Космический скафандр: проблемы, поиски, решения

Содержание
1. Введение.
2. Факторы, определяющие необходимость защитного снаряжения.
3. Задачи, решаемые космическим скафандром.
4. Характеристики космического скафандра.
5. Микроклимат в скафандре.
6. Движение в скафандре.
7. Небольшой исторический экскурс.
8. Трагическая страница в истории космонавтики: если бы они были в
скафандрах…
9. Современный скафандр.
10. Заключение. Перспективы.
11. Используемые источники.
12. Приложение.
2
1. Введение
Каждый из нас видел по телевидению, в кино или на фотографиях, как на стартовой
позиции космонавты идут к ракете в своем космическом одеянии — в скафандрах. Но не
каждый, наверное, сможет точно ответить на простой вопрос: зачем космонавту скафандр?
Для чего конкретно нужно это снаряжение, стесняющее движение человека? И, в частности,
для чего оно в космическом корабле, где созданы все необходимые для жизни и работы
условия.
Человеческий организм приспособлен к жизни в условиях земной атмосферы и не
может существовать за ее пределами без специальных средств защиты, без созданной для него
искусственной среды обитания. В полете основное средство защиты космонавта от
воздействия неблагоприятных факторов космического пространства — это сам космический
корабль, его герметическая кабина. Однако по требованиям безопасности полета иногда
необходимо еще и индивидуальное защитное снаряжение. Например, в такие периоды полета,
когда нужно считаться с возможностью разгерметизации кабины или с отказом бортовой
системы жизнеобеспечения. Ну, а при выходе из корабля в открытый космос скафандр
становится единственной защитой человека.
Работы по созданию скафандров для высотных полетов начались более 40 лет назад,
и наша страна включилась в них одной из первых. С тех пор высотные скафандры прошли
большой путь - от малоподвижного армированного надувного комбинезона до сложного
технического устройства с совершенными системами жизнеобеспечения. Устройства, в
котором используются достижения самой современной технологии, материаловедения, химии,
электроники и других областей техники.
3
2. Факторы, определяющие необходимость защитного снаряжения.
Известно, что с удалением от поверхности Земли барометрическое давление
снижается. Если нормальное давление на уровне моря равно 760 мм ртутного столба, то уже
на высоте 12 км оно снижается в 5 раз, а на высоте 50 км - в 1000 раз. На высоте полета
орбитальных космических кораблей давление равно примерно 10-6-10-8 мм рт. ст., то есть оно в
миллиарды раз меньше, чем на Земле.
Кислород, жизненно необходимый человеку, поглощается им из вдыхаемого воздуха
и одновременно в процессе дыхания из организма удаляется углекислота. Для этого даже в
состоянии покоя человек прокачивает через свои легкие до 450 литров воздуха в час.
Содержание кислорода в атмосфере составляет 21% по объему и остается практически
постоянным на разных высотах. Поэтому на долю кислорода всегда приходится примерно
пятая часть атмосферного давления, у поверхности Земли это составляет 160 мм рт. ст. И все
наши сложные физиологические системы миллионами лет эволюции приспособились к
поглощению кислорода именно при таком давлении.
С подъемом на высоту падает общее барометрическое давление, а вместе с ним
уменьшается парциальное давление кислорода (часть общего давления смеси газов,
обусловленная данным газом или паром). Наступает «кислородное голодание»: чтобы
получить необходимое количество кислорода, человек начинает дышать более часто и
глубоко, а если и в этом случае кислорода оказывается слишком мало, теряет сознание. В
нашем организме практически нет запасов кислорода, поэтому если без пищи человек может
прожить месяцы, без воды - до 14 суток, то без кислорода — максимум несколько минут.
Кроме кислородного голодания, есть и другие факторы, затрудняющие или делающие
невозможным пребывание человека в условиях пониженного давления. Так, в частности, с
понижением атмосферного, то есть внешнего, давления до уровня, соответствующего высоте
7-8 км, растворенный в тканях организма азот, переходит в газообразное состояние.
Появившиеся пузырьки газа могут нарушить кровоснабжение жизненно важных органов или
вызвать боли, оказывая механическое давление на нервные окончания (декомпрессионные
расстройства). На еще больших высотах может произойти закипание жидких сред организма.
Вода, содержащаяся в тканях, уже при давлении около 47 мм рт. ст. (это соответствует
атмосферному давлению на высоте 19,2 км) закипает при 37°С, то есть при нормальной
температуре тела.
Чтобы предотвратить кислородное голодание к вдыхаемому воздуху добавляют
кислород, увеличивают его процентное содержание с таким расчетом, чтобы парциальное
4
давление кислорода составляло привычную для человека величину – 160 мм рт. ст. Для этого,
в частности в авиации, используют кислородно-дыхательную аппаратуру в комплекте с
маской или гермошлемом. Однако уже на высоте 12 км, где общее давление составляет всего
145 мм рт. ст., даже чистый кислород не может создать необходимого парциального давления.
А на высоте 16 км при дыхании чистым кислородом человек теряет сознание уже через 15
секунд.
