Человек в скафандре уже стал частью пейзажа на орбите Земли

Новая сфера деятельности человека в космическом пространстве. Рисунок из книги Бориса Ляпунова «Мечте навстречу». 1958

Через 50 лет после первого выхода человека в открытое пространство, когда внекорабельная деятельность (ВКД) из научного прогноза стала инженерной реальностью современного этапа космических полетов, вряд ли есть необходимость доказывать право ВКД на существование. Однако в научно-технической и гуманитарно-философской литературе этой проблеме всегда сопутствовал вопрос о целесообразности и необходимости деятельности человека непосредственно вне корабля или космической станции.

Космос принял

Организм человека, как и всех живых земных существ, формировался и развивался в гравитационных, температурных и атмосферных условиях планеты Земля. И вот человек попадает в ситуацию, принципиально враждебную по отношению к условиям его зарождения и существования. Нужно ли человеку стремиться в открытый космос? Подводит ли к этому логика освоения космоса, логика развития человеческой цивилизации?

Пионеры космонавтики осознавали эту проблему, ясно представляли себе необходимость ее решения. Еще в 1896 году Константин Циолковский предугадал и описал выход из «ракеты» и работу в открытом космическом пространстве: «…балахонщикам объяснили, что их выпустят на привязи длиной 1000 метров… подлетел к ракете, вот хватается за скобы». В вышедшей в 1923 году книге «Die Rakete ...» Герман Оберт писал: «…полезно было иметь крюки, чтобы зацепляться за выступы ракеты, за ее канаты и за кольца, специально для этой цели вделанные в ракеты».

В этих описаниях уже присутствуют все необходимые атрибуты: скафандры («балахоны»), шлюзовая камера, привязи, инструменты и т.п.

Дальновидный и прогностический ответ на вопрос о необходимости деятельности в открытом космосе был дан академиком Сергеем Павловичем Королевым в марте 1965 года, после полета космического корабля «Восход-2»: «Летая в космосе, нельзя не выходить в космос, как плавая, скажем, в океане, нельзя бояться упасть за борт и не учиться плавать. Это не фантастика, это необходимость. Чем больше люди будут летать в космосе, тем больше эта необходимость будет проявляться».

Великий шаг в открытый космос был сделан 18 марта 1965 года, когда космонавт Алексей Леонов первым в мире вышел из шлюза и пробыл вне корабля 12 минут и 9 секунд. Было показано, что человек может жить и активно действовать в открытом космосе. Переход через открытый космос из космического корабля «Союз-5» в «Союз-4» был выполнен в январе 1969 года уже двумя космонавтами, что способствовало появлению опыта для постановки и решения новых задач. Дальнейшая трудовая деятельность космонавтов нашей страны в открытом космическом пространстве осуществлена на орбитальных станциях (ОС) «Салют-6», «Салют-7», «Мир», МКС.

Концепция, кооперация, специализация

Выход членов экипажа из обитаемых герметичных отсеков – сложный, напряженный участок полета, связанный с повышенным риском и для космонавтов, и для специалистов наземных служб, которые создавали и отрабатывали технику, готовили экипаж, обеспечивали управление станцией на этом участке. Объясняется это экстремальными условиями среды, в которой разворачивается внекорабельная деятельность, и  совокупностью специфических особенностей, присущих ВКД: использованием скафандра, обеспечивающего жизнедеятельность, но изменяющего функциональные возможности человека; безопорным состоянием и изменением биомеханики человека; необходимостью фиксации космонавта и всей предметной среды.

Новизна и сложность научно-технических проблем по обеспечению возможности жить и продуктивно работать в условиях открытого космоса очевидна. Последовательное и корректное решение этой задачи потребовало постановки ее как общегосударственной и привлечения научно-инженерного потенциала в масштабе страны, включая большой круг организаций и различных отраслей промышленности и учреждений Академии наук.

