Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Еще одной возможностью для создания продолжительного состояния невесомости было использование вышки для вертикальных испытаний. Такая вышка представляет собой лифт, сконструированный так, чтобы свободно падать с высоты и тормозить только перед ударом об землю. Но такие башни ограничены по высоте и могут создать для пассажиров невесомость в лучшем случае на несколько секунд. В 1950 г. братья Хабер предложили наилучшее решение — использование самолета, летящего по параболической траектории^{6}.

Эта стратегия иллюстрируется приведенной схемой. Согласно принципам общей теории относительности, любой объект, свободно движущийся в гравитационном поле, находится в состоянии невесомости[2]. Состояние, приближенное к этому, может быть достигнуто для пассажиров самолета, летящего подходящим образом. Этот самолет сначала разгоняется по восходящей траектории — пассажиры во время разгона испытывают перегрузку, то есть увеличенную силу тяжести. Затем самолет снижает тягу двигателей и летит по параболической траектории — по траектории, по которой летел бы бейсбольный мяч, брошенный другу. Пилот при этом должен поддерживать тягу такой, чтобы ее как раз хватало на компенсацию тормозящего действия, которое сопротивление воздуха оказывает на самолет, иначе тот испытывал бы на себе соответствующую силу тяжести. Дойдя до высшей точки траектории, самолет начинает ускоряться вниз, и пилот, естественно, должен вывести его из пике, опять подвергая пассажиров перегрузкам. При желании процесс можно повторить, сделав траекторию самолета похожей на серию взлетов и падений на американских горках^{7}.

На реализацию этой схемы потребовалось совсем немного времени, и самые отчаянные летчики-испытатели первыми опробовали на себе сколько-нибудь длительную невесомость. Летом 1951 г. летчик-испытатель Скотт Кроссфилд с авиабазы Эдвардс сумел получить состояние нулевой тяжести как в нормальном, так и в перевернутом полете. Он отметил ощущение «утраты пространственной ориентации» при переходе к невесомости, но обнаружил, что после пятого полета его организм адаптировался к этому ощущению, и это, безусловно, внушало оптимизм. Он отметил также, что в невесомости у него появлялась тенденция прикладывать слишком большое усилие, протягивая руку к переключателям на приборной доске, и в результате промахиваться; это отчасти подтверждало тревогу Гауэра и Хабера по поводу нарушений в работе проприоцепторов^{8}. Двумя годами позже Кроссфилд прославился как первый летчик, сумевший достичь двукратной скорости звука.

Летчик-испытатель ВВС Чак Йегер, совершавший аналогичные полеты в 1952 г., тоже отмечал некоторую дезориентацию и, в частности, ощущение падения в переходный период, а также «нарушения ориентации» во время невесомости, которые исчезли, как только вес восстановился^{9}. Йегер знаменит тем, что первым среди летчиков преодолел звуковой барьер, что ему удалось сделать в 1947 г.

Первое систематическое исследование действия невесомости на человека было предпринято в Лаборатории авиационной медицины авиабазы Райт-Паттерсон, куда в 1949 г. перевелся Хубертус Штругхольд. Эта лаборатория стала еще одним крупным центром космической медицины^{10}. В данном исследовании реактивный истребитель Lockheed F-80E был модифицирован таким образом, чтобы разместить в его носу лежанку. После модификации самолет можно было пилотировать либо с этой лежанки, либо с традиционного сиденья в кокпите. По существу, пилот мог управлять самолетом лежа, хотя, как правило, на лежанке размещался испытуемый, а пилот управлял полетом из кокпита.

Типичные полеты включали в себя 8–10 субгравитационных траекторий длительностью по 15 с. В периоды невесомости испытуемых просили выполнять разнообразные задания на координацию движений — покачать головой или протянуть руку за объектом. Участники экспериментов проявляли себя очень хорошо: невесомость слабо влияла на ориентацию, показатели сердцебиения и электрокардиограмма также не демонстрировали значительных изменений. Правда, испытуемые чувствовали, что фиксация в кресле и наличие визуальных ориентиров, с которыми можно соотносить любые вестибулярные ощущения, помогали им сохранять ориентацию. Свободно плавающий в пространстве человек с завязанными глазами мог бы, вероятно, испытать серьезную дезориентацию.