3. Задачи, решаемые космическим скафандром
Из всего сказанного нужно сделать такой вывод: для полетов на больших высотах
необходимо увеличить общее давление газа, в котором находится и которым дышит человек,
то есть нужно создать вокруг человека среду с избыточным давлением, превышающим
атмосферное давление на данной высоте. Это одна из главных задач, которая решается с
помощью скафандра. Герметичная оболочка скафандра изолирует человека от внешней среды,
а внутри скафандра создается искусственная атмосфера с избыточным давлением и
необходимым газовым составом.
Избыточное давление в атмосфере скафандра должно быть достаточным для
получения нужного парциального давление кислорода и предотвращения декомпрессионных
расстройств. В то же время это давление стремятся сделать минимальным, чтобы улучшить
подвижность скафандра. Практически в современных космических скафандрах рабочее
давление лежит в пределах от 180 до 300 мм рт. ст. Искусственная среда скафандра не
обязательно должна обладать всеми свойствами привычной земной атмосферы: если человек
находится в скафандре сравнительно недолго, то можно рассчитывать на известные резервы
человеческого организма, позволяющие ему без ущерба переносить условия, несколько
отличающиеся от нормы.
4. Решаемые научно-технические проблемы
Разработка современных космических скафандров, особенно предназначенных для
работы в открытом космосе, требует решения ряда сложных научно-технических проблем.
Нужно, в частности, создать в скафандре необходимый для человека микроклимат (давление,
газовый состав, влажность, температура), причем с учетом возможных аварийных ситуаций.
Нужно защитить космонавта и оборудование скафандра от воздействия глубокого вакуума и
излучений Солнца. Необходимо обеспечить отвод тепла, выделяемого человеком, а это не такто просто сделать в условиях космоса. Нужно, наконец, обеспечить подвижность космонавтов,
их работоспособность, что, конечно, затруднено из-за избыточного давления в скафандрах.
Скафандр должен быть герметичным, прочным, легким, иметь небольшой объем,
5
обеспечивать безопасность работы космонавта. К этому следует добавить еще массу, так
сказать, вспомогательных «нужно», таких, например, как разработка методов моделирования
внешних воздействий космического пространства и условий выхода из корабля при наземных
испытаниях или создание материалов, пригодных для условий открытого космоса.
5. Характеристики космического скафандра
Важные характеристики скафандра — быстрота его надевания и простота
эксплуатации. А при длительных полетах на орбитальных станциях, когда программой могут
предусматриваться смены экипажей и несколько выходов для работы в открытый космос, к
скафандрам начинают предъявлять дополнительные требования. Хочется, например, чтобы
скафандр можно было «отрегулировать» для космонавтов разного роста. Чтобы в случае
необходимости скафандр можно было отремонтировать или заменить отдельные его
элементы.
Работу человека в скафандре вне корабля при расчетах обычно оценивают как работу
средней тяжести, на которую человек затрачивает мощность в среднем 300 Вт. Этим
энергозатратам соответствуют такие показатели жизнедеятельности организма: потребление
кислорода - примерно 60 л/час; выделение углекислоты - 48 л/час; выделение влаги – 50-300
г/час (в зависимости от температуры окружающей среды и способа охлаждения тела).
Необходимые климатические и гигиенические условия в скафандре поддерживает автономная
система обеспечения жизнедеятельности - сокращенно АСОЖ, - неотъемлемая часть
космического скафандра. Именно АСОЖ должна обеспечить заданное давление в скафандре,
газовый
состав,
удаление
продуктов
жизнедеятельности,
поддержание
необходимой
влажности и температуры.
Особо сложной оказывается задача сохранения теплового баланса. В связи с малым
коэффициентом полезного действия человека — он обычно не превышает 20%-вся
развиваемая мощность, все эти средние 300 Вт практически превращаются в тепло. Скольконибудь значительного теплового обмена между космонавтом, одетым в скафандр, .и
космическим пространством не происходит: в космосе ведь нет воздуха, нет теплопроводной
среды, которая в земных условиях отводит тепло от нашего тела. Конвекции внутри скафандра
в условиях невесомости также нет. Остается лишь один путь теплопередачи — тепловое
излучение. При этом необходимо учитывать, что космонавт вне корабля может работать либо
в зоне солнечного освещения (на 1 м 2 поверхности скафандра в открытом космосе падает до
1200 ккал/час солнечного тепла), либо в тени, в условиях сильнейшего космического холода.
6
Поэтому тепловые потоки к скафандру или от него могут резко колебаться и достигать
больших величии.
Чтобы защищать человека и оборудование от столь резких изменений тепловых
потоков, поверх основной оболочки скафандра надевается одежда с несколькими слоями так
называемой
экранно-вакуумной
теплоизоляции,
которая
работает
как
своего
рода
многослойный термос. Кроме того, определенным образом подбираются оптические
характеристики («степень черноты» — коэффициент, характеризующий излучательную
способность тела; коэффициент поглощения солнечных лучей) материалов для открытых
поверхностей скафандра, а также создаются для них специальные краски. Материалы и
покрытия подбираются таким образом, чтобы внешние излучения почти полностью
отражались и при этом собственное, внутреннее тепловое излучение задерживалось. Важность
этой проблемы связана еще и с тем, что для мягких частей скафандра нужны эластичные
материалы, а они не всегда выдерживают большие перепады температуры.
