го витка систолическое давление повысилось до 200 мм рт.ст. с одновременным увеличением пульсового давления.

Средние величины минимального артериального давления в течение всего периода пребывания в невесомости были ниже исходных данных и колебались в пределах 30-48 мм рт.ст. Увеличение систолического давления в этот период, по-видимому, обусловлено повышением двигательной активности животного, что подтверждается актограммами.

Аналогичные данные получил Г.И.Павлов (1963) в условиях кратковременной невесомости на интактных животных. По его материалам, в начале невесомости величины артериального максимального и минимального давления снижались на 20-40 мм рт.ст., а к концу периода невесомости (на 25-30-й секунде) артериальное давление возвращалось к исходным величинам. Некоторое снижение артериального давления в условиях невесомости отмечали и другие авторы (Henry G. et al., 1952; Joston H. et al., 1963).

Интересна работа В.В.Яковлева (1962) по исследованию периферического кровообращения у животных во время полета на геофизических ракетах до высоты 212 км. Автор сделал заключение, что заметных нарушений периферического кровообращения не имеется, за исключением некоторого снижения сосудистого тонуса. По мнению ряда исследователей, снижение артериального давления может быть результатом «разгрузочного рефлекса», обусловленного снижением требований к сердечно-сосудистой системе в условиях невесомости и некоторым усилением тонуса блуждающего нерва.

Можно полагать, что в условиях невесомости происходит функциональная перестройка деятельности сердца, причем приспособление системы кровообращения к условиям невесомости у каждого животного происходит в разное время. Большое значение в осуществлении приспособительных реакций, по-видимому, играет состояние регуляторных механизмов и вегетативного отдела центральной нервной системы. Вероятно, в условиях невесомости происходит усиление парасимпатических и ослабление симпатических влияний на сердечную деятельность. Это подтверждается большой вариабельностью частоты пульса, заметным снижением систолического давления и некоторым удлинением предсердно-желудочковой проводимости. Примечательно, что величина артериального давления у животных несколько изменялась и при проведении длительных лабораторных экспериментов в кабинах малого объема. Было установлено, что, если у животных сохранялось состояние тренированности, изменение артериального давления на протяжении опыта оказывалось весьма незначительным (в среднем ±10-20 мм рт.ст.); если тренировка животных к пребыванию в кабине малого объема была недостаточной, в ряде случаев отмечалась неустойчивость артериального давления с тенденцией к повышению. Так, у Стрелки в опытах в ГКЖ максимальное артериальное давление повышалось на 20-25 мм рт.ст., минимальное — на 10-20 мм рт.ст. по сравнению с исходными данными.

О нормализации сердечной деятельности в невесомости свидетельствовал и характер изменения ЭКГ. Можно полагать, что некоторые различия в амплитуде ЭКГ объясняются индивидуальными особенностями высшей нервной деятельности у животных и особенностями телеметрической регистрации. Временные интервалы электрокардиограммы PQ, QRS, Q-T и R-R в условиях невесомости изменялись незначительно и находились в пределах допустимых физиологических колебаний. По сравнению с исходными значениями в условиях невесомости наблюдалось как уменьшение, так и некоторое удлинение времени предсердно-желудочковой проводимости.

Интересно отметить, что частота сердечных сокращений у животных в течение всего полета на ИСЗ также претерпевала некоторые изменения. Особенно это касалось более выраженной аритмии в конце полета по сравнению с наземными значениями. Продолжительность механической систолы (определялась по фонокардиограмме) в начале периода невесомости несколько уменьшалась, а затем увеличивалась и к концу первых суток полета восстанавливалась до исходных значений.

Продолжительность 1-го и 2-го тонов фонокардиограммы в начальный период невесомости несколько увеличивалась (особенно на 6-м витке), при дальнейшем пребывании в состоянии невесомости отмечалось уменьшение продолжительности 1-го тона до исходных значений. Продолжительность 2-го тона в конце полета была несколько больше исходной величины. Увеличение амплитуды и продолжительности 2-го тона фонокардиограммы может быть обусловлено усилением и запаздыванием его легочного компонента по отношению к аортальному. Указанные изменения продолжительности тонов сердца у подопытных животных соответствуют нормальным значениям показателей их фонокардиограммы. Кривые сфигмограммы, зарегистрированные у Чернушки и Звездочки в начале периода невесомости, несколько изменялись, а к концу полета практически не отличались от исходных величин.

