Космические скафандры: личная Земля — Naked Science
08.04.2016
13 минут
Редакция
455

Космические скафандры: личная Земля

Чтобы понять, как устроены космические скафандры, инженером быть необязательно. Здесь все подчинено понятной логике выживания: температура, кислород, давление и... прочный привязной ремень.

ed_white_performs_first_u

Открытый космос – малоподходящее место для таких нежных существ, как люди. В отличие от каких-нибудь тихоходок или лишайника, мы не переносим отсутствие кислорода, почти нулевое давление вакуума, температуру, которая поднимается на сотни градусов, стоит только Солнцу выйти из тени, и, конечно, потоков солнечных и космических лучей и частиц. Но, как когда-то, осваивая северные широты, люди научились «брать юг с собой» и заворачиваться в теплую одежду, так и здесь людьми была сконструирована одежда, которая защищает от опасных факторов космической среды, воссоздавая на орбите «микроскопическую Землю».

 

Каждый скафандр – это, по сути, индивидуальный, защищенный от радиации космический корабль, в котором поддерживаются нужное давление и температура, стабилизируется состав дыхательной смеси и работают десятки других систем жизнеобеспечения и защиты, энергии и связи. И все это втиснуто в минимальный объем, формы и материалы, позволяющие человеку двигаться, работать и общаться.

 

Давление

Создать в скафандре нужное давление можно двумя способами, и оба они используются. Легкие компенсационные костюмы нужны военным летчикам и космонавтам на этапах взлета и посадки. В них тело человека оплетают ленточные кольца, связанные с системой резиновых трубок. По команде в трубки быстро нагнетается воздух, они увеличиваются в объеме и сжимают тело. Однако таким способом вряд ли можно создать равномерное давление, это лишь временная мера, и во «включенном» компенсационном скафандре провести можно считанные минуты.

 

Скафандры водолазов-глубоководников или космонавтов, проводящих в открытом космосе целый рабочий день, делают герметичными, поддерживая в них нужное давление самой дыхательной смесью. Как правило, это давление равно 1 атм, хотя, например, в скафандрах астронавтов американских кораблей Space Shuttle использовалось всего 0,29 атм.

 

Космонавты находятся в них, как внутри плотно надутой шины, что, кстати, серьезно затрудняет их движения. Для поддержания нормального давления в глубоком вакууме космоса скафандры обязательно имеют две оболочки. И если уж продолжать аналогию с надутым колесом, то роль шины здесь играет герметичный внутренний слой из высококачественной резины, а защитную роль покрышки – слой нейлона или капрона.

 

Жизнеобеспечение

Система жизнеобеспечения первых скафандров была незамкнутой и негерметичной: отработанный воздух, наполненный паром и углекислым газом, просто выводился наружу. Однако уже вскоре на смену им пришли скафандры с замкнутой регенерационной системой, в которой наряду с поддержанием нужной концентрации кислорода работают встроенные средства для удаления лишней воды, связывания углекислоты и регулирования температуры.

 

Удаление накопившегося углекислого газа производится химически, при прокачке дыхательной смеси через гидроксид лития (с образованием углекислого лития). Кислород подается из запасов, хранящихся в баллонах под большим давлением. Почти всегда в скафандре поддерживается атмосфера с повышенным содержанием кислорода. Чтобы не испытать опасное опьянение, космонавты, надев специальную маску, предварительно дышат кислородом, насыщая им кровь.

 

Температура

Для поддержания комфортной температуры современные скафандры изолируют от космической среды с помощью многих слоев ультрасовременных материалов, включая неопрен, Gore-Tex. Несколько слоев тонкой терефталатной пленки с алюминиевым напылением практически полностью блокируют теплообмен. Кроме того, внешний слой (например, майларовый) белого цвета эффективно отражает солнечные лучи, не давая скафандру перегреваться.

 

Впрочем, человеческое тело само достаточно нагревает внутренние объемы, и температура внутри скафандра во время работы стоит вполне тропическая. Охлаждение и выведение влаги, которая появляется с потом космонавта и быстро наполняет внутренний объем, – главная проблема скафандров. Для этого через него проходит густая система наполненных жидкостью трубочек, которые отводят излишки тепла прямо в космос.