В открытом космосе, за пределами атмосферы, состав солнечного излучения
существенно отличается от того, к которому мы привыкли на поверхности Земли. Поэтому
особые требования предъявляются к прозрачной части шлема: остекление и светофильтры
должны защитить глаза и кожу лица от чрезвычайно активных ультрафиолетовых лучей, от
инфракрасных (тепловых) лучей, должны ослабить солнечное излучение в видимой части
спектра, обеспечив при этом хорошую видимость при различной освещенности.
6. Микроклимат в скафандре
Наиболее простой способ поддерживать в скафандрах необходимые параметры
газовой среды — это непрерывная вентиляция, непрерывная подача в него газовой смеси
заданного состава с последующим выбрасыванием ее в окружающую среду. В этой системе
сама газовая смесь будет уносить выделенные космонавтом тепло, влагу, углекислоту,
вредные примеси. Такая система, как ее называют «открытого типа» обычно применяется на
высотных самолетах: здесь можно для вентиляции использовать воздух, взятый из
окружающей атмосферы, и только добавлять в него кислород, необходимый для дыхания.
Сама система при этом получается очень простой и надежной. Однако для космического
скафандра открытые системы слишком расточительны. В космосе, конечно, никакого воздуха
нет, и поэтому запасы газов для вентиляции нужно брать с собой в баллонах. А это
дополнительные объемы и вес, причем, мягко говоря, немалые.
Тем не менее, открытые системы обеспечения жизнедеятельности применялись при
первом выходе в космос А. Леонова и при работах вне корабля по программе «Джемини» в
7
США - в этих случаях время работы в скафандре за бортом корабля было невелико и
суммарный расход газов получался вполне приемлемым.
В современных космических скафандрах главным образом используют системы
регенерационного типа, где циркуляция газа происходит по замкнутому контуру и
обновляется не вся газовая среда внутри скафандра, а только те ее компоненты, которые
изменяются или расходуются в процессе жизнедеятельности человека. После восстановления
в АСОЖ газовая смесь пополняется кислородом и снова используется для дыхания и
вентиляции.
Как уже говорилось, при создании микроклимата в скафандре особые заботы
разработчикам доставляет тепловой режим. Достаточно сказать, что даже при сравнительно
небольшой «теплообменной недостаточности», всего на каких-то 150 ккал/час, у человека с
массой 70 кг, находящегося в скафандре, температура тела за 1 час повысится более чем на
2°С. А это сопряжено с потерей работоспособности.
Перенос тепла от тела человека к охлаждающему агрегату АСОЖ может
осуществляться с использованием, как газа (воздуха), так и жидкости. При воздушном
охлаждении тепло отбирается у тела главным образом за счет интенсивного потоотделения, а
это, конечно, серьезный недостаток. Кроме того, для отвода тепла при интенсивной работе
космонавта необходимо прогонять через скафандр весьма большой объем газа, примерно 7001000 л/мин. Это, в свою очередь, требует вентилятора мощностью в несколько сот ватт,
требует больших затрат электроэнергии, а сильный обдув не очень-то приятен для космонавта.
Водяное
охлаждение,
пожалуй,
является
единственно
возможным
методом
поддержания приемлемых тепловых условий в скафандре при интенсивной работе
космонавта. Чтобы отвести 300-500 ккал/ч тепла, расход воды через костюм водяного
охлаждения обычно составляет 1,5-2 л/мин, потребная длина охлаждающих трубок - до 100
метров. Для прокачки воды вполне хватает насоса с мощностью двигателя в несколько ватт.
Одновременно с водяным охлаждением нужна и вентиляция - она уносит выделяемую влагу и
углекислоту, но, конечно, мощность вентилятора уже во много раз меньше, чем при чисто
воздушном охлаждении.
7. Движение в скафандре
Разная одежда по-разному сковывает движения человека. Сравните, как легко
поднимается рука, если вы в одной легкой рубашке, и насколько трудно поднять ее в зимнем
пальто. По-особому сопротивляется движению тела скафандр. Его мягкая оболочка под
действием внутреннего избыточного давления всегда стремится, принять форму тела
8
вращения и распрямиться. Согнуть какую-либо ее часть, скажем, рукав или штанину, не так-то
просто, и чем больше внутреннее давление, тем труднее это сделать. Чтобы обеспечить
подвижность тела, в скафандре применяют шарниры, их размещают в области основных
суставов — плечевых, локтевых, коленных, в области лодыжек, пальцев рук и т. д.
Конструкция шарниров может быть различной: она зависит от характера движений, в которых
участвует шарнир. Кроме того, для повышения подвижности в ряде сочленений используются
герметические
подшипники
(например,
в
плечевом
или
кистевом
сочленениях),
совершенствуется раскрой оболочки скафандра, разрабатываются более легкие и гибкие
материалы.
При работе в первых космических скафандрах из-за их относительно низкой
подвижности космонавтам приходилось затрачивать немалые дополнительные усилия, что в
итоге вело к интенсификации обменных процессов в организме. Из-за этого, в свою очередь,
приходилось увеличивать массу и габариты запасов кислорода, а для замкнутых систем еще и
поглотителей углекислоты и блоков системы охлаждения. Несмотря на достигнутые с того
времени успехи, проблема подвижности человека в скафандре до сих пор остается одной из
основных.
8. Небольшой исторический экскурс
Скафандр как средство для пребывания человека во враждебной среде появился в
середине XIX в. и предназначался для работы под водой. Он представлял собою кожаный
(потом резиновый) комбинезон с деревянным (потом медным, стальным, пластиковым)
шлемом. Воздух для дыхания подавался насосом с поверхности, а выдыхаемый —
стравливался в воду. Тепловой режим обеспечивался шерстяным бельем, которое водолаз
надевал под скафандр. Автономные дыхательные устройства появились позднее, и их
конструкция осложнялась необходимостью противостоять высокому внешнему давлению.
С середины 1930-х гг. скафандры начали осваивать стратосферу. Здесь, наоборот,
требовалось сохранить внутри нормальное давление, тогда как внешнее падало с подъемом.
Это определяло не только устройство дыхательной системы, но и конструкцию самого
костюма: надутый рукав или штанина превращались в жесткие балки, согнуть которые
усилием руки или ноги просто невозможно. Далее, если в воде водолаз, как правило, активно
движется, тем самым, выделяя тепло и согреваясь, то пилот самолета или стратостата почти
неподвижен, шерстяного белья и даже меховой одежды ему недостаточно, поэтому уже
первые
авиационные
скафандры
получили
системы
обогрева,
а
потом
активного
терморегулирования. Ну и вес водолазного скафандра в воде все равно уменьшается. В
авиации же (и космонавтике) весовые требования крайне жесткие.
9
Все космические скафандры принято делить на три класса:

спасательные
скафандры
—
служат
для
защиты
космонавтов
в
случае
разгерметизации кабины или при значительных отклонениях параметров ее газовой
среды от нормы;

скафандры для работы в открытом космосе на поверхности космического корабля
или вблизи его;

скафандры для работы на поверхности небесных тел.
Существуют и универсальные скафандры, они могут использоваться и как
спасательные и при выходе в открытый космос.
Первые космические скафандры, использовавшиеся при полетах на кораблях
«Восток», представляли собой чисто спасательное снаряжение, причем многоцелевое. Они
могли
обеспечить
защиту
космонавтов
в
случае
разгерметизации
кабины,
при
катапультировании на заключительном этапе спуска и при возможном последующем
приводнении.
Кстати,
такой
универсальностью,
стремлением
(космический
костюм
приспособить ко всем возможным условиям полета объясняется значительная сложность и
громоздкость первых космических скафандров.
Вспоминается, что, отправляя в полет Ю. А.
Гагарина,
его
сначала
облачали
в
толстую
теплозащитную одежду с системой вентиляции и затем
только надевали сам скафандр. Поверх скафандра
надевались
различные
приспособления
на
случай
попадания космонавтов в воду, в карман вкладывалась
аварийная радиостанция.
При полетах, продолжительность которых не
превышала нескольких суток, космонавты находились в
скафандрах все время полета. Это накладывало немало
серьезных дополнительных требований: нужно было предусмотреть работу в скафандре со
всей аппаратурой корабля, принятие пищи и воды, пользование системой удаления отходов
жизнедеятельности. В дальнейшем, в частности при полетах на кораблях «Союз», космонавты
начали надевать спасательные скафандры только в особо ответственных случаях: при
выведении на орбиту, стыковке кораблей, спуске с орбиты на Землю, а также, конечно, при
выходе в космос.
10
Первый в истории выход в открытое
космическое
пространство
совершил,
как
известно, в 1965 году А. А. Леонов во время
полета на корабле «Восход-2». Этим было
практически
доказано,
что
человек
может
работать в открытом космосе. В последующие годы было
осуществлено еще несколько более продолжительных выходов в
открытый космос советскими космонавтами из корабля «Союз-5»
и
американскими
астронавтами
из
кораблей
«Джемини»,
«Аполлон» и орбитальной станции «Скайлэб».
Следует отметить, что основные режимы работы спасательного скафандра
значительно отличаются от режимов работы скафандра, предназначенного для работы в
открытом космическом пространстве. Спасательный скафандр должен быть максимально
удобен для работы внутри герметичной кабины, то есть в ненадутом состоянии — лишь в
аварийной ситуации автоматически происходит надув спасательного скафандра. А скафандр
для выхода в космос должен быть рассчитан на непрерывную работу космонавта при
внутреннем избыточном давлении. Спасательный скафандр, как правило, работает в сочетании
с бортовой системой жизнеобеспечения, в то время как скафандр «для выхода» должен иметь
автономную систему жизнеобеспечения, иметь АСОЖ, органически объединенную с ним.
