Не только космические. Какие еще бывают скафандры
Когда космонавт летит в космос, он понимает, что условия там далеки от того, к чему он привык на Земле. Глубокий вакуум, перепады температур от минус двухсот до плюс двухсот градусов Цельсия, космический мусор, микрометеориты, а еще возможность просто улететь в космос и никогда больше не вернуться домой. Все эти условия вынуждают использовать специальные средства защиты. Что интересно, о скафандрах заговорили еще в Древней Греции, а сейчас их вспоминают в основном, говоря про космонавтов. При этом, они есть и в других сферах деятельности. Они есть под водой, на земле и в воздухе. Проще говоря, без скафандров никуда.
Таки скафандры пока фантастика, но время идет.
Почему скафандр называется именно так
Чтобы понять, почему скафандр получил такое название, надо обратиться к Древней Греции. В греческом языке это слово образовано из двух слов, обозначающих лодку и человека. То есть в те времена так называли людей, которые очень хорошо плавали.
В более позднее время, в частности в восемнадцатом веке, такое название предлагали использовать для пробковых костюмов, которые были предназначены для пересечения рек.
Уже позже, когда появилась реальная необходимость обеспечения безопасности человека в экстремальных условиях среды, опять вспомнили это слово и начали так называть то, к чему мы все так привыкли.
Когда-то скафандром называли того, кто хорошо плавает.
Так можно вывести определение, что скафандр — это герметичный костюм, который призван защитить человека (или животное) от воздействия окружающей среды, предметов, газов и прочих потенциально вредных веществ. В случае с космонавтами скафандр еще и препятствует выходу наружу воздуха и тепла.
Какие типы скафандров бывают
Получается, скафандр — это то, что расширяет наши горизонты и позволяет оказаться там, где нам не положено быть просто по нашей физиологии. Но какие же типы скафандров используются покорителями неизведанных и опасных мест?
Водолазные скафандры
Да, то, в чем водолазы работают на большой глубине, тоже называется скафандрами. Есть даже модели, которые способны погружать человека на глубину до 600 метров, сохраняя внутри нормальное давление. Это не только позволяет сохранить жизнь и здоровье водолаза, но и обеспечивает более быстрое всплытие и погружение. Если не пользоваться подобными средствами защиты, то человек не сможет погрузиться на такую глубину и будет вынужден подниматься на поверхность очень медленно, проходя все стадии декомпрессии.
Некоторые подводные скафандры обеспечивают просто фантастические показатели. автономности.
Авиационные скафандры
Почти все хоть раз куда-то летали на самолете. Во время полета некоторые испытывали заложенность ушей или носа. Это только незначительные признаки того, что человек столкнулся с изменением давления. Такое изменение все равно очень плавное и не способно причинить вреда здоровью или привести к тому, что человек потеряет сознание.
А ведь скорость набора высоты (скороподъемность) современных истребителей в десятки раз выше не только того, что по нормативам положено обычному авиалайнеру, но даже намного выше его технических возможностей.
Некоторым пилотам приходится пользоваться скафандрами.
Все это приводит к тому, что пилоту часто требуются скафандр, который защитит его от таких перепадов давления, перегрузок во время маневров, которые достигают нескольких G, а также при подъемах на высоту 30 000 метров и более. Мировой рекорд высоты для самолета был поставлен на истребителе МиГ-25РБ, когда он поднялся на 37 650 метров.
Virgin Orbit не смогла запустить ракету с самолета — что с ней стало?
Скафандр для стратосферных полетов
Есть скафандры и для стратосферных полетов. В конце пятидесятых годов прошлого века эти системы защиты активно тестировались для создания космических скафандров и средств спасения. Для этого людей в скафандре поднимали на высоту до 40 000 метров в открытой гондоле, прикрепленной к стратостату. Проблема в том, что люди слишком часто погибали, и эксперименты прекратили. Впрочем, все было не зря и накопленных данных исследователям хватило, чтобы разработать скафандры для космонавтов.
Уже в 2012 году в рамках проекта Red Bull Stratos австриец Феликс Баумгартнер совершил прыжок с высоты 39 000 метров, установив тем самым два мировых рекорда — максимальной высоты прыжка и максимальной скорости падения.