Интегрирующие и координационные функции по всестороннему обеспечению ВКД – от проектной постановки задач до реализации в полете – осуществляет РКК «Энергия». Расширение спектра и объема эксплуатационных задач обусловили создание по инициативе летчика-космонавта, кандидата технических наук Владимира Аксенова, специализированного экспериментально-испытательного подразделения. Его функции – координация взаимодействия организаций – участников кооперации по обеспечению ВКД; организация разработки и изготовления экспериментальных установок для наземной отработки ВКД; эргономическое проектирование, технологическое и методическое обеспечение ВКД; создание инструментов, средств фиксации и приспособлений для ВКД; наземная экспериментальная отработка и испытания технических средств, технологии и методики ВКД в условиях моделированной микровесомости; разработка и верификация бортовых инструкций для экипажа; техническое и методическое обеспечение тренировок космонавтов; информационное обеспечение экипажа; сопровождение и поддержка в Центре управления полетами в процессе подготовки и реализации ВКД.

В космос как на работу. Фото из архива автора

В разное время подразделением руководят: летчик-космонавт, к.т.н. В.В. Аксенов, д.т.н. О.С. Цыганков, летчик-космонавт А.Ф. Полещук. В отделе работали будущие космонавты: В.В. Аксенов, Г.М. Стрекалов, Ю.В. Усачев, А.И. Лазуткин, А.Ф. Полещук, К.М. Козеев, М.Б. Корниенко, О.Г. Артемьев; в настоящее время в отряде космонавтов готовятся бывшие сотрудники отдела Н.В. Тихонов и А.Н. Бабкин.

Есть концептуальное обстоятельство, которое способствует особо продуктивной и успешной работе отдела. Инженеры и руководители отдела наряду с исполнением должностных обязанностей в качестве испытателей принимают участие в экспериментах и испытаниях в условиях микровесомости в самолете-лаборатории и гидросреде. Для этого все они дополнительно проходят парашютную и водолазную подготовку, овладевают техникой и методикой работы в скафандре. Все это возможно при личной хорошей переносимости физических условий испытаний.

Отсутствие опережающих проблемно-ориентированных исследований, объективной и всесторонней информации о специфике ВКД являлось бы серьезным препятствием для осуществления отечественных космических программ. Поэтому научно-техническое обеспечение работ в условиях открытого космического пространства стало одной из насущных и актуальных исследовательских и инженерных задач на этапе создания и эксплуатации орбитальных станций.

Стенды, исследования, эксперименты

Стенд обезвешивания «Селен» в РКК «Энергия» стал, по существу, лабораторией и полигоном для активных поисковых работ, формирования технико-эргономических требований, предпроектного макетирования, оценки сопрягаемости оборудования со скафандром. В 2012–2014 годах осуществлена глубокая модернизация стенда, позволяющая имитировать условия гравитации 0,16 g и 0,38 g – для лунных и марсианских программ.

Был выполнен комплекс исследований и разработок, среди которых: исследование функциональных возможностей человека, снаряженного в скафандр под избыточным давлением и находящегося в условиях невесомости; создание специальных и специализированных космических инструментов и технологических приспособлений; разработка методов и устройств фиксации в условиях невесомости; систематическое совершенствование эксплуатационных характеристик защитного снаряжения – скафандров.

Отработка действий космонавтов на поверхности Луны – отдельное направление в развитии ВКД. В полетах на режимах 0,16 от земной гравитации были определены особенности перемещения, выполнения рабочих движений; отработаны геологические инструменты и весь спектр задач, которые могли быть поставлены перед первой десантной экспедицией на Луну (1970).

Движущими силами развития и совершенствования ВКД являлись как успешные технические и медицинские исследования и разработки, так и те проблемы и ситуации, которые ставила жизнь в процессе эксплуатации ОС. Ряд выполненных сборочно-монтажных работ по их сложности и оригинальности решений может быть отнесен к уникальным в мировой космонавтике. Например, работы по расширению эффективной площади солнечных батарей на станциях «Салют-7» и «Мир»; сборка и установка крупногабаритных ферменных конструкций; установка на ферме «Софора» (1992) выносной двигательной установки; монтажи на МКС кабельных трасс в 2000 и 2001 годах, грузовой стрелы (2001), противометеоритных панелей (2002).

