Зачем нужен скафандр космонавту
Перейти к содержимому

Зачем нужен скафандр космонавту

  • автор:

Просто о сложном. Скафандр

Просто о сложном. Скафандр

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. 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.

В послевоенные годы инициатива по конструированию скафандров для космонавтов перешла к инженерам Летно-исследовательского института. Конструкторы получили задание на создание костюмов для пилотов авиации, поднимающихся на новые высоты и развивающих новые скорости.

Вскоре стало ясно, что для серийного производства скафандров мощностей одного института явно недостаточно. Так в октябре 1952 года на заводе №918 в подмосковном Томилине был создан специальный цех, который в дальнейшем получил название НПП «Звезда». Именно там был изготовлен скафандр Юрия Гагарина.

Первоначальные планы полета в космос не включали необходимость скафандра, так как космонавт должен был находиться в герметичной капсуле. Позднее капсулу заменили на кресло, и необходимость скафандра, который спасет жизнь космонавту при любом ЧП, стала очевидной.

Прототипом первого космического скафандра СК-1 был высотный костюм «Воркута», разработанный для летчиков истребителя-перехватчика Су-9.

Важнейшей отличительной чертой стал шлем, который при падении давления автоматически захлопывал забрало. Для этого в шлем был встроен специальный датчик.

Скафандры изготавливались по индивидуальным меркам. К первому полету было создано три костюма для лучших кандидатов в космические первопроходцы. Это были Юрий Гагарин, Герман Титов и Григорий Нелюбов.

Темпы освоения космоса показали, что необходимо создать скафандр нового уровня, который сможет обеспечить выход космонавта в открытый космос. Первые модели были лишь аварийно-спасательными и не позволяли находиться космонавту на орбите вне космического корабля, так как системы жизнеобеспечения находились в самом корабле, а костюм только присоединялся к ним.

Для выхода в открытый космос необходимо было создать автономный скафандр. Этими разработками активно занялись конструкторы СССР и США.

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. 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.

Модернизация скафандров была обусловлена стремлением покорять новые скорости, высоты и расстояния. После высадки на Луну стали проектироваться костюмы, которые позволят космонавтам десантироваться на Марс и совершать полеты в много миллионов световых лет.

Как это устроено

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.

10-1.jpg

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.

Находясь в космосе, человек испытывает физические и психологические нагрузки. С физиологической точки зрения основной проблемой становится микрогравитация. Также космонавты сталкиваются с головными болями, проблемами со сном, вялостью и заторможенностью движений. На космических станциях предусмотрены различные тренажеры и разработаны специальные препараты для того, чтобы сократить период адаптации космонавта, а также снизить все негативные факторы влияния невесомости на организм.

Кроме того, космонавту необходимо адаптироваться эмоционально. Ученые выявили, что, находясь в космосе, человек проходит несколько стадий, среди которых скука, апатия, раздражительность, после чего наступает эйфория. По словам космонавтов, находясь на орбите, они чувствуют боль не так остро, как на Земле, и микротравмы не причиняют никаких болевых ощущений. Несколько лет назад ученые начали заниматься этим вопросом и продолжают это исследование.

Взгляд в будущее

Самая современная модификация скафандра «Орлан» представляет собой миниатюрный космический корабль, так как оснащена максимальным количеством новейших технологических достижений.

Разработчики НПП «Звезда» дали скафандру имя «Орлан-МКС»: модернизированный, компьютеризированный, синтетический.

В настоящее время «Орлан-МКС» проходит финальные тесты, и до конца 2018 года планируется отправить его на орбиту.

В новой модификации скафандра космонавт сможет находиться в автономном режиме до 10 часов.

Новый костюм имеет свою систему теплозащиты, систему теплообеспечения, систему связи, передачи телеметрической информации.

«Орлан-МКС» оснащен запасом питьевой воды и оборудован даже таким элементом удобства, как «чесалка» для носа.

Отличительной особенностью модифицированного костюма стала система терморегуляции, то есть космическая версия климат-контроля. Во время работы в открытом космосе космонавты испытывают серьезные нагрузки, а также выделяют большое количество тепла. Перегрев и повышенное потоотделение являются не только отвлекающими факторами, но и могут быть опасны для космонавта.

Система поддержания микроклимата создает оптимально комфортную температуру и позволяет не отвлекаться от работы. В любой момент настройки системы терморегуляции можно изменить и подстроить температуру для наиболее комфортного пребывания в скафандре.

В костюм встроен дисплей высокого разрешения, который отображает состояние всех систем скафандра и позволяет ими управлять. Ранее космонавты жаловались, что, находясь на солнечной стороне станции, изображение на дисплее «расплывается». При разработке нового дисплея были учтены эти замечания. Также на экране отображается местоположение космонавта относительно самой станции, так как МКС представляет собой комплекс из большого количества объектов, и бывали ситуации, когда после нескольких часов работы на орбите космонавты теряли ориентацию в пространстве и с трудом добирались до входного люка.

С особым вниманием разработчики подошли к вопросу термозащиты, так как перепады температуры на орбите составляют 240 градусов между солнечной и теневой стороной.

Для того чтобы максимально обезопасить космонавта, основной — жесткий корпус скафандра состоит из алюминиевого сплава. Жесткий корпус и гермошлем представляют собой единое целое. Рукава и штанины сделаны из мягкого подвижного материала. Весь костюм обезопасен несколькими слоями защиты, в том числе микрометеоритной, то есть несколькими слоями экранно-вакуумной теплоизоляции. Под жестким корпусом расположен мягкий терморегулирующий костюм, состоящий из трубок с циркулирующей по ним водой.

