Из какой ткани делают скафандры космонавтов
Перейти к содержимому

Из какой ткани делают скафандры космонавтов

  • автор:

И с т о р и я к о с м о н а в т и к и

Манаров Муса Хираманович Бударин Николай Михайлович Батурин Юрий Михайлович Фарис Мухаммед Ахмед Мусабаев Талгат Амангельдыевич Линненджер Джерри Тонини Мишель

Logo

12 апреля 2010 г. исполняется ровно 49 лет с момента первого космического полета, совершенного Юрием Гагариным в 1961-м году. В этот день вся планета отмечает всемирный день авиации и космонавтики.

По этому поводу я решил написать пост про космические скафандры — рассказать про историю их возникновения, конструкцию и по возможности сравнить наши скафандры с американскими аналогами.

Немного докосмической истории

Необходимость создания скафандра появилась еще в начале 30-х годов. Дело в том, что летчики-испытатели даже в кислородных шлемах не могли подняться на высоты больше 12 км из-за пониженного атмосферного давления. На этой высоте азот, растворенный в тканях человека, начинает переходить в газообразное состояние, что приводит к возникновению болевых ощущений.

Поэтому в 1931-м году инженер Е. Чертовский спроектировал первый скафандр «Ч-1». Он представлял собой простой герметичный комбинезон со шлемом, снабженным небольшим стеклом для обзора. Вообще, в «Ч-1» можно было делать все что угодно, но только не работать. Но тем не менее он стал прорывом. Позднее до войны Чертовский успел спроектировать еще шесть моделей скафандров.

После войны стали появляться первые реактивные истребители, которые резко задрали планку максимальных высот. В 1947-1950 годах группа конструкторов под руководством А. Бойко создала первые послевоенные авиаскафандры, получившие название ВСС-01 и ВСС-04 (высотный спасательный скафандр). Они представляли собой герметические комбинезоны из прорезиненной ткани, к которым крепились несъемные откидные шлемы и кислородные маски. Излишки давления на высоте стравливались специальным клапаном.

Начало разработки

Вообще, разработка скафандров поначалу складывалась у нас не очень хорошо. Дело в том, что существующие наработки скафандров были бесполезны в случае разгерметизации корабля в космосе. И конструкторы тут не причем — просто им дали задание разработать защитный костюм, рассчитанный на спасение космонавта только после приземления или приводнения спускаемого модуля. Среди противников скафандров были даже некоторые из конструкторов корабля — они считали возможность разгерметизации ничтожной. Их слова подтверждал удачный полет Лайки в ГЖК (герметической кабины для животных)

image

Споры удалось прекратить только после личного вмешательства Королева. При этом до полета Гагарина оставалось всего 8 месяцев. За это время был создан скафандр СК-1

СК-1

Всего существует 3 класса скафандров:

• 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

СК-1 был скафандром первой категории. Он использовался во время всех полетов кораблей первой серии «Восток»

image

СК-1 «работал» в паре со специальным теплозащитным комбинезоном, который надевался космонавтом под основной защитный костюм. Комбинезон был не просто одеждой, он представлял собой целое инженерное сооружение с вмонтированными в него трубопроводами системы вентиляции, поддерживавшей необходимый тепловой режим тела и удалявшей влагу с продуктами дыхания. В непредвиденных условиях, система жизнеобеспечения скафандра (СЖО) вместе с СЖО кабины «продлевали» существование космонавта на 10 суток. В случае разгерметизации кабины автоматически закрывалось прозрачное «забрало» — иллюминатор шлема — и включалась подача воздуха из баллонов корабля.

Но у него был существенный недостаток. Его мягкая оболочка под действием внутреннего избыточного давления всегда стремится, принять форму тела вращения и распрямиться. Согнуть какую-либо ее часть, скажем, рукав или штанину, не так-то просто, и чем больше внутреннее давление, тем труднее это сделать. При работе в первых космических скафандрах из-за их относительно низкой подвижности космонавтам приходилось затрачивать немалые дополнительные усилия, что в итоге вело к повышению интенсивности обменных процессов в организме. Из-за этого, в свою очередь, приходилось увеличивать массу и габариты запасов кислорода, а также блоков системы охлаждения.

Также был создан скафандр СК-2. По сути это тот же СК-1, только для женщин. Он имел немного другую форму, учитывающие их физиологические особенности.

Аналог

Американским аналогом нашему СК-1 был скафандр для кораблей «Меркурий». Он также являлся исключительно спасательным скафандром и был изготовлен в 1961-м году

image

В дополнение ко всему у него был металлизированный наружный слой для отражения тепловых лучей.

Беркут

В середине 1964-го руководители советской космической программы приняли решение о новом эксперименте на орбите — первом выходе человека с борта космического корабля в открытый космос. Это обстоятельство ставило перед разработчиками скафандров целый ряд новых технических задач. Они, конечно, диктовались серьезными различиями между внутренней средой космического корабли и условиями внешнего пространства — царства почти полного вакуума, вредных излучений и экстремальных температур.

Перед разработчиками ставились две основные задачи:

Во-первых, скафандр для выхода в космос должен был защищать от перегрева, если космонавт находится на солнечной стороне, и, наоборот, от охлаждения — если в тени (разница температур между ними составляет более 100°С). Также он должен был защищать от солнечной радиацией и от метеорного вещества.

Во-вторых, обеспечить максимальную безопасность человеку, быть предельно надежным и иметь минимальный объем и массу. Но самое главное, что при всем этом космонавт в нем должен быть работоспособен, т.е. передвигаться около корабля, выполнить определенную работу и т.д.

Все эти требования удалось реализовать в скафандре «Беркут»

image

Кстати, начиная с «Беркута» все наши скафандры стали называться птичьими именами.

Скафандр был сделан из нескольких слоев пленки с блестящей алюминиевой поверхностью. Место между слоями специально имело зазор для того, чтобы снизить передачу тепла в любую сторону. Принцип термоса — тепло не берется и не отдается. Кроме того, слои пленки-ткани разделилясь специальным сетчатым материалом. В результате удалось добиться очень высокого уровня теплового сопротивления. Глаза космонавта защищал особый светофильтр из тонированного органического стекла толщиной почти полсантиметра. Он играл двоякую роль — ослаблял интенсивность солнечного света и не пропускал к лицу биологически опасную часть лучей солнечного спектра.

