Вероятно, первым, кто задумался о том, что перегрузки и невесомость могут усложнить осуществление межпланетных путешествий, был основоположник теоретической космонавтики Константин Эдуардович Циолковский. Правда, он был в этом отношении оптимистом и полагал, что перегрузки реально преодолеть, поместив пилотов межпланетного корабля в резервуары с жидкостью, а к невесомости человек привыкнет, как привыкают к плаванию, и она может оказаться даже полезной для здоровья. В целом этот оптимизм сохранили и другие отечественные ученые, занимавшиеся теоретической космонавтикой, хотя они, конечно, не могли игнорировать исследования западных коллег, которые были куда осторожнее в оценках перспектив переносимости факторов космического полета.

Первые опыты по раскрутке насекомых и животных в примитивных центрифугах (Циолковский, Гарсо, Рынин) показали, что те способны выдерживать весьма значительные перегрузки без вреда для здоровья. С появлением авиации, в том числе морского базирования, началось изучение действия перегрузок на летчиков. Например, при одном из экспериментальных полетов американского самолета «F6», совершенном в 1928 году, при резком выходе из пике возникло ускорение 10,5 g – пилот, конечно, выжил, но на месяц попал в больницу с конъюнктивитом глаз и нервным расстройством, вызванным капиллярными кровоизлияниями в мозгу. Причем в других случаях, когда кратковременное ускорение не превышало 9 g, каких-то негативных физиологических эффектов не отмечалось. Позднее появились самолетные катапульты, а затем и специальные центрифуги для тренировки летчиков, поэтому к началу космической эры был накоплен значительный материал по воздействию перегрузок на человеческий организм. Об этом свидетельствует, например, обзорная статья доктора Алана Э. Слейтера «Медицинские и биологические проблемы» («Medical and biological problems») в английском научном сборнике «Space Research and Exploration», опубликованном на языке оригинала в 1957 году, а через два года изданном на русском под названием «Исследование мирового пространства» (1959). В отношении перегрузок Слейтер конкретен: длительную перегрузку человек способен выносить довольно долго, пока она не превышает 5 g, а в лежачем положении – 7 g. Кроме того, если говорить о кратковременных перегрузках, то оказывается, что можно без потери сознания и без какого-либо вреда для здоровья выдержать до 12,5 g. Остается только определить оптимальную позу, при которой они переносятся легче, – чем медицина и занималась вплоть до начала космических полетов. Таким образом, перегрузки, испытанные Гагариным, при старте и при возвращении на Землю, не были чем-то новым ни для него самого, ни для специалистов, готовивших его к полету.

Совсем другое дело – невесомость, ведь ее длительное действие практически невозможно воспроизвести. Давайте проследим, как менялись представления о ней, по работам, опубликованным в открытой печати.

Отдельное внимание невесомости уделял авторитетный советский теоретик Ари Абрамович Штернфельд (тот самый, который придумал слово «космонавт»). Вот что он писал в своей статье «Межпланетные путешествия и физиология человека» (журнал «Наука и жизнь», 1938, № 11–12): «Мы знаем, что отсутствие перегрузки в течение нескольких секунд вполне безвредно. Однако, оценивая условия межпланетного путешествия, которое может длиться целые годы, мы можем лишь строить более или менее обоснованные гипотезы, касающиеся самочувствия пассажиров. Можно думать, что сердце будет действовать нормально, поскольку деятельность его сходна с механической работой насоса с замкнутым циклом, и ему приходится лишь преодолевать сопротивление трения крови о стенки вен, а это сопротивление почти не зависит от внешнего давления. Вопросы дыхания представляются более сложными. Например, при кратковременном падении обычно наблюдается задержка дыхания, если же падение будет длиться долго, то, несомненно, потребуется применение приборов для искусственного дыхания. ‹…›В обычных условиях физиологические процессы совершаются при любых положениях тела – стоячем, сидячем и лежачем, и изменение направления силы тяжести не оказывает на них существенного влияния. Известно, однако, что очень трудно долгое время держать голову опущенной ниже туловища. Это показывает, что при некоторых необычных положениях тела сила тяжести оказывает вредное влияние на организм, но, с другой стороны, нельзя утверждать, что для других положений тела наличие тяжести необходимо. ‹…› Итак, в нашем распоряжении еще нет опытных доказательств того, что человек будет чувствовать себя вполне нормально при отсутствии перегрузки. Вполне возможно, что для этого придется применить те или иные меры медицинского характера, которые, впрочем, не устраняют опасности атрофии большинства мышц».

В послевоенное время с развитием реактивной авиации появилась возможность изучать динамическую невесомость более предметно, ведь она возникает в самолете, летящем по параболе, а чем выше парабола, тем дольше продолжается состояние невесомости. Однако проведенные эксперименты давали неоднозначный результат. Например, во время пикирования в течение 15–20 секунд пилот «F-80E», совершавший эксперимент, почувствовал нарушение координации движений и был дезориентирован. При этом, правда, он утверждал, что повторные эксперименты давались легче, то есть вырабатывалась своего рода «привычка».

Физиологи Игорь Сергеевич Балаховский и Виктор Борисович Малкин сообщали в статье «Биологические проблемы межпланетных полетов» (журнал «Природа», 1956, № 8): «Вопрос о том, какое влияние на человека будет оказывать отсутствие силы земного тяготения, особенно труден в связи с крайней сложностью воспроизведения в эксперименте условий невесомости. Разрешение этого вопроса имеет большое значение, так как вскоре после взлета ракеты, сразу же после выключения двигателей, астронавты окажутся в условиях невесомости, в которых им придется находиться длительное время. Что же может произойти в этих условиях с человеком? Было высказано много предположений. Некоторые физиологи на основании теоретических представлений сомневались в возможности жизни человека в этих условиях. Так, немецкий кардиолог Лангер высказал мнение, что в условиях полного отсутствия силы тяжести жизнь может продолжаться только несколько минут, так как неизбежно возникнут глубокие расстройства кровообращения из-за нарушения его нервной регуляции; кровь потеряет вес и не будет оказывать давление на стенки сосудов, где расположены специальные нервные окончания, чувствительные к изменению кровяного давления (барорецепторы). При этом не будет также давления крови в полостях сердца во время его расслабления, что может привести к нарушению нормальной сердечной деятельности. Большинство исследователей всё же считает, что жизнь в условиях невесомости возможна и что организм сумеет приспособиться к новым условиям существования. Однако в процессе приспособления могут возникнуть нарушения деятельности центральной нервной системы, связанные с тем, что она не будет получать сигналов от нервных окончаний, расположенных в коже и мышцах, а также в специальном органе равновесия – лабиринте (находится во внутреннем ухе), которые в нормальных условиях „сообщают“ о положении тела и его отдельных частей. При этом возможно расстройство регуляции мышечного тонуса, нарушение ориентации в пространстве, возникновение синдрома „воздушной болезни“ – головокружения и тошноты, а также расстройства сна».