Скафандр разработан таким образом, что космонавт может надеть его самостоятельно за 5 минут. Американские аналоги «выходных» скафандров невозможно надеть без посторонней помощи, также они тяжелее «Орланов» на 35 кг.

Специалисты НПП «Звезда» видят в скафандре «Орлан-МКС» основу для лунного костюма.

Я думаю, что за достаточно короткий период мы могли бы сделать лунный скафандр
Сергей Поздняков, гендиректор НПП «Звезда»

В современном кинематографе громоздкие космические скафандры давно заменили на обтягивающие костюмы. Однако западные инженеры рассматривают вероятность создания таких костюмов с большой долей реалистичности. Предполагается, что костюм будет состоять из большого количества синтетических катушек, которые будут плотно обтягивать тело космонавта, создавая подобие кокона, сохраняя при этом терморегуляционные и защитные функции и не сковывая движений космонавта.

  • За сравнительно небольшой промежуток времени российская отрасль скафандростроения шагнула далеко вперед и уверенно лидирует по сравнению с западными и азиатскими аналогами.
  • Внедрение научно-технического прогресса в процесс конструирования и создания костюмов позволяет ускорить развитие и делать более совершенные космические скафандры, оперативно реагируя на запросы космической отрасли.
  • Регулярная научно-исследовательская и аналитическая работа с учетом опыта и потребностей космонавтов позволяет удерживать лидирующие позиции.

Рекомендации

  • Создавать благоприятный климат для частных инвестиций для ускорения темпов развития отрасли и внедрения высоких технологий.
  • Поддерживать научные разработки, направленные на повышение качественных характеристик космических скафандров, обеспечивать необходимый уровень интеграции с различными отраслями науки для ускорения темпа технологического прогресса.
  • Развивать научно-аналитическую базу для полноценного изучения потребностей и опыта космонавтов на станции и в открытом космосе для модернизации функциональных систем и материалов.

зачем космонавту нужен скафандр

Скафандры – это необходимость. Без этих специфических костюмов астронавты не могут покинуть пределы корабля, выходить в открытый космос и работать вне своей космической станции.
Открытый космос — это опасное место для живых людей. Прежде всего, там вообще нет привычного нам воздуха, а значит дышать вы не сможете вообще. А еще там высокий уровень радиации и совершенно другая температура, можно сказать, смертельная для человеческого организма. Без скафандра человек не выживет в космосе и нескольких секунд. В скафандре же у космонавта есть шанс продержаться в течение нескольких часов.

Космические костюмы – это временная гарантия безопасности. Сзади находится «рюкзак», снабжающий кислородом для дыхания и выводящий углекислый газ, выдыхаемый космонавтом. Помимо этого, костюм защищает человека от радиационного излучения и массы быстро летящего космического мусора. Под скафандром есть еще один специальный костюм, и его можно сравнить с очень плотной пижамой, пронизанной системой из трубок. По этим трубкам пропускается вода, чтобы охладить тело.

Остальные ответы
Для солидности.
"Понтов" не хватает)))
там системы дыхания и терморегуляции
чтобы удобнее было нюхать свои носки
штоб не здох и не замёрз туда поступает воздух)))
Много факторов в Википедия почитай
Ёпс, дык что б не замёрзнуть)
пробовали без него, космонавт всё время жрать просит

Так положено. Первыми космонавтам- собакам и шимпанзе скафандров не выдавали, они и так летали.

Первый американский астронавт — шимпанзе Хэм — в полетном костюме в своем кресле.

Скафандр представляет собой костюм, который защищает космонавта от гибели. В космосе нет давления и собственное давление тела космонавта его разорвет. Также там очень холодно и нет воздуха, без скафандра космонавт в Космосе погибнет.

Одеться в космос

Кроме скафандра космонавту на орбите требуется повседневная и рабочая одежда. На первый взгляд она почти неотличима от земной, но на самом деле соответствует особым условиям космоса. Вместе с Госкорпорацией «Роскосмос» разбираемся, что космонавты носят под скафандром, во что облачаются, когда в последнем нет необходимости, и что надевают, когда организму нужна помощь в адаптации к новым условиям.

Для большинства людей «космическая одежда» — это прежде всего скафандры. Разумеется, пилотируемой космонавтике без них не обойтись. Так, скафандры «Орлан» позволяют российским космонавтам выходить в открытый космос, чтобы работать вне станции, а «Сокол» могут спасти человеческие жизни при аварийной ситуации — разгерметизации космического корабля в полете или во время стыковки. Однако большую часть времени космонавты на МКС проводят не в скафандрах, а в повседневной и рабочей одежде, и от того, насколько она удобна и практична, зависит эффективность работы экипажа станции.

Как ни приятно бывает порой надеть любимую футболку или джинсы, космонавты могут взять с собой на орбиту лишь пять килограммов личных вещей. К тому же одежда в этом небольшом багаже занимает далеко не первое место: обычно на орбиту с собой берут предметы, которые напоминают о семье и доме или позволяют скрасить досуг.

Во время взлета под скафандрами на космонавтах надеты самые обыкновенные вещи, такие же, какие они носят каждый день. Надолго этой одежды, разумеется, не хватит. Поэтому на Земле космонавтам заранее шьют сменные комплекты. Космический гардероб отвечает значительному списку требований по гигиене, логистике, технике, безопасности и удобству использования.

Космический пошив

В экспедиции на МКС никому не хочется переживать о кожных инфекциях, раздражении и других проблемах, связанных с гигиеной. Этот вопрос особенно остро встает в условиях космоса, где доступ к воде существенно ограничен. По мнению специалистов Института медико-биологических проблем Российской академии наук (ИМБП РАН), которые разрабатывают одежду для космоса, самая гигиеничная ткань в XXI веке — обыкновенный хлопок. У него высокая паропроницаемость, он хорошо сохраняет тепло благодаря полым волокнам и не накапливает статическое электричество.