Первый выход в открытый космос имел ограниченные задачи. Потому и система жизнеобеспечения казалась относительно простой и была рассчитана на 45 минут работы. Она размещалась в ранце с кислородным прибором и баллонами емкостью по 2 литра. На корпусе ранца крепился штуцер для их заправки и окошко манометра для контроля за давлением. Из корабля брался воздух, который дополнительно обогащался кислородом и поступал в скафандр. Этот же воздух уносил выделенные космонавтом тепло, влагу, углекислоту, вредные примеси. Такая система называется системой открытого типа

Вся система умещалась в ранце размером 520х320х120 мм, который пристегивался к спине при помощи быстродействующего разъема. На непредвиденный случай в шлюзовой камере установили резервную кислородную систему, которая была соединена со скафандром с помощью шланга.

Аналог

Аналогом для беркута был скафандр для кораблей «Джеминай»

image

Его корабельныя версия (не знаю как по другому ее назвать) была обычным спасательным скафандром. Модифицированная же версия была разработана для работы за пределами космического корабля

image

Для этого к основному скафандру добавлялись оболочки тепловой и микрометиоритной защиты.

Ястреб

С 1967-го начались полеты новых кораблей типа «Союз», принципиальное отличие которых от предшественников состояло в том, что они были уже пилотируемыми летательными аппаратами. И, следовательно, потенциальное время работы человека и космосе вне корабля должно было увеличиться. Соответственно невозможно было находиться все время в скафандре. Он надевался только в самых ответственных моментах — взлет, посадка. К тому же встал вопрос о выводе на орбиту нескольких кораблей, их стыковке, что предполагало проведение операций, связанных с переходами людей через открытый космос.

Для этих целей был разработан новый скафандр с новой системой жизнеобеспечения. Его назвали «Ястреб»

image

Этот скафандр был в основном схож с «Беркутом», различия же состояли в иной системе дыхательной установки, которая относилась к так называемому регенерационному типу. Дыхательная смесь циркулировала внутри скафандра по замкнутому контуру, где очищалась от углекислоты, вредных примесей, подпитывалась кислородом и охлаждалась. Частью системы остались и кислородные баллоны, однако содержащийся в них кислород использовался только на компенсацию утечек и для потребления космонавта. Для этой системы пришлось создать сразу несколько уникальных агрегатов: испарительный теплообменник, работающий в специфических условиях невесомости; поглотитель углекислого газа; электродвигатель, безопасно функционирующий в чистой кислородной атмосфере и создающий необходимую циркуляцию воздушной среды внутри скафандра, и другие.

Для охлаждения организма космонавта использовалось воздушное охлаждение. Для этого необходимо прогонять через скафандр весьма большой объем газа. Это, в свою очередь, требует вентилятора мощностью в несколько сот ватт, а также больших затрат электроэнергии. Да и сильный обдув не очень-то приятен для космонавта.

Заметным плюсом стало то, что масса скафандра не превышает 8—10 кг, а толщина пакета оболочек минимальна. Это дает возможность использовать его с индивидуальной фактурой амортизационных кресел, ослабляющими действие перегрузок при выводе на орбиту и спуске.

На практике «Ястреб» использовался всего один раз — для перехода из «Союза-5» в «Союз-4».

Аналог

image

Конкретного американского аналога «Ястребу» я не нашел. Отчасти под него вроде подходит скафандр для ранних «Аполлонов»

Кречет

Для полета на Луну сооружался инновационный скафандр 3-й категории. В скафандре космонавт должен был сохранить такие двигательные и рабочие способности, которые на 3емле считаются элементарными. Например, передвигаться по лунной поверхности с учетом того, что «прогулки» могут происходить на различном рельефе; иметь возможность встать на ноги в случае падения, осуществить контакт с лунной «землей», температура которой колеблется в очень широких пределах (в тени и на свету от -130°С до +160°С); работать с приборами, собирать образцы лунных пород и производить примитивное бурение. Космонавту должна была быть обеспечена возможность подкрепиться специальной жидкой пищей, а также выводить из скафандра урину. Словом, вся система жизпеобеспечения рассчитывалась на более тяжелые условия работы, чем те, что существовали во время орбитальных выходов исследователей.

Учитывая эти требования, под руководством А. Стоклицкого, был создан скафандр «Кречет»

image

Он имел так называемую «полужесткую» оболочку, а вместо ранцевой — встроенную систему жизнеобеспечения. Именно с него пошло словосочетание «войти в скафандр». Потому что в «Кречет» космонавт именно входил, используя «дверцу» на спине. В «дверце» же размещались все системы жизнеобеспечения

image

Системы «Кречета» обеспечивали рекордное автономное пребывание человека на Лyнe — до 10 часов, в течение которых исследователь мог выполнять работы с большими физическими нагрузками. Для теплового охлаждения впервые применили костюм водяного охлаждения, т.к. водяное охлаждение является единственно возможным методом поддержания приемлемых тепловых условий в скафандре при интенсивной работе космонавта. Чтобы отвести 300—500 ккал/ч тепла, расход воды через костюм водяного охлаждения составляло 1,5—2 л/мин, потребная длина охлаждающих трубок была около 100 метров. Для прокачки воды использовался насос с мощностью двигателя в несколько ватт.

Одновременно с водяным охлаждением имелся контур циркуляции и регенерации воздушной среды внутри скафандра и удаления влаги. Также был запас кислорода для компенсации утечек.

Аналог

Это, пожалуй, единственный случай, когда американский аналог известнее нашего. Именно в нем Нил Армстронг ступил в 1969-м на поверхность Луны

image

Скафандр был изготовлен из высокопрочных синтетических тканей, металла и пластмасс. Под скафандр космонавт надевал легкий цельнокроеный костюм с датчиками для биотелеметрии. Кроме того, под скафандр надевался также специальный костюм водяного охлаждения, который был рассчитан на непрерывную эксплуатацию в течение 115 час. В этом костюме из нейлонового спандекса имелась система полихлорвиниловых трубок общей длиной около 90 м, по которым непрерывно циркулировала холодная вода, поглощавшая выделяемое телом тепло и отводящая его к внешнему холодильнику. Благодаря такому костюму температура кожи на различных участках тела не выходила за пределы 40°С.

