Что происходит с человеком в открытом космосе. Что будет с человеком, попавшим в открытый космос без скафандра

Что будет с человеком в вакууме?

А сколько человек может находиться в
космическом пространстве без скафандра?
-Да практически ВЕЧНО...
(народный юмор)

Может ли выжить человек без скафандра в открытом космосе? Голливуд предлагает различные версии того, что случается с человеком в вакууме. От мгновенного замерзания до лопающихся глаз и кровеносных сосудов. Самый, наверное яркий эпизод с Арнольдом Шварцнегером на Марсе. Выглядел он при этом несколько жутковато, но, в общем выжил. В "Одиссее 2001 года" так пошли еще дальше - там герой умудряется проскочить без скафандра из одного корабля до другого. Возможно ли это?
Какие проблемы поджидают космического путешественника в открытом космосе?

Начнем с температуры. Считается, что температура в открытом космосе стремится к абсолютному нулю -273 С градусам. С набором высоты температура воздуха падает. Однако, при практически полном отсутствии воздуха, конвективного теплообмена также не будет происходить, следовательно тепло практически не будет теряться. Также, как между стенками колбы термоса, откуда откачан воздух. Космос - большой термос, который не дает остыть планете. Основная проблема с температурой в космических аппаратах, это отнюдь не охлаждение, а, наоборот, перегрев вызванный невозможностью отвести тепло. Несомненно, практически мгновенно будет испаряться жидкость с поверхности кожи, вызвав ее местное охлаждение, а также испарятся слюна и слезы.

Далее. Излучение, включающее в себя не только видимый солнечный свет, но и прочее излучение в широком спектре - ультрафиолет, радиоактивное и электромагнитное излучение - все то что изрядно фильтруется и отражается различными слоями атмосферы - все это представляет изрядную опасность для незащищенной кожи. Солнце достаточно быстро нагреет поверхность кожи, лишенную возможности охлаждаться привычным путем, отдавая тепло в воздушную среду. Но, думается, несколько секунд пребывания в открытом космосе не окажутся смертельными по этой причине. Ожоги будут, радиации хватанется изрядно. Но выжить можно.

Будет ли кипеть кровь внутри организма из-за понижения давления? Однозначно - нет. Кровь находится под более высоким давлением, чем во внешней среде, а именно обычное кровяное давление составляет порядка 75/120. Тоесть между ударами сердца, давление крови 75 Torr (примерно 100 мбар) выше внешнего давления. Если внешнее давление упадет до нуля, то при кровяном давлении 75 Torr температура кипения воды составит 46°С, что выше температуры тела. Эластичное давление стенок кровеносных сосудах удержит давление крови достаточно высоким, и температура тела будет ниже температуры кипения.

И подошли, наконец, непосредственно к основной проблеме, которую встретит лишенный герметичного скафандра космонавт в открытом космосе - вакууму.

1. Раздует ли человека из-за разницы давлений? Не настолько, что бы он взорвался, поскольку прочности кожи вполне достаточно, чтобы выдержать внутреннее давление крови и других жидкостей.

2. На языке слюна видимо будет кипеть и испаряться. В 1965 году в NASA из-за поврежденного скафандра астронавт был в течение 15 секунд подвержен воздействию вакуума (мене 1 бар) в барокамере. Человек еще находился в сознании первые 14 секунд, а последнее, что он запомнил это как слышал утечку воздуха и закипающую на языке слюну. (Он после этого, кстати, выжил). Напомним, на всякий случай, что хотя происходит кипение слюны, температура ее не повышается, а скорее наоборот - понижается из-за испарения.

3. Опыты на животных при декомпрессии до состояния вакуума, дают следующие предположения. Скорее всего, человек в открытом космосе сохранит сознание в течение 9–11 секунд. После этого из-за недостатка кислорода наступает паралич, судороги мышц и снова паралич. Одновременно происходит образование водяного пара в мягких тканях и в венозной крови, что приведет к распуханию организма, возможно, до двукратного объема. Впрочем, даже точно подогнанная эластичная одежда может полностью предотвратить распухание - эбуллизм при снижении давления до 15 мм ртутного столба. 4. Сердечная деятельность. Пульс сначала может увеличиться, но затем будет быстро снижаться. Артериальное кровяное давление упадет в течение 30–60 секунд, венозное же повысится из-за распирания венозной системы газом и паром. Венозное давление в течение одной минуты достигнет уровня артериального давления, эффективная циркуляция крови практически прекратится.

5. Остатки воздуха и водяного пара будут выходить через дыхательные пути, что охладит рот и нос почти до температуры замораживания. Испарение с поверхности тела также будет приводить к охлаждению, но более медленно.

6. Животные, на которых проводились опыты, гибли вследствие фибрилляции сердца в течение первых минут еще в условиях близких к вакууму. Однако, они как правило, выживали, если восстановление давления происходило в течение примерно 90 секунд.

Таким образом, можно сделать выводы, что человек, оказавшийся внезапно в условиях вакуума, вряд-ли самостоятельно в течение 5–10 секунд сможет оказать себе помощь, однако если его успеют спасти в течение минуты-полутора, то, несмотря на серьёзные повреждения организма, можно предположить, что у него есть немаленькие шансы выжить и восстановить основных функции жизнедеятельности.