Повседневную одежду и белье для космонавтов шьют из почти стопроцентного хлопка, в который иногда добавляют нити эластана, чтобы придать ткани лучшую форму и гладкость. В ИМБП тщательно следят за качеством пошива и соответствию техническим требованиям. По словам Светланы Крютченко, ведущего конструктора ИМБП, внешняя и рабочая одежда изготовлена из ткани, в которой содержится в среднем 53 процента хлопка и 47 процентов полиэфира. Эксперименты с полностью синтетическими вещами закончились неудачно: они накапливали заряд и космонавтов часто било статическим током.

Облик вещей, созданных для космонавтов, определяет также главная особенность космического полета — микрогравитация. Например, карманы на одежде обязательно должны закрываться на молнии или трикотажные застежки-велкро, чтобы в условиях невесомости оттуда не вылетали мелкие предметы. Кроме того, на некоторые вещи по желанию можно нашить ленты-липучки. На них крепятся съемные карманы, подсумки или инструменты, снабженные подходящей липучкой.

А вот пуговиц на одежде, за исключением рубашек-поло, нет. Этого требуют правила безопасности: оторвавшаяся пуговица может угодить в систему вентиляции, или, что еще хуже, во время сна ее может случайно вдохнуть космонавт. Кстати, для защиты от вдыхания мелких предметов на спальных мешках есть специальные сеточки, которые можно надевать на голову. Впрочем, пользоваться ими или нет — личное дело каждого космонавта.

Предполетная подготовка

Перед запуском одежда для космонавтов проходит тщательную подготовку.

Специалисты ИМБП РАН осматривают и удаляют торчащие нити, узелки, волоски и другие мелкие дефекты. Затем одежду обеспыливают со всех сторон при помощи мощного пылесоса. Это нужно для того, чтобы минимизировать количество пыли на МКС: она забивается в фильтры системы вентиляции и может пагубно сказываться на здоровье космонавтов. После комплект одежды упаковывают в герметичный пакет, на котором указан размер и имя владельца, и откачивают воздух, чтобы максимально сократить его объем.

Наконец, когда партия одежды для космонавта почти готова, она отправляется на просветку рентгеном. Для этого, по словам специалистов ИМБП, подойдет любой медицинский рентгеновский аппарат. В пакетах ищут посторонние металлические предметы. И очень редко, но находят: за всю историю отечественной космонавтики это случались лишь пару-тройку раз. Говорят, что в Институте медико-биологических проблем РАН даже есть небольшая коллекция рентгеновских снимков космической одежды с посторонними предметами.

После рентгенографии партию отправляют на стерилизацию. Одежду облучают пучком быстрых нейтронов, убивая бактерии и вирусы, которые могли попасть в упаковку. Доза излучения составляет около 15 Грей. Поскольку для стерилизации используются быстрые нейтроны, они не успевают достаточно замедлиться и рассеяться в одежде, поэтому наведенная радиоактивность не возникает. Схожий метод в повседневной жизни может применяться для обеззараживания медицинских инструментов и консервов. После стерилизации одежда готова к отправке в космос.

Не стирать, а утилизировать

Отправка грузовых кораблей к МКС — дорогое удовольствие, которое сопряжено с решением сложных логистических задач. На орбиту корабли прилетают всего несколько раз в год, а их грузоподъемность и объем отсека для полезной нагрузки ограничены. Таким образом, на счету оказывается каждый килограмм.

Кроме запасов топлива и оборудования для экспериментов, немалая доля доставляемых на станцию грузов приходится на припасы для экипажа: кислород, воду, пищу и… одежду. В связи с этим необходимо, чтобы вещи, которые носят космонавты, были как можно легче и компактнее. Эти требования определяют как выбор фасона одежды, так и процесс ее подготовки к отправке в космос.

На орбиту доставляют много одежды. Для каждого космонавта на полугодовое пребывание на станции ее предусмотрено от 20 до 30 килограммов. Причина тому — жесткая экономия воды в космосе. Баки с водой довольно массивные и объемные, поэтому много воды на орбиту доставить невозможно. Вместе с тем это — ценнейший ресурс, который необходим для питья и приготовления пищи, получения кислорода, личной гигиены экипажа и поддержания работы некоторых систем МКС. Поэтому космонавтам приходится расходовать запас воды очень экономно и идти на определенные компромиссы.

Среди прочего, на станции нет возможности постирать грязные вещи. На стирку уходило бы слишком много драгоценной воды, поэтому при проектировании МКС от такой возможности решили отказаться. Поднять на станцию запас свежей — и фактически одноразовой — одежды оказалось проще, чем дополнительный объем воды, необходимый для стирок. Поэтому космонавты не стирают использованную одежду, а просто открывают свежий комплект.

Грязную одежду они запечатывают в герметичный контейнер и с остальными отходами складывают на грузовом корабле «Прогресс», который отстыковывается от станции и сгорает в земной атмосфере вместе с мусором.

По индивидуальному заказу

За несколько месяцев до старта космонавты, исходя из личных предпочтений и опыта предыдущих полетов, составляют список одежды, которую они хотят носить во время работы на МКС, рассказывает Крютченко. Все индивидуально: кто-то меняет комплекты одежды реже, а кто-то — чаще. Некоторым космонавтам температура на станции покажется комфортной, а иным может быть жарко или, наоборот, прохладно. Кроме того, температура и влажность в модулях МКС могут отличаться: в некоторых местах температура достигает 26-ти градусов Цельсия, пока в других — всего 18-ти градусов.