На ладони были специальные проволочные стяжки, которые не давали перчатке раздуваться при избыточном давлении в скафандре. Для обеспечения ловкости работы руками на пальцах перчаток имелись удлинения-захваты, с помощью которых космонавт мог поднимать мелкие предметы.

Шлем космонавта сделан из прозрачного поликарбоната и обладал большой ударной прочностью. Его сферическая форма давала космонавту возможность поворачивать голову в любую сторону. Кислород поступал в шлем со скоростью 162 л/мин, а герморазъем на левой стороне шлема позволял космонавту в скафандре пить или принимать пищу. Ранцевая система жизнеобеспечения прикреплялась к спинке скафандра и на Земле весла 56,625 кг (для особо дотошных — 554,925 н).

Орлан

После высадки на Луне все работы по «Кречету» прекратились. Однако в комплект лунной программы входил также скафандр «Орлан» — для орбитальных работ

image

К его разработке вернулись в 1969-м, когда начались работы по первой орбитальной станции. Именно модификации «Орланов» мы использовали на «Мире» и сейчас используем на МКС.

Всем известно, что экипажи на орбитальных станциях меняются.

Однако существовавшие до этого скафандры были индивидуальными и не обладали возможностью подгонки. Следовательно для каждого нового члена экипажа станции их необходимо было изготавливать и запускать в космос, что было неэффективно при ограниченных грузовых возможностях кораблей «Союз» и «Прогресс». Однако благодаря полужёсткой конструкции в «Орлане» индивидуальными являлись лишь перчатки скафандра, которые доставлялись экипажем, в то время как сами скафандры постоянно находились на станции.

Чтобы обеспечить подвижность тела, в скафандре применили шарниры, расположенные в области основных суставов — плечевых, локтевых, коленных, в области лодыжек, пальцев рук и т. д. Кроме того, в последующих модификациях для повышения подвижности в ряде сочленений использовались герметические подшипники (например, в плечевом или кистевом сочленениях).

С момента первого использования «Орлана» на «Салюте-6» в 1977 до затопления «Мира» в 2001-м на околоземной орбите использовалось 25 комплектов «Орланов» всех разновидностей. Часть из них сгорела вместе с последней станцией «Мир». За это время в «Орланах» совершено 200 выходов 42 экипажами. Общее время работы превысило 800 часов.

У «Орлана» существует множество модификаций. Самая интересная на мой взгляд — «Орлан-ДМА»с установкой для перемещения и маневрирования в открытом космосе.

image

НПП «Звезда» не озвучивает стоимость «Орлана». Однако в одном и репортажей я когда-то слышал цифру в миллион долларов. Могу ошибаться.

Аналог

Американские астронавты честно и открыто признаются, что их нынешние скафандры гораздо хуже и неудобнее наших. Стоят они при этом 12-15 миллионов. Так что полноценного аналога нынешним «Орланам» не существует.

Стриж

Во время создания «Бурана» создавался новейший спасательный скафандр «Стриж»

image

Я не до конца уверен, что это именно он на фотографии, но вроде как он. В комплекте к «Стрижу» разрабатывалось катапультное кресло К-36РБ. Специалисты называли «Стриж» лучшим скафандром из существующих когда-либо. Однако с прекращение работ по «Бурану»… в общем как обычно у нас в стране.

"ГЛАВНОЕ — ЧТОБЫ КОСТЮМЧИК СИДЕЛ"

В скафандре ‘Беркут’ А. Леонов выходил в открытый космос. Скафандр рассчитан на два значения давления газа: рабочее 400 гПа и аварийное 270 гПа.

Для перехода космонавтов из одного корабля в другой ранец с системой жизнеобеспечения скафандра ‘Ястреб’ пришлось подвешивать у ног.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Скафандр первого космонавта Юрия Гагарина, в котором он 12 апреля 1961 года совершил виток вокруг Земли.

На груди скафандра ‘Кречет’ была укреплена откидывающаяся приборная панель системы жизнеобеспечения. Клавиши органов управления системами скафандра размещались на верхнем торце панели.

В скафандре ‘Кречет’ советский космонавт должен был ступить на поверхность Луны.

Скафандры последнего поколения ‘Орлан’ находились на орбитальной станции, и ими мог воспользоваться любой космонавт, подогнав по своему росту.

Ранец крепится к кирасе на петлях, как дверь. При отведенном ранце отверстие в кирасе позволяет космонавту почти мгновенно забраться в скафандр.

Рычаг с кулачком служит для прижимания ранца к кирасе и его фиксирования.

Органы управления находятся в области груди и живота скафандра. Они снабжены зеркально сделанными надписями — ведь увидеть их можно только с помощью зеркальца, укрепленного на рукаве.

В наспинном ранце ‘Орлана’ размещаются баллоны с газовой смесью для дыхания, насосы, теплообменник и другие устройства жизнеобеспечения.

У спасательных скафандров семейства ‘Сокол’ задняя часть шлема выполнена мягкой, чтобы голова и шея космонавта плотно прилегали к ложементу, повторяющему форму его тела.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Перед тем как влезть в скафандр, космонавт облачается в сетчатый комбинезон, пронизанный системой трубочек, по которым циркулирует вода, отводя излишки тепла. Общая длина трубок около 100 м.

В феврале 1953 года на завод № 918 в подмосковном Томилине поступил необычный заказ — изготовить скафандр и катапультирующуюся тележку для… собачек. Завод был организован в конце 1952 года на базе одного из корпусов Центрального склада Министерства авиационной промышленности и имел опытное конструкторское бюро и научно-исследовательский отдел. Там должны были заниматься разработкой и изготовлением высотных скафандров для пилотов реактивных истребителей и бомбардировщиков. Ныне это предприятие известно во всем мире под названием "НПП Звезда".

В то время ракетостроители под руководством С. П. Королева готовились открыть новую — космическую — страницу в истории человечества. В случае успешных запусков четвероногих можно было реально думать об отправке в космос человека.

Скафандры для хвостатых космонавтов шили из трех слоев прорезиненной ткани в виде мешка с глухими рукавами для передних лапок и съемным шлемом сферической формы из органического стекла. Скафандр шнуровали на спине животного.

