К. Е. Вейгелина.
Испокон веков человеческие мечты устремлялись в воздух, в небеса. И параллельно с тем росло в людях и другое убеждение, что по природе человеку не дано летать, что этой способностью наделены лишь высшие существа и что даже одно пребывание в атмосфере, независимо от степени совершенства воздушных аппаратов, грозит безусловной опасностью.
При многовековых неудачах и неуспехах в летании взгляд этот приобрел такую косность, что на борьбу с ним было затрачено не мало сил в течение всего XIX столетия. Некоторые предрассудки сохранились в массах и до сих пор. С другой же стороны, потребовались самостоятельные технические разрешения новых проблем воздушной навигации, выдвинутых за последнее время лётной практикой.
Выявлению общих биологических основ в летании человека, а также технических средств, которыми вооружена современная авиация в дополнение к природным данным, и посвящена настоящая статья.
Среди ощущений и восприятий человека, испытываемых им при летании, выделим сначала те, которыми обычно всего больше интересуются люди, еще не летавшие ни разу. Эти ощущения, кстати, регулируются техникой много проще других.
— Сильно ли кружится голова? Укачивает ли?
— От скорости, пожалуй, дух захватит?
— Холодно ли наверху?
— А как-же там, где воздуху мало?
Головокружение в лету — первый предрассудок, основанный на ощущениях, хорошо всем знакомым при смотрении вниз в пролеты лестниц, с крутых обрывов или с крыш высоких зданий. На самолете никаких головокружений обычно не чувствуется вовсе, какая бы ни была высота. Об'ясняется это тем, что пассажиры, находящиеся в атмосфере, не только не видят никаких промежуточных предметов между собой и "низом", но и не ощущают мускульным чувством решительно никакой связи с земной поверхностью. Они наблюдают низовую панораму, как нечто совершенно независимое от них. Поэтому даже люди, сильно склонные к головокружениям, чувствуют себя здесь в этом отношении вполне удовлетворительно. Характерно, что на привязных аэростатах, где связь с землей сохраняется только в виде каната (троса), некоторые ощущают головокружение только тогда, когда пристально смотрят вдоль этого каната.
Так воспринимаются все полеты по прямой или по кривым, с набором высоты или при нормальном снижении. И только в некоторых видах фигурного летания летчики могут получить головокружение, — напр., в крутых виражах малого радиуса или при "штопоре", когда земля бешенно вертится внизу1); но тут уже налицо особые причины. Точчо также могут отразиться на самочувствии и внешние воздействия со стороны стихии. Бурная погода иногда сильно треплет самолет; при провалах, "ямах" и мощных вертикальных вихрях летчики испытывают иногда подбрасывания вверх или вниз сразу на несколько сот метров. Такая "трепка", правда, редко бывает продолжительной, но влияние ее на организм человека проявляется иногда так же, как и при качке в море, до тошноты и рвоты включительно. На случай бурной погоды все сидения в самолетах, даже в закрытых кабинах, снабжаются широкими привязными ремнями, препятствующими "вылетам" пассажиров с их мест.
Второй вопрос, — о влиянии скорости nередвuжения в воздухе, — обстоит таким образом.
Здесь тоже был предрассудок, что при сильном встречном потоке воздуха выдыхание летчиками должно сильно затрудняться. Производились даже опыты по определению силы встречного потока, приходящегося в области рта и носа. Но эти затруднения совершенно устранены, даже в открытых гнездах на самолетах, — устройством хорошо обтекаемых козырьков, отводящих воздушную струю поверх головы сидящего в гнезде. Летавшие хоть раз знают, что выдыхание производится совершенно беспрепятственно. Ощущаемая же некоторыми новичками затрудненность при вдыхании об'ясняется просто их пcихическим состоянием и обычно проходит в лету. О некоторых затруднениях при вдыхании или выдыхании можно говорить лишь при известных маневрах высшей лётной школы, когда встречный поток воздуха задувает с боков.
Обычные ныне скорости самолетов от 150 до 250 км в час ничем не угрожают летчикам в физиологическом отношении. И только рекордные скорости, близкие к 400 км в час, внушают опасение своим влиянием на организм человека, но тоже, конечно, не в прямолинейном полете, а в вираже, когда вследствие центробежной силы бывает стремительное перераспределение крови в сосудах и в сердце (этот вопрос еще не выяснен окончательно).