9. Трагическая страница в истории космонавтики: если бы они были в
скафандрах…
30 июня 1971 года, трагически
погибли в космосе, возвращаясь с
первой
отечественной
орбитальной
станции, трое наших космонавтов - 43летний командир экипажа Георгий
Добровольский
(военный
подполковник),
бортинженер
(выпускник
летчик,
35-летний
Владислав
Волков
Московского
авиационного института) и 38-летний
инженер-испытатель Виктор Пацаев (окончил Пензенский индустриальный институт).
Трагедии могло не быть, если бы главный конструктор, работники ЦК КПСС
прислушались к многочисленным предостережениям, касавшимся безопасности полетов.
11
Однако в условиях жесточайшего соперничества с США за лидерство в космической гонке
главным было выиграть время, успеть опередить американцев. Сегодня в это трудно поверить,
но у нас были полеты, когда члены экипажа отправлялись на орбиту в кабине корабля без
скафандров, только в легких спортивных костюмах. Сомневавшихся в правильности такого
подхода называли "перестраховщиками". За амбиции политиков и руководителей советской
космической программы пришлось заплатить очень высокую цену.
Уже первые корабли серии "Восток" не имели удовлетворительной системы спасения
в случае аварии ракеты на старте или в начальной стадии полета. При катапультировании
космонавт опустился бы рядом с пылающим носителем, способным взорваться в любую
секунду.
Сегодня
используется
специальная
система
аварийного
спасения
(САС),
позволяющая в экстренных случаях отделить кабину от ракеты, поднять ее на определенную
высоту, отвести в сторону и обеспечить безопасную посадку. Но на создание САС у
разработчиков "Востоков" не было времени, так как американцы готовили свой пилотируемый
полет. Всего через три недели после легендарного внеземного рейса Юрия Гагарина в космос
отправился астронавт США контр-адмирал в отставке Алан Шепард. Он не совершил полный
виток вокруг нашей планеты, как Гагарин, а только поднялся на 185 километров и через 15
минут вернулся на Землю. Но случись суборбитальный полет Шепарда на месяц раньше, и
приоритет был бы за американцами, советские идеологи не могли бы сказать, что "социализм стартовая площадка для выхода человека в космос". Было запущено всего 6 "Востоков", и с
каждым новым стартом риск аварии увеличивался.
Удача, видимо, притупила бдительность главного конструктора Сергея Королева и
его ближайших коллег. Иначе трудно объяснить, как он решился дать команду на переделку
одноместных "Востоков" в трехместные "Восходы", в которых космонавты размещались не
только без катапультных устройств, но и без скафандров. Если бы случилась авария ракеты на
начальной стадии полета, все трое членов экипажа были бы обречены на гибель. Американцы
в то время делали двухместные корабли "Джемини", и Королев хотел их не только опередить,
но и запустить корабль с большим экипажем. И за полгода "Восток" стал "Восходом". В
металлическом шаре - спускаемом аппарате - трем космонавтам было очень тесно, одеты они
были только в спортивные костюмы. Осенью 1964 года трехместный корабль с космонавтами
Владимиром Комаровым, Константином Феоктистовым и Борисом Егоровым был выведен на
орбиту. И на этот раз повезло - полет завершился благополучно. Мы снова опередили
американцев. Все ликовали. Однако постоянно рассчитывать на удачу, на фарт невозможно.
Это понимали конструкторы. И в новом корабле "Союз" предусматривалась уже
упоминавшаяся специальная система аварийного спасения. Это был большой шаг в
обеспечении безопасности полетов, но от второго, не менее важного шага конструкторы
12
отказались - экипажи решено было по-прежнему отправлять на орбиту без скафандров. Из-за
их отсутствия и погибли Добровольский, Волков, Пацаев. Но когда создавался "Союз",
конструкторы убеждали всех, что корабли настолько надежны, что одевать космонавтов в
громоздкие космические "доспехи" нет необходимости. На самом же деле они хотели
сэкономить время, потому что гонка продолжалась.
Именно эта лихорадочная спешка привела к трагедиям. Вначале при испытании
"Союза" погиб один из опытнейших космонавтов Владимир Комаров. Корабль не был доведен
до необходимого технического уровня. Последний беспилотный "Союз" вернулся на Землю
разгерметизированным. Тем не менее, весной 1967-го решили все-таки перейти к
пилотируемым полетам на неотработанном "изделии". Хотели сделать "подарок" стране к 1
Мая. Но при приземлении "Союза" не вышел из контейнера купол основного парашюта,
запасной закрутился вокруг строп тормозного, и спускаемый аппарат вместе с космонавтом
врезался в землю...
Казалось бы, тяжелый урок должен был заставить всех причастных к космической
программе, уделить максимальное внимание безопасности полетов. Тем более что
руководителей отрасли и конструкторов предупреждали о возможности новой беды.