С космонавтов, которые определились с выбором, снимают мерки: одежда для каждого участника космического полета шьется индивидуально. Космонавты могут выбрать цвет и фасон одежды, попросить дополнительные карманы и добавить декоративные элементы: эмблемы, надписи или рисунки. Например, Олег Артемьев заказал себе в полет носки с вышитой надписью «Олежка». На фотографиях и видео с МКС можно увидеть, что космонавты размещают на одежде гербы родных городов или стран. Единственный предмет одежды, который должен быть одинаковым у всех членов одной экспедиции, — это сменный комбинезон. Его внешний вид экипаж выбирает коллективно.

В ИМБП рассказывают, что комплект белья для российских космонавтов еще со времен станции «Мир» рассчитан в среднем на три дня. В него входят: фуфайка с короткими и длинными рукавами, трусы или кальсоны, а также носки. Последние могут оснащаться защитными подушечками из силикона с внешней стороны, чтобы космонавтам было удобнее держаться за перекладины ногами. Часто по истечении трехдневной нормы комплект белья не выбрасывают, а используют для физических упражнений на тренажерах.

Некоторые космонавты решают заказать специальные предметы гардероба для занятий спортом, а также плавки и купальники для водных процедур. В таких случаях, по словам Крютченко, все вопросы решаются в ИМБП индивидуально. Кроме того, спортивные занятия предполагают использование обуви. Всем космонавтам положена одна пара беговых кроссовок или кед для велотренажера в расчете на полугодовую экспедицию. Спортивная обувь изготавливается из комбинированных кож с полиуретановой подошвой.

Повседневная одежда космонавтов — это различные комбинезоны, шорты, брюки и рубашки-поло. Все это носят дольше, чем хлопковое белье. Например, брюки и шорты рассчитаны на месяц, а комбинезоны — на полгода.

Когда-то, во времена первых космических станций Советского Союза, ассортимент космической одежды состоял только из комбинезонов. Врачи опасались, что обыкновенная рубашка или фуфайка будут задираться в условиях микрогравитации, из-за чего космонавты в конце концов застудят поясницу, вспоминает Крютченко. Со временем стало понятно, что эти опасения были безосновательны. Тем не менее, комбинезоны в космическом гардеробе остались. Космонавты ценят их за удобство, практичность и универсальность.

Именно комбинезоны отправляются к МКС на «Союзах» вместе с личными вещами экипажа очередной экспедиции. Они бывают трех видов:

  • Комбинезон оператора. Этот комбинезон используют в качестве повседневной одежды. Его можно носить поверх рубашки-поло или фуфайки. Он оснащен множеством карманов, при этом на голенях они расположены только с внутренней стороны, чтобы космонавты, перемещаясь по МКС, случайно не зацепились за окружающие предметы и не травмировались.
  • Комбинезоны-утеплители. Такие комбинезоны обладают дополнительным слоем объемной ткани «полартек». Их заказывают космонавты, которым на станции прохладно. В последнее время им предпочитают раздельные куртки и теплые брюки.
  • Наконец, уже упомянутые сменные комбинезоны. Это обязательный компонент одежды, который, помимо повседневной носки, используется для проведения сеансов видеосвязи.

Рабочий образ

Для монтажа различного оборудования космонавты могут надевать рабочую одежду и вспомогательные аксессуары. Микрогравитация — главная сложность при работе в космосе: космонавту не на что опереться, а инструменты и запчасти постоянно разлетаются, поэтому их необходимо на чем-то фиксировать.

Основа рабочей одежды — комплект монтажника. Он состоит из фартука, бедренных и ручных кассетников, защитного нарукавника и запястника. Состав элементов можно менять в зависимости от выполняемых задач.

Еще один важнейший аксессуар — изделие «Опора». Оно позволяет космонавту не улетать из рабочей области. «Опора» состоит из пояса с трикотажными застежками для крепления инструментов, трех эластичных притягов разной длины и укладочного средства. Притяги крепятся карабинами к различным перекладинам и фиксируют космонавта на одном месте.

Вместе с «Опорой» можно использовать дополнительный инструментальный пояс. Он позволяет взять с собой еще больше инструментов в держателях разных размеров и деталей, которые удерживаются в специальной сумке с магнитом.

Костюмы вам в помощь

Микрогравитация начинает влиять на человеческую физиологию уже в первые часы пребывания на орбите: жидкость в теле перераспределяется от ног к голове, нарушается работа вестибулярного аппарата и меняется зрение. Постепенно организм привыкает к отсутствию веса и адаптируется, однако по возвращении на Землю космонавтам также приходится привыкать, на этот раз уже к силе притяжения. Облегчить адаптацию помогают специальные аксессуары космической одежды — средства профилактики.

В первые сутки на орбите, чтобы облегчить неприятные ощущения, пока космонавт привыкает к невесомости, применяется изделие «Браслет». Оно представляет собой пару эластичных пережимных манжет, которые закрепляются на бедрах и не позволяют слишком большому объему крови переместиться в верхнюю половину тела. Как правило, «Браслет» не носят долго. Но обладатель мирового рекорда по продолжительности полета в космос Валерий Поляков носил «Браслет» ежедневно по несколько часов, чтобы тело не отвыкло от «земного» распределения жидкостей в организме, вспоминают в ИМБП. Таким образом, изделие можно применять и для подготовки к возвращению из космоса.

