Как ходят в невесомости: почему космонавты не падают и как передвигаются в космосе

В условиях невесомости многие привычные действия становятся невыполнимыми, и наоборот. Например, можно свободно парить в окружающем пространстве, летать, выполнять перевороты и другие трюки. Но можно ли ходить в невесомости, бегать или прыгать?
Нет, двигаться так же, как на Земле, во время свободного падения на МКС или самолете-лаборатории не получится. Принцип передвижения в таких условиях кардинально меняется из-за отсутствия веса, опоры и силы трения о поверхность.

Мышцы и инерция на орбите неизменно работают по законам физики. В соответствии с 3 законом Ньютона, каждое действие вызывает идентичное по силе противодействие. Поэтому для перемещений внутри космической станции чаще всего используется метод отталкивания от поверхностей.
Космонавту достаточно слегка оттолкнуться рукой или ногой от стены, пола или потолка станции, и он тут же по инерции полетит в противоположную сторону. Причем отталкиваться нужно мягко, с небольшим усилием, чтобы избежать столкновения на скорости с оборудованием или человеком.
Трения о воздух недостаточно для торможения, поэтому полеты от борта к борту происходят практически без замедления. Человек летит с той же скоростью, пока не упрется в преграду или не ухватится за поручень. Краткая инструкция, как двигаться в невесомости, выглядит примерно так:

• слегка оттолкнуться от ближайшей поверхности и лететь в противоположную сторону;
• использовать поручни для корректировки траектории – цепляться за них руками, подтягиваться;
• для фиксации на месте применять ремни, липучки и другие держатели.

Если человек завис посреди модуля орбитальной станции, и рядом нет поверхности, чтобы оттолкнуться от нее, есть альтернативные способы, позволяющие инициировать перемещение в нужном направлении.
Например, можно бросить в сторону любой небольшой предмет, и по закону сохранения импульса вы полетите в направлении, противоположном броску. Если же подходящего предмета для броска нет, можно резко выдохнуть через рот. «Плыть», делая гребки, как в воде, в воздухе бесполезно, т.к. его сопротивление для «плавания» слишком мало.

С учетом того, как люди передвигаются в невесомости, закономерно, что нагрузка на мышцы у космонавтов на орбите распределяется иначе, чем на Земле. Мышцам ног в условиях длительного свободного падения не приходится удерживать вес тела и преодолевать земное притяжение. Поэтому во время космических миссий они быстро теряют тонус и объем.
Чтобы компенсировать недостающую нагрузку и избежать критической атрофии ножных мышц, космонавты ежедневно по 2 часа занимаются на специальных тренажерах: космических аналогах беговой дорожки, велоэргометра и силового тренажера. Иначе ноги настолько ослабнут, что после возвращения на родную планету человек просто не сможет ходить.
Зато космонавты сполна прокачивают мышцы рук, плечевого пояса, кистей и предплечий. Именно на них приходится основная нагрузка при передвижении в космических реалиях. Если посмотреть, как космонавты «ходят» в космосе, становится очевидным, что делают они это именно руками:

• хватаются за поручни, ручки и другие фиксаторы;
• подтягивают и удерживают тело;
• корректируют траекторию движения;
• тормозят о встречные поверхности.

Стабилизировать корпус в пространстве помогают мышцы кора – пресса и поясницы. Иногда в работу включаются также грудные и спинные мышцы. Ноги же практически не участвуют в движении. Хотя пальцы ног и стопы задействуют для отталкивания от стен, маневрирования и фиксации тела на одном месте (за компьютером, пультом управления, в туалете), в целом нагрузка на нижние конечности гораздо меньше, чем на верхние.

На условный пол орбитальной станции космонавты не падают и даже не ходят по нему, потому что постоянно находятся в состоянии невесомости. Вместе с МКС они непрерывно падают на Землю, но делают это очень быстро – с первой космической скоростью, поэтому в итоге осуществляют орбитальный полет.
На высоте орбиты Международной космической станции (около 400–404 км) первая космическая скорость составляет примерно 7,67 км/с или 27 700 км/ч. Ее значение немного меньше, чем у поверхности Земли (7,91 км/с), т.к. на расстоянии гравитация постепенно ослабевает, и для удержания на орбите достаточно меньшей горизонтальной скорости.
Земное притяжение на высоте орбиты МКС достаточно сильное: ≈90% от привычного нам значения. Космонавты не ощущают его, т.к. бесконечно вместе со станцией выполняют свободное падение. На Землю они не падают, поскольку все время «промахиваются» из-за достаточно высокой скорости движения и кривизны планеты. При этом они не ощущают движение относительно Земли, т.к. и станция, и все ее содержимое, и воздух, и люди на борту падают с одинаковой скоростью, без давления друг на друга.

Чтобы почувствовать свое тело невесомым, насладиться этим неземным ощущением и получить феерические впечатления от парения в окружающем пространстве, не обязательно становиться космонавтом. Чтобы приобрести этот космический опыт, можно полетать на самолете-лаборатории Ил-76 МДК. При осуществлении параболических маневров (горок) он выполняет контролируемое свободное падение, и на борту в эти периоды царит такая же невесомость, как на МКС.
В предыдущей статье мы подробно рассказали о том, сколько длится невесомость при каждом параболическом маневре «Илюши» и сколько парабол Кеплера он выполняет за один полет.