Кроме непосредственного воздействия вакуума, есть еще одна серьезная проблема - это декомпрессия сама по себе, которая может иметь катастрофические последствия. В том случае, если космонавт при резком понижении давления рефлекторно попытается задержать дыхание, это почти неминуемо приведет к разрыву легких. Такая декомпрессия называется даже получила название «взрывной». Спасти человека будет уже невозможно. Вызванный испугом выброс адреналина ускоряет темп сжигания кислорода», в результате время полезного сознания уменьшается от 9–12 секунд до 5-6.

Случаев пребывания людей в вакууме без видимых последствий было зафиксировано несколько. Много больше произошло случаев, когда человека спасти не удавалось. Основные патологические изменения, как правило, связаны с удушьем. Считается, что основными причинами смерти в этом случае могут быть острая сердечно-сосудистая и дыхательная недостаточность, разрыв легких и отрыв их от внутренних стенок грудной полости…

Еще одной из вероятных проблем в ходе быстрой декомпрессии является расширение газов в полостях тела, которое может повлечь за собой существенные последствия. Из-за расширяющегося газа, находящегося в желудке и кишечнике, диафрагма смещается вверх что может воспрепятствовать дыхательным движениям и воздействовать на отростки блуждающего нерва. Это может послужить причиной сердечно-сосудистой депрессии, и даже вызывать снижение артериального давления, потерю сознания и шок. Впрочем, внутрибрюшное расстройство после быстрой декомпрессии исчезает как только выходит наружу избыточный газ.

Анализируя вышеизложенное, можно прийти к выводу, что наиболее среди кинематографистов наиболее точно отображены эффекты воздействия вакуума на человека в Одиссее 2001 года. Те несколько секунд пребывания в открытом космосе герою, который практически двигался в это время по инерции к шлюзы, астронавт в принципе мог пережить. Герой Щварцнегера, находящийся на поверхности Марса в ситуации, предложенной создателсями фильма, также выглядит вполне правдоподобно, поскольку там есть, хоть и сильно разряженная, но какая-то атмосфера. Поэтому процессы будут иметь не такой быстрый характер как в открытом космосе.

А вот еще более интересный вопрос, который мы оставляем на обдумывание читателям. Сможет ли когда-нибудь человек путем эволюции или генной модификации приспособиться к жизни в открытом космосе?

****В двух словах:

Наиболее частные заблуждения: замерзнет в бревно, разорвет на куски, кровь вскипит.
[...] опыты на животных при декомпрессии до состояния вакуума. В ней не приводятся никакие данные об опытах на людях.
Некоторый уровень сознания, возможно, будет сохраняться в течение 9–11 секунд. Вскоре после этого наступает паралич, сменяемый общими судорогами и затем снова наступает паралич.
сообщили о случаях гибели животных вследствие фибрилляции сердца в течение первых минут в околовакуумных условиях. Однако, животные, как правило, выживали, если рекомпрессии (восстановление давления) происходило в течение примерно 90 секунд.
Но если срочная помощь поспеет, то, несмотря на серьёзные внешние и внутренние повреждения, разумно предположить, что рекомпрессия до допустимого давления (200 мм ртутного столба, 3,8 psia) в течение 60–90 секунд может привести к выживанию, и, возможно, к довольно быстрому восстановлению основных функций.
Заметим, что в этом рассуждении рассматриваются только эффекты, связанные с воздействием вакуума.
Но в практическом смысле, в космосе нет температуры - нельзя измерить температуру вакуума, потому что там её нет.
Совершенно верно, отчего-то я был введен в заблуждение «абсолютным нулем» с его -273 градусами. Но ведь вакуум подразумевает отсутствие воздуха, соответственно температуры нет никакой. Вообще.
Зафиксировано несколько случаев пребывания людей в вакууме без видимых последствий. В 1966 техник НАСА в Хьюстоне подвергся декомпрессии до состояния космического вакуума при аварии во время испытания скафандра. Этот случай упоминает Рот (см. ссылку выше). Техник потерял сознание через 12–15 секунд. Когда давление было восстановлено примерно через 30 секунд, он пришёл в сознание, без явного ущерба для организма.

Многие люди часто интересуются «А что произойдет, если...?». Данная статья расскажет, что произойдет с человеком, оказавшимся в открытом космосе при отсутствии защитного скафандра. Существуют несколько ошибочных версий, основанных не на реальных экспериментальных данных, а, скорее, взятых из фантастических фильмов. Статья поможет отличить правду от вымысла и разобраться в причинно-следственных связях.

Особенность открытого космоса - практически полный вакуум. В вакууме отсутствует атмосферное давление, это сильно разряженный газ. Но как это сказывается на человеке? Сколько времени в запасе для спасения и существует ли оно в принципе?

Бытует мнение, что человек моментально взорвется. Это миф. Кожа является надежным защитником. Кроме того, кожа отлично помогает сохранять внутреннее давление организма в первое время, вследствие чего кровь не закипит от резкого изменения давления. Давление снижаться, конечно, будет, но постепенно. Из-за снижения давления возникнет эбуллизм, выражающийся в появлении в жидкостях организма пузырьков. При этом тело может увеличиться в размерах в два раза.