Так выглядел прыжок Баумгартнера с высоты 39 900 метров.
Для подготовки к этому прыжку он и его команда несколько лет готовились и проводили тренировки. Основная проблема была в том, что при падении с такой высоты и наборе очень большой скорости тело становится нестабильным по мере увеличения давления и его может закрутить так, что человек потеряет сознание и погибнет. При таких прыжках надо уметь управлять полетом не хуже, чем пилот самолета.
Для сравнения скорость падения обычного парашютиста при прыжке с 4000-5000 метров составляет примерно 180-200 километров в час. Баумгартнер же преодолел звуковой барьер и разогнался до 1350 километров час.
Чтобы вы понимали разницу в плотности воздуха на высоте, достаточно сказать, что самолет сэкономит примерно 80 процентов топлива, если будет лететь на высоте 10 000, поднявшись с 1 000 метров. На высоте 40 000 метров сопротивления воздуха уже почти нет, если сравнивать с тем, что у поверхности Земли.
Космический скафандр
Самым привычным типом скафандров является космический. Учитывая его сложность и то, что он делает для космонавта, можно сказать, что это небольшой космический корабль, который надет на человека.
Скафандр — это настоящее торжество инженерной мысли.
На самом деле, так и есть. В нем предусмотрены все системы жизнеобеспечения, что позволяет человеку находится в космосе несколько часов.
Делятся они на два типа — мягкие и жесткие. В космос человек в любом случае летит в скафандре, просто некоторые имеют возможность выхода в космос, а некоторые — нет.
Из чего сделан скафандр космонавта
Первые космические скафандры появились в конце 50-х годов прошлого века в СССР. Они предназначались для собак — Рыжика и Лисы, которые стали первыми живыми существами в космосе.
Сейчас скафандры состоят из большого количества компонентов и слоев, часть которых защищает от холода, другие дают герметизацию, а третьи обеспечивают механическую прочность.
Для полета на Луну в рамках программы ”Apollo” был создан скафандр, который состоял из 17 слоев материала и весил 90 килограмм. Под него надевали терморегулирующий комбинезон, пронизанный трубками с циркулирующей водой. Система жизнеобеспечения позволяла автономно находится в костюме 6 часов и еще 30 минут на случай непредвиденной ситуации.
Для каждой ситуации должны быть свои скафандры.
Не многие знают, но переключатели, указатели и органы управления системами на скафандрах для выхода в открытый космос нанесены зеркально. Сделано это для того, чтобы космонавт мог прочитать их, увидев отражение в зеркале, которое закреплено на руке. Он же не может просто наклонить голову и посмотреть, что у него на груди.
Надписи на скафандрах нанесены так, чтобы прочитать их в зеркале.
Аварийные ситуации в открытом космосе
Больше всего риска для человека, когда он находится в открытом космосе, представляет повреждение скафандра. В этом случае он должен очень быстро вернуться на борт — только так можно спасти его жизнь. Впрочем, бывали и интересные случаи, связанные с повреждениями.
Все, что связано в космосом просто обожают в нашем Telegram-чате. Присоединишься?
Так, например, самым известным является инцидент с повреждением скафандра, который произошёл во время полёта «Атлантиса» STS-37. Тогда маленький металлический прутик проколол перчатку одного из астронавтов. Самое интересное, что этого никто даже не заметил, так как он застрял в отверстии и не позволил произойти разгерметизации. Повреждение обнаружили уже после возвращения на корабль при осмотре скафандра.
Еще более известным случаем является случай, произошедший в 1965 году с Алексеем Леоновым, во время первого в истории выхода человека в открытый космос. Его скафандр был мягкого типа и слишком сильно раздулся от внутреннего давления. В итоге, он не мог согнуть руки и вернуться на корабль. По инструкции ему надо было заходить в люк ногами вперед, чтобы иметь возможность ”закрыть за собой дверь”. В итоге он принял решение заходить головой вперед и уже в отсеке сбросил давление внутри скафандра, кое-как развернулся и закрыл люк.
