Виброускорение, или виброперегрузка, – это максимальное изменение скорости колебаний в единицу времени, обычно выражается в см/с².

В практике авиационной и космической медицины чаще применяют единицы ускорения, кратные ускорению свободного падения g. Вибрация характеризуется амплитудой и частотой, из которых выводят скорость и ускорение. Частота вибрации – число колебаний в единицу времени, измеряется в герцах (Гц). (Герц – единица частоты, равная одному колебанию в секунду.) Важным параметром вибрации является ее интенсивность, или амплитуда. Если вибрация представляет собой простое синусоидальное колебание около неподвижной точки, то амплитуда определяется как максимальное отклонение от этой позиции (измеряется в миллиметрах).

Физические характеристики вибрации кабины космического корабля изучены недостаточно полно. Частота вибрации, возникающей на активном участке, составляет около 50 Гц. Виброперегрузка при этом не превышает 1 g. Главные частоты вибрации конструкций больших космических аппаратов обычно лежат в диапазоне от 2 до 15 Гц.

Вибрация может передаваться человеку непосредственно при прикосновении к вибрирующим предметам и через промежуточные среды достаточной плотности (жидкость, твердые тела). Она может воздействовать на человека непосредственно через опорные поверхности, например ложемент космонавта, и через некоторые вторичные контактные предметы, такие как подголовник, рукоятки управления. Опосредованные воздействия вибрации проявляются в вибрации приборов и их стрелок в космическом корабле, что затрудняет считывание показаний во время запуска.

Считают, что вибрация воспринимается специфическими виброрецепторами во всех тканях тела и особенно в коже.

Тело человека – сложная вибрационная система с собственным резонансом. Некоторые анатомические структуры и органы на определенных частотах получают колебания большей амплитуды, чем другие. Установлено, что главный резонанс тела человека для вибрации в направлении вертикальной оси лежит в частотах 4–5 Гц. Различные ткани имеют резонансные частоты 12–24 Гц. Наиболее неприятны и даже опасны для здоровья вибрации резонансных частот. Усиление колебаний при резонансе обратно пропорционально демпфированию системы. При резонансе относительно малые силы на критической частоте вызывают большие колебания системы, что может привести к механическим повреждениям тканей и органов.

При длительном воздействии вибрации на организм человека развиваются местные и общие морфофункциональные изменения, что может обусловить так называемую вибрационную болезнь, при которой нарушаются функции различных систем организма.

По распространению в организме вибрации разделяют на общие и местные (локальные). В первом случае они вызывают заметное сотрясение всего организма, во втором – вовлекают в колебательные движения лишь его отдельные участки. Однако это не значит, что физиологическое действие локальных вибраций ограничивается участком их распространения в тканях. Поскольку колебательные движения раздражают периферические нервные образования, они неизбежно влияют на центральную нервную систему и рефлекторно могут изменять функции отдельных органов и тканей. Влияние на организм местной вибрации качественно отличается от воздействия общей вибрации.

Общая вибрация возникает на активном участке космического полета, когда колебания двигателя передаются на конструкцию ракеты, и иногда при аэродинамических воздействиях на космический корабль во время прохождения плотных слоев атмосферы.

Вибрация представляет собой общебиологический фактор, действующий на любые клетки организма, в том числе на кору головного мозга. Следовательно, чем шире распространяется вибрация по организму, тем больше тканевых, в частности нервных, элементов вовлекается в сферу ее воздействия.

Низкочастотные вибрации служат специфическим раздражителем вестибулярного аппарата, при длительном воздействии нарушающим его функции.

В ответ на постоянную низкочастотную вибрацию всего тела происходят разнообразные изменения в клетках и их биохимических компонентах, в моче и крови. Эти изменения, по-видимому, отражают неспецифическую реакцию на стресс-фактор. Адаптация к вибрационному фактору, вероятно, центральная, хотя возможно некоторое привыкание и на уровне рецепторов.

Вибрация близка к шуму не только по природе, но и по физиологическим эффектам. Она значительно отягощается действием шума.

Множество работ указывает на изменение под влиянием вибрации функций дыхания, сердечно-сосудистой системы, пищеварения, опорно-двигательного аппарата и т. д. Сердечно-сосудистые и сердечно-легочные реакции на вибрации средней интенсивности сводятся к таким же вегетативным сдвигам, как и при умеренной работе или эмоциональном напряжении: увеличение числа сердечных сокращений и дыхательных движений, легочной вентиляции и потребления кислорода.

Вибрации, действующие на организм в космическом полете, вполне переносимы человеком. Виброперегрузка при этом обычно не превышает 0,1 g, лишь в редких случаях достигая 1 g. Отрицательные влияния вибрации на организм снижаются путем применения демпфирующих устройств.

При профессиональном отборе необходимо учитывать индивидуальную реакцию организма на вибрационное воздействие.

Шум – это беспорядочная совокупность звуковых волн различных частот и амплитуд, распространяющихся в воздухе и воспринимаемых ухом человека. Диапазон по частоте слышимых звуков для человека простирается от 16 до 20 тыс. Гц. Для практических целей этот диапазон ограничен от 50 до 10 тыс. Гц, как наиболее важный для слухового восприятия. Ухо человека безболезненно воспринимает звуковое давление в диапазоне от 2 x 10^-5 Н/м² (порог слуха) до 20 Н/м². Разница верхнего и нижнего пределов составляет миллион единиц. Для удобства практического измерения и оценки шумов приняты не линейные единицы, а логарифмические – децибелы (дБ). Величина, характеризующая интенсивность шума или звука, получила название «уровень звукового давления шума» или просто «уровень шума». Это десятичный логарифм отношения измеренного звукового давления к стандартному (близкому к порогу слышимости чистого тона на частоте 1000 Гц), принятому за единицу сравнения.

Однако неблагоприятное воздействие шума зависит не только от уровня шума, но и от частотного состава, т. е. от того, как распределяется интенсивность по частотам (спектр шума). Наконец, вредность шума зависит от степени равномерности его воздействия с течением времени.

Технический прогресс привел к усложнению шумовых характеристик, к распространению шумов различной временной структуры. Известно, что до сих пор измерения проводились исходя из стабильности шумового процесса. Исчерпывающими характеристиками при этом являлись уровнеграммы и спектрограммы, которые позволяли сопоставить измеренный спектр шума с гигиеническими нормами и при необходимости внести поправку на суммарное время его действия. Однако часто в современных условиях трудно правильно оценить шум одномоментным измерением. Шумы ударного происхождения, так называемые импульсные, оценивались теми же приборами и методами, что и стабильные, часто одномоментными измерениями оценивались прерывистые, флюктуирующие и прочие непостоянные шумы. Все это приводило к невозможности сравнения и обобщения результатов, к разноречивости и отсутствию единого мнения исследователей о степени влияния шума на организм. Возникла необходимость выбора и обоснования унифицированной гигиенической оценки шумов различного характера.

• В настоящее время все шумы подразделяют по характеру спектра на широкополосные и тональные. Широкополосные – с непрерывным спектром шириной более одной октавы, а тональные шумы имеют в спектре слышимые дискретные тона; тональный характер шума устанавливается измерением в 1/3-октавных полосах частот по протяжению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.