Но существуют и другие жидкости, не имеющие надежной защиты, например, слюна. Опытным способом установили, что слюна может закипеть в открытом космосе, так как давление в вакууме практически отсутствует, а слюна имеет температуру тела. Но закипание произойдет не моментально. В космосе жидкости испаряются достаточно медленно. Помимо слюны, испаряться начнут прочие незащищенные жидкости со слизистых оболочек и даже глаз.

Может ли человек замерзнуть в космосе? Может, но это достаточно продолжительный процесс. В космосе нет теплопроводности, там ни жарко, ни холодно, поэтому таким способом отдавать тепло не получится. Тепло теряется в результате излучения. Человек постоянно излучает тепло, но в обычной жизни это практически незаметно. Людей защищает одежда, греет солнце и земля, атмосфера хорошо изолирует, вследствие чего отданное тепло возвращается. В космосе не существует изоляторов, поэтому тепло начнет постоянно уходить.

Кроме того, вследствие отсутствия изоляторов велика вероятность приобрести ожоги. В космосе невероятно сильное ультрафиолетовое излучение. Достаточно буквально 10 секунд для получения ожогов, сравнимых с последствиями длительного пребывания на пляже.

В открытом космосе ни при каких обстоятельствах нельзя пытаться задержать дыхание. Подобные ошибочные действия могут привести к разрыву легких. Легкие и дыхательные пути не предназначены для удерживания атмосферного давления в вакууме. Конечно, задержать дыхание в космосе достаточно трудно, так как воздух начнет оказывать колоссальное давление на мягкое небо. Человек не выдержит и инстинктивно выдохнет. Но лучше даже не пытаться.

Сколько можно прожить в космосе без скафандра

Главная опасность открытого космоса для человека - полное отсутствие кислорода. Как было сказано, в космосе нельзя задерживать дыхание на вдохе, поэтому запаса кислорода в организме не будет. Но система кровообращения продолжит функционировать в обычном режиме, вследствие чего через 15 секунд даже самый тренированный человек потеряет сознание из-за нехватки кислорода в мозге. Кроме этого, незадолго до потери сознания человек перестанет ориентироваться в пространстве и видеть. Но он еще жив и его реально спасти в течение двух минут. Остальные органы не настолько чувствительны к кислородному голоданию. По истечению двух минут человек просто задохнется.

При условии, что человека, оказавшегося в открытом космосе доставят в течение первых минут в безопасное место, он выживет и отделается эбуллизмом, ожогами от ультрафиолетового излучения и временной слепотой. Как видно, человеческим организм является крайне живучим, ведь даже в вакууме время на спасение исчисляется не секундами, а минутами.

Среди всех возможных способов умереть, у писателей-фантастов, смерть в космосе стоит особняком. Чего только мы не насмотрелись в фильмах про космос: и трещины в скафандрах, и взрывы на орбитальных станциях, и даже атаки инопланетян. Все это, конечно же, несет смертельную угрозу для космонавтов, но какую именно? Что будет в открытом космосе с человеком без скафандра? Некоторые утверждают, что человек мгновенно замерзнет насмерть, другие, наоборот, что его кровь начнет закипать, третьи говорят, что космонавты и вовсе взорвутся от низкого давления. Попробуем разобраться.

Тело человека взорвется в открытом космосе

Довольно популярная теория, основанная на том, что давление воздуха внутри легких разорвет человека, так как в космосе практически нулевое давление. На самом деле это не совсем так. В космосе действительно практически нулевое давление, но наша кожа достаточно эластична, чтобы выдержать давление внутренних органов изнутри. Что касается воздуха, то вакуум в космическом пространстве, заставит его почти мгновенно выйти. Весь воздух из легких моментально покинет тело через дыхательные пути, и этому лучше не сопротивляться. Попытка задержать дыхание приведет к тому, что вырывающийся наружу воздух повредит легкие.

Кроме воздуха из легких, человек также лишится газов из желудка и кишечника, причем эти процессы будут выглядеть особенно неприятно.

Кровь человека вскипит из-за низкого давления

Казалось бы, какая связь между низким давлением в космосе и закипанием крови? Но на самом деле связь есть. Чем меньше атмосферное давление, тем ниже температура кипения жидкости. Например, на пике горы Эверест, где атмосферное давление гораздо ниже, чем в других местах планеты, вода кипит при температуре примерно 70˚С. Достоверно известно, что у человека, попавшего в открытый космос без скафандра, моментально закипит слюна. Это не значит, что она раскалится до 100˚С, а значит, что в условиях открытого космоса, жидкости вполне достаточно температуры нашего тела (36˚С), чтобы закипеть и испариться.

Все вышесказанное относится к жидкостям, на которые влияет вакуум космоса (слюна, пот, влага на глазах), но не имеет ничего общего с кровью. Все что находится внутри человека, будет в норме, так как кожа и сосуды создадут достаточное давление для того, чтобы при температуре тела там ничего не кипело.

Человек моментально превратится в ледышку

Еще одна популярная теория, основанная на том, что температура в космосе составляет примерно -270˚С. Но и эта гипотеза не соответствует действительности. В космосе и вправду очень холодно, но в ледышку Вы не превратитесь благодаря все тому же космическому вакууму. Так как в космосе «ничего нет», то и отдавать тепло соответственно нечему. Несмотря на это, Ваше тело все же начнет терять тепло через излучение, но это довольно долгий процесс, от которого вы не умрете.