Космонавт просто обязан быть привязан к кораблю иначе он улетит от одного неловкого движения.
В России и в США тех, кто летает в космос, называют по-разному. У нас это космонавты, а у них — астронавты. Первое более логично, так как пока мы летаем только в космос, а не к звездам (”астрон” в переводе с греческого — звезда)
Во время второго в истории выхода в открытый космос произошел еще один случай с астронавтом Пирсом Селерсом. От его скафандра во время полета отцепилась лебедка со страховочным тросом. Если бы это вовремя на заметили его коллеги, он мог бы просто улететь от корабля и спасти его было бы невозможно.
На данный момент совершены уже сотни выходов в открытый космос и инцидентов среди них было не так много. Можно сказать, что благодаря научной мысли и накопленному опыту это стало почти безопасным занятием.
Источник
Для чего в космосе нужны скафандры?
Название «скафандр» происходит от французского слова, предложенного в 1775 году аббатом-математиком Жаном-Батистом де Ла Шапелем. Естественно, о полётах в космос в конце XVIII века речи не шло — учёный предложил называть так водолазное снаряжение. Само слово, которое можно перевести с греческого примерно как «лодко-человек», неожиданно вошло в русский язык с приходом космической эры. В английском же языке скафандр так и остался «космическим костюмом» (space suit).
За миллионы лет эволюции наш биологический вид приспособился к жизни в условиях Земли: мы вдыхаем газовую смесь, содержащую кислород, давление внутри нашего тела уравновешивает давление воздуха вокруг нас, озоновый слой атмосферы защищает нас от ультрафиолетового излучения, а магнитное поле Земли – от потока заряженных частиц солнечного ветра, наконец – наш опорно-двигательный аппарат приспособлен к работе в условиях земной силы тяжести.
Воздух
Представьте себе теперь, что человек в одночасье лишился всех этих привычных условий – как это бывает в открытом космосе. Прежде всего – становится нечем дышать, а без кислорода жизнедеятельность невозможна: не будет химических реакций в клетках, не будет выделяться энергия – организму становится «не на чем работать», так что без воздуха человек погибает в считанные минуты.
Температура
Далее – температура. Как правило, космическое пространство представляют себе очень холодным – в действительности гораздо большую опасность там представляет перегрев (Солнце-то никуда не девается, а в межзвёздное пространство земные космонавты пока ещё не летали). Впрочем, сталкиваться с низкими температурами тоже приходится (на теневой стороне) – в целом мы имеем температурные перепады от минус 150 до плюс 150 градусов. И то, и другое для человека смертельно!
Излучение
И наконец – вредные для нас составляющие солнечного излучения: ультрафиолет и радиация. Даже на Земле мы иной раз умудряемся «сгореть» на пляже – что же говорить о космосе, где нет атмосферы, задерживающей большую часть ультрафиолетового излучения!
Вот от всех этих опасных обстоятельств и призван защитить скафандр. На нём укреплены баллоны с воздухом для дыхания, внутри его поддерживается «земное» давление воздуха и комфортная температура, он защищает от ультрафиолета и радиации.
Виды скафандров
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.
Краткая история создания скафандров
Впервые идеи создания костюмов, которые смогут защитить человека от неблагоприятной и агрессивной для него среды, появилась в 1775 году, когда французский аббат-математик Жан-Батист де ла Шапель предложил создать костюм для погружения в воду.
Скафандр ла Шапель
О космических кораблях и полетах на Луну в те времена никто и не думал, но название изобретению дали «скафандр», что означало «лодка-человек». Несмотря на то что изначально скафандром назвали современные водолазные костюмы, наименование снаряжения прочно вошло в обиход.
В 1920-е годы в Англии стали применять водолазные костюмы для воздухоплавателей, так как чем выше поднимались летательные аппараты, тем более сложными становились условия для пилотов: это и низкие температуры, и резкое изменение давления, и кислородное голодание. Герметичный костюм помогал решать эти проблемы, но лишь до определенных высот.
В Советском Союзе разработкой снаряжения для экстремальных высот занимался инженер Института авиационной медицины Евгений Чертовский. Он разработал порядка семи модификаций скафандров и первым решил проблему подвижности.
Так как первые модели скафандров при поднятии на высоту раздувались, находящемуся внутри человеку было крайне сложно даже согнуть руку. Чертовский внедрил систему шарниров, что значительно повысило мобильность костюма. Уже в 1936 году Чертовский разработал модель скафандра Ч-3, которая содержала в себе практически все элементы современных космических костюмов, включая термобелье.
Толчком к работе над скафандром, который позволит совершать полеты в космос, стала индустрия кинематографии. В 1936 году в СССР сняли фантастический фильм «Космический рейс». В работе над фильмом принимал участие Константин Циолковский. После выхода фильма молодые инженеры Центрального аэрогидродинамического института стали вплотную заниматься созданием космического скафандра.
После войны инициатива перешла к Лётноисследовательскому институту (ЛИИ). Его специалистам было поручено создать костюмы для пилотов авиации, которая быстро покоряла новые высоты и скорости. Серийное производство одному институту было не потянуть, и в октябре 1952 года инженер Александр Бойко создал специальный цех на заводе №918 в подмосковном Томилино. Ныне это предприятие известно как НПП «Звезда». Именно там был создан скафандр для Юрия Гагарина.
Первые полёты
Когда в конце 1950-х годов советские инженеры-конструкторы приступили к проектированию первого космического корабля «Восток», они изначально планировали, что человек полетит в космос без скафандра. Пилота должны были поместить в герметичный контейнер, который выстреливался бы из спускаемого аппарата перед приземлением.
Однако такая схема оказалась громоздкой и требовала длительных испытаний, поэтому в августе 1960 года бюро Сергея Королёва переработало внутреннюю компоновку «Востока», заменив контейнер катапультируемым креслом. Соответственно, для защиты будущего космонавта в случае разгерметизации требовалось быстро создать подходящий костюм. Времени на стыковку скафандра с бортовыми системами не оставалось, поэтому решили сделать систему жизнеобеспечения, размещаемую непосредственно в кресле.
Скафандр Ю. А. Гагарина.
Скафандр, получивший обозначение СК-1, был основан на высотном костюме «Воркута», который предназначался для пилотов истребителя-перехватчика Су-9. Только шлем пришлось полностью переделать. Например, в нём был установлен специальный механизм, управляемый датчиком давления: если оно резко падало, механизм мгновенно захлопывал прозрачное забрало.
Один из скафандров СК-1 побывал на орбите раньше космонавтов. Во время беспилотных испытательных запусков корабля «Восток», проведённых 9 и 25 марта 1961 года, на борту вместе с подопытными дворнягами находился человекоподобный манекен в скафандре, прозванный «Иваном Ивановичем». В его груди была установлена клетка с мышами и морскими свинками. Под прозрачное забрало шлема положили табличку с надписью «Макет», чтобы случайные свидетели приземления не приняли его за инопланетное вторжение.
Скафандр СК-1 использовался в пяти пилотируемых полётах кораблей «Восток». Только для полёта «Востока-6», в кабине которого находилась Валентина Терешкова, был создан скафандр СК-2, учитывающий особенности женской анатомии.
Валентина Терешкова в скафандре
Скафандр программы «Меркурий» продемонстрировал свою надёжность. Только однажды, когда капсула «Меркурия-4» начала тонуть после приводнения, скафандр едва не погубил Вирджила Гриссома — астронавт едва успел отсоединиться от системы жизнеобеспечения корабля и выбраться наружу.
Выход в открытый космос
Первые скафандры были аварийно-спасательными, присоединялись к системе жизнеобеспечения корабля и не позволяли выйти в открытый космос. Специалисты понимали, что если космическая экспансия продолжится, то одним из обязательных этапов станет создание автономного скафандра, в котором можно будет работать в открытом космосе.
Специально для исторического полёта был разработан скафандр «Беркут». В отличие от СК-1, новый костюм имел вторую герметичную оболочку, шлем со светофильтром и заплечный ранец с кислородными баллонами, запаса которых хватало на 45 минут. Кроме того, космонавт был соединён с кораблём семиметровым фалом, в состав которого входили амортизирующее устройство, стальной трос, шланг аварийной подачи кислорода и электрические провода.
Две сверхдержавы начали гонку в космической отрасли за первенство в открытом космосе. Американского коллегу на 1,5 месяца опередил советский космонавт Алексей Леонов. Для него был изготовлен скафандр «Беркут» – модернизированная модификация СК-1.
Скафандр «Беркут» для выхода в открытый Космос
В его конструкции были герметичная оболочка, заплечный ранец, оснащенный кислородом, а в шлеме встроенный светофильтр.Исторический выход в безвоздушное пространство состоялся 18 марта 1965 года.
Американцами в ходе пилотируемой программы «Джемини» использовались три модификации — G3C, G4C и G5C, причём для выхода в открытый космос были пригодны только скафандры G4C. Все скафандры были подключены к системе жизнеобеспечения корабля, однако на случай проблем было предусмотрено автономное устройство ELSS, ресурсов которого хватало на поддержку астронавта в течение получаса. Впрочем, астронавтам не пришлось им воспользоваться.
В скафандре G4C совершил выход в открытый космос Эдвард Уайт, пилот корабля «Джемини-4». Произошло это 3 июня 1965 года.
Скафандры для Луны
На Луне требовались совсем другие скафандры, нежели на земной орбите. Скафандр должен был стать полностью автономным и позволять человеку работать вне корабля несколько часов. Он должен был обеспечить защиту от микрометеоритов и, главное, от перегрева под прямыми солнечными лучами, ведь высадки планировались в лунные дни.
Скафандр для полёта на Луну совершенствовался в ходе всей программы «Аполлон». Первый вариант A5L не удовлетворил заказчика, и вскоре появился скафандр A6L, куда была добавлена теплоизоляционная оболочка.
После пожара 27 января 1967 года на корабле «Аполлон-1», приведшего к гибели трёх астронавтов (в том числе упомянутых выше Эдварда Уайта и Вирджила Гриссома), скафандр доработали до огнестойкой версии A7L.
Именно в скафандрах A7L астронавты Нил Армстронг и Эдвин Олдрин ступили на Луну 21 июля 1969 года.
В трёх последних полётах лунной программы использовались скафандры A7LB.
Советские космонавты тоже собирались на Луну. И для них приготовили скафандр «Кречет». Поскольку по задумке высаживаться на поверхность должен был только один член экипажа, для скафандра выбрали полужёсткий вариант — с дверцей на спине. Космонавт должен был не надевать костюм, как в американском варианте, а буквально влезать в него.
Хотя «Кречет» так и не побывал на Луне, наработки по нему использовались при создании других моделей.
Хищные птицы космоса
В 1967 году начались полёты новых советских кораблей «Союз». Они должны были стать основным транспортным средством при создании долговременных орбитальных станций, поэтому потенциальное время, которое человек должен был провести вне корабля, неизбежно увеличивалось.
Скафандр «Ястреб» был в основном похож на «Беркут», который использовался на корабле «Восход-2». Различия были в системе жизнеобеспечения: теперь дыхательная смесь циркулировала внутри скафандра по замкнутому контуру, где очищалась от углекислоты и вредных примесей, подпитывалась кислородом и охлаждалась. В «Ястребах» космонавты Алексей Елисеев и Евгений Хрунов переходили из корабля в корабль во время полётов «Союза-4» и «Союза-5» в январе 1969 года.
На орбитальные станции космонавты летали без спасательных скафандров — за счёт этого удавалось увеличить запасы на борту корабля. Но однажды космос не простил такой вольности: в июне 1971 года из-за разгерметизации погибли Георгий Добровольский, Владислав Волков и Виктор Пацаев. Конструкторам пришлось срочно создавать новый спасательный скафандр «Сокол-К». Первый полёт в этих скафандрах был проведён в сентябре 1973 года на «Союзе-12». С тех пор космонавты, отправляясь в полёт на отечественных кораблях «Союз», всегда используют варианты «Сокола».
Примечательно, что скафандры «Сокол-КВ2» были приобретены китайскими торговыми представителями, после чего в Китае появился собственный космический костюм, именуемый, как и пилотируемый корабль, «Шэньчжоу» и очень похожий на российский образец. В таком скафандре отправился на орбиту первый тайконавт Ян Ливэй.
В настоящее время на борту МКС используются скафандры «Орлан» и его модификации. С 1977 года в этих костюмах совершено боле 130 парных выходов в открытый космос.
Скафандры серии «Орлан» оказались настолько хороши, что китайцы сделали по их образцу свой «Фэйтянь» для выхода в открытый космос. 27 сентября 2008 года эту операцию в ходе полёта корабля «Шэньчжоу-7» проделал тайконавт Чжай Чжиган. Характерно, что при выходе его страховал напарник Лю Бомин в купленном у России «Орлане-М».
Важнейшие характеристики, которыми обладают скафандры «Орлан»:
- защита от перегрева, если космонавт находится на солнечной стороне;
- защита от переохлаждения, если космонавт находится в тени;
- защита от солнечной радиации;
- защита от метеорного вещества;
- максимальная надежность;
- минимальные габариты;
- минимальная масса;
- возможность выполнять работу около корабля;
- самостоятельное надевание-снятие;
- использование единого размера для любого космонавта;
- возможность обслуживания скафандра на орбите без участия Земли;простота замены отдельных элементов.
Учитывая все указанные характеристики, скафандр спроектирован так, что рост космонавта может варьироваться от 165 до 190 см. Вес костюма 110 кг.
В таком костюме космонавт может находиться в автономном режиме до 7 часов.
Опасный космос
Выход в открытый космос опасен по множеству причин: глубокий вакуум, экстремальные температуры, солнечная радиация, космический мусор и микрометеориты. Серьёзную опасность представляет и удаление от космического корабля.
Первый опасный инцидент произошёл ещё с Алексеем Леоновым в марте 1965 года. Выполнив программу, космонавт не смог вернуться на корабль из-за того, что его скафандр раздулся. Совершив несколько попыток войти в шлюз ногами вперёд, Леонов решил развернуться. При этом он снизил уровень избыточного давления в скафандре до критического, что позволило ему втиснуться в шлюзовую камеру.
Скафандры будущего
Под программу многоразовых космических кораблей «Спейс Шаттл» американцы разработали несколько скафандров. При испытаниях новой ракетно-космической системы астронавты облачались в SEES — спасательный скафандр, позаимствованный у военной авиации. В дальнейших полётах его сменил вариант LES, а затем — более совершенная модификация ACES.
Для выходов в открытый космос был создан скафандр EMU. Он состоит из верхней жёсткой части и мягких штанов. Как и «Орлан», EMU могут многократно использовать разные космонавты. В нём можно спокойно работать в космосе семь часов, ещё полчаса даёт резервная система жизнеобеспечения. За состоянием скафандра следит специальная микропроцессорная система, которая предупреждает астронавта, если что-то идёт не так. Первый EMU побывал на орбите в апреле 1983 года на корабле «Челленджер». Сегодня скафандры этого типа активно используются на МКС наряду с российскими «Орланами».
Американцы считают, что EMU морально устарел. Перспективная космическая программа NASA включает полёты на астероиды, возвращение на Луну и экспедицию на Марс. Поэтому необходим скафандр, который объединял бы в себе положительные качества спасательных и рабочих костюмов. Скорее всего, он будет с люком за спиной, позволяющим пристыковывать скафандр к станции или жилому модулю на поверхности планеты. Чтобы привести такой скафандр в рабочее состояние (включая герметизацию), требуются считанные минуты.
Прототип скафандра Z-1 уже проходит испытания. За определённое внешнее сходство с костюмом известного мультипликационного персонажа его прозвали «скафандром Базза Лайтера».
Специалисты пока не определились, в каком костюме человек впервые ступит на поверхность Красной планеты. Хотя Марс обладает атмосферой, она настолько разрежена, что легко пропускает солнечную радиацию, поэтому человек внутри скафандра должен быть хорошо защищён. Специалисты NASA рассматривают широкую палитру возможных вариантов: от тяжёлого жёсткого скафандра Mark III до лёгкого обтягивающего костюма Bio-Suit.
Видео
Источник