Выполнены ремонтно-восстановительные работы, которые предотвратили прекращение полета станций и позволили продолжить полеты в полном объеме их возможностей – инспекция стыковочного агрегата переходного отсека («Салют-6»); отсоединение зацепившейся антенны и разблокирование стыковочного агрегата («Салют-6»); ремонт объединенной двигательной установки, «Салют-6» – ремонт телескопа на модуле «Квант»; ремонт люка шлюзового отсека модуля «Квант-2» («Мир»); предотвращение баллистического спуска путем разблокирования замка в соединении корабля «Союз» в составе МКС (2008).

Проведение научных экспериментов в сеансах ВКД, использование возможностей экипажа предоставляет широкое поле для естественнонаучных исследований. Такие неординарные результаты, как, например, управление расплавленным металлом и электронным лучом, искусственное северное сияние, открытие сверхновой звезды в созвездии Лисички, плазменный кристалл, обнаружение микроорганизмов в жизнеспособном состоянии в открытом космосе и многие, многие другие, получены с использованием возможностей и действий космонавтов в процессе их внекорабельной деятельности.

Скафандр как инженерное сооружение

Эффективные образцы оборудования и рациональные методические приемы ВКД, разработанные в 70–80 годы прошлого века, используются уже не один десяток лет. ВКД стала неотъемлемой составляющей в практике эксплуатации орбитальных станций и позволила выйти на принципиально новые позиции по срокам активного существования и диапазону их научно-технического потенциала. Установившийся уровень эффективности ВКД, вполне удовлетворительный для минувших этапов развития космонавтики, не является предельным и достаточным.

Каковы перспективы развития ключевого элемента системы ВКД – скафандра? Вот как это описывал Циолковский: «Глаза за стеклами… это та же одежда, только еще хуже, стеснительней. Зато там она не имеет веса, не отягчает плечи и, во всяком случае, бесконечно удобнее одежды эскимоса или якута. Да, она еще и не достигла идеального совершенства, когда же достигнет – вы ахнете».

Внекорабельная деятельность космонавта в представлении К.Э. Циолковского. Рисунок из архива автора

В составе скафандра может появиться бортовой компьютер для управления агрегатами жизнеобеспечения, а также с функциями экспертной системы и интеллектуального партнера; криогенные агрегаты, биоэлектронные органы зрения, достаточные энергоресурсы. Ввод информации осуществляется устными командами, указания космонавту передаются речевым синтезатором, вся информация отражается на остеклении гермошлема. При этом скафандр, как инженерное сооружение, может иметь модульно-сборную конструкцию. Ее можно трансформировать в композицию для условий орбитального или межпланетного полета, для условий Луны, Марса, астероида или других инопланетных тел.

Начало ІІІ тысячелетия отмечено актуализацией интереса мирового сообщества к экспедиции на Марс. Этот обостренный интерес не ограничивается исследованиями Марса беспилотными аппаратами, а воплощается в разработки аванпроектов пилотируемой экспедиции, в проведение наземных и экспериментальных работ. Опыт геоорбитальной ВКД – достаточен для реализации внекорабельной деятельности в межпланетном полете или в полете по орбите вокруг Марса.

ВКД на поверхности Марса – новая сфера деятельности человека в космическом пространстве. Опережающие исследования работоспособности человека в защитном снаряжении на поверхности Марса – необходимое условие проектирования пилотируемой экспедиции, задел для отдаленных программ исследования тел Солнечной системы – астероидов, а может быть, даже таких спутников планет-гигантов, как Титан, Европа, Энцелад. Скажем, получена аналитическая и модельно-экспериментальная оценка воздействия ветровых нагрузок на марсонавта на поверхности планеты, что так важно будет для десантной группы экипажа при полете на Марс.

Временным лагом, отделяющим историческое прошлое от современности, принято считать 50 лет. Для специалистов по ВКД это не прошлое, а расширенное на всю трудовую жизнь настоящее. Так, относительно действий космонавта на поверхности Луны можно отметить, что в РКК «Энергия» не только сохранен   опыт по отработке этой тематики, но еще трудятся специалисты, которые были участниками этих работ.

С полной уверенностью можно утверждать, что после 18 марта 1965 года космонавт в скафандре всегда будет оставаться субъектом – исполнителем космической деятельности человечества.