Как долго можно протянуть без скафандра в открытом космосе

После вышеописанных опровержений, у Вас могло сложиться впечатление, что человеку в космосе и вовсе не нужен скафандр. Но, конечно же, это не так. Человек без скафандра довольно быстро погибнет в открытом космосе , и мы попробуем объяснить почему.

1. Основной проблемой в открытом космосе является отсутствие кислорода, из-за недостатка которого Вы уже через 10-15 секунд потеряете сознание. Утверждение кажется сомнительным, особенно если учесть, что каждый из нас может задержать дыхание как минимум на 30 секунд. Все дело в том, что останавливая дыхание на Земле, у нас остается немного воздуха в легких, который поддерживает нас еще некоторое время. В космосе же дело обстоит совершенно иначе. Космический вакуум «высасывает» абсолютно весь кислород, «скукоживая» легкие. Более того, как только организм лишится воздуха, легкие начнут работать в обратном направлении, выкачивая кислород из крови, что еще больше приблизит кислородное голодание.
2. Из-за отсутствия внешнего давления, у человека начнут лопаться некоторые внешние кровеносные сосуды (например, те, что в глазах) и набухать кожа.
3. Как мы уже сказали, слюна и влага на глазах начнут закипать и испаряться.
4. Открытые участки тела получат сильные ожоги от ультрафиолетового излучения Солнца.

Все вышеописанные симптомы возникнут уже после 10 секунд нахождения в открытом космосе. Ученые считают, что 30-секундное прибывание в космосе без скафандра не вызовет серьезных проблем со здоровьем , но уже через 1-2 минуты, повреждения станут необратимыми.

Многие наверняка видели в фантастических фильмах сцены с выходом человека в открытый космос без скафандра (например, "Вспомнить всё", "Пекло", "Космическая одиссея" и т.д.).

Причем в разных фильмах эти выходы заканчивались по-разному - человек мог выжить, погибнуть от холода, задохнуться, сгореть от солнечного света и т.д. Вопрос также поднимался на многих околонаучных форумах. Попробуем ответить на вопрос, что же произойдет с человеком при выходе в открытый космос без скафандра с научной точки зрения.
Большую часть ответов на вопросы можно найти здесь (на английском), я же постараюсь изложить их суть здесь. Если кратко, эти ответы звучат так:

1. Человек сможет выжить, если его вернут из открытого космоса в нормальную атмосферу в течение 90 секунд.

2. Человек не взорвется.

3. Человек будет находиться в сознании и сможет совершать активные действия примерно 5-10 секунд.

4. Если человек не будет спасен, то первопричиной его смерти будет недостаток кислорода (т.е. он задохнется).

А теперь разберем эти вопросы подробнее.

Сможет ли человек выжить?

Наиболее полный ответ на этот вопрос можно найти из главы про атмосферное давление в Справочнике Космической биомедицины, Втором выпуске, NASA SP-3006. В этой главе описаны исследования воздействия вакуумной декомпрессии на животных. На странице 5 (после общего обсуждения низких давлений и эбуллизма (эбуллизм, образование пузырьков в жидкостях тела при резком снижении внешнего давления)) автор приводит описание предполагаемых результатов вследствие воздействия вакуума:

"Некоторая степень сознания будет вероятно сохранена в течение 9 - 11 секунд (см. главу 2 под Гипоксией). Вскоре после этого наступает паралич, сменяемый общими судорогами и затем снова наступает паралич. В это же время происходит быстрое образование водяного пара в мягких тканях и несколько медленнее - в венозной крови. Образование водяного пара будет отмечаться как распухание организма, возможно, в два раза по сравнению с нормальными объемами, если не предотвратить это стягивающим костюмом. (Было опытным путем установлено, что точно подогнанная эластичная одежда может полностью предотвратить эбулизм при снижении давления до 15 мм ртутного столба .) Сердечный ритм может повыситься первоначально, но затем быстро снизится. Артериальное кровяное давление также упадет в течение 30 - 60 секунд, в то время как венозное давление повышается из-за распирания венозной системы газом и паром. Венозное давление сравняется с артериальным или превысит его в течение одной минуты. Не будет фактически никакого эффективного обращения крови. После начального прорыва газа из легких во время декомпрессии газовый и водный пар продолжит течь наружу через дыхательные пути. Это непрерывное испарение воды охладит рот и нос практически до температуры замерзания; остальные части тела также будут охлаждаться, но более медленно.

"Cook and Bancroft (1966) сообщают о случайных случаях гибели животных из-за фибрилляции желудочков сердца в течение первой минуты подвергания близким к вакуумным условиям. Однако, животные как правило выживали, если рекомпрессия (восстановленеи давления) происходила в течение приблизительно 90 секунд.... После остановки сердца смерть была неизбежна, несмотря на попытки реанимации....

[После рекомпрессии] "Дыхание обычно начиналось спонтанно... Неврологические проблемы, включая слепоту и другие дефекты зрения были довольно распространенным явлением (см. проблемы из-за вскипания газа), но обычно исчезали довольно быстро.

"Очень маловероятно, что у человека, внезапно подвергнутого вакууму, было бы больше чем 5 - 10 секунд, чтобы спастись. Но если помощь подоспеет, то несмотря на серьёзные внешние и внутренние повреждения, разумно предположить, что рекомпрессия к терпимому давлению (200 мм ртутного столба) в течение 60 - 90 секунд могла привести к выживанию, и возможно к довольно быстрому восстановлению."

