Эволюция российского скафандра — от Гагарина до наших дней
Гагарин был первым человеком в истории человечества, который отправился в космос. Но во что он был одет отправляясь в такое опасное путешествие? Почти 60 лет назад советские специалисты всерьез полагали, что Юрия Гагарина можно запустить в космос вообще без скафандра, просто в обычном термоизолированном костюме!
Если бы Сергей Королев, главный конструктор советской космической программы, не вмешался в последний момент, то, наверное, так бы и случилось. Первый скафандр все-таки появился, и с тех пор космическая «мода» претерпела множество трансформаций.
Первый скафандр
Сделать скафандр для человека — это совсем не то же самое, что сделать скафандр для животных — в частности, собак, которых Советы много раз отправляли в космос с 1950-х годов. Костюм «Воркута», используемый летчиками истребителей Су-9, стал прототипом первого в мире защитного костюма для космических полетов. Он назывался «СК-1» — именно его и одел Гагарин. Шлем пришлось полностью переделать — в нем были установлены датчики давления, чтобы в случае его резкого падения, механизм мог мгновенно захлопнуть герметичный, прозрачный козырек.
Скафандр Гагарина «СК-1»
Скафандр «Воркута» был разновидностью аварийно-спасательного костюма, который космонавты надевали при запуске и возвращении в атмосферу. Они служил резервным дубликатом всех систем жизнеобеспечения — на случай, если космический корабль выйдет из строя или космонавту придется катапультироваться. Первые скафандры были изготовлены на заказ для избранных космонавтов, Гагарина и двух запасных пилотов. В случае разгерметизации кабины, они поддержали бы космонавтов в течение пяти часов. Интересно, что даже первые космические костюмы имели систему сбора отходов, поэтому их не нужно было снимать, когда космонавту требовалось ответить на зов природы.
Между тем СССР понимал, что расширение операций в космосе не будет ограничиваться только внутренними помещениями космического аппарата, и что необходим принципиально новый тип скафандра — автономный, пригодный для выхода в открытый космос и выполняющий функции мини-корабля. Первым скафандром такого типа стал «Беркут».
В чем космонавты выходят в открытый космос?
В отличие от СК-1, скафандр «Беркут» имел второй герметичный кожух и наплечный ранец с кислородными баллонами. Он также был изготовлен по меркам, однако, был не очень подвижным. Когда Алексей Леонов совершил свой первый в истории выход в открытый космос, его скафандр практически потерял гибкость из-за перепада давления снаружи и внутри, да к тому же растянулся до такой степени, что рукав увеличился в длину, а перчатки частично соскользнули с рук. Чтобы вернуться в космический корабль, космонавт был вынужден снизить давление кислорода внутри костюма, рискуя подвергнуться декомпрессии. Более того, еще до выхода в открытый космос его скафандр стал совершенно мокрым внутри из-за пота и конденсата, поскольку в нем не предусматривалось никакой регулировки температуры.
Между тем советские космонавты планировали полететь на Луну, и новый скафандр «Кречет» был разработан именно для такой миссии. Это был полужесткий защитный костюм с люком в задней части, похожим на дверь. Космонавт должен был буквально забраться в него. В скафандре была предусмотрена специальная тросовая система, которая позволяла космонавту закрывать за собой люк. И хотя «Кречет» никогда не летал на Луну, его конструкция использовалась для будущих моделей скафандров.
Скафандр «Кречет» 
Скафандр «Кречет», вид сзади.
После «Беркута» появилось следующее поколение скафандров под названием «Ястреб». Он также предназначался для выхода в открытый космос и был очень похож на «Беркут». «Ястреб» использовался всего один раз на новом космическом корабле «Союз», который совершил свой первый полет в 1967 году.
Скафандр «Ястреб»
Дело в том, что еще какое-то время Советский Союз отправлял космонавтов на орбитальную станцию без аварийно-спасательных костюмов. СК-1 перестал использоваться еще в 1964 году, «Ястреб» не был пригоден для запуска и возвращения в атмосферу, а конструкция кораблей «Союз» в то время не могла разместить экипаж в скафандрах. В 1971 году это неизбежно привело к трагедии: по возвращении на Землю кабина «Союза» разгерметизировалась, и все три космонавта, ни один из которых не был одет в скафандр, погибли. Стало ясно, что аварийно-спасательные костюмы нужны, и поэтому был срочно разработан скафандр «Сокол». С 1973 года и по сей день космонавты всегда надевают «Сокол», когда выходят в космос на корабле «Союз».
