Как будут выглядеть космические скафандры в будущем
«Когда я вырасту, я стану космонавтом» — эта фраза стала символом целой эпохи, которая началась с космической гонки между ведущими странами мира и закончилась несбывшейся мечтой для многих из нас. Однако есть на планете Земля люди, которые регулярно выходят в открытый космос. И если сегодня для нас стало привычным делом, что на орбите всегда есть кто-то, кто парит в невесомости, когда-то это было настолько захватывающим, что миллионы людей не отрывали глаз от телевизоров, с замиранием сердца наблюдая за первыми потугами освоить космос.
К сожалению, мы родились слишком поздно, чтобы исследовать Землю. К счастью, мы станем первым поколением, с которого начнётся освоение других планет. В этой статье мы поговорим об одежде, без которой не состоится ни один межпланетный перелёт, ни один выход разумного человека в космос, — о скафандрах будущего.
Современные скафандры
Открытый космос — крайне враждебная среда. Если вы случайно окажетесь в безвоздушном пространстве, едва ли вас удастся спасти. В течение 15 секунд вы потеряете сознание из-за отсутствия кислорода. Кровь закипит, а после замёрзнет из-за отсутствия давления. Ткани и органы расширятся. Резкий перепад температур довершит начатое. Даже если вам удастся пережить всё это, не факт, что солнечный ветер не наградит вас вредоносным излучением.
Чтобы защититься от всех этих факторов, космонавты используют защитные костюмы — скафандры. История космического гардероба довольно интересная, однако за последние лет 30 в ней произошло не так много важных событий. Гораздо увлекательней то, что ждёт нас в ближайшем будущем, особенно если учесть растущие темпы коммерческих перелётов и принять во внимание запланированные миссии.
Сегодня российские космонавты используют скафандры «Сокол КВ-2» и «Орлан-МК» (для выхода в открытый космос), разработанные в 1970–1980-х годах. В 2014 году планируются испытания «Орлана-МКС», конструкция которого претерпела незначительные изменения — в целом скафандр почти тот же, что и его предшественник. Сегодня и всегда их производством занимается ОАО «НПП „Звезда“ имени академика Г. И. Северина». Китай, кстати, наряжает своих космонавтов (или тайконавтов, если точнее) в костюмы, сделанные на базе советских: тот же «Сокол» и Feitian, представленные в 2003 и 2008 годах соответственно и используемые в миссиях «Шэньчжоу-5» и «Шэнчьжоу-7». США, хоть и заслуживающие уважения за многообещающие разработки, верны скафандрам 1994 и 1984 годов: ACES (AdvancedCrewEscapeUnit) и EMU (ExtravehicularMobilityUnit).
Американцев можно понять. Из-за проблем с финансированием космическая программа была серьёзно урезана. Возможно, если бы не это, они были бы уже на Венере (такая миссия действительно планировалась). Что касается успехов Роскосмоса, то, кроме вышеупомянутых испытаний «Орлана-МКС», ни о чём больше сказать нельзя. Если скафандры будущего в России делают, то делают подпольно.
НАСА планирует вернуться на Луну и активно разрабатывает новые скафандры, поскольку они понадобятся новым армстронгам и олдринам, которые будут оставлять следы на лунном песке. Однако, в отличие от программы «Аполлон-11», новые костюмы должны дать космонавтам больше возможностей. Например, свободное передвижение, которое облегчит работу на Луне, а также защиту от липкой как скотч лунной пыли.
Зато международные партнёры в лице Европейского космического агентства и Роскосмоса планируют пилотируемый полёт на Марс — о чём может свидетельствовать 500-дневный эксперимент, проведённый несколько лет назад. В рамках программы «Марс-500» шестеро членов международного экипажа (в том числе и россияне) провели 500 дней взаперти, имитируя полет на Марс. Возможно, в 2018 году полёт всё же состоится. Тут стоит знать, что основная проблема столь длительного перелета заключается в воздействии радиации, от которой не защищают ни скафандры, ни обшивка корабля. Полёт может оказаться крайне неблагоприятным.