Таким образом, можно полагать, что урежение пульса, уменьшение величины систолического и диастолического давления могут быть причиной снижения минутного объема сердца в условиях невесомости, а увеличение амплитуды первого цикла сейсмокардиограммы и укорочение механической систолы указывают на повышение скорости и уменьшение времени изгнания крови желудочками. Однако для полного объяснения этих изменений требуется дальнейшее изучение реакции сердечно-сосудистой системы в условиях невесомости.

Создается впечатление, что при действии невесомости происходит некоторая функциональная перестройка системы кровообращения в результате установления нового уровня функционирования систем организма. При этом важную роль в осуществлении приспособительных реакций, по-видимому, играют высшие отделы ЦНС. С целью выяснения их роли в регуляции функции сердечно-сосудистой системы и дыхания у животных при воздействии на них экстремальных факторов полета были проведены дополнительные исследования на наркотизированных животных.

В состоянии невесомости пульс регистрировали у трех наркотизированных животных, частоту дыхания и артериальное давление — у двух. Анализ полученных данных показал, что у животных, находящихся в условиях невесомости в состоянии наркоза, отмечались значительно менее выраженные учащение пульса, повышение артериального давления и дыхания. Так, пульс у собак Белки и Модницы под наркозом во время полета существенно не отличался от величин, зарегистрированных в исходном состоянии, и колебался в пределах от 33 до 90 уд/мин. Артериальное давление изменялось всего в пределах 5-10 мм рт.ст. Сопоставление электрокардиограмм животных, находившихся в полете в интактном состоянии и под наркозом, показало также менее значительные изменения конфигурации зубцов и интервалов ЭКГ у наркотизированных животных по сравнению с интактными.

При сравнении физиологических показателей в условиях невесомости у одних и тех же животных в интактном состоянии и при наркозе, отмечали менее выраженные сдвиги у наркотизированных животных. Этот факт свидетельствует о большой роли экстеро- и интероцептивных рефлексов и состояния ЦНС в формировании физиологических реакций.

Необходимо отметить, что периоды восстановления основных регистрируемых параметров до исходного уровня у интактных и наркотизированных животных оказались различными. Более быстро нормализация наступала у наркотизированных животных и замедленно — у интактных. Этот факт еще раз подчеркивает значение функционального состояния ЦНС в нормализации физиологических функций.

Следует отметить, что наши исследования на наркотизированных животных практически не расходились с данными Henry G., Ballinger E., Macher P., Simons D. (1952), которые проводили эксперименты на обезьянах под наркозом в полетах ракет до высоты 60-120 км. Авторы не заметили существенных нарушений вегетативных функций, но отметили, что в состоянии невесомости наблюдалась тенденция к снижению артериального и венозного давления. Это, вероятно, обусловливалось тем, что изменения кровяного давления, возникающие вследствие потери веса крови (гидростатического давления), могли компенсироваться за счет изменения тонуса сосудов, обусловленного некоторыми изменениями афферентации с барорецепторов сосудистых зон.

Сходные данные были получены также Weber W.E. (1964), Walawski J., Kaleta Z. (1962) и др. в лабораторных экспериментах при моделировании состояния невесомости путем погружения наркотизированных животных в иммерсионные среды. Авторы пришли к выводу, что гемодинамические сдвиги у наркотизированных животных в этих условиях были минимальными. При пребывании животных в условиях иммерсии (1%-ный солевой раствор) электрокардиограммы практически не изменялись.

Сопоставляя наши данные, полученные в полете, с результатами лабораторных исследований (в иммерсионных средах), можно сделать заключение, что у находящихся под наркозом собак не наблюдалось выраженных изменений частоты дыхания, пульса и кровяного давления. Это указывает на ведущую роль высших отделов ЦНС в регуляции вегетативных реакций при нахождении животных в различных экстремальных условиях. К сожалению, эксперименты в иммерсионной среде позволяют лишь косвенно изучать отдельные стороны воздействия невесомости на организм животного. Рассмотрение экспериментальных данных показывает, что в условиях невесомости реакции сердечно-сосудистой системы характеризуются определенной фазностью. В первые минуты состояния невесомости после воздействия поперечных перегрузок в регуляции сердечного ритма, очевидно, преобладает симпатический эффект. Затем по мере пребывания в состоянии невесомости устанавливается иной физиологический уровень жизнедеятельности, происходит включение компенсаторно-приспособительных механизмов и наступает адаптация организма к необычным условиям существования. В этот период преобладают парасимпатические явления (вагус-фаза) с урежением частоты пульса, нормализацией элементов электрокардиограммы и снижением величины артериального давления.

