Физиология и гигиена летчика в экстремальных условиях

Микроклиматические условия в кабине летательных аппаратов остаются одним из ведущих факторов, воздействию которых подвергаются члены экипажа. Проблема поддержания заданных условий обитаемости остается актуальной практически для всех видов летательных аппаратов: высокоманевренных скоростных самолетов, военно-транспортной и бомбардировочной авиации, боевых вертолетов.

Особую значимость температурный фактор приобрел при ведении боевых действий в условиях горно-пустынной местности Афганистана. Высокие температуры оказывали неблагоприятное действие как в полете, так и в межполетный период в наземных условиях, особенно при перебазировании летного состава в летний период, когда контрастность температурных условий на местах основного базирования и аэродромах Афганистана доходила до 25–30°С.

Оценке условий труда в условиях мирного времени и при ведении боевых действий, а также проблемам оптимизации функционального состояния летного состава в процессе адаптации к условиям жизнедеятельности Афганистана посвящены исследования, представленные в настоящей и следую щей главах.

Учитывая многообразные географические условия базирования летного состава на различных аэродромах, коротко остановимся на особенностях климата и его влиянии на летчика в процессе выполнения им профессиональной деятельности.

1.1. Климат и полеты. Определение и понятия. Элементы, составляющие климат

Климат представляет собой географическое понятие, суммирующее целый комплекс метеорологических явлений, специфичных для того или иного региона. Полное описание состояний атмосферы, определяющих климат, включает регистрируемые через регулярные промежутки времени данные о температуре и влажности воздуха, скорости и направлении ветра, величине и характере облачности, числе солнечных дней, общей дозе теплового излучения, количестве осадков в виде дождя и снега, пыли в атмосфере, а также ряд других параметров. Климат, в котором живет человек, в действительности состоит из ряда климатических «оболочек» – микроклимата одежды, микроклимата жилых и служебных помещений, географического микроклимата. Среди всех географических факторов первостепенную физиологическую роль играют те, которые оказывают прямое влияние на интенсивность теплового обмена между поверхностью тела (обнаженной или закрытой одеждой) и окружающей средой. К ним относятся температура и влажность воздуха, скорость ветра, атмосферное давление. На основе перечисленных факторов выделяют несколько типов климата и целый ряд климатических зон. К основным типам климата относятся следующие:

• жаркий сухой климат пустынь, для которого характерны скудные атмосферные осадки и интенсивная солнечная радиация; жаркий влажный климат, со значительным количеством дождей и отсутствием холодного сезона;

• умеренный климат (средиземноморский, морской или континентальный) в разнообразных вариациях;

• полярный климат, для которого холод является определяющим фактором;

• горный климат, характерный для местностей, расположенных на значительной высоте над уровнем моря, где к другим климатическим факторам добавляется низкое атмосферное давление.

Климатические условия на земле находятся в тесной зависимости от географических широт. Различают экваториальный, субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, субарктический (субантарктический), арктический (антарктический) климатические пояса.

Экваториальный климатический пояс охватывает полосу пониженного атмосферного давления, распространяющуюся на 5–10° к северу и югу от экватора. Отличается очень равномерным температурным режимом с высокими температурами воздуха в течение всего года (24–28°С). Влажность воздуха постоянно высокая, годовая сумма осадков колеблется от 1000 до 3000 мм, а на суше может достигать 6000–10000 мм. Преобладают естественные ландшафты суши – влажные экваториальные леса.

По обе стороны от экватора в областях высокого атмосферного давления находится субэкваториальная зона с умеренной облачностью и достаточно сухой погодой, а также с устойчивым режимом ветров (пассатов). Средняя температура летних месяцев 20–27 °С, в зимние месяцы температура снижается до 10–15°С. Годовая сумма осадков около 500 мм. Различают климат континентальных муссонов, с ландшафтом саванны или леса, и океанических муссонов.

За субэкваториальным поясом расположен район с тропическим климатом, который разделяется в основном на зоны пустынь и муссонов. Тропический климат пустынь отличается исключительно жарким летом (до 35–50°С). Средняя температура зимних месяцев 10–15°С. Суточные амплитуды температур очень велики (местами свыше 40°С). Осадков немного (меньше 100–250 мм в год). Климат тропических муссонов характеризуется жарким летом (средняя температура воздуха выше 30°С), прохладной зимой, большим количеством осадков, которых выпадает почти столько же, сколько в экваториальном климатическом поясе. Ландшафт – влажные пустыни или тропические леса.