Отметим, что для полета на Марс Роскосмосу совместно с партнёрами придётся разработать специальный скафандр. В рамках программы «Марс-500» члены экипажа использовали специальную версию скафандра «Орлан-Э» (что значит «экспериментальный»). Конструкторы в шутку называют его младшим братом — он практически идентичен остальным «Орланам», но в четыре раза легче и для космической прогулки по Марсу пока не подойдёт. Однако ляжет в основу будущего марсианского костюма.
Также полёт на Марс планируют еще несколько миллиардеров-филантропов — Бас Лансдорп (проект MarsOne, рассчитанный на колонизацию Марса в течение 2011–2033 годов) и Элон Маск (основатель SpaceX).
Сколько стоит скафандр? Модель, используемая НАСА, со всей экипировкой, системой жизнеобеспечения и оборудованием обходится в 12 миллионов долларов. «НПП „Звезда“» предпочитает не афишировать стоимость скафандра, однако поговаривают о 9 миллионах долларов.
Конструкция
Из каких материалов делают скафандры? Давайте разберём на примере EMU. Если первые космические скафандры целиком делали из мягких тканей, современные их варианты сочетают мягкие и жёсткие компоненты, которые обеспечивают поддержку, мобильность и удобство (хотя с последним ещё можно поспорить). Сам материал скафандр делается в 13 слоёв: два слоя внутреннего охлаждения, два сдавливающих слоя, восемь слоёв тепловой защиты от микрометеоритов и один внешний слой. Эти слои включают следующие материалы: трикотажный нейлон, спандекс, уретановый нейлон, дакрон, неопреновый нейлон, майлар, гортекс, кевлар (из которого делают бронежилеты) и номекс.
Все слои сшиты и скреплены вместе, чтобы стать цельным покрытием. Также, в отличие от первых скафандров, которые сшивались индивидуально для каждого космонавта, современные EMU обладают компонентами различных размеров, которые подойдут всем.
Скафандр EMU состоит из таких частей: MAG (собирает мочу космонавта), LCVG (устраняет излишки тепла в процессе прогулки по космосу), EEH (обеспечивает связью и биоинструментами), CCA (микрофон и наушники для связи), LTA (нижняя часть костюма, штаны, наколенники, наголенники и сапоги), HUT (верхняя часть костюма, твёрдая оболочка из стекловолокна, которая поддерживает несколько структур: руки, торс, шлем, рюкзак жизнеобеспечения и модуль управления), рукава, две пары перчаток (внутренние и внешние), шлем, EVA (защита от яркого солнечного света), IDB (внутрикостюмный мешок для питья), PLSS (первичная система жизнеобеспечения: кислород, энергия, уборка углекислого газа, охлаждение, вода, радио и система предупреждения), SOP (запасной кислород), DCM (модуль управления PLSS).
Плохо забытое старое
В 2012 году НАСА представило скафандр нового типа Z-1. Сделанный по образу и подобию скафандра Базза Лайтера из «Истории игрушек», этот костюм должен поступить в производство в 2015 году и будет обладать набором приятных качеств и функций.
Во-первых, шлем в форме пузыря обеспечивает огромное по сравнению с предыдущими вариантами поле зрения. Да, это не канонический «мотоциклетный шлем», но безопасность, по заверениям специалистов, будет на высшем уровне. Новый дизайн плечевых частей костюма предоставляет большую свободу движениям рук. Сзади в скафандре располагается люк, сквозь который пролезает космонавт, когда одевается. То есть скорее это скафандр, словно транспорт, принимает в себя пассажира, а не космонавт надевает на себя всё это.
Во-вторых, и очень важных «во-вторых», скафандр Z-1 будет одинаково пригоден как для выхода в открытый космос, так и для передвижений по поверхности планеты (в отличие от всего того, что носит экипаж МКС).
В-третьих, благодаря новейшим разработкам существенно упала необходимость лишний раз загружать скафандр канистрами с гидроксидом лития, абсорбирующим двуокись углерода, выдыхаемую человеком. Что ж, Z-1 мог бы стать отличной заменой EMU и отправить старый скафандр на пенсию.
В конце прошлого года стало известно, что НАСА испытывает новый облегчённый скафандр, поскольку Z-1 оказался слишком громоздким. Шаг назад? И вот второй: новый костюм станет модифицированной версией оранжевого костюма ACES, разработанного еще в 1960-х. Скафандр будет использоваться командой космического корабля «Орион», который будет ловить астероиды для сбора образцов и анализа. К сожалению, космическое агентство не приоткрывает завесу тайны над этой загадочной миссией, поэтому известно о ней не так много.