Скафандр для выходов на орбиту
Ко всем версиям скафандра «Сокол» предъявляются строгие требования к мобильности и прочности: например, регулятор давления был перенесен на грудь, чтобы космонавт всегда мог снизить давление и улучшить подвижность. Шлем «Сокола» был сделан из металла (чем российские дизайнеры до сих пор очень гордятся, считая, что новый пластиковый шлем SpaceX, изготовленный на 3D-принтере, не может сравниться с металлическим по прочности). Многочисленные ремни и кабели скафандра были сконструированы таким образом, чтобы в случае разгерметизации он не раздувался, рукав не расширялся, а пальцы не теряли контакт с перчатками (как это случилось со скафандром «Беркут» у Леонова).
Что касается «Ястреба», который всего один раз использовался для выхода в открытый космос, то его также заменила усовершенствованная модель — скафандр «Орлан».
Скафандр весом 115 кг!
«Орлан» — самый массивный и впечатляющий из всех существующих на сегодняшний день российских скафандров. Его основная задача — защита космонавтов от микрометеоритов и радиации во время полета в космос. «Орлан» прочный и многослойный, но очень тяжелый — он весит около 115 кг. Конечно, такой костюм не предназначен для прогулок, так как за пределами космической станции космонавты обычно работают только руками, паря в невесомости.
Конструкция полужесткого скафандра основана на лунном костюме «Кречет», поэтому его задняя часть похожа на рюкзак и открывается как дверца холодильника. Однако, в отличие от «Кречет», скафандры «Орлан» универсальны — рукава и штанины можно регулировать по высоте. Температура внутри скафандра также контролируется, поэтому при его использовании космонавт может быть полностью автономным и не зависеть от другого оборудования на МКС в течении семи часов.
Впервые «Орлан» был опробован для выхода в открытый космос в 1977 году, и его различные версии до сих пор используются на МКС.
Источник
Как устроен космический скафандр: почему он стоит как личный самолёт
Скафандр — это специализированная одежда, предназначенная для выхода в космос, является одной из самых дорогих вещей в мире. Американские скафандры, которые разрабатываются для участников программы исследования космоса от NASA, стоят от 9 до 12 миллионов долларов. Это огромные цифры, но из-за чего они такие? Для сравнения, за плюс-минус 10 миллионов долларов можно купить личный самолет, роскошную недвижимость или несколько компаний, чтобы преумножить свой капитал, а тут 9-12 миллионов стоит незаурядный костюм для выхода в космос. Неужели производство одного скафандра может стоить как самолет? Давайте разберемся.
Лицевой частью скафандра является шлем. Наверняка у многих, если попросить их представить скафандр, в первую очередь на ум придет огромный, идеально зеркальный шлем. На самом деле основной иллюминатор шлема не имеет отражающего эффекта, его имеет специальный светофильтр, который надевается космонавтом, если тому необходимо защититься от лучей Солнца.
Основной иллюминатор и светофильтр делаются из специального ударопрочного материала, который не удастся разбить, даже если ударить по нему молотком. Материал просто погнется, но не разлетится на тысячи маленьких острых кусочков, как это могло бы произойти с обычным стеклом. Светофильтр, вдобавок к этому, покрывается слоем настоящего золота. Благодаря ему, до космонавта поступает всего около 5 процентов света. В условиях Космоса, где нет никакой атмосферы, это защищает от возникновения ожогов на лице. Раньше вместо золота использовали серебро, но, как оказалось, оно имеет довольно плохие протективные свойства.
Комбинезон-радиатор
Наверняка многие видели на космонавтах такие забавные, похожие на кольчугу, синие жилеты, которые надеваются под скафандр. Оказывается, это не просто своеобразный тканевый комбинезон, а полноценный радиатор. Между слоями синей ткани проведены сотни небольших трубок, через которые постоянно циркулирует вода.
Перед тем как зайти в скафандр, специальные входная и выходная трубки подключаются к системе жизнеобеспечения и после при помощи встроенного компьютера космонавт регулирует комфортную для него температуру воды. Это позволяет создавать внутри герметизированного костюма своеобразный микроклимат. С учетом довольно серьезной термозащиты тепло никогда не покинет пределов скафандра.