Некоторые исследователи выделяют несколько фаз в адаптации организма животных к состоянию невесомости:

— первая фаза переходная. В ней наблюдаются изменения, обусловленные главным образом последействием перегрузок;

— вторая фаза: неполное приспособление к условиям невесомости. В ходе этой фазы происходит активный поиск организмом устойчивых состояний, которые соответствовали бы новым физическим условиям;

— третья фаза: относительно устойчивого приспособления к условиям невесомости. В этой фазе, по-видимому, организм приходит к какому-то новому уровню функционирования. Это положение подлежит дальнейшему изучению и уточнению на интактных и наркотизированных животных в более длительных экспериментах.

Анализ полученного материала показал, что в зависимости от характера и степени выраженности вегетативных реакций организма на воздействие невесомости животных условно можно разделить на три группы:

— с преобладанием депрессорной реакции (понижение артериального давления и отчетливое снижение частоты пульса — самая многочисленная группа);

— с преобладанием прессорной реакции (повышение артериального давления и учащение пульса);

— с уравновешенными вегетативными реакциями (частота пульса и артериальное давление изменялись незначительно).

Различная устойчивость к воздействию невесомости, по-видимому, связана с компенсаторно-приспособительными возможностями каждого животного, их исходным функциональным состоянием, обусловленным предшествующим воздействием экстремальных факторов полета.

Температура тела животных в состоянии невесомости была несколько ниже, чем в обычных земных условиях, и колебалась в полете в пределах от 35 до 37,4°С, в лабораторных условиях — от 38 до 39°С. Реакции сердечно-сосудистой системы в период невесомости были в пределах обычных физиологических колебаний.

Уже к концу 1-го и в начале 2-го витка корабля вокруг Земли основные показатели физиологического состояния животных (частота сердечных сокращений, артериальное давление, характер электрокардиограмм) оказались близкими к исходным значениям. Это свидетельствует о хорошей приспособляемости животных к условиям невесомости.

Значение полетов геофизических ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей-спутников не исчерпывается полученной научной информацией. Широкая программа биологических экспериментов, в которых животные были возвращены на Землю, позволила получить материал, дающий представление об отдаленных последствиях влияния космического полета на организм живых существ. Физиологические реакции и состояние животных после полета во многом зависели от того стрессового состояния, в котором они пребывали, и от типа нервной системы животного.

Послеполетный поиск подопытных животных осуществлялся специальными группами. По различным причинам (метеорологическим, техническим и др.) поиск животных продолжался от 1,5 ч до нескольких суток, что в ряде случаев приводило к перегреву собак и задержке послеполетного обследования. Животные подвергались всестороннему клинико-ветеринарному обследованию, включавшему рентгенографию органов грудной клетки, взвешивание, биохимические исследования крови и мочи и т.д.

Поведение собак после приземления было спокойным, реакция на окружающую обстановку — обычной. Собаки были активны, адекватно реагировали на воздействие внешних раздражителей, отзывались на кличку и т.д. Безусловные пищевые рефлексы у животных сохранялись после полета в полном объеме. Повреждений кожных покровов, видимых слизистых и костно-опорного аппарата у животных не отмечали. Тем не менее, при проведении более тщательного осмотра в некоторых случаях при полете на геофизических ракетах на стенках герметической кабины и на носу животных были обнаружены капли крови. Кроме того, при внешнем осмотре животных после полета были обнаружены незначительные кровоизлияния в склеру глаз, слизистую полости рта, ушные раковины.

На рентгенограммах органов грудной клетки, костной системы и придаточных пазух носа видимых патологических изменений после полета у большинства собак обнаружено не было. Однако при рентгенографическом обследовании органов грудной клетки собак спустя 1-2 месяца после полета было выявлено некоторое увеличение правого желудочка сердца (Белка, Чернушка). И до настоящего времени мы не располагаем достаточными данными для того, чтобы связать эти изменения с полетом или напряженной предполетной подготовкой. В дальнейшем при наблюдении за подопытными животными в течение 5-6 лет на рентгенограммах грудной клетки патологических изменений не было выявлено.

В 14 из 15 полетов животных на ракете Р-2А отмечалось уменьшение массы тела после полета на 0,2-0,6 кг. Эти изменения незначительны и не выходят за пределы физиологических колебаний массы тела животных, находящихся в обычных условиях, поэтому, вероятно, нет оснований приписывать эти изменения специфическому воздействию полета.

Температура тела животных после полета изменялась как в сторону повышения, так и в сторону уменьшения (-0,5; +0,3°С) и не выходила за пределы физиологических норм (по данным А.Д.Слонима, 1952, температура тела здоровых собак колеблется от 38,5 до 39,5°С).

С целью более подробного изучения отдаленных последствий полетов производилось исследование периферической крови у подопытных животных. Анализ полученных данных показал, что после полетов на геофизических ракетах и космических кораблях-спутниках у большинства животных наблюдался лейкоцитоз со сдвигом формулы влево. У некоторых собак увеличение количества лейкоцитов было незначительным, и через 1-2 дня признаков лейкоцитоза уже не отмечалось. Увеличение количества лейкоцитов колебалось в пределах от 1800 до 11 050 клеток. Число палочко-ядерных форм увеличилось от 2 до 30%, количество лимфоцитов было снижено.

Колебания уровня моноцитов и эозинофилов носили неопределенный характер. В одном случае через 10 суток после полета у собаки Чернушки наблюдалась умеренно выраженная лейкопения, которая держалась в течение 12 дней и причину которой установить не удалось. Можно предположить, что лейкоцитоз и измененная нейтрофильная реакция обусловлены перераспределением крови в организме и, прежде всего, поступлением в кровяное русло элементов лейкоцитарного ряда из печени, селезенки и других органов. Такое перераспределение, возможно, возникло в результате механического влияния на организм отрицательных перегрузок в момент торможения головной части ракеты в плотных слоях атмосферы и ударных перегрузок при приземлении. Нельзя не учитывать при этом также значение реакции типа стресс, которая, в свою очередь, может оказать существенное влияние на нервно-рефлекторные механизмы, ведающие перераспределением периферической крови.

До и после полета у животных исследовались также основные показатели красной крови. Результаты исследований показали, что со стороны красной крови особых отклонений от нормы не наблюдалось. Однако в большинстве случаев отмечалось небольшое снижение уровня гемоглобина и эритроцитов после полета. Было также установлено, что параллельно с увеличением свертываемости крови (на 18-30-й секундах полета) происходило некоторое повышение содержания кальция в крови (на 10 мг%) и уровня протромбина в плазме (на 5-11%). Следует отметить, что через несколько дней после возвращения из полета в крови некоторых собак было обнаружено увеличение альфа-глобулина, сывороточного мукоида и общего белка, а также уменьшение холинэстеразной активности.

Вместе с тем не удалось выявить каких-либо заметных и стойких нарушений в обмене нуклеиновых кислот. Через 13-23 сут. после полета все показатели возвращались к норме и в течение длительного периода наблюдений не выходили за ее пределы. При исследовании серотонина (биогенного амина, 5-окситриптамина) выявлено его снижение в 3,5-10 раз в крови подопытных собак в 1-е и 2-е сутки после полета с последующей нормализацией до исходных величин.

Не было обнаружено каких-либо закономерных изменений величины диуреза и удельного веса мочи у Белки и Стрелки после полета. Концентрация свободных коргикостероидов в моче у Белки и Стрелки через 7-27 суток после полета была на уровне нижней границы нормы и составляла 0,01-0,38 мг/сутки по сравнению с 0,02-0,26 мг в норме (А.А.Гюрджиан и др., 1962).

Сопоставление результатов послеполетного обследования в течение 6 лет с данными, полученными в процессе многочисленных исследований перед запуском геофизических ракет и космических кораблей-спутников, показало, что суборбитальные и орбитальные полеты не вызывали каких-либо отдаленных патологических реакций в общем состоянии животных и их поведении. Биологические эксперименты во время полетов баллистических ракет и космических кораблей-спутников были необходимы перед полетом человека в космос и во многом способствовали его осуществлению. Они имели важное научное и практическое значение для изучения физиологических реакций человека в условиях полетов по параболе Кеплера.

Одним из главных препятствий на пути освоения человеком космического пространства является космическая радиация. Впервые советские ученые получили возможность изучать биологическое действие космической радиации на биообъектах, которые экспонировались на высотах 180-320 км в течение 1,5-25 ч, а затем были возвращены на Землю.

При разработке программы биологических экспериментов на кораблях-спутниках советские ученые руководствовались идеей получения всесторонней информации о биологическом действии факторов полета и стремились избрать такой комплекс методов исследования, который наилучшим образом отвечал бы задачам изучения биологического действия космической радиации. В летных экспериментах использовались биологические объекты, стоящие на разных ступенях развития, с различной радиочувствительностью и разнообразные методические приемы.

На 2, 4-м и 5-м кораблях-спутниках были помещены различные биологические объекты:

— млекопитающие: собаки, морские свинки, лабораторные крысы и мыши;

— насекомые: мухи-дрозофилы;

— растительные объекты: традесканция, зерна и проростки различных сортов пшеницы, гороха, кукурузы, лука, чернушки и др.;

— культура водоросли хлореллы;

— микробиологические и цитологические объекты на тканевом, клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях:

а) кусочки кожи человека и кролика, реимплантируемые донорам после полета;

б) культуры различных тканей (костного мозга, клеток Хела и т.д.);

в) грибы-актиномицеты различных штаммов;

г) бактерии: различные штаммы кишечной палочки, палочки маслянокислого брожения, лизогенные бактерии;

д) фаги;

е) дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК);

ж) набор ферментов (пепсин, трипсин, рибонуклеаза и т.д.);

з) препарат клеточных ядер;

и) гомогенат из зародышей пшеницы;

к) вирусы табачной мозаики и гриппа.

Некоторые из биологических объектов (мухи-дрозофилы, проростки семян лука, пшеницы, лизогенные бактерии и др.) находились также на космических кораблях «Восток» и «Восток-2».

В экспериментах изучали влияние космической радиации как на жизнедеятельность, так и на наследственность биологических объектов. В опытах на млекопитающих особое внимание уделяли исследованию кроветворения, определению продуктов обмена нуклеиновых кислот (дезоксицитидина и др.), изучению состояния естественного иммунитета.

Общеклинические наблюдения и специальные лабораторные исследования млекопитающих, летавших на космических кораблях-спутниках, не выявили каких-либо патологических признаков действия ионизирующих излучений (срок наблюдения собак 1,5 года).

При цитологическом исследовании костного мозга мышей, перенесших космические полеты, отмечали некоторое статистически достоверное увеличение частоты хромосомных нарушений. При патоморфологическом исследовании этих животных были обнаружены дистрофические, большей частью обратимые изменения в паренхиматозных органах. Контрольные эксперименты в лабораторных условиях показали, что указанные изменения у мышей могут возникать под влиянием не только ионизирующего излучения, но и вибраций, ускорений.

В опытах на дрозофилах, перенесших космические полеты, была обнаружена тенденция к увеличению частоты доминантных деталей и индуцированного кроссинговера, достоверное увеличение частоты сцепленных с полом рецессивных деталей и нерасхождения хромосом. Анализ материалов, полученных в лабораторных условиях, дает основание считать, что увеличение частоты доминантных деталей и индуцированного кроссинговера может быть вызвано действием низкочастотных вибраций (70 Гц). Увеличение частоты сцепленных с полом рецессивных деталей и нерасхождения хромосом, вероятно, связано с влиянием ионизирующего излучения или невесомости. У семян пшеницы и гороха после космических полетов отмечали небольшое увеличение процента хромосомных перестроек и стимуляцию деления клеток. На семенах лука и чернушки при полном отсутствии влияния на хромосомные перестройки был обнаружен эффект стимуляции роста. Контрольные исследования в лабораторных условиях показали, что эффекты, выявленные на семенах после космических полетов, могут быть обусловлены действием не только ионизирующего излучения, но и других факторов полета, например вибраций.