Субтропический климат в зависимости от количества выпадаемых осадков носит название климата сухих субтропиков или климата влажных субтропиков. В последнем случае различается средиземноморский и муссонный климат. В субтропических широтах (25–40° северной и южной широты) средиземноморский климат характеризуется высоким атмосферным давлением (субтропические антициклоны) и циклонической деятельностью зимой. При жарком, малооблачном и сухом лете здесь прохладная и дождливая зима. Температура воздуха летом 20–25°С, зимой 5–10°С, годовая сумма осадков обычно 400–600 мм. Муссонный субтропический климат, в отличие от средиземноморского, характеризуется тем, что осадки обильнее и выпадают преимущественно летом при океаническом муссоне. В субтропических широтах внутри материков формируется климат сухих субтропиков, который характеризуется жарким и малооблачным летом и прохладной зимой. Годовая сумма осадков местами составляет всего 120 мм. Ландшафт – субтропические пустыни и степи. Климат пустыни отличается летом высокими температурами воздуха (до 50°С) и почвы (до 70°С), малой относительной влажностью (5–15%), интенсивностью солнечной радиации (до 200 Вт/м2), резкими колебаниями суточной температуры воздуха.

На высоких горах Азии (Памир, Тибет) формируется климат холодных пустынь с прохладным летом, очень холодной зимой и скудными осадками.

Для средних широт характерна интенсивная циклоническая деятельность, приводящая к частым и сильным изменениям давления и температуры воздуха. Переходные сезоны (осень, весна) продолжительны и выражены хорошо. Различают в основном три климатических типа в зоне умеренных широт: континентальный, морской и муссонный. Континентальный климат характеризуется более или менее устойчивым режимом высокого давления воздуха (особенно в зимнее время), теплым летом и холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Осадков выпадает около 400–600 мм в год. Годовые амплитуды температур воздуха значительны и растут вглубь материков за счет нарастания суровости зимы. В горах и на высоких плоскогорьях внутренних частей материков зимы очень суровы и малоснежны, лето жаркое, осадки сравнительно невелики и выпадают преимущественно летом. Ландшафт – полупустыни, степи, леса. Морской климат умеренного пояса отличается прохладным летом, теплой зимой, умеренным количеством осадков без устойчивого снежного покрова (около 500–600 мм в год). Количество осадков резко возрастает на наветренных склонах гор. Ландшафт – луга, широколиственные леса. Муссонный климат умеренных широт характеризуется малооблачной и холодной зимой при преобладающих северо-западных ветрах, теплым или умеренно теплым летом с юго-восточными и южными ветрами и достаточно обильными осадками. Над океанами преобладает интенсивная циклоническая деятельность с ветреной облачной погодой и обильными осадками. Ландшафт – леса и степи.

В субарктическом (субантарктическом) поясе различаются континентальный субарктический климат (ландшафт – тайга, лесотундра) и океанический субарктический или субантарктический климат. Зимы продолжительны и суровы. Средняя температура самого теплого месяца не выше 12°С, осадков менее 300 мм в год. Над океанами преобладает интенсивная циклоническая деятельность с ветреной облачной погодой и обильными осадками.

Климат арктический или антарктический характеризуется суровой продолжительной зимой, прохладным коротким летом, малым количеством осадков (100–300 мм в год). Ландшафт – тундра, льды. К арктическим районам в России относятся территории Крайнего Севера, расположенные к северу от Полярного круга. Температура воздуха в ряде мест достигает минус 40–50°С. Часто дуют сильные ветры со скоростью до 20–30 м/с с метелью и пургой. Продолжительность холодного времени составляет 6–10 месяцев. Весной и летом снежный покров интенсивно отражает солнечные лучи. Характерной особенностью Арктики, определяющий своеобразие ее климата, является специфический световой режим, обусловленный полярным днем и полярной ночью, который накладывает отпечаток на все виды человеческой деятельности на Крайнем Севере.

Практическое значение имеет деление территории России на районы с особо холодным, холодным, жарким и умеренным климатом при определении норм снабжения летно-техническим обмундированием.

Существует два вида связей между климатом и уровнем выполнения полетной работы. Во-первых, это влияние климатических условий на функциональное состояние и работоспособность летчиков, специалистов наземной службы. Во-вторых, влияние метеорологических условий на авиационную технику, радиотехническое обеспечение (РТО), приводящих к снижению безопасности полетов. Так, при полетах в полярных районах Северного и Южного полушарий необходимо учитывать следующие особенности физико-географических и метеорологических условий:

• полное отсутствие или недостаточное количество естественных и искусственных ориентиров;

• зависимость условий естественного освещения от времени года (полярный день и ночь);

• ограниченное развитие сети наземных средств связи и РТО полетов;

• неустойчивость метеорологических условий;

• наличие приземных инверсий, ледяных игл, ухудшающих видимость и искажающих при посадке конфигурацию ВПП и объектов;

• частые полярные сияния в осенне-зимний период, способствующие появлению иллюзорных ощущений.

В районах жаркого климата к особенностям выполнения полета относятся:

• уменьшение тяги двигателей самолетов (вертолетов), что приводит к увеличению длины разбега при взлете, возрастанию времени набора заданной высоты, увеличению расхода топлива;

• затруднение ведения детальной ориентировки из-за отсутствия характерных ориентиров на поверхности;

• возможность возникновения пыльных бурь и смерчей;

• увеличение вероятности отказов средств связи и РТО полетов, вследствие нарушения температурного режима работы блоков и средств энергопитания.

К особенностям выполнения полетов в горной местности относятся:

• затруднение ведения детальной ориентировки и пилотирования самолета на малых и предельно малых высотах из-за резко пересеченной местности;

• наличие в горах (особенно в теплое время) кучевой и мощно-кучевой облачности, закрывающей вершины гор, очагов мощной грозовой деятельности и сильной вертикальной турбулентности;

• затруднение взлета и посадки на аэродромах, расположенных на значительной высоте над уровнем моря.

К особенностям полетов, выполняемых над водным пространством, относятся:

• сложность орнитологической обстановки над водным пространством и вблизи береговой черты;

• погрешности в определении места самолета (вертолета) и навигационных элементов полета с помощью радиолокаторов и радиопеленгаторов, так как распространение радиоволн подвержено «береговому эффекту»;

• ограниченный резерв времени при организации поиска и спасения экипажей, терпящих бедствие.

При полетах большое значение имеют условия так называемых минимумов погоды – дальности видимости, высоты нижней границы облаков, скорости и направления ветра, устанавливаемых для летчиков (в зависимости от их квалификации), летательных аппаратов (в зависимости от их типа) и аэродромов (в зависимости от их технического оборудования и характеристик местности). Среди большого количества минимумов, можно выделить три категории минимумов Международной организации гражданской авиации (ИКАО) по высоте нижней границы облаков и дальности видимости на аэродроме, в соответствии с которыми разрешается выполнять взлет и посадку самолетам при сложных метеоусловиях:

• 1-я категория – дальность видимости не менее 800 м и высота нижней границы облаков не менее 60 м;

• 2-я категория – дальность видимости не менее 400 м и высота нижней границы облаков не менее 30 м;

• 3-я категория – дальность видимости не менее 200 м и высота нижней границы облаков без ограничений.

В гражданской авиации нашей страны согласно действующим нормативам сложными считаются метеорологические условия: высота нижней границы облаков 200 м и менее (при том, что они закрывают не менее половины небосвода) и дальность видимости 2 км и менее.

Отмеченные особенности выполнения полетов в различных метеорологических и физико-географических условиях сопровождаются повышенной эмоционально-психологической напряженностью лиц летного состава, что способствует развитию более раннего утомления. Необходимость профессиональной адаптации осложняет течение биологической адаптации при перебазировании в новые климатические условия, оказывающие многообразное влияние на функциональное состояние и работоспособность летного состава.

1.2. Условия микроклимата на летательных аппаратах 3–4-го поколения

Для решения задач данного направления проведено 87 анкетирований летчиков в условиях мирного времени и 478 анкетирований летчиков, выполнявших полеты при ведении боевых действий в Афганистане и после их возвращения к местам основного базирования. В ходе работы проведен анализ санитарно-гигиенических условий размещения летного состава в наземных условиях, регистрация параметров микроклимата кабины летательных аппаратов в наземных условиях и в полете с использованием прибора «Hydrotest-6200» (ФРГ), запись электрокардиограммы летчиков в полете с помощью кардиорегистратора «Memoport» (ФРГ), до и после полетов определялось артериальное давление и измерялась температура тела под языком. Проводились контрольные взвешивания, изучалась медицинская документация, анализировалась заболеваемость летного состава.

Необходимо отметить, что проблема микроклимата в авиации стран НАТО за период 1965–1985 гг. подробно освещена в обзоре А. Н. Ажаева с соавт. После 1985 г. публикации на эту тему в доступной нам литературе отсутствуют. Результаты анализа свидетельствуют, что проблема оптимизации микроклимата на самолетах и вертолетах стран НАТО стоит достаточно остро.

Неблагоприятные условия микроклимата в кабине самолетов возникают в результате внешней тепловой нагрузки окружающей среды, повышения температуры кондиционируемого воздуха, аэродинамического нагрева поверхностей ЛА, солнечной радиации, тепла, выделяемого бортовым оборудованием, и метаболического тепла членов экипажа.

При полетах самолетов с большими числами М (М ~2,5–3) на высотах 12–15 км аэродинамический нагрев отдельных частей обшивки достигает температур, превышающих 250°С (Nunneley S. A., Flick C. F., Allan J. R., 1980).

Наиболее высокие температуры воздуха в кабине ЛА отмечаются в летний период года перед взлетом, при полетах на малых высотах и сразу после посадки на ВПП. При закрытом фонаре и интенсивной солнечной инсоляции создается парниковый эффект, что вызывает нагрев воздуха в кабине на 8–20°С выше наружной температуры. Так, в кабине самолета на этапе «руление – взлет» при закрытом фонаре температура воздуха к 11.00 часам дня достигала 42–45°С (на 10–12°С выше наружной). К периоду наивысшего подъема солнца эти значения возрастают на 20°С. Такой же температурный режим сохраняется в кабине самолете и в течение первых 10–15 минут полета на высоте 5 км. В дальнейшем температура воздуха постепенно снижается, составляя 26–30°С в течение 15 минут при выполнении 50-минутного полета. При снижении и заходе на посадку температура в кабине снова начинает возрастать.

Исследования условий труда летного состава, выполняющего полеты в умеренном климате, подтверждают, что несмотря на существенное улучшение работы системы кондиционирования воздуха, приблизительно 55% летчиков считают, что при выполнении полетов при температуре в тени более 22–25°С (температура в кабине 27–32°С) создаются неблагоприятные микроклиматические условия, что сопровождается ухудшением самочувствия, работоспособности и переносимости пилотажных перегрузок. Объясняется это не только существенным увеличением остекления фонаря, приводящего к повышению интенсивности солнечной радиации, но и отягощающим действием защитного снаряжения.

Измерения температуры в кабине самолета в наземных условиях и в полете, при базировании в умеренном климате, свидетельствуют, что при выполнении полетов на 600–1000 м над уровнем моря и наружной температуре у земли 25–27°С, температура воздуха в кабине ЛА доходит до 33–35°С. Выполнение деятельности в подобных условиях ограничено и не превышает 40–70 минут в зависимости от сложности полетного задания (табл. 1.1).

Таблица 1.1 – Субъективная оценка летного состава возможной продолжительности (мин) воздействия высоких температур в полете, не оказывающих влияния на выполнение полетного задания в хлопчатобумажном комбинезоне и ППК (М ± m)

Ожидание вылета при закрытом фонаре и при температурах в тени, не превышающих 30–32°С, в течение 5–15 минут приводят к увеличению оральной температуры тела летчика на 0,2–0,3°С, частоты сердечных сокращений на 10–20 ударов в минуту. Теплоощущения характеризуются как «жарко – очень жарко» (табл. 1.2). Особенно неблагоприятные условия создаются при использовании защитного снаряжения в случае отсутствия его вентиляции (табл. 1.3).

Таблица 1.2 – Микроклиматические условия и тепловое состояние летчика при ожидании вылета с закрытым фонарем в кабине самолета

Таблица 1.3 – Субъективная оценка летного состава возможной продолжительности ожидания вылета в кабине самолета в солнечный день без вентиляции пододежного пространства в зависимости от сложности выполнения полетного задания, мин (X ± m)

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в течение первых 10–15 минут после закрытия фонаря кабины, то есть в течение времени от момента закрытия фонаря кабины и до взлета, когда начинает эффективно функционировать система кондиционирования воздуха, у летчика, выполняющего полеты в жаркое время суток, с высокой степенью вероятности появляются признаки перегревания, сопровождающиеся потоотделением и неблагоприятными теплоощущениями.

Учитывая особенности действия неблагоприятных условий на летчика, особый интерес, на наш взгляд, представляют данные о теплоощущениях летчиков, выполняющих полеты в разных климатических условиях на разных летательных аппаратах (табл. 1.4). Общим практически для всех типов ЛА, имеющих фонарь кабины, является тот факт, что, как на этапе «руление – взлет», так и при выполнении полетов на малых высотах, наиболее выраженный перегрев отмечается в области спины, головы и груди. При этом теплоощущения в области головы, при выполнении полетов в умеренном климате, характеризуются как «жарко – очень жарко» у 30–80% летчиков, в зависимости от этапа полета. Кисть, бедро, стопа перегреваются существенно меньше, и при выполнении полетов в умеренном климате характеризуются как «комфорт – тепло». В условиях жаркого климата теплоощущения области головы, области груди и спины, на этапе «руление – взлет», характеризуются преимущественно как «очень жарко – непереносимо жарко», в полете на малых высотах – «жарко – очень жарко» у 60–100%, в зависимости от этапа полета. Тепло ощущения областей кисти, бедра и стопы характеризуются в полете на малых высотах как «тепло – жарко».

Таблица 1.4 – Интенсивность неблагоприятных теплоощущений летчика в летний период года в баллах (X ± m) и вероятность появления теплоощущений «жарко – очень жарко» (в скобках – %)

Неблагоприятное влияние теплового стресса выявляется и при проведении сравнительной оценки ухудшения самочувствия, познавательных и психомоторных качеств в летний и зимний периоды года у летного состава (табл. 1.5). В летний период при выполнении полетов практически в 2–3 раза чаще (у 50–56% летчиков) отмечается головная боль, сердцебиение, пульсация в висках и раздражительность. В 1,5–2 раза (у 30–40%) по данным субъективной оценки летного состава увеличивается вероятность ухудшения внимания, возрастает время принятия решения и скорость реагирования на поступающую информацию.

Таблица 1.5 – Вероятность периодического ухудшения самочувствия, познавательных процессов и психомоторных качеств летчика самолета при выполнении полетов в летний и зимний сезоны года в зоне умеренного климата (в %)

О необходимости защиты головы от солнечной инсоляции свидетельствуют данные обследования в 1986 г. летчиков Су-25, выполнявших полеты в Афганистане. При этом, одна из жалоб была на то, что защитный шлем ЗШ-5 «прожигает» кожу головы и вызывает не только перегревание головы, но и боль.

Результаты анкетного опроса летчиков, выполняющих полеты в умеренной зоне, также свидетельствуют о приоритетности разработок, направленных на защиту области головы от перегревания и совершенствование системы кондиционирования воздуха кабины летательного аппарата. По оценке летного состава по 10-балльной шкале целесообразно проведение следующих доработок:

• вентиляция подшлемного пространства – 8,3 балла;

• совершенствование системы кондиционирования воздуха – 8,0 баллов;

• использование до посадки в кабину в вентилирующем снаряжении и при ожидании вылета наземного кондиционера – 6,9 баллов;

• защита фонаря от солнечной инсоляции – 5,6 баллов;

• регуляция температуры вдыхаемого кислорода – 3,9 баллов.

При полетах на высотах 6–7 км в условиях средней климатической зоны (20°С) температура воздуха на уровне ног и головы достигала 26–28°С. В наиболее жаркие дни, когда температура у земли равнялась 25°С, воздух на уровне головы в полете разогревался до 30–32°С.

Несимметричность разводки относительно продольной оси летчика приводила к значительным температурным перепадам между левым и правым участками тела членов экипажа и достигали 5–8°С. Наибольшее повышение температуры воздуха наблюдалось в области голени и бедра, расположенных ближе к борту кабины, т. е. в местах выхода воздуха из коллекторов СКВ.