Чтобы поддерживать в тонусе сердце и мышцы, вдобавок к ежедневным физическим упражнениям космонавты носят нагрузочный костюм «Пингвин». Он состоит из набора соединенных между собой тугих элементов и тяг, скрытых под внешним комбинезоном. Силовые жгуты постоянно сопротивляются движениям, имитируя земную силу притяжения. Одной стороной они закреплены на поясе, а другой соединяются с манжетами, которые застегиваются на руках и ногах. В костюме также присутствует силовая ось вдоль позвоночника, которая препятствует его растяжению и увеличению роста человека в невесомости. Величину сопротивления можно настраивать, а в новейших версиях костюма добавлены тензодатчики, которые передают величину усилий на компьютер. Кстати, на основе нагрузочного костюма «Пингвин» врачи-реабилитологи разработали медицинские костюмы для восстановления пациентов после паралича или травм позвоночника.

Перед возвращением с орбиты космонавты должны тренироваться, чтобы вновь привыкнуть к «земному» распределению жидкостей в организме. Для этого за несколько суток до окончания космического полета экипаж начинает занятия с профилактическим костюмом «Чибис». Он представляет собой герметичные брюки с гофрированными штанинами, в которых встроенным насосом создается небольшое разрежение. Перепад давления вызывает приток крови к ногам, имитируя воздействие земной силы притяжения. Процесс управляется со встроенного планшетного компьютера. Костюм облегчает адаптацию космонавтов после возвращения с орбиты. Без «Пингвина» и «Чибиса» в первые дни они, скорее всего, не могли бы не только ходить, но и даже стоять.

Когда спускаемый аппарат входит в плотные слои атмосферы, на космонавтов действуют перегрузки до 4 единиц G. Это относительно небольшая величина — летчики истребителей или спортивных самолетов переносят до 9 G. Каждый человек может испытать схожие с «космическими» перегрузки на американских горках. Но для людей, которые провели несколько месяцев в невесомости, перенести их оказывается сложнее.

Чтобы справиться с перегрузками, под спасательными скафандрами космонавты облачены в противоперегрузочные костюмы «Кентавр». Они устроены намного проще, чем их земные аналоги — противоперегрузочные костюмы лётчиков — и не имеют натяжных устройств вроде пневмотрубок. Они состоят из обжимающих шорт и гетр, которые сшиты из упругого трикотажного полотна с добавлением спандекса и капрона. Хотя «Кентавры» создаются по индивидуальным меркам каждого космонавта, за несколько месяцев в невесомости мышцы ног уменьшаются в объеме, поэтому размер костюмов можно подогнать с помощью шнуровки.

Подобно обычным противоперегрузочным костюмам, «Кентавр» обжимает ноги и во время перегрузок не дает крови приливать к сосудам в нижней половине тела. При этом в костюме нет натяжных устройств — пневмотрубок. Обжатие возникает за счет упругости ткани. Вернувшись на Землю, космонавты продолжают носить «Кентавр» еще несколько суток, пока привыкают к силе притяжения, а их организм заново перераспределяет жидкости из нижней половины тела к верхней. При этом костюм позволяет предотвратить опухание ног и развитие варикоза.

Через несколько минут после штатной посадки в заранее известном районе космонавтам помогают выбраться из спускаемого аппарата. Однако в случае нештатной ситуации космический корабль может сесть в безлюдной местности или даже приводниться. Тогда экипажу придется самостоятельно бороться за выживание, пока их ищут спасатели.

На такой случай на каждом корабле предусмотрены спасательные гидрокомбинезоны «Форель» и теплозащитные костюмы ТЗК-14. Теплозащитные костюмы состоят из утепленного комбинезона, куртки с капюшоном и шлема с шапочкой. Тренировки по выживанию с такими костюмами — обязательный элемент подготовки к космическому полету. Гидрокомбинезоны оборудованы надувным плавательным воротом, резиновым шлемом и светосигнальным устройством. Они позволяют космонавтам в ожидании спасения провести на плаву до 12 часов при температуре соленой воды около минус 1 градуса Цельсия. Благодаря гидрокомбинезонам, в ожидании эвакуации экипаж космического корабля может пережить на суше до 72 часов при температуре до минус 50 градусов Цельсия. Эти спасательные комплекты созданы благодаря опыту посадок космических кораблей «Восход-2» и «Союз-23» в нерасчетных точках.

На Луну наши космонавты, скорее всего, полетят в похожих комбинезонах и белье, что носят на МКС сегодня. Но такое путешествие потребует еще более строгой экономии, поэтому ИМБП сейчас занимается исследованиями в области микробиологии и гигиены человека, которые позволят продлить «срок жизни» каждого комплекта.

Редакция благодарит за помощь в написании материала космонавта Сергея Кудь-Сверчкова и Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ИМБП РАН).

Скафандр

Скафандр (от греч. σκάφος — «лодка» и ἀνήρ — «человек») [1] — это космический костюм-снаряжение для сохранения жизни человека и защиты от вредного влияния внешней среды (жидкостей, газов, излучений). Скафандры защищают космонавтов в открытом космосе от экстремально низкой температуры и позволяют им свободно передвигаться.

Скафандр — космическая станция в миниатюре. Вам кажется, что скафандр переполнен, как дамская сумочка, но на самом деле всё сделано компактно. Скафандр мой был похож на первоклассный автомобиль, а шлем — на швейцарские часы. Роберт Хайнлайн, «Имею скафандр — готов путешествовать»

История

  • В 1775 году французский аббат и математик Жан-Батист де ла Шапель предложил создать костюм из пробкового дерева для погружения в воду [2] .
  • 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: низкие температуры, резкое изменение давления и кислородное голодание. Герметичный костюм помогал решать эти проблемы, но лишь до определенных высот.
  • В 1936 году в СССР советский изобретатель, инженер Института авиационной медициныЕвгений Чертовский разработал модель скафандра Ч-3, содержавшую в себе практически все элементы современных космических костюмов, включая термобельё. Чертовский также разработал порядка семи модификаций скафандров и первым решил проблему подвижности. Поскольку первые модели скафандров при поднятии на высоту раздувались, находящемуся внутри человеку было крайне сложно даже согнуть руку. Чертовский внедрил в конструкцию скафандра систему шарниров, что значительно повысило его мобильность [3] .

Толчком к работе над скафандром, который позволит совершать полёты 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 (ЦАГИ) стали вплотную заниматься созданием космического скафандра.

  • В1940 году на основе полученного опыта инженеры ЦАГИ создали последний довоенный советский скафандр СК-ЦАГИ-8. Его испытали на истребителе И-153 «Чайка»[4] .

В послевоенные годы инициатива по конструированию скафандров для космонавтов перешла к инженерам Летно-исследовательского института. Конструкторы получили задание на создание костюмов для авиационных пилотов, осваивающих новые высоты и развивающих новые скорости.

  • в октябре 1952 года на заводе № 918 в подмосковном Томилине был создан специальный цех, который в дальнейшем получил название НПП «Звезда». Именно там был изготовлен скафандр Юрия Гагарина[3] , а также скафандры для актрисы Юлии Пересильд и режиссера Клима Шипенко для съёмок художественного фильма «Вызов» на МКС[5]

Первоначально планировалось отправлять космонавта в герметичной капсуле. Позднее капсулу заменили на кресло, и необходимость скафандра, который спасёт жизнь космонавту при любом ЧП, стала очевидной.

  • В 1959 −1960 годы под руководством Сергея Павловича Королёва был создан первый в мире космический скафандр СК-1, основанный на высотном костюме «Воркута», предназначавшемся для пилотов истребителя-перехватчика Су-9. Для пребывания в космосе в шлеме установили автомат, управляемый датчиком давления: если оно резко падало, механизм мгновенно захлопывал прозрачное забрало [4] .

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 [4]

Скафандр — это не просто костюм. Это космический корабль, повторяющий форму тела. В начале ХХ века учёные уже знали, что условия в космосе и на других планетах сильно отличаются от земных. Для будущих космических полётов нужно было придумать костюм, который защищал бы человека от воздействия убийственной внешней среды. Антон Первушин

Типы скафандров

В зависимости от способа образования дыхательной смеси различают вентиляционные, или вентилируемые скафандры, где кислород поступает по шлангу из какого-либо источника, например из баллона, и регенерационные скафандры, где выдыхаемая газовая среда в специальном патроне очищается от углекислого газа и влаги, обогащается кислородом и возвращается в систему. [6] В зависимости от задачи, выполняемой космонавтом, скафандры делятся на перечисленные ниже типы.

Для выхода в открытый космос

Предохраняет космонавтов от микрометеоритных частиц, от перегрева на солнечной стороне Земли и охлаждения в теневой, защищает глаза от солнечного излучения. Такой скафандр связывается с космическим кораблём гибким фалом-шлангом, по которому подаётся дыхательная смесь, либо имеет автономную систему жизнеобеспечения. Пример — скафандр «Орлан», позволяющий российским космонавтам выходить в открытый космос для работы вне станции.

Аварийно-спасательные

Используются при аварийной ситуации — разгерметизации космического корабля в полете или во время стыковки, при отклонении параметров атмосферы в кабине от расчётных значений. Пример — скафандр «Сокол»

Для выхода на поверхность небесных тел

В таком скафандре космонавт может самостоятельно передвигаться по поверхности небесного тела, а также подниматься после падения. Скафандры подобного типа бывают мягкими и жёсткими [6] . Силовая оболочка мягкого скафандра изготовляется из ткани и при отсутствии давления внутри облегает тело космонавта, не ограничивая его движений. Скафандр жёсткого типа имеет твёрдую оболочку из металла или пластмассы, выполненную по форме тела, с шарнирами в местах суставов.

Серии

Серии скафандров различаются по назначению и времени выпуска.

СК

Скафандр СК-1 использовался на кораблях серии «Восток». На первом отправился в космос Юрий Гагарин, а на последнем — Валентина Терешкова, для которой был создан специальный скафандр СК-2 с учётом женской анатомии. Основой для создания такого скафандра был взят лётный костюм «Воркута», предназначвшийся для пилотов истребителя-перехватчика Су-9.

Беркут

«Беркут» — первый скафандр для выхода в открытый космос. Кроме безопасного нахождения за пределами корабля, скафандр также предназначался для спасения экипажа в случае разгерметизации космического аппарата. Это скафандр мягкого типа, без жёсткого каркаса. Ранец с кислородными баллонами надевался космонавтом в спускаемом аппарате корабля перед выходом и крепился к скафандру посредством подвесной системы. Чистое время нахождения Алексея Леонова в этом скафандре в открытом космосе составило 12 минут. Скафандр «Ястреб» — преемник «Беркута». Использовался всего один раз, в 1969 году, при стыковке кораблей «Союз-4» и «Союз-5», когда впервые в мире космонавты Алексей Елисеев и Евгений Хрунов перешли из одного космического корабля в другой через открытый космос в скафандрах с автономной системой жизнеобеспечения [7] Кречет-94 Скафандр полужесткого типа предназначался для экспедиции на Луну. Человек не надевал скафандр, а входил в него, для чего в задней части конструкции был предусмотрен люк. Скафандр имел собственные системы радиосвязи, телеметрии, устройство обеспечения питьевой водой и удаления жидких отходов. Однако по назначению данный скафандр использовать не довелось — лунная программа была закрыта.

Орлан

Скафандр «Орлан-МКС» — это разработка 2006 года. Его масса вместе с системой жизнеобеспечения порядка 110 кг. «Орлан-МКС» — на сегодняшний день самый совершенный скафандр для работы в открытом космосе. Конструкция штанин и рукавов позволяет подогнать их под любой рост. На станции МКС постоянно хранятся три экземпляра «Орлана-МКС» (два рабочих и один запасной). Ресурс скафандра: до 15 выходов в открытый космос. Скафандр настолько комфортен, что предусмотрена даже так называемая «чесалка для носа», или устройство Вальсальва.

Сокол

Скафандр IVA

Скафандры серии «Сокол» — часть экипировки экипажей кораблей «Союз» при взлете и возвращении с орбиты, а также при стыковке и расстыковке с космической станцией. Подключен к бортовой системе вентиляции, а при разгерметизации корабля система подачи переключается с кислородно-воздушной смеси на чистый кислород. Время работы скафандра в штатном режиме 30 часов, а в автономном аварийном до двух часов. Скафандры серии «Сокол» успешно используются с 1973 года по сей день. Все они именные и изготавливаются индивидуально для каждого космонавта.

IVA

Внутрикорабельный скафандр, используется на корабле Crew Dragon SpaceX. Изготовлен из огнеупорного кевлара и номекса. Единая точка подключения на ноге космонавта обеспечивает жизненно важные соединения как для воздуха, так и для питания. Перчатки предназначены для работы с сенсорным управлением.

EVA

Некорабельный скафандр, предназначен для использования в космическом вакууме вне корабля. Функционирует как портативный космический корабль, предоставляя пассажиру все необходимое для выживания в течение длительного времени в неблагоприятной среде. Костюм EVA состоит из 16 слоев промышленно сшитого материала, способен удерживать кислород внутри скафандра и защищать от космической пыли.

Состав

Скафандры по составу отличаются в зависимости от места нахождения космонавта. Для работы в открытом космосе Скафандр мягкого типа состоит из верхней одежды, экранно-вакуумной тепловой изоляции, защиты от метеоров, защитной, силовой и герметичной оболочек, вентилирующей системы, шлема, системы охлаждения, ботинок. Верхняя одежда предохраняет скафандр от механических повреждений и отражает лучистую энергию Солнца. Изготовляется из термостойкой ткани белого цвета, например стекловолокна. Тепловая изоляция расположена под одеждой и состоит из несколько слоев тонкой плёнки с алюминированной поверхностью, разделённых сеткой из стекловолокна. Защитой от микрометеоритных частиц служит весь скафандр и специальный костюм из фетра или прорезиненной синтетической ткани. Герметичная оболочка делается из резины или прорезиненной ткани. Система охлаждения включает костюм с водяным охлаждением (или испарительный костюм) и агрегаты, охлаждающие циркулирующую в системе воду. Шлем снабжается светофильтрами [6]

Внутри корабля

Внешняя и рабочая одежда изготовлена из ткани, в которой содержится в среднем 53 процента хлопка и 47 процентов полиэфира. Эксперименты с полностью синтетическими вещами закончились неудачно: они накапливали заряд и космонавтов часто било статическим током. Светлана Крютченко, ведущего конструктора Института медико-биологических проблем Российской академии наук

Из-за микрогравитации, карманы на одежде должны закрываться на молнии или трикотажные застежки-велкро (липучки), чтобы в условиях невесомости оттуда не вылетали мелкие предметы. Кроме того, на некоторые вещи по желанию можно нашить ленты-липучки. На них крепятся съемные карманы, подсумки или инструменты [8] . Комплект белья для российских космонавтов рассчитан в среднем на три дня. В него входят: фуфайка с короткими и длинными рукавами, трусы или кальсоны, а также носки. Носки могут оснащаться защитными подушечками из силикона с внешней стороны, чтобы космонавтам было удобнее держаться за перекладины ногами. По истечении трехдневной нормы комплект белья не утилизируется, а используется для физических упражнений на тренажерах. Грязная одежда запечатывается в герметичный контейнер и вместе с прочими отходами помещается в грузовой корабль «Прогресс», который отстыковывается от станции и сгорает в земной атмосфере вместе с мусором.

Возможности скафандров «Орлан»

После первой высадки людей на Луну стали проектироваться костюмы, которые могут позволить космонавтам десантироваться на ближайшие планеты [3] . 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.

Техническая копия советского скафандра «Орлан» 1977 года. Представлена ​​в обновленной космической экспозиции Швейцарского музея транспорта

  • система теплозащиты и теплообеспечения, для защиты от перепадов температуры на орбите, доходящих до 240 градусов между солнечной и теневой стороной Земли;
  • система связи, передачи телеметрической информации;
  • дисплей высокого разрешения, отображающий состояние всех систем скафандра и позволяющий управлять ими;
  • отображение на экране местоположения космонавта относительно самой станции, так как МКС представляет собой комплекс из большого количества объектов;
  • защита от солнечной радиации и метеорного вещества;
  • возможность выполнять работу около корабля, в подобном костюме космонавт может находиться в автономном режиме жизнеобеспечения до 7 часов;
  • самостоятельное надевание и снятие костюма, при его весе 110 кг;
  • использование единого размера скафандра для космонавта при его росте от 165 до 190 см;
  • возможность обслуживания скафандра на орбите без участия Земли;.
  • простота замены отдельных элементов [3] .

Самая современная модификация скафандра «Орлан-МКС»: модернизированный, компьютеризированный, синтетический. В новой модификации скафандра космонавт сможет находиться в автономном режиме до 10 часов. «Орлан-МКС» оснащён запасом питьевой воды и оборудован «чесалкой» для носа. Космонавт может надеть его самостоятельно за 5 минут без посторонней помощи. [3] .

Ограничения

Может ли космический скафандр плотно прилегать телу? Разработки подобных скафандров ведутся с 50-х годов прошлого века, к их достоинствам относится гораздо большая подвижность.

Атмосферное давление

Когда человек находится на поверхности Земли, он испытывает на себе давление многокилометрового столба атмосферы. При этом тело не испытывает дискомфорта, поскольку внешнее давление уравновешивается внутренним давлением в человеческом организме. При отсутствии атмосферного давления и длительном пребывании в вакууме практически неизбежен летальный исход.

Чтобы защитить космонавтов от вакуума и создать для них комфортные условия, скафандры делают просторными внутри и закачивают внутрь воздух под атмосферным давлением. Благодаря этому внутри такого скафандра человек надёжно защищён от космического вакуума. Тем не менее, подвижность космонавтов в подобных громоздких скафандрах крайне ограничена.

Подвижность астронавта

Одной из главных проблем на сегодняшний день является проектирование суставных соединений. При сгибании и разгибании суставов внутренний объем скафандра должен оставаться неизменным, иначе могут возникнуть перепады давления. Подобные суставные соединения еще более ограничивают подвижность космонавтов в скафандре.

Микрогравитация

С физиологической точки зрения основной проблемой становится микрогравитация. Также космонавты сталкиваются с головными болями, проблемами со сном, вялостью и заторможенностью движений. На космических станциях предусмотрены различные тренажеры и разработаны специальные фармакологические препараты для сокращения периода адаптации космонавта, а также снижения негативных факторов влияния невесомости на организм [8] .

Адаптация

Помимо прочего, космонавту необходимо адаптироваться эмоционально. Ученые выявили, что, находясь в космосе, человек проходит несколько стадий смены настроения, среди которых скука, апатия, раздражительность, после чего наступает эйфория. По словам космонавтов, находясь на орбите, они чувствуют боль не так остро, как на Земле, и микротравмы не причиняют никаких болевых ощущений. Несколько лет назад ученые начали изучать этот вопрос, и исследования продолжаются до настоящего времени [3]

С учетом всех ограничений, в современных скафандрах люди могут выполнять различные весьма сложные задачи, например строительство МКС или ремонт телескопа Хаббл.

Примеры

Почтовая марка СССР, посвященная Герою Советского Союза Алексею Архиповичу Леонову.

Скафандр «Беркут» был разработан специально для достижения космических рекордов [3] . В отличие от скафандра 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.

Космический корабль «Восход-2» стартовал 18 марта 1965 года. В начале второго витка Алексей Леонов покинул борт, а командир экипажа Павел Беляев торжественно заявил по радиосвязи:

Внимание! Человек вышел в космическое пространство! Командир экипажа Восход-1 Павел Беляев

Изображение парящего на фоне Земли космонавта было опубликовано в средствах массовой информации по всему миру. Леонов находился в открытом космосе 23 минуты 41 секунду [3] .

Заключительная репетиция запуска корабля NASA SpaceX Crew-6.

Эти скафандры не могут защитить астронавтов во время выхода в открытый космос и работах на внешней поверхности корабля Профессор Университета Северной Дакоты Пабло Де Леон

Хошиди в скафандре EMU во время тренировки к 32 экспедиции.

Хошиди в скафандре EMU во время тренировки к 32 экспедиции.

МКС-10. Американский астронавт Лерой Чиао в российском скафандре «Орлан» во время выхода в открытый космос.

МКС-10. Американский астронавт Лерой Чиао в российском скафандре «Орлан» во время выхода в открытый космос.

Бортинженер 22-й экспедиции Олег Котов во время выхода в открытый космос.

Бортинженер 22-й экспедиции Олег Котов во время выхода в открытый космос.

Схема надевания скафандра типа «Орлан»

Примечания

  1. Словарь Крылова.Скафандр(неопр.) . Этимологический онлайн-словарь русского языка Крылова Г.А. (2023). Дата обращения: 19 мая 2023.
  2. ↑Как появилось слово «скафандр»?(неопр.) . Журнал Русского географического общества «Вокруг света». Вокруг света. Дата обращения: 30 мая 2023.
  3. ↑ 3,03,13,23,33,43,53,63,7Просто о сложном. Скафандр(неопр.) . РОСТЕХ. Государственная корпорация по содействию разработке, производству и экспорту высокотехнологичной промышленной продукции «Ростех» (27.03.2018). Дата обращения: 19 мая 2023.
  4. ↑ 4,04,14,2Антон Первушин.Скафандр. История и устройство // MIRF.RU : журнал. — 2015. — 27 октября.
  5. ТАСС.Для Пересильд начали изготавливать скафандр для полета на МКС // Kino.mail.ru : новости. — 2021. — 10 июня.
  6. ↑ 6,06,16,2Вологодская областная универсальная научная библиотека.Скафандр // https://www.booksite.ru : сайт.
  7. Центр Космонавтика и Авиация.Космические скафандры. Макеты и натурные образцы. // АО «ВДНХ». — 2021. — 21 мая.
  8. ↑ 8,08,18,2Дмитрий Левин.Одеться в космос. Что космонавты носят на МКС // N + 1 Интернет-издание / Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-67614. — 2021. — 3 июня.
  9. ↑ 9,09,1Американский эксперт сравнил скафандр SpaceX с российским "Соколом" // РИА-Новости. — 2019.
  10. Сергей Сурабекянц.Axiom представила скафандр для будущей экспедиции NASA на Луну // 3dnews.ru : Журнал. — 2023. — 15 марта.

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!

  • Знание.Вики:Готовые статьи по астрономии
  • Знание.Вики:Готовые статьи о технологиях
  • Все статьи
  • Космические скафандры
  • Изобретения СССР
  • Комбинезоны

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *