В 1985 году в ходе эксперимента Европейского космического агентства (ЕКА) по линейному ускорению на борту аппарата «Spacelab-1» на частоте от 0,18 Гц до 0,8 Гц испытуемые колебались синусоидально на линейных санях, создавая пиковое линейное ускорение 0,2 g.
Основным результатом было то, что испытуемые в микрогравитации не воспринимали линейные ускорения в Гц менее чем на 0,2 Гц как искусственную гравитацию.
Линейные сани ЕКА на борту аппарата Spacelab D-1 могут генерировать линейные ускорения в диапазоне от 0,2 г до 1 г. Из-за ограниченной длины пути (2,5 м) устойчивое постоянное воздействие возможно только при очень низких значениях.
Полет Международной лаборатории микрогравитации
Еще один эксперимент, проведенный во время полета Международной лаборатории микрогравитации Spacelab International Microgravity Laboratory (IML1) на «STS-42» в 1992 году, состоял во вращении четырех объектов на ротаре по углу продольного и поперечного наклона. Голова испытуемых находилась на расстоянии 0,5 м от центра, испытывая ускорение 0,22 g (-Гц), в то время как ноги находились по другую сторону оси вращения, испытывая ускорение 0,36 g (+Гц).
Не было необычных инверсионных явлений, указывающих на то, что искусственный гравитационный стимул в -0,22 г в голову не обеспечивает вертикального ориентира ни у одного из испытуемых.
При вращении объектов под углом наклона или крена, поскольку ось вращения находится примерно в центре массы, центробежная сила (0,22 г), оказываемая на голову, направлена от ноги к голове (-Гц), а центробежное ускорение, оказываемое на ноги, направлено от головы к ноге.
В 1998 году ход миссии нейролаборатории не одобряли «STS-90», была проведена систематическая оценка воздействия искусственной гравитации на человека с использованием внеосевого ротара ЕКА - короткорадиусной центрифуги с переменным радиусом действия от 0,5 до 0,65 м, способной создавать искусственные силы тяжести 0,5 и 1 g. Искусственные силы тяжести применялись в течение семи минут (по оси ±Гц в течение трех минут).
Движения глаз и восприятие, зафиксированные во время искусственных гравитационных событий, предоставили как объективные, так и субъективные данные. Эксперимент показал, что испытуемые воспринимали устойчивые уровни 0,5 г и 1 г как искусственную гравитацию. В этой ориентации ось вращения находилась на уровне бедер.
Во время центрифугирования на Земле испытуемые испытывали наклон головы вниз на 27 градусов (при 0,5 г) или 45 градусов (при 1 г). В условиях микрогравитации единственным стимулом ускорения было центростремительное ускорение, и у испытуемых была иллюзия, что они стоят на голове.
Хотя порог восприятия линейного ускорения у человека составляет порядка 0,007 г, порог восприятия искусственной гравитации астронавтами в космосе на основе имеющихся данных составляет примерно от 0,22 до 0,5 г.
Возможно, нет необходимости воспринимать искусственную гравитацию на когнитивном уровне, чтобы она была эффективной в качестве контрмеры. Однако для целей определения зоны комфорта космонавтов в искусственной гравитационной среде (вращающийся космический аппарат или центрифуга) было бы крайне полезно определить пороговое значение воспринимаемой искусственной гравитации.
Астронавты, побывавшие на Луне и на ее орбите
К сожалению, на борту МКС, по крайней мере, в ближайшей перспективе, не планируется устанавливать центрифугу для людей. Фактически астронавты, побывавшие на Луне, в течение нескольких часов или дней подвергались воздействию пониженной силы тяжести на Луне (0,16 г) в ходе своих 12-дневных космических полетов. Они сообщили, что у них "трудности с определением того, что является прямой вверх и вниз".
Во время полета на"Аполлоне-11" пол лунного модуля на поверхности Луны был наклонен на 4,5 градуса от горизонтали, но экипаж не заметил такого наклона. Во время космических походов по Луне астронавты несколько раз теряли равновесие, в большинстве случаев из-за того, что не могли оценить склон местности.
Они также сообщили об этой проблеме, "вызванной тем, что наши камеры и научные эксперименты иногда не поддерживали ожидаемого нами уровня качества изображения".
Интересно, что после полета астронавты «Аполлона» наблюдали меньшее уменьшение размера сердца и меньшее увеличение частоты сердечных сокращений по сравнению с астронавтами со «Skylab» и «Shuttle».
К сожалению, не было проведено сравнения результатов, полученных при обследовании астронавтов, которые находились на Луне, и тех, кто находился на орбите вокруг Луны. Таким образом, нельзя с уверенностью утверждать, что воздействие лунного притяжения в ходе разведывательных полетов было полезным для снижения сердечно - сосудистой декондиции.
Все эти астронавты были высококвалифицированными летчиками-истребителями в образцовом физическом состоянии. Их долгие часы полета на реактивных самолетах, возможно, повысили их ортостатическую устойчивость и способствовали развитию адаптивной защиты у этих людей по сравнению с другими астронавтами "Skylab" и "Sace Shuttle".
Эксперименты нейролаборатории «Spacelab»
Интересно отметить, что четыре испытуемых, которые периодически испытывались в бортовой центрифуге во время вышеупомянутого полета нейролаборатории «Spacelab», как представляется, добились некоторой степени устойчивости к ортостатической нестабильности после полета и не показали обычного снижения вестибулярной чувствительности к наклону. У остальных трех членов экипажа в этой миссии была ортостатическая нетерпимость.
Исходя из того, что около 64% астронавтов испытывают глубокую послеполетную ортостатическую нетерпимость, вероятность того, что четыре члена экипажа не проявят ортостатическую нетерпимость случайно, составляет примерно 1:60 (0,364). Во время полета центрифуга работает в совокупности около 10 минут по 0,5 г или 1 г каждый второй день, общая продолжительность полета колеблется от 45-60 минут в течение 16-дневного полета.
Очевидно, что для подтверждения этих результатов необходимо провести больше экспериментов. Несмотря на отсутствие возможностей для проведения летных испытаний, ряд лабораторий по всему миру продолжают наземные исследования эффективности и приемлемости крупномасштабных вращающихся искусственных гравитационных сред.
Разумеется, проведению всех этих исследований препятствует постоянное гравитационное притяжение. На Земле гравитация увеличивает центробежную силу векторно и создает чистую удельную гравитоинерциальную силу (GIF), которая наклоняется по отношению к горизонтали. В невесомости уровень искусственного притяжения эквивалентен центробежной силе.