Два шага назад? Вот вам третий: челнок «Орион», по сути, является обновленным модулем «Аполлона». И здесь все элементы пазла складываются воедино: внутри ракетного модуля «Орион» слишком мало места, чтобы там можно было развернуться в скафандре типа EMU или Z-1. Кроме того, новый скафандр будет универсальным и предназначенным для работы как внутри, так и снаружи. Сами представители НАСА особенно подчеркивают такие плюсы нового скафандра, как низкая стоимость производства и наличие уже готовой системы жизнеобеспечения космонавта в новом скафандре. Однако есть твёрдая надежда, что Z-1, а вслед за ним и недавно анонсированный Z-2 всё же будут использовать, но в других миссиях.
Оранжевый оттенок был выбран для скафандров ACES из соображений безопасности. Это один из самых ярких цветов как в море, так и в космосе. Найти и спасти заблудшего космонавта было бы проще.
«Вторая кожа»
За время полёта в космосе позвоночник космонавта вытягивается на семь сантиметров. Это приводит к жутким болям в спине, что, конечно же, вызывает беспокойство у космических агентств. Специально для Европейского космического агентства немецкие инженеры разработали плотно прилегающий к телу костюм Skinsuit, который сшит из двунаправленной эластичной ткани из полиуретанового волокна. Костюм плотно сдавливает тело от плеч до стоп, имитируя обычное давление. Летные испытания костюма, сделанного из спандекса, запланированы на 2015 год. Впрочем, некоторые инженеры в своих разработках зашли ещё дальше.
Совсем недавно научный сотрудник лучшего в мире вуза (по версии QS) — Массачусетского технологического института — Дэва Ньюмен представила новый скафандр, над которым работала более десяти лет. Он называется Biosuit и, по мнению многих, может произвести революцию в освоении космоса силами людей.
Облегающий скафандр предоставляет астронавтам большую мобильность и предупреждает травмы («на плечах» астронавтов — 25 операций из-за травм от тяжелых скафандров). Основным мотивом работы Ньюмен было то, что женщины ниже определенного роста не могли использовать EMU, поскольку просто не делают таких маленьких скафандров. Для самой Дэвы это важный факт, поскольку высоким ростом она не отличается. Но есть и другие мотивы.
Во-первых, современные скафандры весят около 100 килограммов. Да, они предназначены для использования в невесомости, но с ними приходится возиться. Во-вторых, пространство само по себе не является пустым. В космосе также есть газ, и для стабилизации давления изнутри и снаружи скафандр «раздувается», ещё больше осложняя движения человека. Biosuit представляет собой плотно стянутую ткань из полимеров и активных материалов — сплава никеля и титана, поэтому самостоятельно оказывает давление на ткань человека, предотвращая её расширение и оставаясь при этом упругим и эластичным.
Также, поскольку этот костюм разделен на автономные секции, в случае прокола одной части у космонавта будет время наложить «повязку». Современные скафандры такого не умеют: треснул значит треснул, разгерметизация происходит по всей ширине предмета одежды. Однако у Дэвы остаются определённые проблемы со шлемом, поэтому сама изобретательница признаёт, что, как ни крути, скорее всего, мы увидим симбиоз EMU и Biosuit. Компромиссным решением было бы оставить нижнюю часть от Biosuit и шлем от EMU. Это обеспечит космонавта нужной мобильностью и проверенной безопасностью шлема. До первых полётов на Марс ещё есть время — и возможность придумать что-то новое.
Поехали?
Что касается начинки скафандров, то учёные серьёзно планируют превратить космонавтов будущего в ходячие лаборатории. Команда учёного Патрика Макгира из Чикаго занимается разработкой портативного компьютера для скафандра, который сможет самостоятельно (или почти самостоятельно — при помощи алгоритмов искусственного интеллекта на основе нейронных сетей) проводить целый ряд анализов: от оценки ландшафта до микроскопической структуры камней. Этот разумный скафандр готовится для полётов на Марс и успешно проходит испытания в полузасушливых районах Испании и отличил лишайник от налёта на камне. В диких условиях какого-нибудь Марса такой помощник может стать бесценным.