Все же с так называемым "захватыванием духа" или "замиранием сердца" в некоторых случаях приходится считаться. Это имеет место, напр., и при провалах самолета, обусловленных погодой, и при некоторых собственных маневрах его, когда горизонтальная траэктория пути быстро сменяется крутой вниз или даже вертикальной. Испытываемые при этом ощущения в точности схожи с тем, которое чувствуется в первый момент при спуске на лифте или при катании на "американских" ("русских") горах. Если о свободе дышания воздухом можно говорить только для открыто расположенных мест, — "замирание" будет чувствоваться, понятно, и в закрытых кабинах. Но эти ощущения, как и последствия "трепки", пока неустранимы.
Проще решается сейчас задача о предохранении летающих от холода. Да, на больших высотах стоят морозы даже при жаре внизу. В грубом подсчете, температура убывает на 1° по мере удаления от поверхности земли на каждые 150—200 метров. Поэтому убыль в температуре на 25—30° сравнительно с низовой встречается нередко на высоте начиная с 4000 м. Но в обычном воздушном сообщении самолеты ходят много ниже, до 1500—2000 м. При необходимости же одолевать высокие горы или, напр., в условиях военных операций, где приходится забираться до 4—6 тыс. м, — там, помимо теплой лётной одежды, применяются особые приспособления для поддержания тепла в руках, ногах и на теле с помощью электрического подогрева от небольшой динамо-машины, работающей от маленького пропеллера, который крутится силой встречного воздушного потока.
Наконец, постепенная разреженность воздуха вдали от земли сказывается на человеческом организме главным образом в двух отношениях: а) механическим воздействием на некоторые органы, б) затруднением дыхания в силу недостатка кислорода.
Первое из этих влияний можно наблюдать на людях, работающих под водой в условиях повышенного окружающего давления, сравнительно со средним атмосферным. При неосторожно быстром выходе из глубины воды на воздух в организме человека происходят недомогания, доходящие даже до разрыва кровеносных сосудов. В воздухе, в пределах обычно используемой зоны, столь резкой разницы в давлении, конечно, нет, и потому сами явления, будучи того же порядка, много слабее по своей интенсивности. Но так как атмосферное давление на высотах около 2 и 5½ тыс. метров составляет лишь три четверти или половину нормального у земли, нормальная разница тоже сказывается на организме и при под'еме, и при быстром снижении самолета. В результате у летчиков закладывает уши и нос (особенно при насморке), а иногда это вызывает даже кровотечение из тех же органов (простые "закладывания" в ушах легко устраняются выдуванием из легких при закрытом рте и зажатом носе).
Независимо от механического воздействия, разреженная атмосфера вызывает более серьезные последствия в силу недостаточности в воздухе кислорода для вдыхания легкими (абсолютное количество поглощаемого кислорода уменьшается в той же пропорции, как упомянутое выше уменьшение плотности воздуха). В результате возникает "воздушная болезнь", аналогичная по существу с "горной болезнью". Только последняя проявляется обычно у путешественников много раньше. (т.-е. на меньших высотах), так как при ходьбе, да еще вверх, человек затрачивает больше физических сил, чем при сидении на самолете. В последнем случае человеческий организм свободно выдерживает под'емы до 4½—5 тыс. метров, т.-е. в пределах, достаточных для обыкновенных воздушных путешествий. При временной задержке дыхания недостаток кислорода будет, правда, чувствоваться, но при правильном и регулярном вдыхании, к которому нетрудно привыкнуть, можно безболезненно переходить и за предельную высоту.
Все явления "воздушной болезни" тщательно изучены сейчас благодаря исследованиям над людьми в специальных пневматических камерах (под "воздушным колоколом") при различных долях атмосферного давления. И выясненно, что вдыхание на больших высотах дополнительного кислорода, который берется летчиками в особых приборах, — часто в сгущенном (жидком) состоянии,вполне предохраняет от болезненных последствий (головокружение, слабость, обмороки и т. п.2).
Таким образом и разреженность атмосферы не вызывает в человеческих ощущениях при летании никаких неодолимых затруднений.
Иначе обстоит дело с другими ощущениями в воздухе, гораздо менее известными широким кругам читателей, но играющими сейчас в воздушной навигации много большую роль, вследствие их прямого влияния на управление самолетами. В этой области надо остановиться главным образом на чувстве равновесия и на других вытекающих из него ощущениях. Именно здесь известная человеческая неприспособленность к летанию действительно проявляется явно, и потому нужны специальные технические средства для восполнения существующих пробелов.
Под упомянутым сейчас чувством равновесия мы дальше будем понимать те наши способности, которые позволяют правильно оценивать не только положение тела относительно горизонтальной плоскости (или направления силы тяжести — вертикали), но и характер передвижения в пространстве относительно поверхности земли. Нормальным положением человека в воздухе будем называть такое, когда самолет находится в режиме полета прямолинейного, горизонтального и равномерного, при горизонтальности его осей продольной и поперечной; продольная же ось тела человека рассматривается всегда совпадающей (или параллельной) с вертикальной осью самого аэроплана.
Как и чем ощущается человеком чувство равновесия?
Это воспринимается главным образом двумя различными органами: 1) органами зрения — непосредственным наблюдением и оценкой по всем имеющимся признакам; 2) специальными органами равновесия, находящимися у человека с обеих сторон головы, в областях среднего уха. Помимо того, известную роль играет иногда и мускульное чувство.
Все затруднения в распознавании своего равновесия или нормального положения наступают у человека тогда, когда он ничего кругом себя не видит. Так, совершенно теряет ориентировку в направлениях и в собственном положении пловец, нырнувший в воду и не видящий ничего кругом; часто только пловучесть тела, влекущая вверх, сама выносит такого человека на поверхность воды, совершенно независимо от его воли и сознания. Так в очень затруднительном положении оказывается часто и летчик, утративший почему-либо видимый горизонт, — будь то ночью, без доступа света, или при неблагоприятных атмосферных условиях. При нахождении над облаками еще возможно ориентироваться по горизонту облачного моря, даже и при гористом характере его причудливых форм. Возможно иногда распознавать свое положение в тумане или в легких облаках, если сквозь них, хотя и очень слабо, просвечивает солнце. Но в густом тумане, в больших и темных массах облаков, при большом снегопаде, — так же, как и в полной темноте3), — ощущение "нормальности" положения утрачивается почти совершенно.
Иногда приходят на помощь человеческие органы равновесия. Это так называемые полукружные каналы (см. рис. 1), расположенные в трех взаимно перпендикулярных плоскостях; жидкость, находящаяся в этих каналах, в разных плоскостях тела человека касается своим уровнем разных волосовидных окончаний слуховых нервов, что соответственно передается и сознанию.
Однако, в лету человеческий орган равновесия, функционирующий по принципу уровня или маятника, работает не всегда правильно. Напр., если самолет, идущий в нормальном режиме, быстро замедлит ход, маятник и наш орган равновесия в своих уклонениях воспримут это, как изменение в положении продольной оси. А если самолет ляжет в правильном вuраже, когда равнодействующая силы его тяжести и центробежной силы будет перпендикулярна к накренившейся поперечной оси (см. рис. 2), то маятник, — а также и наш орган равновесия, — совершенно не обнаружат этого явления, сохранив относительно самолета неизменно прежнее положение. И обратно: при повороте аэроплана без всякого крена маятничный или наш природный автомат обязательно отметят, под действием центробежной силы, негоризонтальность поперечной оси. В подобных случаях летчика скорее может выручить иногда мускульное чувство, проявляющееся в ощущениях разной силы прижимания его тела к сидению или неравномерности этого давления в различных половинах тела. Но для общего случая и это чувство, конечно, непригодно.
Вот, следовательно, та область, в которой органическая неприспособленность человека к летанию сказывается иногда совершенно явно. Птицы, имеющие органы равновесия того же типа, как и наши, но много более развитые, удовлетворены ими, — и только ими одними, — в наилучшей мере: при повреждении их органов равновесия летать они уже неспособны. А человек, закрывший глаза, не всегда в состоянии даже распознать, летит-ли он в нормальном положении, вертится-ли в крутом (свыше 45°) вираже или крутит в мертвой петле, переходя разные фазы, включительно до висения вниз головой4). И люди с поврежденным слуховым аппаратом, а значит и чувства равновесия, способны быть хорошими пилотами наравне, а может быть и лучше других: это доказано в американском воздушном флоте, где во время мировой войны в летчики было завербовано много глухонемых.
Как же и чем современная техника выправляет эти природные способности, или вернее неспособности человека?
В оборудование пилотской кабины каждого современного самолета в числе других контрольных приборов входят обычно два уровня-уклономера: один — в продольной, а другой — в поперечной оси аэроплана. Но показания таких уклономеров, — как ясно из описанного выше, — будут весьма относительны. Для суждения о горизонтальности продольной оси самолета можно пользоваться дополнительно услугами "анемотахометра" — прибора, показывающего собственную скорость в лету (относительно воздуха); показание пониженной скорости будет свидетельствовать о под'еме, а увеличенная скорость, наоборот, покажет снижение. Для выяснения же положения поперечной оси за последнее время стали применять еще специальные приборы, использующие принцип жироскопа.
Жироскоп — волчок, вращаемый с большой быстротой — обладает двумя замечательными свойствами: 1) он стремится сохранить положение при воздействии на него сторонних сил; 2) его ось уклоняется всегда перпендикулярно направлению внешней силы, если последняя преодолевает его инерцию. При использовании первого свойства надо давать жироскопу громадную скорость вращения, — до 20000 оборотов в минуту, — и значительный вес. Это осложняет вопрос, требуя для вращения специальную динамо-машину. При использовании второго свойства жироскоп берется более легкий, ось его устанавливается горизонтально, и вращение получается непосредственно от ветрянки, работающей от встречного ваздушного потока.
На рис. 5 дана схема прибора, сконструированного по первому принципу германской фирмой Аншюца (рис. 5). Жироскоп с вертикальной осью подвешен на карданной подвеске, как морской или авиационный компас (на двух кольцах, закрепленных в взаимно-перпендикулярных осях). При этом центр подвески (т.-е. точка пересечения осей крепления) находится лишь немногим выше центра тяжести жироскопа. С одной из цапф крепления наружного карданного кольца соединен вертикальный диск Н, горизонтальный диаметр которого обозначен просветом между двумя темными полосами. Благодаря неизменному сохранению жироскопом вертикальности его оси, последний диаметр будет всегда расположен горизонтально: это и есть исусственный горизонт, заменяющий для летчика отсутствующий природный.
В приборе Аншюца линия искусственного горизонта проектируется сзади на круглую шкалу, лицевая сторона которой имеет параллельно линии горизонта изображение самолета. А вокруг всей шкалы размещен еще кольцевой уровень, в котором при нормальном положении поверхность жидкости, наблюдаемая, с обеих сторон, тоже совпадает с линией горизонта.
Летчик читает показания прибора так. При правильном уравновешенном положении самолета уровень не сходит с линии О—О; если при этом иск. горизонт совпадает с той же линией (рис. 6, фиг. 1), то самолет идет прямолинейно; а если не совпадает (рис. 6, фиг. 2 и 3), — это значит, что самолет находится в вираже. При неправильном, неустойчивом положении самолета, уровень всегда выходит из направления линии О—О; если при этом он занимает такое же положение,как и искусств. горизонт (рис. 6, фиг. 1 л. и 1 п.), то самолет идет прямолинейно, но с креном, а если поверхность уровня получает направление между линией О—О и иск. горизонтом или вне этих линий (рис. 6, фиг. 2 л, 2п, 3л, 3п), — это означает, что самолет движется по кривой, причем он либо неправильно увален во внешнюю сторону кривой, либо скользит внутрь ее (к центру).
Подобно прибору Аншюца, в Германии сконструирован другой фирмой прибор, прозванный "Жuроректором". В нем неизменность положения оси жироскопа обеспечивается автоматически еще тем, что всякий возможный выход этой оси из вертикального состояния включает электро-ток, которым от моторчика ось снова возвращается в первоначальное положение.
Практика не дала еще сравнительных результатов работы всех приборов такого типа, но польза, оказываемая ими, не подлежит никаким сомнениям. А дальнейшее усовершенствование весьма возможно и совсем освободит летчиков от некоторой слепоты, иногда испытываемой теперь. Недостающий человеку инстинкт в летании успешно возмещается победоносной техникой.
1) Фигурные полеты являются высшей школой в авио-спорте и в военном деле, особенно у истребительных самолетов, при маневрировании в воздушных боях. Штопор — такой маневр, когда самолет, поставленный на голову, вертикально несется вниз, вращаясь одновременно вокруг своей продольной оси. В обычных пассажирских рейсах фигурное летание исключается. (назад)
2) Практика рекордных полетов на высоту в 10—12 тыс. метров дает основание предполагать, что в этих пределах есть и другие факторы, помимо разреженности атмосферы, болезненно влияющие на человеческий организм. Но этот вопрос пока еще не изучен, хотя в авио-технике и есть стремление, для увеличения скорости передвижения, прокладывать длинные воздушные пути именно в таких заоблачных высях. (назад)
3) Ночью, даже и безлунной, горизонт обычно все же видим. С другой стороны ориентировке помогают огни на земле или звезды в небе. Здесь же имеется в виду полная темнота со всех сторон. (назад)
4) В практике аварий был, случай, когда большой самолет в густом тумане сделал посадку на спине, колесами вверх. Уцелевщие пассажиры сидевшие внутри кабины, обнаружили это только при столкновении с землей. (назад)