Тренировки космонавтов

Экипаж корабля «Союз МС-12» в Центре подготовки космонавтов им. Юрия Гагарина в Звёздном городке

Трениро́вки космона́втов — подготовка физиологического состояния тела человека к полёту в космос. Пофессия космонавта предполагает постоянные нагрузки на организм и экстремальные проверки на прочность и выносливость.

Сила и ловкость необходима, чтобы комфортно себя чувствовать в невесомости. Большая часть тренировок включает в себя несколько видов спорта для улучшения этих показателей. Среди них лёгкая атлетика, плавание, парашютный спорт, прыжки в воду, спортивная гимнастика и лыжи.

Выход в открытый космос опасен из-за глубокого вакуума, экстремальных температур, радиоактивного излучения Солнца, вероятности столкновения с частицами космического мусора или микрометеоритами.

Более 50 лет программы по исследованию человека в разных странах изучают, что происходит с человеческим телом в космосе. Чтобы лучше проектировать космические корабли и улучшать функции скафандров.

Исследование также помогает в разработке и оценке медицинских стандартов, программ физической подготовки, тренировок по физиологической и психологической адаптации, сенсомоторных тренировок и здорового питания.

Виды тренировок

Чтобы иметь возможность вернуться на Землю, пройдя через перегрузки, а после быстро восстановиться, космонавту на МКС необходимо заниматься упражнениями каждый день по 2,5 часа. В это время входит также разминка и гигиена после тренировки.

На Земле

Специалистами Центра подготовки космонавтов были разработаны специальные программы вестибулярных тренировок, необходимых космонавтам для того, чтобы приспособиться к нестандартным условиям невесомости, которых нет на Земле.

Вращающееся кресло, наклонные столы, оптокинетический барабан используются для проведения вестибулярной подготовки космонавтов. Основное назначение вестибулярных тренировок — сглаживание неблагоприятных эффектов периода адаптации к невесомости.

Во время полёта на орбиту, а также при возвращении из космического пространства космонавты сталкиваются с сильнейшими перегрузками. Поэтому тренировка космонавтов в центрифуге входит в обязательную подготовку звёздного экипажа.

ЦФ-18 центрифуга в России

В Центре подготовки космонавтов используют специальные центрифуги ЦФ7 и ЦФ18 — весит 300 тонн и является самой большой в Европе.

• Вращение по кругу и в трёх плоскостях

• Динамические тренажёры с радиусом вращения 7 и 18 метров
• Пусковая мощность до 27 мегаватт, скорость до 250 км/ч
• Максимальное ускорение 30g
• Более 36,5 оборотов в минуту

Условия внутри тренажёра максимально приближены к естественным: в кабине можно изменять давление, температуру, влажность и состав атмосферы

Вращение на центрифуге помогает установить физическую выносливость космонавтов, тренирует умение управлять кораблём во время перегрузок, при спуске с орбиты в ручном режиме и при этом самостоятельно управлять законом изменения перегрузки.

Тренировки выполняются не только космонавтами, а также службами по работе с чрезвычайными ситуациями в разных странах — это делается для предупреждения рисков отклонения от плана возвращающихся на Землю космоновтов и в различных непредвиденных ситуациях.

На МКС

В невесомости у человека выключается из работы мускулатура поддержания позы, отсутствует стимуляция гравирецепторов стоп, страдает вестибулярный аппарат и очень быстро наступает процесс атрофии мышц.

Российский космонавт, Валерий Поляков провёл 438 суток на станции «Мир» с 8 января 1994 года по 22 марта 1995 года. Он интенсивно тренировался во время своего полёта и после возвращения продемонстрировал стабильное физическое состояние и быстрое восстановление. Это означает, что при активных занятиях спортом становятся возможны межпланетные перелёты.

Беговая дорожка на МКС

Каждое утро космонавта на орбите начинается с физических упражнений.

• Беговая дорожка БД-2 основной тренажёр российских космонавтов.

Особенность дорожки — неустойчивая опора, то есть она снабжена специальной системой виброизоляции платформы, чтобы во время работы тренажёра нагрузки не передавались на корпус станции.

Перед началом пробежки космонавт пристегивает систему притяга к поясу специального жилета. Сила, которую прикладывают, чтобы сдвинуть дорожку при пристегнутых ремнях, эквивалентна 40-100 килограммам, что позволяет космонавтам выставлять нагрузку, равную или большую, чем их собственный вес.

• Велоэргометр (имитация велотренажера)

У него есть сидение и педали, но нет руля — для экономии пространства ручки встроены в переднюю стену. Чтобы упражнения приносили пользу, на велотренажере создается нагрузка, эквивалентная нагрузке, которая требуется для аналогичных упражнений на Земле.

• Силовой тренажер ARED на МКС позволяет проводить много различных силовых упражнений как с грифом, так и с кабелем. Нагрузку на этом тренажере можно задавать до 270 килограммов. Космонавт может добавить к тренировкам на тренажерах профилактические костюмы: «Пингвин» и «Чибис», а также высокочастотные электромиостимуляторы «Стимул» и «Тонус».

«Пингвин» — это профилактический нагрузочный костюм. Нагрузка такого костюма может регулироваться в пределах от 0 до 40 кг. Чтобы держаться в «Пингвине» прямо, необходимо прикладывать определённое усилие, а это и необходимо для поддержания мышц в тонусе. Частично это позволяет заменить нагрузку, которую космонавты испытывают в привычных условиях земной гравитации.

«Чибис» — это профилактический вакуумный костюм. В нём можно создавать разрежение для оттока крови к ногам.

Для планетной деятельности

Модуль исследования человека (HERA) для международной программы SIRIUS — исследование межпланетных полётов

В полётах на Луну и Марс у космонавтов будет гораздо меньше места и оборудования для упражнений, чем на Международной космической станции, согласно недавнему исследованию, такие упражнения как прыжки могут стать ключевыми.

Космонавты склонны худеть в космосе. Многие теряют аппетит и меньше едят, но продолжают интенсивно заниматься спортом. Сокращение количества энергии, затрачиваемой на упражнения, может помочь в борьбе с этой потерей веса и уменьшить количество пищи, которую астронавты должны брать с собой — важный аспект для будущих межпланетарных полётов, где на счету каждый килограмм груза

В России проводят многодневный изоляционный эксперимент SIRIUS, где воспроизводятся основные характеристики реального космического полёта на Луну: перелёт до спутника с последующим облётом для поиска места приземления, приземление четырёх членов экипажа для проведения операций на поверхности, пребывание на орбите Луны и дистанционное управление лунным ровером для подготовки базы, возвращение на Землю.

Опасности для человеческого тела

Главными препятствиями для комфортного физиологического состояния тела являются: радиация, изоляция и ограничения движений, расстояние от Земли, гравитационные поля и враждебная окружающая среда.

Во время длительного полёта на Марс предполагается, что космонавты столкнутся с тремя различными гравитационными полями. В полугодовом путешествии между планетами экипажи будут невесомы. Живя и работая на Марсе, экипажи будут находиться примерно в одной трети земного притяжения. По возвращении домой космонавтам придётся заново адаптироваться к земной гравитации.

Переход от одного гравитационного поля влияет на пространственную ориентацию, координацию головы и глаз и рук, равновесие и передвижение. При переходе от невесомости к гравитации космонавты могут испытывать послеполётную ортостатическую непереносимость, когда они не могут поддерживать свое кровяное давление при вставании, что может привести к головокружению и обмороку.

Без влияния земной гравитации на человеческие кости теряют в среднем от 1 % до 1,5 % минеральной плотности в месяц во время космического полёта. После возвращения на Землю потеря костной массы не может быть полностью исправлена ​​​​реабилитацией, однако риск перелома у них не выше. Без надлежащей диеты и физических упражнений астронавты также теряют мышечную массу в условиях микрогравитации быстрее, чем на Земле.

Исследования тела

Боль в спине, о которой сообщают космонавты, во время космического полёта, контролируется с помощью УЗИ позвоночника . Размер мышц и плотность костей оцениваются на предмет ухудшения с помощью МРТ и методов визуализации с высоким разрешением до и после полёта. Космонавты периодически проводят самооценку физической подготовки, чтобы помочь исследователям лучше состояние сердца во время космического полёта.

Алекс Герст после тренировки с погружением в воду, Россия

Каждый космонавт проходит первичное медицинское обследование и затем для него индивидуально разрабатывается график тренировок с постепенным нарастанием времени тренировок на вестибулярных тренажерах в Центре подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина.

Было доказано, что аэробные и резистивные упражнения поддерживают здоровье сердца, выносливость костей и мышц, бодрость ума, а также поддерживают более позитивный настрой и могут даже помочь с балансом и координацией.

Виртуальных партнёров по тренировкам, созданных с помощью программного обеспечения, можно использовать, чтобы мотивировать космонавтов регулярно тренироваться для более длительных космических полётов.

Проводят исследование постельного режима на Земле, чтобы определить, может ли центрифужная искусственная гравитация быть эффективным способом противодействия физиологическим эффектам невесомости.

Отдых и сон

Для восстановления важно обеспечивать космонавтам качественный сон. В противном случае их внутренние биологические часы или циркадные ритмы могут быть изменены такими факторами, как разные циклы темноты и света, постоянный шум, замкнутое пространство, стресс от длительной изоляции. Тело космонавта должно быть готово к более длинному дню на Марсе.

Учёные используют такие устройства, как актиграф, который помогают оценивать и улучшать сон и бдительность, регистрируя, как много люди двигаются и сколько света их окружает. Новое освещение, вызванное развитием технологии светодиодов, используется на космической станции, чтобы помочь выровнять циркадные ритмы и улучшить сон.

Важно подготовиться к усталости, которую космонавты могут испытать во время полёта, учитывая, что будут периоды с большой рабочей нагрузкой и сменным графиком.

• 

  Экспедиция 30 учения Dan Burbank

• 

  Экипаж корабля "Союз ТМА-09М" во время тренировки по сценарию аварийной ситуации

• 

  Тренировка поисково-спасательного отряда ЦВО по эвакуации экипажа космического корабля «Союз ТМА»

• 

  Упражнения Коичи Ваката на борту станции

• 

  Тренировка в режиме рабочего дня на МКС

• 

  Вильям Шеферд тренирует мышцы

• 

  Подготовительные учения

• 

  Тренировка на ARED

• 

  Терри Виртс в нагрузочном костюме "Пингвин"

• 

  Вакуумный костюм "Чибис"

На космической станции космонавты тренируются минимум по два часа в день.