Конечно, только костюмами космонавтов современные разработки не ограничиваются. Эпоха космических путешествий объявляется открытой — и кто знает, может быть, именно вы войдёте в число первых космических туристов. В январе успешно прошёл третий и очень впечатляющий тестовый полёт космического корабля Space Ship Two, созданием которого занимается Virgin Galactic и лично Ричард Брэнсон. Похоже на то, что именно «Девственная галактика», по всей видимости, станет первой компанией, предоставляющей шикарную экскурсию на околоземную орбиту, а может, и дальше.
Скафандры для нас с вами тоже готовятся. Американская компания Final Frontier Design представила легкий вариант костюма 3G Space Suit для космических туристов. Удобный, лёгкий (всего семь килограммов — это вам не 100-килограммовый EMU) и недорогой скафандр создавался четыре года на гребне славы предыдущего изобретения компании, сорвавшего престижную награду Popular Science 2013, — особых космических перчаток. Только послушайте, как круто звучит: «Плавленый слой нейлона с уретановым покрытием, 13 уровней под индивидуальный размер, кольцо из углеродного волокна вокруг талии, съёмные перчатки, встроенный коммуникационный разъём, а также охлаждающие контуры в районе груди, рук и ног, защищающие путешественника от перегрева…»
Кажется, запахло космосом. Выбирайте костюм по плечу и приготовьтесь увидеть, как на лунном востоке поднимается слепящий шар — наша с вами Земля.
Источник
ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ
Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ
Современный космический скафандр: история и перспективы
Древние люди, надев звериные шкуры, заложили основы экспансии вида homo sapiens. Вместо того, чтобы тратить миллионы лет на эволюционные изменения организма, человек начал использовать снаряжение для выживания в неблагоприятной обстановке. Подход оказался успешным — люди смогли погрузиться под воду, подняться в воздух, а в 20 веке — отправиться в космос. И сейчас скафандр — наверное, самая продвинутая “одежда” для самых неблагоприятных условий, уже успевшая пройти достаточно длинный путь. Логично, что первый скафандр появился в научной фантастике, за 63 года до полета человека в космос. В 1898 году астроном, популяризатор и писатель Гаррет Сервис написал по заказу New York Journal продолжение “Войны миров” Уэллса — “Эдисоновское завоевание Марса”. По сюжету земляне строят космические корабли и наносят ответный удар агрессивным марсианам. А для обслуживания земных кораблей в космосе потребовался “герметичный костюм”.
Иллюстрация из книги «Эдисоновское завоевание Марса»
К сожалению, Гаррет в описании скафандра совершил сразу несколько очень распространенных ошибок — конструкция базировалась на мягких водолазных костюмах и не учитывала реальную физику вакуума.
Придуманный в 1929 году персонаж Бак Роджерс тоже носил костюм, отдаленно напоминающий водолазный. Забавно, что концепция полностью прозрачного шлема использовалась потом в скафандрах программы Apollo — у герметичного (внутреннего) шлема был только небольшой слой ткани на затылке.
Слева современная реплика оригинальной фигурки Бака Роджерса, справа скафандр программы Apollo
Бронелифчики придумали не вчера. Еще в 30-х годах прошлого века журналы фантастического чтива рисовали почти обнаженных женщин, летающих по вакууму, невзирая на полное отсутствие реализма.
В 1936 году на советские экраны вышел фильм “Космический рейс”, консультантом которого был сам Циолковский. Но и тут в скафандрах для прогулок по Луне легко угадываются потомки водолазных костюмов.
Кадр из фильма «Космический рейс»
И первое реалистичное описание скафандра в фантастике сделал, похоже, Роберт Хайнлайн. В “Имею скафандр, готов путешествовать” он описал скафандр с не раздувающимися в вакууме шарнирами, правдоподобными системами жизнеобеспечения и терморегуляции. Но Хайнлайн работал авиационным инженером и занимался как раз высотными костюмами, так что в каком-то смысле реальность обогнала фантастику.
Под водой и в воздухе
Исторически скафандры выросли из последовательности “водолазные костюмы” -> “авиационные высотные костюмы” -> “космические скафандры”.
