Космические скафандры: личная Земля

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.

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.

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.

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.

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.

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.