"Космонавты и специалисты Военно-воздушных сил, - отмечал тогдашний помощник
Главкома ВВС Николай Каманин в своем дневнике (изданном недавно небольшим тиражом), много раз и устно, и письменно (вплоть до обращений в ЦК КПСС) настаивали на
необходимости иметь на борту корабля скафандры и средства наддува воздуха, но нам все
время (на протяжении семи лет) отвечали отказом. В ответ на наши просьбы В. П. Мишин (в
те годы - главный конструктор. - В. Г.) неоднократно заявлял, что мы - перестраховщики, что
разгерметизация корабля "Союз" полностью исключена и, стало быть, на нем "можно летать в
трусиках"... Следует признать, что трехместный вариант "Союза" при отсутствии на нем
скафандров - принципиальная ошибка. Ошибочным является и решение о снятии с борта
"Союза" баллона наддува, принятое Мишиным вопреки протестам специалистов ВВС".
Ни в КБ, где создавали новый корабль, ни в ЦК КПСС не прислушались к вполне
обоснованным предостережениям. Ну как же, американцы готовили к запуску трехместный
"Аполлон", значит, и у нас должен быть трехместный корабль. Если бы экипаж состоял из
двух человек, они могли быть в скафандрах. Но три скафандра не проходили ни по весу, ни по
габаритам. И в очередной раз пошли на риск: пусть ребята летят, как и на "Восходе", в одних
спортивных костюмах. Но из этого полета живым не вернулся никто.
Первоначально на станцию "Салют" должны были лететь Алексей Леонов, Валерий
Кубасов и Петр Колодин. Однако уже на Байконуре буквально накануне старта у Кубасова
врачи обнаружили... опухоль в правом легком. Специалисты подозревали начальную стадию
13
туберкулеза. Позже выяснилось, что это всего лишь аллергическая реакция на какие-то
растения в степи. Но накануне полета весь экипаж был отстранен и заменен дублерами. На
следующий день, 6 июня 1971 года, стартовали Добровольский, Волков и Пацаев. Они были
первыми обитателями нашей первой орбитальной станции. Отработав на "Салюте" более трех
недель, 30 июня на транспортном корабле "Союз-11" они отправились в обратный путь - к
Земле.
Все шло нормально до момента обязательного перед входом в атмосферу разделения
корабля на три части. При этом от спускаемого аппарата кабины отходят бытовой и
приборный отсеки. В момент разделения, когда корабль находился в космосе, неожиданно
открылся клапан дыхательной вентиляции, соединяющий кабину с наружной средой. Обычно
он срабатывает незадолго до посадки на Землю, чтобы давление в спускаемом аппарате и
снаружи было одинаковым. На "Союзе-11" "форточка" распахнулась на огромной высоте -150
километров. Воздух со свистом стал вырываться в открытый космос. Давление в спускаемом
аппарате стремительно падало. За 20 секунд оно снизилось с 900 миллиметров ртутного
столба до 500. Еще через 20 секунд - до 300. Через минуту после открытия клапана давление
упало до 170 миллиметров ртутного столба. "Через 4 секунды после начала разгерметизации, говорится в дневнике Каманина, - частота дыхания у Добровольского подскочила до 48 вдохов
в минуту (при норме 16), началась агония, и через 20 - 30 секунд наступила смерть. У
погибших были обнаружены следы кровоизлияния в мозг, кровь в легких, повреждение
барабанных перепонок, выделение азота из крови". Если бы космонавты были в скафандрах,
они вернулись бы на Землю здоровыми и невредимыми.
Почему же открылся злополучный клапан? Это произошло, по мнению специалистов,
проведших тщательное расследование в наземных условиях, из-за ударных нагрузок во время
разрыва пироболтов. При разделении отсеков корабля нет возможности откручивать
соединительные болты. Поэтому внутри болтов закладывают небольшое количество
взрывчатого вещества, и в нужный момент они просто разрываются. Два пироболта
находились недалеко от клапана дыхательной вентиляции. И образовавшиеся при взрыве
ударные нагрузки привели в движение запирающий шток, из-за чего и открылась "форточка".
Ударные нагрузки были настолько сильны, что смяли алюминиевую прокладку между
клапаном и шпангоутом. Космонавты, видимо, не сразу поняли, откуда происходит утечка
воздуха. Когда это стало ясно, им не хватило, возможно, нескольких десятков секунд, чтобы
закрыть отверстие...
С тех пор члены экипажа при старте корабля и его посадке обязательно находятся в
скафандрах. А подвиг космонавтов Георгия Добровольского, Владислава Волкова и Виктора
Пацаева останется навечно в истории космонавтики.
14
10. Современный скафандр
13 мая 2009 года российский грузовой корабль «Прогресс М-02М», запущенный с
космодрома Байконур 7 мая, пристыковался к Международной космической станции (МКС).
Он доставил две с половиной тонны различных грузов, в том числе современный скафандр
"Орлан-МК". Главный специалист по испытаниям и эксплуатации скафандров для работы в
открытом космосе Геннадий Глазов называет его "умный скафандр". Сам "мозг" уникальной
спецовки спрятан в компьютере, который находится в накладном отсеке наспинного ранца
скафандра. У космонавта же перед глазами находится лишь жидкокристаллический дисплей.
Именно на него автомат выдает все данные по состоянию систем "Орлана -МК" и подсказки,
как и что нужно проконтролировать перед выходом в открытый космос. Но даже и это не
самое главное. Если вдруг случится какой-то сбой, тут же высветится соответствующая
информация, раздастся звуковой сигнал и появится рекомендация, как себя вести.
Тестирование ведется по 50 параметрам, и, как говорится, на все про все уходит лишь
полминуты!
Космонавт Виктор Афанасьев, который семь раз работал вне борта космической
станции и провел в общей сложности в абсолютном вакууме 38 часов, утверждает, что это
очень важно. Он рассказывает, что раньше, тренируясь, мы должны были запоминать все
нештатные ситуации и держать в голове, что и как необходимо делать. А теперь космонавт
получит дополнительную страховку.
Какие могут быть нештатные ситуации? Да самые разные. В скафандре выскочило за
норму давление, забуксовал расход кислорода, подкачали органы управления... Но это
теоретически. На практике российские скафандры отличаются завидной надежностью.
Инциденты можно пересчитать по пальцам. Один из них случился в феврале прошлого года:
при
выходе
в
космос
Михаила
Тюрина
обнаружились
неполадки
в
системе
терморегулирования скафандра. «Кажется, когда Тюрин его надевал, перегнулся один из
трубопроводов?» - уточняет Г. Глазов. «Наш скафандр не надевают, - поправляет он. - В него
входят. Действительно, тогда произошло "пережатие". Чтобы исключить подобное, мы
установили дополнительные резиновые втулки. Они остались и на новом скафандре».
15
16
В отличие от американского скафандра, который астронавт буквально натягивает,
причем помогать ему должны как минимум еще двое, наши космонавты "входят в спецовку"
через герметичный люк в спине. Это примерно как открыть и закрыть дверцу холодильника.
Все настолько просто и удобно, что теперь и за океаном перенимают российский опыт. А ведь
"Орланы" появились еще со времен Лунной гонки: нашу программу свернули, но скафандр
успели не только сделать, но и испытать. Тот самый случай, когда конструкторские решения
оказались настолько удачными, что и сегодня продолжают работать на перспективу.
Первый компьютеризированный скафандр экипаж МКС получил в прошлом году, но
пока в нем еще никто не работал. А вот после прибытия третьего (запасного) обитатели
станции начнут выходить в космос по российской программе только в них. "Орлан-МК" — это
уже пятая модификация скафандров полужёсткого типа "Орлан". Срок жизни "Орланов" в
любом случае сравнительно недолог: каждый рассчитан на 4 года эксплуатации и 15 выходов
в космос.
Первый скафандр нового поколения был доставлен на МКС ещё в прошлом году. В
настоящий момент гардероб международного экипажа состоит уже из двух "Орланов-МК"и
пополнился третьим, который доставил в мае "Прогресс". Проверка компьютеризированных
скафандров открытым космосом намечена на июнь.
11. Заключение. Перспективы.
Скафандростроении – относительно молодая отрасль инженерной техники. Несмотря
на ряд успехов в этой области, специалисты космических скафандров находятся в стадии
дальнейших поисков наиболее удачных конструктивных решений, прежде всего подвижности,
герметичности, надежности. По мере усложнения задач перед космонавтикой будут возникать
и новые повышенные требования к конструкции космического скафандра.
Не за горами полет человека на планеты Солнечной системы, и на некоторых из них
(Венера, Марс) уже побывали беспилотные разведчики. Полеты к планетам Солнечной
системы потребуют более совершенных космических скафандров в части их подвижности,
герметичности и надежности.
17
12. Источники
Литература
1. Алексеев С. М. Космические скафандры вчера, сегодня, завтра. – М.: Знание,
1987. – 64 с, ил. – (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Космонавтика,
астрономия»; № 2).
2. И л ь и н Г . , И в а н о в В . , П а в л о в И . Космические скафандры // Наука и
жизнь. – 1978. – № 6.
3. Цветков В.И. Космос. Полная энциклопедия/ Ил. Н. Красновой. – М.: Изд-во
Эксмо, 2005.- 248 с., ил
Ресурсы сети интернет
4. Cайт www.astronet.ru
5. Caйт www.jpl.nasa.gov
Другие источники
Материалы мемориального музея космонавтики, г. Москва
18
Авиационный скафандр Ч-3
Авиационный скафандр СК-ЦАГИ-8 (слева) и высотный спасательный скафандр ВСС-04
(справа):
1 – регулятор давления;
2 – шнуровка для регулировки скафандра по размерам;
3 – разъем связи;
4 – объединенный разъем шлангов (подача кислорода в шлем для дыхания, подача воздуха
для вентиляции туловища и конечностей, компенсирующий шланг кислородного прибора)
19
Скафандр А. А. Леонова с верхней защитной
одеждой и ранцем
Схема аварийно-спасательного скафандра:
1 – шлем;
2 – силовая система;
3 – силовая оболочка;
4 – герметичный ввод проводов связи;
5 – объединенный разъем шлангов;
6 – герметическая оболочка;
7 – подкладка;
8 – нательное белье;
9 – трубка вентилирующей системы;
10 – носок;
11 – съемные ботинки;
12 – верхняя одежда;
13 – перчатка;
14 – регулятор давления;
15 – шлемофон
20
Схема системы кислородного питания и вентиляции на космическом корабле
«Восток»:
1 – основной вентилятор;
2 – резервный вентилятор;
3 – экономайзер;
4 – баллоны со сжатым воздухом для вентиляции;
5 – кислородный баллон высокого давления;
6 – зарядный штуцер для воздуха;
7 – зарядный штуцер для кислорода;
8 – редуктор, понижающий давление воздуха;
9 – кислородный редуктор, понижающий давление;
10 – кислородный прибор;
11 – объединенный разъем, через который скафандр соединен с коммуникациями
космического корабля;
12 – кислородный баллон;
13 – регуляторы давления;
14 – уравнительный шланг;
15 – кислородный баллон
21
Оболочка скафандра и силовая система:
1 – лента для регулировки длины бедра;
2 – коленный шарнир;
3 – тазобедренный шарнир;
4 – регулятор давления;
5 – манометр;
6 – силовая система;
7 – плечевой шарнир;
8 – шейное кольцо;
9 – предохранительный клапан;
10 – трос силовой системы;
11 – шланги;
12 – разъем перчатки;
13 – трос плечевого шарнира;
14 – регулировка длины рукава;
15 – локтевой шарнир («апельсиновые корочки»);
16 – клапан питания;
17 – «перекат» плечевого шарнира.
22
Шарнир типа корочки в сочетании с гермоподшипником:
1 – силовая стяжка;
2 – корочка;
3 – гермоподшипник
Один из возможных вариантов гермоперчатки скафандра:
1 – гигиенический вкладыш;
2 – силовая оболочка;
3 – гермооболочка пальцев с шарниром типа корочки
23
Один из способов надевания скафандра:
1 – распах;
2 – аппендикс
Аварийно-спасательный скафандр, применявшийся
на космическом корабле «Союз»:
1 – силовая оболочка с шарнирами;
2 – разъем перчатки;
3 – регулятор давления;
4 – силовой элемент, образующий складку;
5 – шейное полукольцо;
6 – шлемофон с переговорным устройством;
7 – силовая система;
8 – электроразъем
24
Скафандр для выхода в космос с несъемным ранцем с верхней одеждой и ЭВТИ (а) и
без верхней одежды и ЭВТИ (б):
1 – мягкие части скафандра;
2 – разъем пневмо- и гидрокоммуникаций;
3 – ручка для закрывания входного люка скафандра;
4 – карабин страховочного фала;
5 – клапан включения аварийного запаса кислорода;
6 – светофильтр;
7 – жесткий корпус;
8 – гермоподшипник;
9 – пульт управления и контроля;
10 – регулятор режимов давления в скафандре;
11 – индикатор давления в скафандре;
12 – перчатка;
13 – силовой шпангоут;
14 – штепсельный разъем
25
Испытатель входит (влезает) в полужесткий скафандр, предназначенный для работы в
открытом космосе. Шторка, закрывающая агрегаты автономной системы обеспечения
жизнедеятельности (АСОЖ), откинута
Костюм с водяным охлаждением: 1 – трубка подвода воды; 2 – трубка вывода воды из
костюма; 3 – коллектор; 4 – трубки, по которым течет охлаждающая космонавта вода
26
Теплообмен между космонавтом и средой на поверхности Луны в условиях лунного
дня:
1 – тепловой поток от Солнца;
2 – приток тепла при непосредственном контакте с лунной поверхностью;
3 – тепловое излучение нагретой лунной поверхности;
4 – тепло, излучаемое скафандром;
5 – тепло солнечного излучения, отраженное лунной поверхностью
27
Скафандр мягкой конструкции, в
котором
американские
космонавты
выходили на поверхность Луны:
1 – съемный светофильтр;
2 – путь управления;
3 –
кислорода;
шланг
аварийной
подачи
4 – карман для карандаша;
5 – клапан, закрывающий разъемы;
6 – вентилирующие шланги;
7 – съемная перчатка;
8 – карман;
9 – лунные боты;
10
–
клапан,
закрывающий
дозиметры и штуцер вывода урины;
11 – верхняя одежда;
12 – место крепления: скафандра в
лунной кабине;
13 – шланг подачи кислорода;
14 – АСЖ;
15 – карман для очков;
16 – система аварийной подачи кислорода;
17 – ремни крепления АСЖ;
18 – антенна
28
Схема движений, которые необходимы человеку в скафандре:
1 – голеностопный шарнир;
2 – коленный шарнир;
3 – тазобедренный шарнир;
4 – кистевой шарнир;
5 – локтевой шарнир;
6 – плечевой шарнир;
7 – шейный шарнир;
8 – поясной шарнир
29