 

«Лунный» скафандр астронавтов – участников миссий Apollo. Иллюстрация Стивена Бисти

 

Важные детали

Для защиты от микрометеоритов остается добавить еще один прочный слой – например, кевларовый, – и в целом наш скафандр будет готов. При этом мы уже набрали изрядное количество слоев, которые сами по себе служат неплохим экраном и от радиации, так что дополнительные меры защиты не понадобятся. Стоит лишь запомнить, что при особенно мощных потоках – например, во время солнечной вспышки – они не помогут, и в космос все-таки лучше не выходить.

 

Осталось дополнить скафандр небольшими, но важными деталями. Прозрачным куполом шлема из сверхпрочного поликарбоната – «бронестекла». Сдвижной полупрозрачной «шторкой» с густым отражающим напылением из золота, которое задержит больше трети солнечных лучей и позволит не ослепнуть под их светом. С внутренней стороны шлема не забыть нанести на стекло покрытие, препятствующее осаждению пара. Добавим лишь наушники и микрофон, связанные с радиоприемником, и можно выходить в открытый космос. Главное – не забыть привязаться к кораблю.

 

Движение и защита

Работать в условиях микрогравитации – совсем не то, что на Земле. Многие наши привычные движения и полезные рефлексы здесь только мешают. Не весящий ничего космонавт, пытаясь закрутить небольшую гайку, сам начнет вращаться в противоположном направлении. Первые люди, работавшие в открытом космосе, сообщали, что немало усилий уходит просто на поддержание своего положения в пространстве. Поэтому уже много лет у космонавтов и астронавтов вырабатывают специальные навыки работы в таких условиях, а на внешней обшивке МКС проложены целые «тропинки» из рукоятей и поручней, за которые можно удерживаться.

 

В остальном же человек, заключенный в многослойную, плотно надутую оболочку, оказывается почти беспомощен. Существовали проекты создания реактивных систем, которые обеспечивали бы скафандры хотя бы минимальной самостоятельностью и маневренностью на орбите. В космосе был даже испытан американский модуль MMU, похожий на стул с небольшими реактивными двигателями, управляющимися джойстиком. Скафандры астронавтов, работавших на Space Shuttle, оснащались спасательным модулем SAFER (Simplified Aid For EVA Rescue): 1400 г сжатого азота позволяли развить скорость до 3 м/с и вернуться в случае аварийной потери контакта с космическим кораблем.

 

Однако главной защитой космонавтов остается… обычная привязь. Если не считать испытаний модуля MMU в 1984 г. и модуля SAFET в 1994-м, все до сих пор прошедшие выходы в открытый космос производятся со страховкой. Кадры Евгения Леонова – первого человека, вышедшего за пределы космического корабля, – парящего на 15-метровой ленте, как на фантастической пуповине, облетели весь мир. Во времена Леонова эта «пуповина» также включала трубки для перекачки воздуха, провода и другие элементы. Сегодня это простая, легкая и прочная лента с карабинами, но именно она остается лучшим другом и защитником космонавта.

 

Позавчера, 12:17
23 минуты
Редакция

Возраст планеты, на которой мы живем, – примерно 4,54 миллиарда лет. И большую часть этого времени она была совершенно не похожа на ту Землю, которую мы знаем. Даже самые экзотические планеты за пределами Солнечной системы, возможно, не столь интересны, как наша родная в некоторые моменты ее истории. Наденем скафандр, сядем в машину времени – и представим себя инопланетными путешественниками, посетившими нашу систему в ее ранние времена.

3 часа назад
34 минуты
Александр Березин

SpaceX рассчитывает к 2050 году создать на Марсе колонию на миллион человек. Звучит абсурдно: осталось всего 30 лет, а до первого полета на Марс еще многие годы. Некоторые ученые, включая российских, считают планы Маска «фантазией» и «пропагандой». Тем не менее сама по себе постройка миллионной колонии на Красной планете вполне реальна. Разберемся, почему и отчего в это так трудно поверить остальному миру.

Позавчера, 20:34
2 минуты
Илья Ведмеденко

Девятнадцатого января должен состояться запуск ракеты-носителя Falcon 9 с космическим кораблем Crew Dragon в рамках испытания системы спасения. Стартовое окно откроется в 16:00 (мск), трансляцию вы сможете посмотреть на нашем сайте.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

17 января
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: