Работы по использованию высотных геофизических ракет для научных исследований поручили инженеру-механику и артиллеристу Анатолию Александровичу Благонравову. Возглавляемая им комиссия по изучению верхних слоев атмосферы при Президиуме АН СССР сформулировала задание на проектирование и изготовление ракет для высотных исследований, а также необходимых видов научной аппаратуры. Планированием экспериментов по запуску животных на борту высотных геофизических ракет, а также вопросами соответствующей подготовки животных к этим экспериментам занимались ученые-медики под руководством Владимира Яздовского.
По рекомендации академиков В. Черниговского и В. Ларина для проведения экспериментов в качестве биологических объектов были взяты беспородные собаки, поскольку эти животные отличаются большой устойчивостью к вредным влияниям внешней среды. Но даже эти стойкие к невзгодам дворняги не совсем устраивали ученых. В частности, понадобилось хирургическим вмешательством «модифицировать» отобранных собак. Так, для определения величины артериального давления проводилась операция по выведению сонной артерии в кожный лоскут. Для регистрации биотоков сердца (электрокардиограммы) под кожу вживлялись танталовые электроды.
Перед полетом животные тренировались в скафандрах и на катапультных тележках, на вибростендах и герметических кабинах ракет, установленных в ОКБ Королева. После окончания тренировок собак отправляли в Капустин Яр.
Первая геофизическая ракета «В-1В» с животными на борту была запущена в 1951 году на высоту 101 километр. Вот как вспоминает об этом событии академик Благонравов:
«…Вырывается пламя, оглушительный рев двигателя, тучи пыли поднимаются с площадки, медленно начинает подъем ракета, выбрасывая мощный факел пламени. Вот уже ракета сверкает в лучах Солнца, затем быстро уменьшается на наших глазах, превращаясь, наконец, в точку. Мы уже не видим ракеты. Напряжение возрастает. «Вижу!» — раздается крик какого-то наблюдателя. Глаза различают продолговатый предмет, стремительно опускающийся на Землю в 4–5 км от нас. Яркая вспышка. Это упал корпус ракеты и взорвались остатки горючего. «Идет, идет!» — крикнул кто-то. Действительно, в небе появилась белая точка: это раскрывается парашют, несущий головку ракеты. Руководитель эксперимента с животными В. И. Яздовский стремглав бросается к автомашине, и вот она уже устремляется по направлению к приземлившейся головке ракеты. <…>
И вот мы видим, как головка ракеты коснулась Земли, опрокинулась набок, как спадает парашют, молниеносно отвинчиваются болты люка кабины; сначала извлекается собачка по кличке Дезик, затем Цыган. Дезик в полном здравии и благополучии. Цыган немного пострадал: при ударе головки ракеты во время приземления погнулся край лотка и слегка повредил ему кожу на брюхе. В тот период космические исследования в печати еще широко не освещались. Поэтому имена первых животных-космонавтов не были известны…»
У животных во время полета на геофизической ракете регистрировали пульс, кровяное давление, дыхание, снимали электрокардиограмму. Непрерывно в течение всего полета проводилась киносъемка собак.
В ходе первой серии полетов (ракеты «В-1 В») собаки запускались в герметической кабине на высоту 100 километров и более. При этом максимальная скорость полета составляла 4212 км/ч, перегрузки не превышали 5,5 g. На 188-й секунде полета происходило отделение головной части ракеты от ее корпуса, после чего с высоты в 6–8 километров животные на парашюте спускались на Землю.
Во второй серии (ракеты «В-1 Д») собаки совершали полет в вентиляционном скафандре, который укреплялся на выдвижном лотке и вставлялся во внутреннюю часть специально сконструированной тележки. При помощи этой тележки обеспечивалось катапультирование животных из кабины ракеты с применением парашютной системы. В отсеке головной части ракеты размещалось по две катапультируемые тележки. Ракеты совершали полет до высоты 110 километров. На высоте 75–86 километров при скорости 565–728 м/с происходило катапультирование животного, находящегося на правой тележке, а на высоте 39–46 километров при скорости 1020–1150 м/с — катапультирование животного на левой тележке. На активном участке траектории ракеты поперечная перегрузка не превышала 5 g, а при вхождении в плотные слои атмосферы наблюдалось ее уменьшение до 1–1,2 g. Действие невесомости продолжалось около 3,7 минуты.
В этой серии экспериментов удалось доказать, что в аварийной ситуации на этих высотах катапультирование и спуск на парашюте являются надежным средством покидания ракеты. В случае разгерметизации кабины безмасочные скафандры обеспечивали сохранение нормальной жизнедеятельности собак.
В ходе третьей серии (ракеты «В-1Е» и «В-5А») проводились исследования состояния и поведения животных на высотах 210–512 километров. При помощи индивидуальной одежды собак фиксировали в специально изготовленных лотках и помещали в герметические кабины попарно. Головная часть ракеты отделялась от корпуса в верхней точке траектории полета. На высоте 4 километров открывался тормозной парашют головной части, а на высоте 2 километров вводилась основная парашютная система. Состояние невесомости продолжалось 6-10 минут.
После проведения этой серии экспериментов было доказано, что необходимые условия для жизни животных в течение 4 часов и более могут быть эффективно обеспечены с помощью герметических кабин регенерационного типа и системы спуска головного прибора отсека с помощью парашюта.
Программа медико-биологических экспериментов на геофизических ракетах показала, что высотный полет с перегрузками и невесомостью не оказывает заметного влияния на поведение и физиологию животных. Обычно животные спокойно лежали в скафандрах и лишь в некоторые моменты инерционного движения ракеты становились беспокойными и проявляли «значительную двигательную активность», покачивая головой и подергиваясь.
У собак, летавших несколько раз, отклонения физиологических реакций в повторных полетах были значительно менее выражены, чем в первом полете. Частота сердечных сокращений и дыхания уменьшались, артериальное давление снижалось. Собака по кличке Отважная в четвертом своем полете быстро адаптировалась к состоянию невесомости и полет перенесла хорошо. На основании этого медиками было высказано предположение о целесообразности повторных полетов космонавтов будущего для более быстрой адаптации организма к состоянию невесомости.
Сразу же после приземления собаки подвергались осмотру и клинико-физиологическому обследованию. Чаще всего после полета на высоту до 200 километров поведение собак было спокойным, они бегали, резвились, вставали на задние лапы, с удовольствием ели колбасу и пили воду. Собаки Белянка и Пестрая, летавшие на высоту 473 километра, после полета выглядели уставшими; большей частью лежали на земле, часто и тяжело дышали. Однако электрокардиограммы были нормальными и не носили патологического характера. Рентгенография не выявила каких-либо отклонений от нормы в органах грудной клетки.
Всего на суборбитальные высоты поднимались 48 собак, многие — по два-три раза, а собака Отважная — четыре раза.
Кроме собак на геофизических ракетах запускали и других животных: кроликов, белых крыс и мышей. Два кролика Звездочка и Марфушка перед полетом тренировались на различных стендах. Одним из основных условий эксперимента являлось гипсование животного с надежным фиксированием головы и шеи по отношению к туловищу. Фиксированный кролик прочно укладывался на правом боку в специальном лотке и крепился в гермокабине ракеты. Глаз животного находился в 60 миллиметрах от линзы кинообъектива. Для предупреждения высыхания слизистой оболочки поверхность глазного яблока покрывали тонким слоем стерильного глицерина. Кинорегистрация левого глаза начиналась за минуту до старта ракеты и продолжалась в течение всего полета.
Во время полета геофизической ракеты «В-5А» на высоту 450 километров с помощью киносъемки изучалось поведение и приспособительные реакции у белых крыс и мышей в период невесомости продолжительностью до 9 минут. Условия нормальной жизнедеятельности животных — давление и газовый состав воздуха — поддерживали при помощи герметической кабины регенерационного типа. Животные находились в плексигласовых контейнерах размером 200 на 200 миллиметров, в одном контейнере — две крысы, а в другом — две мыши. Поведение животных регистрировалось зеркальной киносъемкой на 35-миллиметровую пленку при скорости ее движения в киноаппарате 24 кадра в минуту.
