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.

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», - говорит 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.

Выводы

· 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.

Источник