В исследованиях на многочисленных микробиологических и цитологических объектах, за исключением лизогенных микробов, не отмечали влияния космической радиации. В некоторых экспериментах на лизогенных микробах, перенесших космические полеты, незначительно увеличивалась продукция фага, что, вероятно, следует связать, прежде всего, с действием ионизирующего излучения.

Таким образом, из изменений, обнаруженных у биологических объектов, перенесших космические полеты, лишь немногие можно связать с влиянием ионизирующего излучения. К ним следует отнести увеличение частоты сцепленных с полом рецессивных деталей и нерасхождения хромосом (мухи-дрозофилы), стимуляцию деления клеток (семена пшеницы, гороха), увеличение продукции фага (лизогенные микробы).

Результаты биологических экспериментов согласуются с данными о дозе космической радиации, полученными с помощью различных физических дозиметров. В среднем эта доза составляла 10 мрад/сутки. Проведенные исследования на биологических объектах показали, что кратковременный полет человека по орбитам, расположенным ниже радиационных поясов, при отсутствии солнечных вспышек и достаточной защите не является опасным в радиационном отношении.

Таким образом, в длительных исследованиях этап за этапом с 1948 по 1961 гг. советские ученые накопили уникальные научные данные, которые со всей очевидностью позволили обосновать возможность полета человека в космическое пространство. Все проведенные исследования позволили выдать исходные научные данные для разработки систем жизнеобеспечения, средств индивидуальной защиты, системы дистанционного контроля за состоянием космонавтов, работой систем, обеспечивающих безопасность космического полета. Только хорошо продуманная программа широких научных исследований по ракетной технике, физике, геофизике, радиоэлектронике, химии, космической биологии и медицине позволила подойти к осуществлению извечной мечты человечества — полету человека в просторы Вселенной. Последовательность и системность проведения научных экспериментов на животных предопределили успех последующих космических полетов.

Примерно за год до первого полета собак на искусственном спутнике Земли после успешных пусков геофизических ракет с животными в один из вечеров С.П.Королев, М.К.Тихонравов, К.Д.Бушуев и я, размечтавшись, высказались за возможность запуска человека на геофизической ракете.

Эти мысли давно уже витали среди нас. Мои сотрудники возможность полета человека на геофизической ракете считали вполне реальной. Ко мне поступили заявления с ходатайством о допуске к полету от старших научных сотрудников А.М.Генина, А.Д.Серяпина. Конструкторское бюро Королева в это время было занято разработкой и изготовлением многоступенчатой межконтинентальной ракеты. Эти новые работы отодвинули идею полета человека на геофизической ракете. Риск и стоимость полета человека на геофизической ракете были не многим более, чем полет на многоступенчатой ракете на большие высоты и расстояния. Когда многоступенчатая ракета была испытана и запущена, Королев забыл идею полета человека на геофизической ракете. Кроме того, охлаждение Королева к полету человека на геофизической ракете можно объяснить и тем, что авиация уже осваивала полет в стратосферу и полет не выявил бы каких-либо преимуществ ракетной техники перед.самолетной при освоении стратосферных полетов. Еще некоторое время Сергей Павлович, его соратники и я думали о возможности полета человека на ракете по баллистической кривой подобно тому, какой выполнили американцы весной 1961 г. Но, рассмотрев этот вариант с технической, медицинской и научной сторон, пришли к выводу, что он не позволит решить все научные и практические задачи, возлагаемые на полет. В мае 1958 г. С.П.Королев и М.К.Тихонравов обсуждали возможность полета человека в космос на тяжелом спутнике Земли. Через 2 месяца, а именно в июле 1958 г., Королев и Тихонравов подготовили записку в правительство о перспективных работах по ракетной технике. В записке четко указывалось на необходимость проведения широких научных исследований и выполнения разработок по обеспечению оптимальных условий существования человека на всех этапах космического полета. В ноябре 1958 г. на Совете главных конструкторов и руководителей исследований было принято решение начать разработку спутника для человека. Эта задача была возложена на М.К.Тихонравова и К.П.Феоктистова, которые уже давно проводили расчеты оптимального варианта тяжелой ракеты для космического полета человека.