Таким образом, человек скорее выживет, чем умрет, если его смогут спасти из октрытого космоса и вернуть в помещение с атмосферным (или хотя бы более 200 мм ртутного столба) давлением в течение 60-90 секунд. Стоит отметить, что это имеет отношение только к эффекту взрывной декомпрессии. Если человек совершит ошибку, пытаясь дышать в вакууме, это приведет к кессонной болезни с гораздо более серьезными последствиями для здоровья. Также попытка задержания воздуха в легких может привести к их разрыву и почти неминуемой смерти. Именно поэтому такая декомпрессия называется «взрывной».

Будет ли человек находиться в сознании?

Справочник Космической биомедицины отвечает на этот вопрос:

"Некоторая степень сознания будет вероятно сохранена в течение 9 - 11 секунд.... Очень маловероятно, что у человека, внезапно подвергнутого вакууму, было бы больше чем 5 - 10 секунд, чтобы помочь себе."

Больший объем информации о том, как долго человек смог бы оставаться в сознании, можно почерпнуть из авиационной медицины. Авиационная медицина определяет "время полезного сознания", то есть как долго после декомпрессии пилоты будут бодрствовать и будут способны принимать активные меры для спасения их жизни. Выше 50 000 футов (15 км) время полезного сознания составляет 9 - 12 секунд, как указано FAA в таблице 1-1 в Advisory Circular 61-107 (меньшее время для активно двигающегося человека; большее время для человека, сидящего спокойно). Изображение 2-3 Гида Бортврача ВВС США показывает 12 секунд полезного сознания выше 60 000 футов (18 км); по-видимому более длительное перечисленное время базируется на условии, что пилоты ВВС хорошо подготовлены физически к высотным полетам, и будут в состоянии использовать свое время эффективно даже когда частично потеряют сознание от гипоксии. Linda Pendleton добавляет к этому: "Взрывная или быстрая декомпрессия сократит время полезного сознания наполовину из-за поражающего фактора, обусловленного ускоренного выбросом адреналина темпа, в котором тело сжигает кислород." Advisory Circular 61-107 говорит, что время полезного сознания выше 50 000 футов понизится с 9-12 секунд до 5 секунд в случае быстрой декомпрессии (по-видимому из-за "поражающего" фактора, описанного Pendleton).

Немного более интересная книга, "Выживание в космосе" Ричарда Хардинга, повторяет это заключение:

"В высотах, больше чем 45 000 футов (13 716 m), бессознательное состояние развивается через пятнадцать - двадцать секунд со смертью приблизительно после четырех минут."

"обезьяны и собаки успешно вернулись к жизни после подвергания вакууму до двух минут..."

Вскипит ли кровь человека?

Кровь внутри организма находится под более высоким давлением, чем во внешней среде. Обычно кровяное давление составляет 75/120. «75» означает, что между ударами сердца, кровь находится под давлением 75 Torr (примерно 100 мбар) выше внешнего давления. Если внешнее давление падает до нуля, при кровяном давлении 75 Torr температура кипения воды составляет 46°С (115°F). Это значительно выше температуры тела 37°С (98,6°F). Кровь не закипит, потому что эластичное давление стенок кровеносных сосудах удержит давления достаточно высоким, так что температура тела будет ниже температуры кипения - по крайней мере, до тех пор, пока сердце не прекратит биться. (Если быть совсем точными, кровяное давление изменяется в зависимости от того, в каком месте организма оно измеряется, поэтому вышеприведенное заявление следует понимать как обобщение. Однако, в силу возникновения небольших очагов образования пара давление там повышается. В тех местах, где кровяное давление ниже, давление пара будет расти до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. В результате общее давление будет одинаковым.)

Тело заморозится?

В нескольких последних голливудских фильмах показано как люди, оказавшись в вакууме, мгновенно замораживаются. В одном из них, персонаж-ученый отмечает, что температура равна «минус 273 градуса» - то есть равна абсолютному нулю.

Но в практическом смысле, в космосе нет температуры - нельзя измерить температуру вакуума, потому что там её нет. Остаточных молекул вещества, находящихся в вакууме, недостаточно, чтобы проявился эффект температуры. Космос - не «холодный» и не «горячий», он «никакой».

Зато космос очень хороший изолятор. (По сути, вакуум - это то, что находится между стенками термоса). У космонавтов, как правило, возникает больше проблем с перегревом, чем с поддержанием необходимой температуры.

Если вы окажетесь в космосе без скафандра, ваша кожа ощутит лёгкую прохладу - вследствие того, что вода будет испаряться с поверхности кожи. Но вы не заморозитесь до твердого состояния!

Выжил ли кто-нибудь после воздействия вакуума?

Случай с участием человека описан Ротом (Roth), в техническом докладе НАСА «Аварийные ситуации, связанные с быстрой (взрывной) декомпрессией с участием субъектов в скафандрах» (“Rapid (Explosive) Decompression Emergencies in Pressure-Suited Subjects”). Основное внимание в докладе уделяется декомпрессии, а не собственно воздействию вакуума, но тем не менее в документе есть много полезной информации, включая результаты случаев декомпрессии с участием людей.