В отсеках вертикально взлетающих ракет монтировали по две тележки с "испытателями". В них устанавливали баллоны с кислородом под давлением 150 атмосфер. Со старта включалась подача кислорода, и на высоте 35 км катапультировалась одна тележка, а на высоте 75-90 км — другая. После этого собак спускали на парашютах, подача кислорода продолжалась до высоты 3-4 км, после чего автоматически открывался лючок, связывающий полость скафандра с атмосферой.

В начале 1960-х годов собак выводили на околоземную орбиту в кабине корабля "Восток". Тележки устанавливали на кресле для космонавта и проверяли как реакцию животных на условия космического полета, так и работу катапультного кресла. В полете скафандры вентилировали воздухом из кабины корабля. Так, в августе 1960 года успешно прошли запуск и приземление ставших всемирно знаменитыми дворняжек Белки и Стрелки.

ГАГАРИН МОГ ОТПРАВИТЬСЯ В КОСМОС В УТЕПЛЕННОМ ТРЕНИРОВОЧНОМ КОСТЮМЕ

Первые эксперименты показали, что для полета в космос человека нет непреодолимых преград, и в 1959 году на 918-м заводе началось проектирование скафандра для первых космонавтов. Однако уже в феврале 1960 года работа была приостановлена, поскольку у создателей корабля "Восток" во главе с К. П. Феоктистовым возникли проблемы с избытком массы корабля и необходимостью жестко экономить на оборудовании. Феоктистов вообще считал, что вероятность разгерметизации кабины значительно меньше, чем появление других ситуаций, грозящих катастрофическими последствиями, и поэтому скафандр, по его мнению, был излишеством. Инженеры из ОКБ-1 предлагали обойтись обычным утепленным костюмом, который мог пригодиться лишь при приводнении.

Споры между изготовителями скафандра и разработчиками корабля продолжались до лета 1960 года, и в дело пришлось вмешаться начальнику ОКБ-1 С. П. Королеву. Выслушав все аргументы за и против, он заявил, что готов "отдать" 500 кг, но чтобы скафандр с системой жизнеобеспечения был готов к концу года.

Специалисты "Звезды", имевшие к этому времени опыт создания скафандров для военных летчиков, с заданием справились. Первого в мире космонавта отправили в его славное путешествие в скафандре СК-1. Кстати, уже на старте обнаружилось, что на скафандре отсутствуют яркие опознавательные знаки, и чтобы после приземления Ю. А. Гагарина не приняли за шпиона (всем был памятен инцидент со сбитым в 1960 году американским летчиком Пауэрсом), инженер "Звезды" Виктор Давидьянц вывел красной краской на уже надетом на Гагарина шлеме надпись "СССР".

Скафандр сшили из двух слоев: силового лавсанового и герметичного резинового. Космонавта также одели в теплозащитный костюм. Запомнившийся всем оранжевый чехол к скафандру, собственно, не относился, и его роль сводилась лишь к облегчению поисковых работ, поскольку корабли "Восток" не имели системы мягкой посадки и космонавт после катапультирования из кабины приземлялся на парашюте.

Для поддержания комфортной температуры скафандр продували через шланг воздухом из кабины. При разгерметизации шланг отсекался, автоматически закрывался иллюминатор шлема и включалась подача воздуха, а затем кислорода из баллонов. Многих трудов стоило и решение проблемы, о которой не принято говорить вслух, а именно создание ассенизационных устройств (см. "Наука и жизнь" № 10, 2001 г.).

В скафандрах СК-1 летали все космонавты-мужчины на кораблях "Восток". Для В. В. Терешковой в "Звезде" изготовили скафандр СК-2, покрой которого учитывал особенности женской фигуры: более узкие плечи и широкие бедра.

ДЫШАТЬ И ДВИГАТЬСЯ

Скафандры типа СК были чисто спасательными, то есть не предназначались для проведения работ на орбите за пределами корабля. В 1964 году было решено осуществить запуск корабля "Восход-2", представлявшего собой модифицированный вариант "Востока", с выходом одного из двух членов экипажа в открытый космос. Для этого проекта нужен был принципиально новый скафандр, способный защитить космонавта от неблагоприятных условий открытого космоса, позволить выполнять определенные операции и имеющий автономную, не связанную с кораблем, систему обеспечения жизнедеятельности.

При разработке скафандра типа "Беркут" для внекорабельной деятельности (ВКД) пришлось искать компромисс. С одной стороны, в скафандре должно было поддерживаться достаточно высокое давление, чтобы у человека не возникло высотных декомпрессионных расстройств — аналога кессонной болезни 1 . С другой стороны, давление не должно было сковывать движений космонавта. Дело в том, что в вакууме мягкая оболочка скафандра становится гораздо более жесткой. Например, покрышку футбольного мяча можно мять, сгибать, скручивать. Но стоит накачать мяч, и чтобы просто вмять поверхность покрышки, придется приложить большие усилия. В безвоздушном пространстве скафандр, как и мяч, расправляется, рукава расходятся в стороны, пальцы перчаток растопыриваются. Кроме того, под действием давления скафандр "растет": подошвы отходят от ступней, с рук сползают перчатки. В таких условиях даже простая съемка на кинокамеру становится тяжелым трудом. Правда, нет худа без добра. Развитие декомпрессионных расстройств идет более интенсивно при резких движениях, а в раздутом скафандре и плавно-то двигаться нелегко.

Эксперименты показали, что оптимальное давление газовой смеси в скафандре должно составлять порядка 400 гПа (0,4 атм) при возможности кратковременного снижения его до 270 гПа. Чтобы сохранить необходимое парциальное давление кислорода, его процентное содержание в смеси, подававшейся из баллонов в наспинном ранце, сделали выше, чем в атмосферном воздухе 2 .

Как показали дальнейшие события, предусмотрительность конструкторов была совсем не лишней. При возвращении в шлюзовую камеру А. А. Леонов, видимо от волнения, по ошибке начал продвигаться в нее вперед головой. При штатном давлении ему не удавалось перевернуться, чтобы закрыть наружный люк. Снизив давление в скафандре, он смог это сделать, и все закончилось благополучно.

Поскольку выход в космос планировался на небольшое время, то для экономии места решено было обойтись без регенерационной установки: выдыхаемый воздух через предохранительный клапан уходил прямо в космическое пространство.

Скафандр "Беркут" имел еще ряд новшеств: двойную гермооболочку, экранно-вакуумную термоизоляцию, а шлем был снабжен светофильтром. Экранно-вакуумная изоляция, помещаемая под внешним чехлом, представляла собой несколько слоев металлизированной ткани и работала как сосуды Дьюара. Благодаря этому теплообмена между космонавтом и окружающим пространством практически не было.

ПРОДОЛЖЕНИЕ "ПТИЧЬЕЙ" ТЕМЫ

"Беркуты" стали первыми и последними универсальными скафандрами в истории освоения космоса. В них можно было выполнять работы в открытом космосе, а на участке снижения они становились спасательными. С началом полетов кораблей "Союз" руководство космической отрасли отказалось от применения в кабине спасательных скафандров, полагая, что она вполне надежна и гарантирована от разгерметизации. (К сожалению, впоследствии их заблуждение обошлось слишком дорого.)

Пока же было принято решение создать скафандр для длительного пребывания в открытом космосе, позволяющий переходить из одного корабля в другой.

Новый скафандр получил название "Ястреб". Основные изменения коснулись системы обеспечения жизнедеятельности. Ее снабдили элементами регенерации газовой смеси. Выдыхаемый воздух не выбрасывался наружу, а циркулировал по замкнутому контуру. Специальный патрон с гидрооксидом лития поглощал углекислый газ, в испарителе смесь охлаждалась, и там же конденсировалась излишняя влага, а затем смесь подпитывалась кислородом.

Ранец у "Ястреба" из-за этих дополнительных устройств получился довольно большим. Еще при наземных испытаниях выяснилось, что космонавт с ранцем, расположенным за спиной, с трудом протискивается в выходной люк диаметром 660 мм. Выход из положения нашли неординарный: ранец укрепили спереди на уровне ног космонавта.

В январе 1969 года в скафандрах "Ястреб" космонавты Е. В. Хрунов и А. С. Елисеев после стыковки кораблей "Союз-4" и "Союз-5" через открытый космос перешли в другой спускаемый аппарат.

СКАФАНДР ДЛЯ ПОЗЫ ЭМБРИОНА

Катастрофа, повлекшая в июне 1971 года гибель космонавтов Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева из-за разгерметизации кабины корабля "Союз-11" на спусковом участке, вновь заставила специалистов заняться спасательными скафандрами. Новые костюмы принципиально отличались от первых СК. На стартовом и спусковом участках космонавты в кораблях "Союз" располагались не в креслах, а на специальных ложементах, индивидуально отливаемых по фигуре для каждого члена экипажа. Поэтому шлем скафандра в задней части был мягким, чтобы голова и шея плотно прижимались к ложементу.

Необходимо было учитывать и еще одно условие. Оказалось, что человек лучше переносит перегрузки, находясь не в полулежачем положении, как на первых кораблях, а сгруппировавшись. Поскольку скафандр рассчитывали использовать только при взлете и посадке, то его кроили так, чтобы он наиболее комфортно облегал тело в так называемой позе эмбриона. Благодаря упрощенной системе обеспечения жизнедеятельности масса скафандров составляла всего 9-10 кг.

Скафандры семейства "Сокол", первые образцы которых появились в 1973 году, используют ся космонавтами до сегодняшнего дня.

Еще в самом начале 1960-х годов перед разработчиками космической техники руководство страны поставило задачу готовить пилотируемый полет на Луну. Для лунной экспедиции, разумеется, нужны были особые скафандры. Специалисты предлагали два варианта: уже достаточно отработанный мягкий скафандр с надеваемым на спину ранцем и скафандр полужесткой конструкции, в которой корпус и ранец с системой жизнеобеспечения составляют одно целое. Оба варианта имели достоинства, но после скрупулезного анализа и тщательных сравнений на "Звезде" решили остановиться на полужесткой схеме.

Такой скафандр состоит из жесткого корпуса, или кирасы (в первых разработках кирасу изготавливали из стекловолокна, но позже стали применять более технологичный алюминиевый сплав АМГ-3), и мягких рукавов и штанин. К задней части кирасы на петлях крепился ранец с оборудованием — баллонами с кислородом, патроном для поглощения углекислоты, теплообменником, вентиляторами и еще многим другим оборудованием.

Космонавт не надевал скафандр, а влезал в него сзади, с помощью рычага с кулачком прижимал ранец к кирасе и закрывал шесть замков. Все это происходило гораздо быстрее, чем при использовании мягкого скафандра. Достоинством полужесткой конструкции было и то, что все шланги системы жизнеобеспечения проходили внутри скафандра и не было необходимости делать на корпусе дополнительные вакуум-плотные вводы.

Испытания прошли несколько модификаций скафандра, и наконец удалось найти оптимальный способ крепления рукавов и штанин к кирасе. Он обеспечивал хорошую подвижность и регулировку длины конечностей, так что одним скафандром могли пользоваться космонавты ростом от 168 до 182 см.

Чтобы легче было поднимать и опускать руки в плечевом соединении, установили гермоподшипник (такой же, как в запястье у более ранних скафандров). Благодаря этому новшеству удалось отказаться от режима пониженного давления, и в скафандре оно постоянно поддерживалось на уровне 400 гПа. Регулировку под рост осуществляли силовыми лентами: двумя — по бокам штанин и одной, центральной, — через пах. Силовые ленты ставили и на рукавах, предотвращая "вырастание" скафандра, о котором упоминалось выше.

К 1969 году скафандр "Кречет", предназначенный для выхода на поверхность Луны, прошел полный цикл испытаний, но американцы нас опередили, и вскоре советская лунная программа была свернута.

ДЛЯ ПОСТОЯННОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Основные принципы, заложенные в конструкцию лунного скафандра, нашли воплощение в семействе скафандров "Орлан" орбитального базирования. Эти устройства предполагалось постоянно держать на долговременной орбитальной станции и использовать для научных и ремонтных работ в открытом космосе.

Ими могли пользоваться космонавты, находившиеся в данный момент на борту, чтобы не было нужды каждый раз брать с собой в космос персональный скафандр.

Кстати, для "Кречетов" и "Орланов" инженеры разработали особую систему отвода тепла. На земле теплообмен между телом человека и окружающей средой в основном происходит за счет испарения пота, конвекции и излучения. Мягкие скафандры вентилировали газовой смесью, которая использовалась также для дыхания. В земных условиях практически отсутствует кондуктивная составляющая теплообмена. Мы ею пользуемся, разве что грея руки, прижимая их к горячей печке. И именно эту составляющую задействовали конструкторы для полужесткого скафандра.

Перед работой космонавт надевал на тело облегающий костюм, пронизанный сетью тонких пластиковых трубочек. Этот своеобразный радиатор соединялся с теплообменником скафандра в замкнутую систему, по которой циркулировала вода. Она обладает высокой теплоемкостью, поэтому ее требуется совсем немного, чтобы снять большое количество теплоты. Соответственно и насос может иметь незначительную мощность. Такой "кондиционер" отводит до 500 ккал/ч, то есть жара не мучает космонавта даже при тяжелой физической нагрузке.

Космонавт сам регулирует температуру и подачу охлаждающей воды по своим субъективным ощущениям. Если он занят и не может отвлекаться, то подачу воды регулируют автоматы. С помощью приборов по разнице температур на входе и выходе определяется количество удаленной теплоты, а по содержанию углекислоты в выдыхаемом воздухе — затраченная работа. Если эти величины не совпадают, то насос начинает работать соответственно быстрее или медленнее.

Первый выход в космос в полужестком скафандре осуществили на станции "Салют-6" космонавты Г. И. Гречко и Ю. В. Романенко в 1977 году. С тех пор скафандры орбитального базирования постоянно модифицировались. Часть изменений в конструкциях появилась по замечаниям самих космонавтов. Но главную роль играло совершенствование земной и космической техники. Первые "Орланы" были связаны со станцией кабелем из силовых и сигнальных проводов, который, естественно, не способствовал свободе движений и позволял работать лишь неподалеку от шлюзовой камеры. Появление малогабаритных источников тока высокой емкости и мобильных средств связи позволило космонавтам обходиться лишь страховочными фалами.

В настоящее время создана модель скафандра со встроенным компьютером, и теперь космонавт непрерывно получает информацию о состоянии систем скафандра, о возникновении нештатных ситуаций и рекомендации по их устранению. Безопасность работающих в открытом космосе людей стала еще выше благодаря применению устройства под названием "Сейфер" (спасатель), с помощью которого космонавт может вернуться на станцию даже при обрыве фалов.

С 1977 года на орбите использовались 28 скафандров "Орлан". Члены сорока двух экипажей совершили в них 226 выходов в космос и проработали там более 1000 часов.

СКАФАНДР — МОЯ КРЕПОСТЬ

За 45 лет "мода" на космическую одежду неоднократно менялась. Скафандр, в котором Гагарин совершил первый в мире виток вокруг Земли, должен был спасти ему жизнь в случае аварии и помочь продержаться до появления спасателей. Скафандры последних поколений — это уже нечто среднее между костюмом и домом. В такой оболочке космонавт может свыше десяти часов находиться в открытом космосе. Теперь внутри скафандра есть даже запас питьевой воды, чтобы во время работы вне станции у человека была возможность утолить жажду, не возвращаясь на борт.

Редакция выражает благодарность Б. А. Иванову и профессору А. С. Бареру за помощь в подготовке статьи.

Комментарии к статье

1 Подобные состояния возникают при резком понижении внешнего давления, из-за чего растворенный в крови азот выделяется в виде пузырьков и закупоривает сосуды.

2 Кстати, примерно по такому пути пошли американцы, создавая пониженное давление в кабинах космических кораблей за счет насыщения атмосферы кислородом.

См. в номере на ту же тему

Эволюция космического скафандра

Эволюция космического скафандра

Совсем недавно аэрокосмическое агентство NASA совместно с компанией Axiom Space представило новый скафандр для прогулок на Луне.

Совсем недавно аэрокосмическое агентство NASA совместно с компанией Axiom Space представило новый скафандр для прогулок на Луне.

Именно в таком снаряжении астронавты в 2025 году отправятся на спутник Земли в рамках исследовательской программы «Артемида». Новый костюм для покорителей космоса отличается, прежде всего, цветом: мы привыкли видеть белые скафандры, однако самое современное снаряжение неожиданно оказалось черным с оранжевыми и синими элементами. Кроме того, костюм имеет множество регулируемых деталей и тем самым обеспечивает космонавтам дополнительные возможности и повышенную гибкость. Материалы, из которых сделан скафандр, позволяют выдерживать крайне суровые условия и температуры — от +50 °C до –200 °C. Также специальное снаряжение предполагает наличие нескольких осветительных приборов разной мощности и камеру высокого разрешения.

Таким образом, современные скафандры оборудованы всеми необходимыми системами жизнеобеспечения и новейшими технологиями. Но какими же были скафандры прошлого? Прошло уже более 60 лет с момента первого полета человека в космос, и за это время изменились не только наши представления о Вселенной, но и дизайн космического снаряжения. В этой статье мы выясним, как появились скафандры и какие изменения они пережили на протяжении своей истории.

Как зародилась идея космических скафандров

На самом деле впервые скафандр появился задолго до освоения космоса. Удивительно, но идею космического снаряжения будущим разработчикам подсказали люди, на первый взгляд, далекие от науки, а именно художники и писатели. Например, английский художник Эдвард Фрэнсис Берни создал графический роман «Путешествие на Луну эсквайра Кью Кью» еще в 1815 году. Произведение представляло собой серию рисунков, изображающих полет на спутник Земли. Главный герой — космонавт — был одет в специальный защитный костюм, который оберегал его от различных угроз. Несмотря на то, что научно-фантастические романы об освоении космоса уже существовали, именно Берни стал одним из первых, кто осознал, что космос полон опасностей, для противостояния которым человеку понадобится серьезное снаряжение.

Несколько позже, в 1865 году, в свет вышел научно-фантастический роман Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут», который спустя десятилетия будет экранизирован Жоржем Мельесом как первый фантастический цветной фильм. Однако скафандр Жюля Верна мало чем отличался от водолазного костюма из другого его романа «Двадцать тысяч лье под водой». Следующие авторы, например Гарретт Сервисс и его «Эдисоновское завоевание Марса», мыслили аналогичным образом, поэтому конструкция их скафандров также оставалась подобной нынешнему гидрокостюму. Тем не менее именно искусство подсказало ученым немало идей для конструкции скафандров и оказало важнейшее влияние на производство и дальнейшее совершенствование космического снаряжения.