Из чего сшит скафандр?
Раз уж я затронул термозащиту скафандра, давайте поговорим о том, из каких материалов состоит каждый из его слоев обшивки.
Наружный слой выполнен из фенилона, благодаря которому костюм становится неуязвим к механическим повреждениям, огню, а также радиации. Следом идут целых 10 слоев термоизоляционного материала, чтобы защищать космонавта от экстремальных температур (от –150 до +150 градусов по Цельсию).
Под термоизоляционным слоем находится радиоткань. Что такое радиоткань? Это специальный материал, который обеспечивает прием и передачу данных для связи с МКС. Им прошит весь скафандр, поэтому качество связи выходит довольно надежным. После радиоткани находится силовая оболочка — слой, поддерживающий форму отдельных мягких частей скафандра. В случае если при изменении давления он будет надуваться. И, наконец, герметичная оболочка — обеспечивающая полную закрытость скафандра, замыкает весь этот «бутерброд» под силовой оболочкой.
Бортовой компьютер
Теперь давайте немного поговорим про бортовой компьютер скафандра.
Наш отечественный скафандр «Орлан МК» является самой первой моделью со встроенным компьютером в российской истории космонавтики. Располагается он рядом с блоком радиотелеметрической температуры. И не случайно. Данный блок отвечает за сбор всей информации о скафандре, и такое решение позволяет наиболее надежно и быстро передавать информацию на дисплей компьютера. Компьютер сам совсем небольшой и максимум, что он позволяет делать, — это смотреть информацию о состоянии скафандра и показания давления. Кроме дисплея у компьютера имеются несколько тумблеров. С их помощью можно переключать работу некоторых блоков жизнеобеспечения в ручной или автоматический режим.
Дубль два
Как и в самолете, большинство систем скафандра продублированы. Рядом со шлемом, расположены несколько светодиодов, которые могут сигнализировать в случае поломки. В отсеке жизнеобеспечения также можно найти по два баллона с кислородом, водой.
Инженерами была продублирована, внимание, даже система герметизации. То есть, если вдруг случится разгерметизация скафандра из-за каких-то внешних факторов, то система автоматически переведет герметизацию костюма по внешнему желобу.
Мелочь, а приятно
За внушительным слоем внешней защиты скрывается еще более сложная, но элегантно скомпонованная инженерами техническая система. Разработчики позаботились не только о безопасности, но и об удобствах космических исследователей. Внутри скафандра можно обнаружить чесалку для носа, систему продувки ушей (в случае изменения давления) и специальный отсек для герметичной емкости с жидкостью, чтобы пить.
Теперь бы я хотел поговорить с вами о истории создания скафандров в СССР. Вот так плавно мы переходим ко второй главе.
История Советских скафандров
Рассказ об этом я думаю стоит с того, в какой стране впервые был разработан скафандр. Самый первый скафандр (СК-1) был разработан в СССР. Для меня это, безусловно, очередной повод для гордости за мою Родину.
СК-1 не был предназначен для работы в открытом космосе. Основная задача, которая была на него возложена, — это поддержание жизнедеятельности человека в течение 5 часов, если вдруг в кабине космического корабля неожиданно произойдет разгерметизация. Плюс, при возвращении на Землю человек, находящийся в таком костюме, мог рассчитывать на то, что до приезда помощи он сможет спокойно находиться в любой среде в течение 12 часов. Самым первым космонавтом, который осуществил выход на орбиту в скафандре СК-1, стал Юрий Алексеевич Гагарин — 12 апреля 1961-го года. В дальнейшем СК-1 использовался во всех полетах космических аппаратов «Восток».
Несмотря на то что эта разработка является довольно старой, скафандр уже имел несколько автоматизированных систем. Так, например, в шлеме был установлен специальный механический датчик, который при изменении давления перекрывал забрало, обеспечивая тем самым полную герметичность костюма. Если даже сегодня мы с трудом можем утверждать, что хорошо знаем поведение организма человека в космосе, то в те времена учеными этот аспект был и вовсе не изучен. Поэтому инженеры старались изо всех сил любыми возможностями создать условия, при которых пионеры исследований космоса будут живы.
Спустя четыре года в 1964-м, после множества сложных этапов разработки и тестирований советскими учеными была представлена абсолютно новая модель скафандр, известная ныне как «Беркут». Эта модель подлежала выходу в открытый космос и была еще более устойчива к внешней разгерметизации. Самыми первыми людьми в истории, осуществившими выход в открытый космос, которые ко всему прочему еще были одеты в эти скафандры стали Павел Беляев и Алексей Леонов.
«Беркут» имел ряд недостатков, которые ученым не удалось выявить во время тестирования. Оказывается, система поддавалась изменению давления и в конечном итоге Алексею Леонову было затруднительно вернуться на борт космического корабля, потому что скафандр увеличился в размерах.
Следующей моделью скафандра, которую выпустило советское научно-производственное предприятие «Звезда» в 1967 году стал «Ястреб». Самыми первыми космонавтами, которые осуществили переход между двумя пилотируемыми космическими кораблями «Союз–4» и «Союз–5» стали Евгений Хрунов и Алексей Елисеев. «Ястреб» конструктивно мало чем отличался от «Беркута», однако, в нем были исправлены все недочеты, которые были присущи прошлой модели скафандра. Также в «Ястребе» был реализован светофильтр, который защищал космонавтов от вредного воздействия солнечных лучей на зрение.
В 1969 году закончились работы над легендарным скафандром «Кречет» — предназначенного для выхода на Луну. На этот раз ученым пришлось изрядно потрудиться, так как кроме обычной герметичности костюма, требовалось разместить в нем полноценную систему жизнеобеспечения, благодаря которой астронавт мог бы автономно ходить по поверхности земного спутника в течение определенного количества времени.
В заднем отсеке, напоминающем чем-то довольно большой полый рюкзак, инженерам удалось вместить аккумулятор, систему вентилирования, сбора влаги, а также терморегулирования. «Кречет» являлся представителем полужестких скафандров, посему термин «надеть скафандр» был не применим к нему. В «Кречет» нужно было входить, и без помощи кого-то второго сделать это было невозможно. Так как советская программа исследования Луны предполагала полет лишь одного космонавта, на поясе был предусмотрен специальный «обруч», благодаря которому астронавт, в случае падения мог встать без посторонней помощи.
После «Кречета» научно-производственным предприятием «Звезда» был выпущен спасательный скафандр «Сокол». Что значит «спасательный»? Это значит, что изначально скафандр не предусмотрен для осуществления внекорабельной деятельности, а как следствие и выхода в открытый Космос. Однако все условия для него он поддерживает. Главной задачей, возлагаемой на «Сокола» была поддержка жизнедеятельности пилотов советских космических кораблей в течение 125 минут для осуществления посадки.
Как вы уже могли понять, «Кречет» был очень знаковой разработкой для Советского Союза, и несмотря на свертывание лунной программы, скафандр принес довольно много технологий, которые были применены в целом поколении скафандров «Орлан». Даже на сегодняшний день «Орлан» является актуальной линейкой спецэкипировки для полетов в Космос на МКС.
История их появления достаточно банальна. Активно использовавшиеся в те времена скафандры «Беркут» и «Ястреб» не имели возможности подгонки, и поэтому для каждого космонавта было необходимо изготавливать снаряжение, которое бы соответствовало всем индивидуальным параметрам космического путешественника. Плюс, они были довольно громоздкими, а в условиях ограниченного количества груза, которое можно было бы брать на космические станции «Союз» и «Прогресс», это было очень проблемным недостатком. «Орлан» впервые вступил в эксплуатацию во время выхода в открытый космос на станции «Салют–6» космонавтов Юрия Романенко и Георгия Гречко. Всего с 1977-го по 2018 год было выпущено шесть моделей скафандра «Орлан».
Последняя выпущенная актуальная модификация «Орлан–МКС» ждет испытаний в открытом космосе в ближайшее время. Федор Юрчихин и Сергей Рязанский станут первыми членами экипажа МКС (Международной Космической Станции), кто опробуют новейший отечественный скафандр в действии. Актуальным и эксплуатируемым начиная с 2009-го года скафандром является «Орлан–МК». Основным его отличием является наличие компьютерной системы позволяющей управлять всеми показателями скафандра, для большего комфорта находящегося в нем космонавта.
Источник