Зафиксировано несколько случаев пребывания людей в вакууме без видимых последствий. В 1966 техник НАСА в Хьюстоне подвергся декомпрессии до состояния космического вакуума при аварии во время испытания скафандра. Этот случай упоминает Рот. Техник потерял сознание через 12–15 секунд. Когда давление было восстановлено примерно через 30 секунд, он пришёл в сознание, без явного ущерба для организма. Некоторые побробности можно найти здесь.

Прежде чем сделать вывод, что пребывание в космосе безвредно, следует отметить, что в том же докладе Рот приводит отчёт о вскрытии жертвы взрывной декомпрессии: «Сразу после быстрой декомпрессии, было отмечено, что у него начался умеренный кашель. Вскоре после этого было замечено, что он начал терять сознание, дежурные врачи описывали, что пациент стал совершенно вялым, малоподвижным и не реагировал на раздражители в течение 2–3 минут [требовавшихся для восстановления в камере атмосферного давления].

Немедленно была начата процедура искусственного дыхания... Пациент вдохнул спонтанно, при достижении атмосферного давления он сделал несколько вдохов. Они были крайне нерегулярны, в количестве двух или трёх…

В отчёте [о вскрытии] сообщается следующее: Основные патологические изменения, как указано выше, связаны с удушьем. Считается, что основной причиной смерти в этом случае может быть острая сердечно-сосудистая и дыхательная недостаточность, вторичной причиной - двусторонний пневмоторакс…»

В авиационной литературе отмечены многие другие случаи смерти вследствие декомпрессии, в том числе один космический инцидент вследствие декомпрессии капсулы спускаемого корабля «Союз-11» в 1971 году. Анализ этой аварии можно найти в книге D.J. Shayler “Disasters and Accidents in Manned Spaceflight”.

Что касается воздействия вакуума на части тела - здесь материалов значительно меньше. В 1960 году во время высотного парашютного прыжка с воздушного шара-зонда имел место инцидент с воздействием вакуума на часть тела, когда у Джо Киттингера (Joe Kittinger, Jr.) упало давление в правой перчатке во время подъема на 103000 футов (19,5 миль или 31,4 км) в негерметизированной гондоле. Несмотря на потерю давления, он продолжил полёт, хотя в руке появилась сильная боль и она потеряла подвижность. После того, как он вернулся на землю, состояние его руки нормализовалось.

Киттингер писал в National Geographic (ноябрь 1960 г.): «На высоте 43000 футов (13,1 км) я понял, что не так. Моя правая рука ведёт себя неправильно. Я проверил давление в перчатке; воздушного пузыря в ней не было. Перспектива подвернуть кисть руки почти полному вакууму на пике подъёма вызвала у меня определенное беспокойство. Из своего предыдущего опыта я знал, что рука будет раздуваться, тв ней почти прекратится кровообращение, возникнет сильнейшая боль… Я решил продолжить подъём, и не стал сообщать наземному управлению о моих трудностях».

На высоте 103000 футов (31,4 км) он пишет: «Кровообращение почти прекратилось в моей разгерметизированной правой руке, она стала жёсткой и болезненной».

И во время посадки: «Дик смотрит на мою распухшую руку с беспокойством. Тремя часами позже опухоль спала, не оставив никаких последствий».

Случай декомпрессии, происшедший с Киттингером, рассматривается в книге Шейлера «Бедствиях и авариях во время пилотируемых космических полётов» (Disasters and Accidents in Manned Spaceflight):
[Когда Киттингер достиг пика подъёма] «его правая рука в два раза превышала нормальный размер… Он пытался отключить некоторое оборудование ещё до посадки, но не смог, так как правая рука причиняла ужасную боль. Он приземлился в 13 мин 45. сек. покинув “Excelsior”. Через три часа после посадки его распухшая рука и кровообращение в ней вернулись в нормальное состояние».

См. также статью Леонарда Гордона в “Aviation Week” от 13 февраля 1996 года (Leonard Gordon, Aviation Week, February 13th 1996.)

Наконец, в конференции sci.space, Грегори Беннетт описывает реальный космический инцидент: «У нас был один случай с проколом в скафандре во время полетов «шаттлов». На STS-37, во время одного из моих летных экспериментов, одно из рёбер жёсткости на ладони перчатки одного из астронавтов разболталось в креплении, сместилось внутри перчатки и прокололо её между большим и и указательным пальцем. Не было взрывной декомпрессии, просто маленькое отверстие длиной 1/8 дюйма (около 3 мм), но это было весьма интересно, поскольку она была первой травмой, когда-либо произошедшей вследствие повреждения скафандра. Как ни удивительно, но астронавт даже не знал, что произошёл прокол! Он был настолько взвинчен адреналином, что только по возвращении из полёта заметил болезненный красный след на руке. Он думал, что перчатка просто натёрла ему руку и не беспокоился об этом… Что же случилось: когда металлическая пластина проколола перчатку, кожа руки астронавта частично запечатала отверстие. Он закровоточил в космос, и тут же его свернувшаяся кровь запечатала отверстие так, что осталась внутри дыры».

Взрывная декомпрессия

В «Справочнике лётного врача ВВС США» (“The USAF Flight Surgeon"s Guide”) Фишер перечисляет следующие последствия, вызванные расширением газов во время декомпрессии.

1. Желудочно-кишечный тракт во время быстрой декомпрессии
Одной из наиболее вероятных проблем в ходе быстрой декомпрессии является расширение газов в полостях тела. Расстройство брюшной полости во время быстрой декомпрессии, как правило, не сильно отличаются от тех, которые могут произойти во время медленной декомпрессии. Тем не менее, расстройство в брюшной полости может повлечь за собой существенные последствия. Из-за расширяющегося газа, находящегося в желудке, диафрагма перемещается вверх что может воспрепятствовать дыхательным движениям. Расстройства органов брюшной полости также могут воздействовать на отростки блуждающего нерва, что может послужить причиной сердечно-сосудистой депрессии, а в самых серьёзных случаях - вызывать снижение артериального давления, потерю сознания и шок. Обычно, внутрибрюшное расстройство после быстрой декомпрессии исчезает как только выходит наружу избыточный газ.

2. Лёгкие в ходе быстрой декомпрессии
Из-за того, что в лёгких, как правило, содержится относительно большой объем воздуха и из-за деликатной структуры лёгочной ткани и наличия сложной альвеолярной системы для прохождения воздуха считается, что легкие являются потенциально наиболее уязвимой частью тела во время быстрого декомпрессии. При быстрой декомпрессии избыточное давление нарастает быстрее, чем легкие могут его компенсировать, вследствие чего давление в лёгких будет нарастать. Если пути выхода воздуха из легких заблокированы полностью или частично, то в случае внезапного падения давления в кабине существует опасность возникновения высокого давления, что может привести к чрезмерному раздутию лёгких и грудной клетки.

Если дыхательные пути открыты, никаких серьезных травм в результате быстрого декомпрессии не происходит, даже если надета кислородная маска, но последствия будут катастрофическим, вплоть до смертельного исхода, если легочного проходы заблокированы - например, если пилот постарается задержать дыхание с легкими, полными воздуха. В этом случае воздух в легких во время декомпрессии не может выйти наружу, поэтому легкие и грудная клетка сильно расширяются из-за чрезмерно высокого внутрилёгочного давления, что приводит к разрыву легочных тканей и капилляров. Находящийся внутри воздух, разрывая легкие, проникает в грудную клетку и через разрывы в стенках кровеносных сосудов попадает в систему кровообращения. Воздушные пузырьки в больших количествах разносятся по всему организму и оказываются в таких жизненно важные органах, как сердце и мозг.

Движение этих воздушных пузырьков похоже на воздушную эмболию, возникающую у аквалангистов и при аварийном спасении с подводной лодки, когда человек поднимается с глубины с задержкой дыхания. Человеческие лёгкие устроены таким образом, что кратковременная задержка дыхания (например, глотание или зевание) не создаёт в легких давления, превышающего их предела прочности на растяжение.

3. Декомпрессионная болезнь (кессонная болезнь)
Учитывая скорость подъёма на сравнительно большие высоты, увеличивается вероятность декомпрессионной болезни.

4. Гипоксия (Hypoxia, кислородное голодание)
После разгерметизации кабины находящиеся в ней сразу же подвергаются механическому воздействию быстрой декомпрессии, а угроза последующей гипоксии становится всё более серьёзной с увеличением высоты. Время до потери сознания после падения давления в кабине снижается из-за того, что кислород переходит из венозной крови в легкие. Гипоксия является самой большой проблемой после декомпрессии.

Наблюдаемые признаки быстрой декомпрессии
...
а) Резкий, «взрывоподобный» шум. При столкновении двух различных воздушных масс возникает громкий шум. Именно из-за этого взрывоподобного шума часто используется термин «взрывная декомпрессия» для описания быстрой декомпрессии.

б) Летающий мусор. Быстрое истечение воздуха из кабины самолёта во время декомпрессии столь велико, что незакреплённые предметы, находящиеся в кабине, силой давления будут затягиваться в образовавшееся отверстие. Например, карты, графики, полётный журнал и прочие подобные предметы будут вылетать наружу через отверстие. Грязь и пыль на несколько секунд ухудшают видимость.

в) Туман. Воздуха при любой температуре и давлении имеет способность удерживать некоторое количество водяного пара. Резкое изменение температуры или давления изменяют способность воздуха удерживать водяной пар. При быстрой декомпрессии температура и давление снижаются, при этом снижается и количество удерживаемого воздухом водяного пара. Водяной пар, не удерживаемый воздухом, становится заметен в виде тумана. Это туман быстро рассеивается (например, в кабине истребителя). Если это салон более крупного самолета, туман рассеивается медленнее.

г) Температура. Обычно во время полёта температура в кабине поддерживается на уровне комфортности, однако при подъёме температура за бортом снижается. В случае декомпрессии температура в салоне быстро падает. Если у пилота нет соответствующего защитного костюма, может произойти переохлаждение и обморожение.

д) Давление.

От чего зависит скорость декомпрессии?

Время декомпрессии зависит от размера пробоины. Для скорости оценки можно предположить, что воздух выходит через отверстие со скоростью звука. Так как давление падает по мере истечения воздуха через отверстие, скорость истечения воздуха составляет примерно 60% от скорости звука, или около 200 метров в секунду при комнатной температуре воздуха (см. уравнение Хиггинса):

P = Po exp[-(A/V)t*(200m/s)]

Это позволяет вывести очень простое (и весьма приблизительное) правило: в объёме в один кубический метр отверстие площадью в один квадратный сантиметр вызовет снижение давление в десять раз примерно за сто секунд.

Это очень приблизительный подсчёт. Время прямопорционально объёму и обратнопропорционально размеру отверстия. Например, в объёме три тысячи кубометров через отверстие в десять квадратных сантиметров давление снизится от 1 атмосферы до 0,01 атмосферы за 60 тысяч секунд, или семнадцать часов (при более точном расчёте обнаружим, что это будет 19 часов).

Исчерпывающей работой по этому вопросу является труд Деметриадеса (Demetriades, 1954) “On the Decompression of a Punctured Pressurized Cabin in Vacuum Flight”.

Справочно. Когда давление снижается примерно до 50% атмосферного человек оказывается в области «критической гипоксии», а когда давление падает примерно до 15% атмосферного, оставшееся время полезного сознания сокращается до 9–12 секунд в зависимости от свойств вакуума.

Воздействие радиации на человека в открытом космосе

Поскольку обитаемые космические станции летают ниже радиационных поясов Земли, то воздействие космической радиации на человека будет незначительным, будь он в скафандре или без него. Во всей Солнечной системе есть лишь одна область, в которой человек может умереть от радиации быстрее, чем от удушья - это область радиационных поясов Юпитера (в ней находятся несколько его спутников), но скафандр также не защитит человека от радиации.

Таким образом, можно подвести итог: первопричиной смерти человека при попадании в открытый космос станет удушье. Что же делать, если вы вдруг попали в вакуум без скафандра? Первым делом нужно выдохнуть, чтобы ваши легкие не порвались. Далее у вас есть 5-10 секунд, чтобы предпринять какие-то активные действия по спасению своей жизни. Если же этого времени не хватит, вам останется лишь уповать на то, что помощь подоспеет в течение 90 секунд.

1. В течение первых 10–15 секунд вы остаётесь в сознании и чувствуете, как с языка испаряется влага.
То же самое происходит со всей поверхностью тела - как при сильном потоотделении.
Поэтому в безвоздушном пространстве человек ощущает ледяной холод.

2. Возможны приступы тошноты и рвоты, поскольку газы из желудка и кишечника стремительно выталкиваются наружу.
(На заметку: перед выходом в открытый космос от газировки и острых соусов лучше воздержаться).

3. Если евстахиевы трубы в ушах закупорены ушной серой или чем-нибудь другим,
то могут возникнуть проблемы с внутренним ухом, если нет - всё в порядке.

4. Частота сердцебиения резко возрастает, потом постепенно падает, так же, как и артериальное давление.
Венозное давление неуклонно растёт по мере образования в организме пузырьков газа.

5. Тело может раздуться до размеров, вдвое превышающих обычные, кожа натягивается,
если, конечно, вы не одеты в плотный эластичный костюм.

6. Согласно «Сборнику данных по космической биологии»,
точно подогнанная эластичная одежда может полностью предотвратить образование пузырьков газа
при снижении давления до 15 торр (миллиметров ртутного столба).
Для сравнения: нормальное атмосферное давление - 760 торр, а давление на поверхности Луны - около 10–11 торр.
Кровь закипает при 47 торр. Тело раздувается за счёт того, что жидкость в мягких тканях переходит в газообразное состояние.
Однако кожа достаточно прочна, чтобы выдерживать это давление.
Так что, вас не разорвёт на части, вы просто раздуетесь, как воздушный шар.

7. По мере того, как тело выталкивает пар через нос и рот, а содержание жидкости в организме сокращается,
вы ощущаете всё больший холод. Рот и язык становятся ледяными.

8. Если вы при всём этом окажетесь ещё и под прямыми солнечными лучами (без специальных защитных средств),
то получите сильнейший солнечный ожог.

9. Из-за недостатка кислорода кожа приобретает голубовато-пурпурный оттенок, известный как цианоз.

10. Мозг и сердце остаются в относительном порядке примерно 90 секунд.
Когда кровяное давление падает до 47 торр, кровь начинает закипать и сердце постепенно останавливается.
После этого вам уже ничто не поможет.

11. Но если давление восстановить вовремя, то организм постепенно придёт в норму.
Правда, на некоторое время вы потеряете зрение и способность двигаться. Но со временем обе функции восстановятся.
Кроме того, несколько дней вы не будете ощущать вкус еды.

12. С другой стороны, если вы задерживаете дыхание или пытаетесь препятствовать свободному
выходу воздуха во время внезапной декомпрессии как-то иначе,
то «повышение внутрилёгочного давления приведёт к настолько сильному расширению
грудной клетки, что может вызвать разрывы в лёгких и разрушение капилляров.
Удерживаемый воздух выдавливается из лёгких в грудную клетку, и через повреждённые кровеносные сосуды проникает
непосредственно в общий кровоток. А через кровоток пузырьки воздуха распространяются уже по всему телу
и легко могут добраться до таких жизненно важных органов, как сердце и мозг».
Нечто похожее может произойти во время декомпрессии на борту самолёта, летящего на большой высоте.
Если такое случится - помните, что задерживать дыхание ни в коем случае нельзя.