Работать под водой человечество научилось еще в начале 19 века. Сравнительно простые технологии — пропитанная каучуком ткань и воздушный насос на поверхности позволили создать полноценный костюм для длительного и эффективного пребывания под водой. Развиваясь, водолазные костюмы даже разделились на жесткие и мягкие, как и скафандры, но это ложная аналогия. Дело в том, что с увеличением глубины растет давление, жесткий водолазный костюм от него защищает, а мягкий — нет. Космические же скафандры работают в условиях внешнего вакуума, и их похожее разделение обусловлено совсем другими причинами.
Активно развивающаяся в 30-х годах авиация штурмовала все новые рубежи. Росли скорость, дальность и высота полета. И оказалось, что без дополнительного снаряжения проблемы для пилотов начинаются уже примерно с 4,5 км высоты — падение атмосферного давления и уменьшение парциального (отдельно взятого) давления кислорода приводят к гипоксии и потере возможности управлять аппаратом. Кислородные маски позволили подняться повыше, но расчеты показали, что с 15 км давление выделяемого легкими углекислого газа превысит давление окружающей среды и сделает дыхание невозможным, а выше 19 км в организме начнут кипеть все биологические жидкости. Возникла необходимость в костюмах, не просто подающих пригодный для дыхания воздух, а обеспечивающих давление, при котором организм может жить и функционировать. Очевидной была идея использовать наработки водолазных костюмов, поэтому на фотографиях 30-х годов высотные костюмы имеют такие же жесткие шлем и манишку.
Высотный костюм Уайли Поста в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики
Пионер авиации Уайли Пост в 1935 году сумел подняться до примерно 15 км в разработанном при участии Рассела Колли из Goodrich Company скафандре.
Но инженеров ждал новый сюрприз. Водолазный костюм работает в условиях, когда наружное давление растет с увеличением глубины. А на высоте оно уменьшается, и костюмы стало раздувать. Пришлось придумывать специальные шарниры постоянного объема, чтобы было можно просто согнуть руку. Первыми это сделали в СССР, где инженерная группа под руководством Е. Е. Чертовского занималась разработкой высотных костюмов с 1931 года. Две версии оказались слишком недоработаны, чтобы испытываться в реальных условиях, а вот третью, Ч-3, проверили на бомбардировщике ТБ-3, поднявшись в 1937 году на 7-10 км. Работы велись до 1940 года, и в новых модификациях постепенно решались обнаруженные проблемы — в Ч-5 (1938) стало можно полноценно работать в перчатках.
Скафандр Ч-6 (1939)
Параллельно, с 1937 года, работы по созданию скафандров велись в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ). Скафандр СК-4 испытали в полете в 1938, по результатам разработали новые версии, а в СК-7 (1940) сумели устранить запотевание лобового стекла. Проводились даже экспериментальные высотные прыжки в скафандре с парашютом.
Инженер-испытатель Я.М. Солодовник в скафандре СК-5
Скорее всего, именно к этому периоду относится расширение значения слова “скафандр”. Образованное из греческих корней и буквально переводящееся как “человек-лодка”, оно в начале века относилось к водолазным костюмам. Их называют “скафандрами” и сегодня, но слово без уточнения сейчас означает скорее космическую технику. Начавшаяся Вторая мировая война не остановила разработку скафандров совсем, но больших успехов ни одна страна не добилась.
Рожденные необходимостью
Реактивные самолеты, появившиеся в конце Второй мировой войны, стали очень бурно развиваться в послевоенное время. Машины летали все выше, и обнаружилась неприятная проблема — кабину самолета можно было сделать герметичной и поддерживать в ней избыточное давление, но в случае внезапной разгерметизации пилот не имел никаких шансов выжить. Пришлось разрабатывать высотные костюмы. По обе стороны океана инженерную задачу решили просто — тело пилота сдавливали надувными мешками, а во втором типе костюмов вдоль конечностей пустили трубки, соединенные лентами, идущими “восьмеркой”. В случае разгерметизации в трубки подавался воздух, они расширялись, и ленты стягивали тело пилота. А на голове был герметичный шлем, в который подавался кислород под давлением.
Надутый высотно-компенсирующий костюм в барокамере. Давление соответствует высоте 19 км, и вода кипит при температуре тела
Идея оказалась рабочей, но оправдывала себя только в аварийных условиях — ощущения неприятные, нельзя обжать все тело, и сохраняется риск внезапной потери сознания из-за падения кровяного давления. Частичное решение было найдено в совмещении трубок и надувных мешков, которые дополнительно сжимали туловище, и, например, в США костюм MC-3 использовался в авиации достаточно долго и успешно, а с минимальными изменениями применялся для экспериментальных высотных полетов на стратостатах и прыжков с них. В таких костюмах испытатели в барокамерах могли работать в условиях почти полного вакуума, но не для всех задач этого хватало: когда появились еще более быстрые и высотные самолеты (ракетоплан X-15 или SR-71), снаряжению летчика потребовалось защищать также от экстремальных температур и напора воздуха при катапультировании на большой скорости, с чем высотно-компенсирующие костюмы справлялись уже хуже. Поэтому и инженеры и пилоты, которые могли спорить о том, высотно-компенсирующий костюм или скафандр лучше подходят для военной авиации (как показала история, применялись оба варианта), выступали за скафандры для ракетных самолетов и космоса.
В СССР после войны скафандрами занимался Летно-исследовательский институт им. Громова, создавший скафандры ВСС-01,02,03,04, а в 1952 году на базе производственного предприятия №1 Центрального склада министерства авиационной промышленности для работ над катапультируемыми креслами, системами дозаправки в воздухе и скафандрами был организован опытный завод №918, который сейчас носит название НПП “Звезда”. Уже в 1953 году были созданы высотные скафандры ВСС-05, ВС-06.
ВСС-04, фото НПП «Звезда»
В 1950-х годах на заводе были разработаны еще несколько моделей, в том числе скафандр “Воркута” (ведущий конструктор А.И.Бойко) для перехватчика Су-9. Он был произведен малой серией для авиации, и, когда в 1959 началась разработка скафандра для космических полетов, именно “Воркута” выступила базовой моделью. Его особенностью были два слоя — силовой и герметичный вместо одного из прорезиненной ткани в предыдущих моделях. Это позволило использовать более подходящие материалы — лавсан для силового слоя, губчатую и листовую резины для герметичного слоя. А в целом на Юрие Алексеевиче Гагарине в первом историческом полете было аж восемь слоев одежды — нательное белье, три слоя теплозащитного костюма, в одном из которых стояла система вентиляции, подкладка скафандра, герметичный слой, силовой слой и верхняя оранжевая оболочка для того, чтобы космонавта было легче заметить после посадки. Еще одной особенностью стала система автоматического захлопывания шлема при разгерметизации.
Скафандр СК-1 в Музее космонавтики
Для кораблей “Восток” также был разработан скафандр СК-2 для женщин-космонавтов, учитывающий особенности женской анатомии.
В США скафандры разрабатывали несколько организаций. Для первого космического корабля “Меркурий” NASA выбрало скафандр Mark IV, который являлся плодом длительной работы ВМФ США. Его производила компания Goodrich (вспомните эксперименты 30-х выше, она работала в этой области уже несколько десятилетий). Скафандр успешно применялся в высотных полетах самолетов F-4, F-6, F-8, A-5, а в 1959 году в нем установили рекорд высоты подъема на 30 км на F-4. Для космической программы скафандры были немного доработаны — темно-серый цвет внешней оболочки и ботинок заменили на блестящий для обеспечения теплового режима, систему жизнеобеспечения перевели на замкнутый цикл, доработали перчатки, чтобы было удобней нажимать на кнопки, добавили разъем медицинской телеметрии. В отличие от Mark IV, костюмы “Меркурия” выполнялись по индивидуальной мерке, это позволило убрать ремни для подгонки. Для программы NASA заказало 21 скафандр, по три штуки на астронавта.
Астронавт Гордон Купер в скафандре
Скафандры первых космических кораблей создали новый тип космических костюмов — спасательные (IVA в английской терминологии) космические скафандры. Такой скафандр не предназначен для выхода в открытый космос или работы на поверхности Луны, он надевается перед стартом, посадкой или стыковкой и защищает в случае разгерметизации космического корабля.
