Что будет, если человек без скафандра попадет в открытый космос? Осторожно! Много букв)
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 [Webb, 1969, 1970].) 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."
и далее:
"обезьяны и собаки успешно вернулись к жизни после подвергания вакууму до двух минут..."
Вскипит ли кровь человека?
Нет.
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?
Нет.
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
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 [Webb, 1969, 1970].) 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."
и далее:
"обезьяны и собаки успешно вернулись к жизни после подвергания вакууму до двух минут..."
Вскипит ли кровь человека?
Нет.
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?
Нет.
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