Высший пилотаж: как жирафы помогли пилотам справиться с перегрузками

Перегрузки – одни из самых неприятных спутников для военных летчиков. Хуже разве что поломки в небе и иностранные перехватчики. Когда профессионалы говорят о перегрузках, они используют единицу измерения G. Один G соответствует перегрузке в спорткаре, который разгоняется до 100 километров в час за 2,8 секунды. На американских горках перегрузки могут достигать шести G. Правда, лишь на доли секунды. А теперь сравните: пилот истребителя испытывает перегрузки, равные девяти G! Причем длятся они намного дольше. И происходят как при наборе скорости, так и при торможении.

Зачем воздушным асам вторая кожа? Как они выдерживают перегрузки, от которых у обычного человека отключается мозг? И, казалось бы, причем здесь жираф? На эти вопросы ответили эксперты программы "Знаете ли вы, что" с Алексеем Иванченко на РЕН ТВ.

На грани

Новейший истребитель пятого поколения Су-57 демонстрирует фигуру высшего пилотажа – "кобру Пугачева". Он почти останавливается в воздухе, а затем снова разгоняется до предельных скоростей. В бою высокая маневренность обеспечивает выживание. Но что чувствует при этом пилот?

"Когда мы пилотируем самолеты, особенно на больших перегрузках, возникает вот это вот характерное ощущение: мы ощущаем отлив крови от головы… Мелкие сосуды достигают очень большого давления. А это значит, может наступить инсультное состояние", – рассказывает генерал-майор, заслуженный военный летчик России Владимир Попов.

Рекорд по перегрузкам на земле принадлежит офицеру ВВС США Джону Степпу. В декабре 1954 года он разогнался в ракетных санях до скорости 1017 километров в час, а потом пережил резкое торможение: 1,5 секунды до полной остановки. Перегрузка в моменте составила 46,2 G. На какое-то время Степп полностью ослеп. Но если бы перегрузка продлилась чуть дольше, Степп бы точно погиб.

Вторая кожа

Чтобы привыкнуть к перегрузкам, пилоты истребителей тренируются в специальных центрифугах. Но уже при значении шесть G даже у подготовленного человека темнеет в глазах. Мозг, лишенный кислорода, начинает отключаться. Но почему пилот Су-57 при перегрузках в девять G и даже больше не теряет сознание? Секрет в специальных высотно-компенсирующих костюмах. Они для пилотов – вторая кожа. Только более прочная и с собственной пневматической системой.

"Специальные камеры располагаются в районе живота, пресса. Когда перегрузка нарастает, туда автоматически подается сжатый воздух, который расширяет камеры. И они прижимают живот, бедра, голени. Прижимают определенным образом грудную клетку для того, чтобы не дать возможности крови уйти в конечности", – делится Попов.

Костюм пилота истребителя не работает сам по себе. Он всегда соединен с системами жизнеобеспечения самолета и делает летчика и боевую машину единым целым. Шланги подключаются к бортовой системе. Каждый шланг предназначен для разных целей: один – для натяжного устройства, второй – для противоперегрузочного, третий – для самого костюма. Тот же принцип защиты от перегрузок используется и в скафандрах космонавтов. С той разницей, что защитные функции скафандра дополняются особой формой кресла. На разработку подобных технологий тратятся огромные деньги. В природе же аналогичная система исправно работает не одно тысячелетие. Жирафы каждый день успешно борются с колоссальными перепадами давления. И не страдают даже от отеков ног. Как такое возможно?                                                 

Жираф не зевает

Знаете ли вы, что жирафы – единственные животные, которые не умеют зевать? И теплокровные, и хладнокровные периодически распахивают пасть в попытке насытиться кислородом. Зевают рыбы и птицы. Человек за всю жизнь зевает около 250 тысяч раз. И только жираф не зевает. Ученые считают, что он и не может. Со вдохом большого объема узкая четырехметровая шея просто не справится. Но вот вопрос: как тогда жираф пьет?

"У такого экстремально высокого животного должно быть приспособление для того, чтобы не разорвались сосуды ног от давления. Первое и самое простое приспособление – крепкая кожа, которая обтягивает ноги и поддерживает форму сосудов", – поясняет кандидат биологических наук Антон Ефремов.

Но настоящее испытание для жирафа – это водопой. Голова, которая обычно находится на высоте пяти метров, за одну-две секунды опускается до земли. Как выдерживают такую перегрузку сосуды головы? Почему жираф не погибает от инсульта?

"У них есть специальная капиллярная сеть в районе шеи, которая в момент резких перепадов давления просто компенсирует вот этот резкий перепад как помпа. Создается буфер объема, где эта кровь накапливается и сразу не поступает в голову", – отмечает эксперт.

Сравните: сеть трубок в костюме пилота, выравнивающих давление, и сеть дополнительных сосудов в шее жирафа. По сути, это одно и то же.

Большое сердце

Еще одна технология, которой люди пользуются несколько сотен лет, внутри жирафа работала всегда. Знаете ли вы, как кровь в организме животного поднимается на пяти-, а то и шестиметровую высоту? Сердце жирафа весит около 12 килограммов, а толщина его стенок составляет целых шесть сантиметров! Но даже такой мощный насос не справился бы с перекачкой крови к голове, если бы не система обратных клапанов.

Кровеносные сосуды животного поделены на отдельные камеры. При этом клапаны между камерами открываются только в одну сторону. Вернуться назад кровь не может. Такая система называется "обратный клапан". Ее применяют при подаче воды из глубоких скважин и в системах водоснабжения высотных зданий.

"У нас есть некий набор расширительных баков, водонапорных баков, которые ставятся на разных этажах. Дальше в каждый из них мы накачиваем постепенно воду. За счет того что не надо поднимать высокий столб воды, а мы это делаем на разных уровнях на небольшую высоту, система с этим легко справляется", – подчеркивает кандидат технических наук, доцент Российского технологического университета Евгений Кашкин.

Аналогичную многокамерную систему жираф использует, когда пьет. Иначе поднять воду по длинной шее вверх невозможно. Кроме того, благодаря хитрой анатомии шеи жирафа не тошнит.

Избавиться от гипертонии

Исследование организма самого высокого животного на Земле не ограничивается только механикой его пищевода и сосудов. Недавно ученые из США открыли у жирафа мутации в гене, который у людей и мышей связан с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Генетикам удалось "вставить" мутации гена жирафа в такой же ген у мышей. В результате подопытные животные стали абсолютно невосприимчивы к гипертонии. По словам Антона Ефремова, от мышей до человека в экспериментах расстояние бывает очень коротким.

Поможет ли ген жирафа навсегда избавиться от повышенного артериального давления людям? Ответ на этот вопрос мы получим в самое ближайшее время. Если это действительно окажется так, то добрая половина человечества должна будет жирафу в ноги поклониться.

Инсайты инженерной мысли, история, научная аналитика и тайны нашей планеты – об этом и многом другом смотрите в выпусках программы "Знаете ли вы, что?" с Алексеем Иванченко. Каждый вторник в 23:30 на РЕН ТВ!