В открытый космос
Следующей задачей, которую должны были решить инженеры, было создание скафандра для работы в открытом космосе. В СССР за основу взяли СК-1: для большей надежности добавили второй герметичный слой, в шлем установили солнцезащитный фильтр, верхний слой из оранжевой ткани заменили на многослойную теплоизоляцию, а закрытую систему жизнеобеспечения сделали опять открытой — выдыхаемый воздух сбрасывался за борт. А обозначение “Беркут” положило начало традиции называть советские и российские скафандры в честь хищных птиц. Не без проблем, но в целом успешно, Алексей Леонов стал первым человеком, совершившим выход в открытый космос.
Первая внекорабельная деятельность в истории
В дальнейшем для ВКД на первых кораблях “Союз” использовался скафандр “Ястреб”, сделанный с учетом замечаний по “Беркуту”. В США же в качестве базы взяли скафандр, который использовался в программе ракетного самолета X-15 и был разработан по заказу ВВС США. По конструкции он не сильно отличался от советского, здесь также был резиновый герметичный слой, силовой слой из специальной ткани Link-net, несколько слоев нейлона и внешний слой из ткани Nomex (мета-арамид, выдерживает нагрев до 400°С).
Эд Уайт, первый американец, вышедший в открытый космос
Интересной особенностью было то, что скафандр для “Джемини” был выпущен в нескольких версиях — исходной G3C, версии для ВКД G4C, модификации с мягким шлемом для длительного полета без ВКД G5C, а так же этот скафандр применялся в начале программы “Аполло” под индексом A1C.
G5C
“Беркут” Леонова и G4C стали вторым типом скафандров — скафандры ВКД (в английской терминологии EVA).
Прогулки по Луне
Костюм для Луны имеет свои особенности. На ВКД ноги в лучшем случае используются для фиксации на стреле-манипуляторе, а большую часть времени выглядят настоящим атавизмом “человека космического”. На поверхности же небесного тела надо ими активно шевелить, и это должно быть удобно. Так что лунные скафандры по обе стороны океана уже не были модифицированным летным оборудованием. Наиболее забавная история приключилась в США, где компания ILC, производящая женское белье, обошла на конкурсе уже упомянутых выше “мастодонтов”, предложив наиболее удобное решение. Секрет был в инновационных шарнирах — гофрированная резина, стянутая проволокой, позволяла легко сгибать конечности даже в вакууме. На фото ниже они видны слева, черное на локтях. Скафандр успел пройти модернизацию, версия A7LB имела дополнительные шарниры на шее и в поясе, для большего удобства управления лунным ровером.
Скафандр A7L
В СССР пошли другим путем и сделали полужесткую конструкцию “Кречет”. Особенностью плана советской высадки была необходимость обеспечить возможность пройти 5 км до резервного корабля в случае проблем с основным. Поэтому скафандр имел большую автономность, 10 часов, и тестировался на возможность совершения длительного перехода.
“Кречет” в музее, оранжевая конструкция не лунные ходунки, а подставка
После первых экспериментов скафандры продолжили развиваться.
В СССР/России с 1973 года используются модификации скафандра «Сокол». Любопытно, что у него есть деталь конструкции, роднящая скафандр с водолазными костюмами — вместо герметичной молнии используется распах на груди, через который скафандр надевается (хорошо виден на фото ниже). Под названием «Шеньчжоу» с минимальными изменениями он используется в космической программе Китая.
«Сокол» и «Шеньчжоу»
В США на шаттлах использовались аж три разных модели. В первых экспериментальных полетах под названием SEES применялся модифицированный скафандр от самолета-разведчика SR-71. Затем, когда шаттл объявили пригодным для эксплуатации, астронавты летали без скафандров вообще. После катастрофы “Челленджера” из доступных компонентов собрали даже не скафандр, а высотно-компенсирующий костюм LES. Вместо трубок и лент там использовались надувные мешки, а для герметизации шлема вокруг шеи надувался воротник. Начиная с STS-65 LES заменили на скафандр ACES, разработанный компанией David Clark Company и являющийся прямым потомком скафандров для Gemini и SR-71.
Слева направо SEES, LES, ACES
В новых моделях для ВКД решали также задачу создания универсальной конструкции, которой могут пользоваться разные люди, чтобы не возить каждый раз новый скафандр на орбитальную станцию. По эту сторону океана используется скафандр «Орлан». Он представляет собой полужесткую конструкцию (торс — жесткая кираса) с дверкой в задней части скафандра (наследие «Кречета»). С 1977 года скафандр модернизируется, в нем все удобнее находиться и можно работать дольше. Космонавты используют один и тот же скафандр, привозя с собой только перчатки. Китай сначала приобрел готовые «Орланы», затем разработал минимально отличающийся «Фэйтянь».
Слева направо «Орлан» и «Фэйтянь»
В США создали тоже полужесткий скафандр EMU, но он делится на большее количество частей — верхняя часть торса, нижняя, конечности, шлем, рюкзак. Универсальность обеспечивается подбором под конкретного астронавта компонентов подходящего размера. Ниже каноничное фото «золотого времени» шаттлов в 80-х, когда полеты в скафандре без привязи еще считались допустимым риском.
Споры о том, чей скафандр лучше, могут идти долго и без особого успеха, обе модели имеют свои плюсы и минусы. Например, «Орлан» легче, но имеет меньший срок службы (EMU возвращается на землю для ремонта после 25 ВКД, «Орлан» выбрасывается после 12).
Новые корабли
Активная работа по созданию новых пилотируемых кораблей породила и новые модели скафандров. При создании костюма для Crew Dragon, по слухам, главным требованием было то, чтобы скафандр «круто выглядел». Судя по публикуемым фотографиям это получилось реализовать, смотрится, действительно, стильно.
Модель для корабля Boeing выглядит более мешковатой, но, например, мягкий шлем может оказаться удобней.
Совсем недавно были представлены скафандры для корабля «Орион» и лунной программы Artemis. IVA скафандр OCSS является развитием ACES, который использовался на шаттлах, а EVA модель xEMU совмещает модульность EMU с опытом скафандров «Аполлонов», потому что будет предназначаться и для выходов в открытый космос, и для прогулок по Луне.
А у нас прошедшим летом представили IVA скафандр «Сокол-М», главным отличием которого будет герметичная молния вместо распаха. Теперь его можно будет надеть в два раза быстрее, а также разработчик обещает, что новую модель можно будет использовать не менее 10 полетов.
«Сокол-М» на МАКС-2019
Перспективы
Работа над скафандрами не останавливается, и сейчас инженеры экспериментируют с самыми разными конструкциями.
Творческим переосмыслением авиационных высотно-компенсирующих костюмов являются скафандры обжимного действия. В них ткань непосредственно прилегает к телу и обеспечивает необходимое для дыхания давление. Теоретически такие скафандры должны быть легче и удобнее, но очень сложно обжать все тело равномерно и обеспечить отсутствие боли и синяков у человека. Также их пока что сложно и долго надевать и снимать. Модель Bio-Suit разрабатывается в инициативном порядке и постепенно проходит испытания со все большей разницей давлений.
Bio-Suit
Компания ILC Dover предлагает две модели на замену EMU. У максимально жесткого Mark III преимущество в том, что его можно надеть сразу, без того, чтобы несколько часов дышать кислородом, вымывая из крови азот. А полностью мягкий I-Suit разрабатывается не только для выходов в открытый космос, но и для прогулок по другим небесным телам.
Слева направо: Mark III, I-Suit
Для NASA создаются скафандры Z-серии, также отличающиеся повышенным давлением. Интересной особенностью моделей является выпуклый шлем, улучшающий видимость, и вход со спины, как в «Орлане».
Z-1 и Z-2
Вход со спины удобен для концепции Suitport — скафандр спиной соединяется с ровером, фактически избавляя от специальной шлюзовой камеры.
Параллельно компаниям вроде ILC Dover или David Clark Company, занимающимся скафандрами десятилетиями, на рынке появляются и новые игроки. Например, компания Final Frontier Design, ведущим инженером которой является проработавший много лет в НПП «Звезда» Николай Моисеев, в этом году проводила испытания прототипов скафандров для Канадского космического агентства.
Заключение
Идеальный скафандр уже успели придумать в фантастике. В “Черной эстафете” Владимира Васильева описан “костюм”, состоящий из крошечных генератора силового поля и системы жизнеобеспечения, защищающий от вакуума, температур и излучений. Пристегнул коробочку к поясу, потратил пять минут на проверку и гуляй себе по космосу хоть в шортах и футболке. Но до этого, конечно же, технологиям еще развиваться и развиваться.
Лекция по материалу:
Источник