Первые скафандры: от космолаза до высотных костюмов

Разработчики первых скафандров также основывались на водолазном снаряжении, поэтому и назвали космические костюмы «космолазами». Однако космолазы не выдержали проверки: движение в них было сильно затруднено, а огромный металлический шлем с высоким стальным воротником создавал дополнительные проблемы из-за огромного размера и веса. Кроме того, костюм включал в себя громоздкие ботинки на шнуровке и толстые перчатки, да и сама его конструкция делала космонавта неповоротливым. Даже надеть такое снаряжение было довольно сложно, это требовало немалого количества времени и сил. Но, несмотря на такую громоздкость, костюм не был снабжен раздельной вентиляцией и необходимой теплозащитой. Но на дворе были только 1920-е годы, так что до первого полета человека в космос оставалось еще много времени!

Особенно динамично космонавтика стала развиваться после Второй мировой войны, когда в начале 1950-х годов разработкой скафандров активно занялись ВВС Америки. В то время космические костюмы стали похожи на снаряжение пилотов самолетов, но только с добавлением алюминия и других металлических сплавов для повышения прочности. Так конструкция скафандров стремительно эволюционировала и приблизилась к современному их виду, однако все еще не могла гарантировать полную безопасность космонавтов. Стоит сказать, что с каждой новой моделью космический костюм имел все большее количество защитных слоев, а со временем в ткань начали внедряться металлические элементы. Также совершенствовались дыхательные и вентиляционные системы и системы снабжения и связи.

Не менее стремительно развивалась космическая промышленность в Советском Союзе. Инженерные группы занимались разработкой так называемых «высотных костюмов», но возможность проверить их в действии предоставлялась только на военных самолетах. Проводились и экспериментальные прыжки в скафандрах с парашютом. Даже страшно представить, как именно это происходило! Ведь шлемы космонавтов все еще тяготели к цилиндрической форме, были тяжелыми и достаточно объемными. Сами костюмы также были массивные и преимущественно серого цвета.

Только к 1960 году разработали первый космический костюм, который удалось испытать непосредственно в космосе. Это был спасательный скафандр, прославившийся в будущем как СК-1 для космических кораблей «Восток». Именно в этом скафандре космонавт Юрий Гагарин совершил первый в истории полет в космос. СК-1 — это не просто снаряжение, а целый комплекс систем жизнеобеспечения и спецсредств для спасения космонавта при любых, даже самых критичных условиях окружающей среды. Комбинезон отличался ярким оранжевым цветом специально для того, чтобы космонавта было легче найти в случае бедствия. Скафандр состоял из трубопроводной системы, которая поддерживала необходимый тепловой режим тела и извлекала влагу. При этом скафандр предназначался для использования только в паре с дополнительным теплозащитным комбинезоном и снабжался раздельной вентиляцией (то есть шлем отделялся от оболочки резиновой шторкой, но не снимался полностью). Несмотря на обилие различных и сложных устройств, такой скафандр был гораздо удобнее предшествующих моделей. А для того, чтобы надеть этот костюм, также не требовалась целая команда специалистов, как было раньше. Космонавт самостоятельно надевал скафандр, что занимало в среднем около 5 минут.

Тем не менее этот костюм также имел существенный недостаток: его мягкая оболочка под действием внутреннего избыточного давления с трудом позволяла космонавту согнуть руки или ноги. Это приводило к повышенной утомляемости организма, поскольку приходилось увеличивать запасы кислорода и расширять систему охлаждения. Зато костюм вместе с его высокотехнологичной на тот момент системой жизнеобеспечения позволял членам экипажа проводить на корабле не менее десяти суток.

Скафандры американских космических программ

В 1959–1963 годы стартовала первая американская пилотируемая космическая программа «Меркурий». Ее задачами было создание пилотируемого корабля и исследование возможности пребывания в космосе. В рамках этой программы было совершено шесть полетов — два суборбитальных и четыре орбитальных. Помимо создания корабля, для нее разработали специальный скафандр Navy Mark IV Suit. До появления «Марка IV» уже создавались подобные типы скафандров, но все они были крайне сложными в использовании, имели проблемы с подвижностью и большой вес. Новый же скафандр стал самым легким в истории на тот момент. Он выглядел как серебристый, отражающий свет костюм с герметичным шлемом и имел множество ремней, застежек-молний и стягивающих шнуров. Ткань была изготовлена из нейлона с алюминиевым напылением для улучшения теплообмена. Именно в скафандры «Марк IV» были одеты астронавты США, известные как «первая семерка».

Вместе с тем в 1963 году был разработан костюм, известный как АХ1-L, или SPD-143 Suit. Он имел черные резиновые спирали на коленях, локтях и бедрах, которые позволили астронавтам свободно сгибать конечности (в отличие от гагаринского СК-1). А поддерживающая система из ремней на груди удерживала костюм от чрезмерного расширения (без нее скафандр мог бы раздуться под сильным давлением). Кстати, предыдущая модель костюма «Марк IV», которую использовали для полетов первые астронавты, столкнулась именно с такой проблемой: костюм плохо менял свою форму, поэтому под высоким давлением астронавты были фактически обездвижены. AX1-L же полностью решил эту проблему.

В начале 1970-х годов инженеры программы «Аполлон», целью которой была высадка космонавтов на Луну, обновили скафандры и значительно их усовершенствовали именно для того, чтобы обеспечить свободное передвижение по лунной поверхности. Например, к перчаткам добавили резиновые вставки на кончиках пальцев, а также дополнительно разработали переносные рюкзаки жизнеобеспечения. Кроме того, у костюмов для «Аполлона» были сапоги, предназначенные специально для ходьбы по каменистой земле, а воздух подавали через новый модифицированный шланг, соединяющий скафандр с космическим кораблем. Также внутренняя часть шлема больше не запотевала от влажности. Сами скафандры больше не охлаждались обычным воздухом: нейлоновая сетка нижнего белья позволяла охлаждать тело космонавта водой, как радиатор охлаждает двигатель автомобиля. Дополнительные слои ткани позволили улучшить герметичность и обеспечили добавочную защиту от тепла. Назывался новый костюм «Лунная походка». В общей сложности вес такого скафандра вместе с рюкзаком составил около 82 кг на Земле, но на Луне вес значительно уменьшается — примерно до 14 кг. При этом костюм имел множество дополнительных приспособлений и тканевых вставок: они обеспечили лучшую герметизацию, термозащиту и теплообмен.

Помимо разработки специального костюма для высадки на Луну, инженеры занимались созданием отдельного скафандра для полета на шаттле. Так, скафандры имели четкую классификацию:

  • спасательные;
  • для работы в открытом космосе;
  • для полетов на шаттле (космическом корабле).

Первый скафандр для полетов на шаттле впоследствии будет назван «тыквенным костюмом» за ярко-оранжевый цвет, или «костюмом космического челнока». Он включал в себя стартовый и входной шлем со всеми средствами связи. Кроме того, разработали новую модель перчаток и ботинок, кислородный коллектор, клапаны, встроенные спасательный плот и круг.

Позднее, в 1986 году, а именно после катастрофы шаттла «Челленджер», инженеры разработали специальный золотистый костюм с парашютом для того, чтобы члены экипажа могли покинуть космический корабль в чрезвычайной ситуации. Он получил название Advance Crew Escape System Pressure Suit и был модифицированной версией высотного скафандра ВВС Америки. Вместо трубок и лент в нем использовались надувные мешки, а для герметизации шлема вокруг шеи надувался специальный воротник. Вес нового костюма вместе с парашютом составлял около 43 килограммов, довольно много.

Также именно в этот период костюмы оранжевого цвета стали носить исключительно на шаттлах, поэтому они не были предназначены для суровых условий. А более тяжелые белые скафандры использовались вне корабля, то есть при выходе в открытый космос. Ведь именно белые костюмы лучше всего отражали свет и были снабжены дополнительными плотными тканями, утеплителями и трубками.

Таким образом, инженеры фактически разработали новую систему скафандров, состоящую из двух основных костюмов, которые используются для двух разных задач. Оранжевый костюм — это конфигурация № 1, которую можно носить во время запуска, посадки и, при необходимости, внезапной разгерметизации кабины. А конфигурация № 2, то есть белый костюм, используется во время лунных походов. Исходя из своего предназначения, костюмы имеют разную комплектацию: конфигурации № 1 фактически не нужен рюкзак жизнеобеспечения, который необходим для конфигурации № 2.

Какие скафандры используются сегодня

Если первые космические скафандры практически полностью делали из мягких тканей и они содержали относительно немного металлических сплавов, современные их варианты сочетают и мягкие, и жесткие компоненты практически в равной степени. Это обеспечивает поддержку жизнеобеспечения космонавтов, их мобильность и большее удобство. При этом новые скафандры являются грамотными и усовершенствованными версиями своих предшественников, только теперь — с внедренными компьютерами, профессиональными камерами высокого разрешения и другими высокотехнологичными устройствами. Одним из таких является «Орлан», разработанный советскими учеными еще в конце прошлого века. Он предназначен для работы в открытом космосе продолжительностью около семи часов, но из-за индивидуальных различий в потреблении кислорода фактическая продолжительность может меняться. «Орлан» обеспечивает космонавтам безопасную среду для дыхания, поддерживает нормальную температуру тела и защищает от ультрафиолетовых, космических лучей и различной пыли. Остальные характеристики скафандра значительно модифицировались за несколько десятков лет.

Последний на данный момент экземпляр костюма нового поколения был разработан в конце 2010-х годов. В него встроен современный компьютер, который контролирует работу всех важнейших систем обеспечения. Автоматика перед выходом в космос или во время работы за пределами станции сразу же сообщит даже о небольших отклонениях в показателях и даст рекомендации космонавту, что нужно делать в сложившейся ситуации. Также скафандр имеет универсальный для всех космонавтов шлем, который можно настроить под индивидуальные параметры членов экипажа. Кроме того, современный «Орлан» называют миниатюрным космическим кораблем: костюм не просто надевают, а в прямом смысле входят в него. Причем вход осуществляется через дверь в спинной части скафандра.

Большинство современных моделей скафандров также имеют такой «вход» в костюм. Например, Z-1 Prototype Space suit, разработанный и сконструированый в 2012 году. Он даже получил титул лучшего изобретением года по версии журнала «Тайм». Новый костюм состоит из нейлона и полиэстера для более эффективного контроля давления.

Для внекорабельной деятельности наряду с «Орланом» используют Extravehicular Mobility Unit, или EMU — американский костюм для выхода в открытый космос. Скафандр похож на модель «Орлана», однако имеет несколько отличий, например, усиленный корпус, способный выдерживать более суровые температуры, а также более продолжительное время работы в открытом космосе — 8 часов.

Кроме того, прямо сейчас инженеры занимаются разработкой скафандров нового поколения. Например, Biosuit, или «скафандр будущего». Он будет сделан из нового материала — эластичной ткани, которая выложена по всей площади костюма тонкими нитями из никель-титанового сплава. Подключенный к источнику питания костюм заставит нити сократиться, плотно облегая тело астронавта. В такой защите члены экипажа смогут с легкостью передвигаться по поверхности других планет.

Стоимость таких скафандров варьируется от сотен тысяч долларов до десятков миллионов. Например, тот же EMU стоит 12 миллионов долларов. Многие современные скафандры разработчики называют «домами», поскольку они действительно выполняют все функции полноценного убежища для астронавтов. Такие космические костюмы имеют не просто несколько защитных слоев, но и встроенную технику: компьютеры, средства связи, кондиционеры и т.д.

А теперь вспомните, с чего все начиналось? Еще в прошлом веке космические костюмы были настолько грузными, что в них едва можно было передвигаться. При этом они не могли полностью защитить космонавта от вероятных угроз. Сейчас же скафандры — это целые космические корабли в миниатюре, способные обеспечить каждому члену экипажа не только полную безопасность, но и другие необходимые удобства для длительного пребывания как на корабле, так и в открытом космосе.

Поделитесь этим с друзьями!

Штатный журналист HiTecher и фанат всего, что связано с высокими технологиями и наукой. Среди его материалов: новости из мира гаджетов, статьи о важных фундаментальных открытиях, а также разборы проблем современного бизнеса. На HiTecher у Эвана есть авторская колонка.

Будьте первым, кто оставит комментарий

Пожалуйста, авторизируйтесь для возможности комментировать

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).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *