Скафандрите на астронавтите не са просто костюми за летене в орбита. Първият от тях се появява в началото на ХХ век. Това беше време, когато до космическите полети оставаше почти половин век. Учените обаче разбраха, че изследването на извънземни пространства, чиито условия се различават от познатите ни, е неизбежно. Ето защо за бъдещи полети те измислиха оборудване за астронавти, което може да защити човек от смъртоносна външна среда.
Концепция за скафандър
Какво представлява оборудването за космически полети? Скафандърът е своеобразно чудо на техниката. Това е миниатюрна космическа станция, която следва формата на човешкото тяло.
Модерен скафандър е оборудван с цял астронавт. Но въпреки сложността на устройството, всичко в него е компактно и удобно.
История на създаването
Думата "скафандър" има френски корени. Тази концепция е въведена през 1775 г. от математика абат Жан Баптист де Пас Шапел. Разбира се, в края на 18 век никой дори не е мечтал да лети в космоса. Думата „водолазен костюм“, която в превод от гръцки означава „човек-лодка“, беше решена да се използва за оборудване за гмуркане.
С настъпването на космическата ера това понятие започна да се използва в руския език. Само тук придоби малко по-различно значение. Човекът започна да се изкачва все по-високо и по-високо. В тази връзка имаше нужда от специално оборудване. Така че на височина до седем километра това означава топли дрехи и кислородна маска. Разстояния в рамките на десет хиляди метра, поради спад на налягането, изискват кабина под налягане и компенсиращ костюм. В противен случай, по време на намаляване на налягането, белите дробове на пилота ще спрат да абсорбират кислород. Е, какво ще стане, ако отидете още по-високо? В този случай ще ви трябва космически костюм. Трябва да е доста херметичен. В този случай вътрешното налягане в скафандъра (обикновено в рамките на 40 процента от атмосферното налягане) ще спаси живота на пилота.
През 20-те години на миналия век се появяват редица статии на английския физиолог Джон Холдън. Именно в тях авторът предлага използването на водолазни костюми за защита на здравето и живота на балонистите. Авторът дори се опита да приложи идеите си на практика. Той построи подобен скафандър и го тества в камера под налягане, където налягането беше настроено да съответства на надморска височина от 25,6 km. Но изграждането на балони, способни да се издигнат в стратосферата, не е евтино удоволствие. А американският балонист Марк Ридж, за когото беше предназначен уникалният костюм, за съжаление не събра средства. Ето защо скафандърът на Холдън не е тестван на практика.
У нас върху космически костюми е работил инженер Евгений Чертовски, който е бил служител на Института по авиационна медицина. В продължение на девет години, от 1931 до 1940 г., той разработва 7 модела херметично оборудване. Първият съветски инженер в света реши проблема с мобилността. Факт е, че когато се издигаше до определена височина, костюмът се издуваше. След това пилотът беше принуден да положи големи усилия дори просто да огъне крака или ръката си. Ето защо моделът Ch-2 е проектиран от инженер с панти.
През 1936 г. се появява нова версия на космическото оборудване. Това е моделът Ч-3, съдържащ почти всички части, присъстващи в съвременните скафандри, използвани от руските космонавти. Тестът на тази версия на специално оборудване се състоя на 19 май 1937 г. Тежкият бомбардировач TB-3 беше използван като самолет.
От 1936 г. скафандрите на космонавтите започват да се разработват от млади инженери от Централния аерохидродинамичен институт. За това ги вдъхнови премиерата на научнофантастичния филм „Космически полет“, създаден съвместно с Константин Циолковски.
Първият скафандър с индекс SK-STEPS-1 е проектиран, произведен и тестван от млади инженери само през 1937 г. Дори външното впечатление от това оборудване показва извънземното му предназначение. В първия модел беше осигурен конектор за колан за свързване на долната и горната част. Значителна подвижност се осигурява от раменните стави. Черупката на този костюм е направена от два слоя
Следващата версия на скафандъра се отличава с наличието на автономна система за регенерация, предназначена за 6 часа непрекъсната работа. През 1940 г. е създаден последният съветски предвоенен скафандър - SK-STEPS-8. Това оборудване е тествано на изтребителя I-153.
Създаване на специална продукция
В следвоенните години инициативата за проектиране на скафандри за астронавти беше поета от Института за летателни изследвания. Неговите специалисти получиха задачата да разработят костюми, предназначени за авиационни пилоти, покоряващи все нови скорости и височини. Един институт обаче очевидно не беше достатъчен за масово производство. Затова през октомври 1952 г. инж. Александър Бойко създава специална работилница. Намираше се в Томилино, близо до Москва, в завод № 918. Днес това предприятие се нарича АЕЦ "Звезда". Именно върху него по едно време е създаден скафандърът на Гагарин.
Полети в космоса
В края на 50-те години на миналия век започва нова ера в изследването на извънземното пространство. През този период съветските инженери-конструктори започнаха да проектират космическия кораб "Восток", първият космически кораб. Първоначално обаче беше планирано, че за тази ракета няма да са необходими скафандри на астронавти. Пилотът трябваше да бъде в специален запечатан контейнер, който да бъде отделен от спускаемия модул преди кацане. Тази схема обаче се оказа много тромава и освен това изискваше продължителни тестове. Ето защо през август 1960 г. вътрешното оформление на Восток е преработено.
Специалисти от бюрото на Сергей Королев заменят контейнера с катапултираща седалка. В тази връзка бъдещите космонавти се нуждаеха от защита в случай на понижаване на налягането. Ето какво стана скафандърът. Времето за скачването му с бордовите системи обаче беше крайно недостатъчно. В тази връзка всичко необходимо за поддържането на живота на пилота беше поставено директно в седалката.
Първите скафандри на космонавти се наричаха SK-1. Те са базирани на костюма за голяма надморска височина Vorkuta, предназначен за пилоти на изтребителя SU-9. Само каската е напълно реконструирана. В него е монтиран механизъм, който се управлява от специален сензор. Когато налягането в костюма падна, прозрачният визьор моментално се затвори.
Оборудването за астронавтите е направено по индивидуални измервания. За първия полет той беше създаден за тези, които показаха най-доброто ниво на обучение. Това е челната тройка, която включва Юрий Гагарин, Герман Титов и Григорий Нелюбов.
Интересно е, че астронавтите са били в космоса след скафандъра. Един от специалните костюми на марката SK-1 беше изпратен в орбита по време на две тестови безпилотни изстрелвания на космическия кораб "Восток", които се състояха през март 1961 г. В допълнение към експерименталните мелези на борда имаше манекен "Иван Иванович", облечен в скафандър. В гърдите на този изкуствен човек е монтирана клетка с морски свинчета и мишки. И така, че случайните свидетели на кацането да не сбъркат „Иван Иванович“ с извънземен, под козирката на скафандъра му беше поставен знак с надпис „Модел“.
Скафандърите SK-1 бяха използвани по време на пет пилотирани полета на космическия кораб "Восток". В тях обаче не можеха да летят жени астронавти. За тях е създаден моделът SK-2. За първи път е използван по време на полета на космическия кораб "Восток-6". Изработихме този скафандър, съобразявайки се със структурните особености на женското тяло, за Валентина Терешкова.
Разработки на американски специалисти
При изпълнението на програмата Mercury американските дизайнери последваха пътя на съветските инженери, като същевременно направиха свои собствени предложения. Така първият американски скафандър взе предвид факта, че астронавтите в космоса в бъдеще ще останат в орбита по-дълго.
Дизайнерът Ръсел Коли произведе специален костюм Navy Mark, първоначално предназначен за полети на пилоти на военноморската авиация. За разлика от други модели, този скафандър беше гъвкав и имаше относително ниско тегло. За да се използва тази опция в космическите програми, бяха направени няколко промени в дизайна, които се отразиха предимно на дизайна на каската.
Американските скафандри са доказали своята надеждност. Само веднъж, когато капсулата Mercury 4 се пръсна и започна да потъва, костюмът почти уби астронавта Вирджил Грисон. Пилотът едва успя да излезе, тъй като дълго време не можеше да се изключи от бордовата животоподдържаща система.
Създаване на автономни скафандри
Поради бързите темпове на изследване на космоса беше необходимо да се проектират нови специални костюми. В края на краищата, първите модели бяха само аварийно спасяване. Поради факта, че са били прикрепени към системата за поддържане на живота на пилотиран космически кораб, астронавтите не са могли да излязат в космоса с такова оборудване. За да се навлезе в открито извънземно пространство, беше необходимо да се конструира автономен скафандър. Дизайнерите на СССР и САЩ се заеха с тази задача.
Американците за своята космическа програма Gemini създадоха нови модификации на скафандрите G3C, G4C и G5C. Вторият от тях беше предназначен за излизане в открития космос. Въпреки факта, че всички американски скафандри бяха свързани към бордовата система за поддържане на живота, в тях беше вградено автономно устройство. Ако е необходимо, неговите ресурси биха били достатъчни, за да поддържат живота на астронавт за половин час.
На 3 юни 1965 г. американецът Едуард Уайт излиза в открития космос, облечен в скафандър G4C. Той обаче не беше пионер. Два месеца и половина преди него Алексей Леонов посети кораба до кораба. За този исторически полет съветските инженери разработиха скафандъра Беркут. Той се различава от SK-1 по наличието на втора херметична обвивка. Освен това костюмът имаше раница, оборудвана с кислородни бутилки, а в шлема му беше вграден светлинен филтър.
Докато беше в открития космос, човек беше свързан с кораба със седемметров фал, който включваше устройство за поглъщане на удари, електрически проводници, стоманен кабел и маркуч за аварийно подаване на кислород. Историческото излизане в извънземното пространство се състоя на 18 март 1965 г. То беше локализирано в рамките на 23 минути. 41 сек.
Скафандри за изследване на Луната
След като овладя земната орбита, човекът продължи напред. И първата му цел беше да полети до Луната. Но за това се нуждаехме от специални автономни скафандри, които да ни позволят да останем извън кораба няколко часа. И те са създадени от американците по време на разработването на програмата Аполо. Тези костюми осигуряват защита на астронавта от слънчево прегряване и микрометеорити. Първата разработена версия на лунните скафандри се нарича A5L. По-късно обаче беше подобрена. Новата модификация на A6L е с топлоизолираща обвивка. Версията A7L беше огнеустойчива опция.
Лунните скафандри бяха еднокомпонентни многослойни костюми с гъвкави гумени съединения. Имаше метални халки на маншетите и яката, предназначени за закрепване на запечатани ръкавици и каска. Скафандрите се закопчаваха с вертикален цип, пришит от слабините до врата.
Американците стъпиха на повърхността на Луната на 21 юли 1969 г. По време на този полет скафандрите A7L намериха своето приложение.
Съветските космонавти също планираха да отидат на Луната. За този полет са създадени скафандрите Krechet. Това беше полутвърда версия на костюма, която имаше специална врата на гърба. Астронавтът трябваше да се качи в него, като по този начин постави оборудването. Вратата беше затворена отвътре. За тази цел бяха предвидени страничен лост и сложна кабелна верига. Вътре в костюма имаше и животоподдържаща система. За съжаление съветските космонавти така и не успяха да посетят Луната. Но създаденият за такива полети скафандър по-късно е използван при разработването на други модели.
Оборудване за най-новите кораби
В началото на 1967 г. Съветският съюз започва изстрелването на Союз. Това бяха превозни средства, предназначени да създават времето, прекарано в тях от астронавтите, неизменно нарастващо.
За полети на космически кораби "Союз" е произведен скафандърът "Ястреб". Разликите му от Беркут бяха в дизайна на системата за поддържане на живота. С негова помощ дихателната смес е циркулирала вътре в скафандъра. Тук се почиства от вредни примеси и въглероден диоксид и след това се охлажда.
Новият спасителен костюм Сокол-К беше използван по време на полета на Союз-12 през септември 1973 г. Дори търговски представители от Китай закупиха по-модерни модели на тези защитни костюми. Интересен е фактът, че при изстрелването на пилотирания космически кораб "Шанджоу" астронавтите в него бяха облечени в екипировка, много напомняща на руския модел.
За космически разходки съветските дизайнери създадоха скафандъра "Орлан". Това е автономно полутвърдо оборудване, подобно на лунния Кречет. Освен това трябваше да го поставите през врата отзад. Но за разлика от Кречет, Орлан беше универсален. Ръкавите и крачолите му лесно се регулираха до желаната височина.
Не само руските космонавти летяха в скафандри „Орлан“. Китайците направиха своя "Feitian" на базата на това оборудване. С тях излязоха в открития космос.
Скафандри на бъдещето
Днес НАСА разработва нови космически програми. Те включват полети до астероиди, до Луната и затова продължава разработването на нови модификации на скафандри, които в бъдеще ще трябва да съчетават всички положителни качества на работния костюм и спасителното оборудване. Все още не е известно коя опция ще изберат разработчиците.
Може би това ще бъде тежък, твърд скафандър, който предпазва човек от всички негативни външни влияния, или може би съвременните технологии ще направят възможно създаването на универсална черупка, чиято елегантност ще бъде оценена от бъдещите жени астронавти.
На 12 април 2010 г. се навършват точно 49 години от първия космически полет на Юрий Гагарин през 1961 г. На този ден цялата планета отбелязва Световния ден на авиацията и космонавтиката.
По този повод реших да напиша публикация за космически костюми - да говоря за историята на техния произход, дизайн и, ако е възможно, да сравня нашите космически костюми с техните американски колеги.
Малко предкосмическа история
Необходимостта от създаване на скафандър се появи в началото на 30-те години. Факт е, че тестовите пилоти, дори носещи кислородни каски, не можеха да се издигнат на височини, по-големи от 12 км, поради ниското атмосферно налягане. На тази надморска височина азотът, разтворен в човешките тъкани, започва да преминава в газообразно състояние, което води до болка.
Затова през 1931 г. инженер Е. Чертовски проектира първия скафандър "Ч-1". Беше обикновен запечатан костюм с шлем, оборудван с малко стъкло за гледане. Като цяло в “Ch-1” можете да правите каквото искате, но не и да работите. Но въпреки това се превърна в пробив. По-късно, преди войната, Чертовски успява да проектира още шест модела скафандри.
След войната започват да се появяват първите реактивни изтребители, които рязко вдигат летвата за максимални височини. През 1947-1950 г. група конструктори, ръководени от А. Бойко, създават първите следвоенни скафандри, наречени VSS-01 и VSS-04 (височинен спасителен костюм). Те представляваха херметични гащеризони, изработени от гумирана тъкан, към които бяха прикрепени постоянни подвижни каски и кислородни маски. Излишното налягане на височина се освобождава със специален клапан.
Начало на разработката
Като цяло разработката на скафандрите в началото не ни вървеше много добре. Факт е, че съществуващите разработки на скафандри бяха безполезни в случай на понижаване на налягането на кораба в космоса. И дизайнерите нямат нищо общо с това - те просто са получили задачата да разработят защитен костюм, предназначен да спаси астронавта само след кацане или пръскане на спускаемия модул. Сред противниците на скафандрите бяха дори някои от конструкторите на кораба - те смятаха възможността за разхерметизация за незначителна. Думите им бяха потвърдени от успешния полет на Лайка в ГЖК (херметизирана кабина за животни)
Споровете бяха прекратени само след личната намеса на Корольов. В същото време до полета на Гагарин оставаха само 8 месеца. През това време е създаден скафандърът SK-1
Има 3 класа скафандри:
Спасителни костюми - служат за защита на астронавтите в случай на разхерметизиране на кабината или при значителни отклонения на параметрите на нейната газова среда от нормата;
скафандри за работа в открития космос на или близо до повърхността на космически кораб
скафандри за работа на повърхността на небесни тела
SK-1 беше скафандър първа категория. Използван е по време на всички полети на първата серия кораби "Восток".
SK-1 „работеше“ в тандем със специален термозащитен костюм, който беше носен от астронавта под основния защитен костюм. Гащеризоните не бяха просто дрехи, а цяла инженерна конструкция с вградени тръбопроводи за вентилационна система, която поддържаше необходимия топлинен режим на тялото и премахваше влагата от продуктите на дишането. В непредвидени условия системата за поддържане на живота на скафандъра (LSS) заедно с LSS в кабината „удължиха“ съществуването на космонавта с 10 дни. В случай на понижаване на налягането в кабината, прозрачната „козирка“ - прозорецът на каската - автоматично се затваряше и подаването на въздух от цилиндрите на кораба беше включено.
Но той имаше значителен недостатък. Неговата мека обвивка, под въздействието на вътрешно свръхналягане, винаги се стреми да приеме формата на тяло на въртене и да се изправи. Не е толкова лесно да огънете някоя част от него, да речем ръкав или крачол, и колкото по-голямо е вътрешното налягане, толкова по-трудно е да го направите. Когато работеха в първите космически костюми, поради тяхната относително ниска мобилност, астронавтите трябваше да изразходват значителни допълнителни усилия, което в крайна сметка доведе до увеличаване на интензивността на метаболитните процеси в тялото. Поради това, от своя страна, беше необходимо да се увеличат теглото и размерите на кислородните резерви, както и блоковете на охладителната система.
Създаден е и скафандърът SK-2. По същество това е същият SK-1, само за жени. Имаше малко по-различна форма, като се вземат предвид техните физиологични характеристики.
Аналогов
Американският аналог на нашия SK-1 беше скафандърът за космическия кораб Mercury. Освен това е бил изключително спасителен костюм и е произведен през 1961 г
Освен това имаше метализиран външен слой за отразяване на топлинните лъчи.
Златен орел
В средата на 1964 г. ръководителите на съветската космическа програма решават нов експеримент в орбита - първото излизане на човек в открития космос. Това обстоятелство постави редица нови технически предизвикателства пред разработчиците на скафандри. Те, разбира се, бяха продиктувани от сериозни различия между вътрешната среда на космическия кораб и условията на външния космос - царството на почти пълен вакуум, вредни лъчения и екстремни температури.
Разработчиците получиха две основни задачи:
Първо, скафандърът за космическа разходка трябваше да предпазва от прегряване, ако астронавтът е от слънчевата страна, и обратно, от охлаждане, ако е на сянка (температурната разлика между тях е повече от 100 ° C). Освен това е трябвало да предпазва от слънчева радиация и метеоритна материя.
На второ място, за да осигурите максимална безопасност за човек, бъдете изключително надеждни и с минимален обем и тегло. Но най-важното е, че при всичко това космонавтът в него трябва да може да работи, т.е. да се движат из кораба, да извършват определена работа и т.н.
Всички тези изисквания бяха изпълнени в скафандъра Беркут.
Между другото, като се започне от Беркут, всички наши скафандри започнаха да се наричат с имена на птици.
Костюмът е изработен от няколко слоя филм с лъскава алуминиева повърхност. Пространството между слоевете беше специално осигурено с междина, за да се намали преносът на топлина във всяка посока. Принципът на термоса е, че топлината не се приема или отдава. В допълнение, слоевете филм-тъкан са разделени от специален мрежест материал. В резултат на това беше възможно да се постигне много високо ниво на термична устойчивост. Очите на астронавта бяха защитени от специален светлинен филтър от тонирано органично стъкло с дебелина почти половин сантиметър. Той играе двойна роля - отслабва интензивността на слънчевата светлина и не позволява на биологично опасната част от лъчите на слънчевия спектър да премине към лицето.
Първата космическа разходка имаше ограничени цели. Следователно системата за поддържане на живота изглеждаше сравнително проста и беше проектирана за 45 минути работа. То е било поставено в раница с кислороден апарат и бутилки с вместимост 2 литра. Към тялото на раницата бяха прикрепени фитинг за пълненето им и прозорец на манометъра за следене на налягането. От кораба беше взет въздух, който беше допълнително обогатен с кислород и влезе в скафандъра. Същият въздух отнесе топлината, влагата, въглеродния диоксид и вредните примеси, отделяни от астронавта. Такава система се нарича система от отворен тип
Цялата система се побира в раница с размери 520x320x120 mm, която се закрепва на гърба с помощта на бързо освобождаващ се конектор. За спешни случаи в камерата на въздушния шлюз беше инсталирана резервна кислородна система, която беше свързана към скафандъра с помощта на маркуч.
Аналогов
Аналогът на златния орел беше скафандърът за корабите Geminai
Неговата корабна версия (не знам как другояче да го нарека) беше обикновен спасителен костюм. Модифицирана версия е проектирана да работи извън космическия кораб
За тази цел към основния костюм са добавени термични и микрометеоритни защитни снаряди.
Хоук
От 1967 г. започват полети на нови космически кораби от типа "Союз", чиято основна разлика от техните предшественици е, че те вече са пилотирани самолети. И следователно потенциалното време за работа на човек в космоса извън кораба трябваше да се увеличи. Съответно беше невъзможно да съм постоянно в скафандър. Носена е само в най-критичните моменти - излитане, кацане. Освен това възникна въпросът за извеждането на няколко кораба в орбита и скачването им, което включваше извършване на операции, свързани с преминаването на хора през открития космос.
За тези цели е разработен нов скафандър с нова система за поддържане на живота. Наричаха го "Ястреб"
Този скафандър беше по същество подобен на Беркут, разликите бяха в различна дихателна система, която беше от така наречения тип регенерация. Дихателната смес циркулира вътре в костюма в затворена верига, където се изчиства от въглероден диоксид и вредни примеси, захранва се с кислород и се охлажда. Кислородните бутилки остават част от системата, но съдържащият се в тях кислород се използва само за компенсиране на течовете и за консумацията на астронавта. За тази система беше необходимо да се създадат няколко уникални единици наведнъж: изпарителен топлообменник, работещ в специфични условия на безтегловност; абсорбатор на въглероден диоксид; електрически двигател, който работи безопасно в атмосфера на чист кислород и създава необходимата циркулация на въздуха в скафандъра и други.
За охлаждане на тялото на астронавта е използвано въздушно охлаждане. За да направите това, е необходимо да прокарате много голям обем газ през скафандъра. Това от своя страна изисква вентилатор с мощност от няколкостотин вата, както и големи количества електроенергия. И силният въздушен поток не е много приятен за космонавта.
Забележимо предимство беше, че теглото на скафандъра не надвишава 8-10 кг, а дебелината на корпуса е минимална. Това дава възможност да се използва с индивидуална текстура на ударопоглъщащи седалки, отслабвайки ефекта от претоварвания по време на вкарване в орбита и спускане.
На практика Ястреб е използван само веднъж - за прехода от Союз-5 към Союз-4.
Аналогов
Не намерих конкретен американски аналог на Хоук. Космическият костюм за ранните Apollos изглежда донякъде подходящ за него. 
Мерлин
За полета до Луната е създаден иновативен скафандър 3-та категория. В скафандъра астронавтът трябваше да поддържа такива двигателни и работни способности, които се считат за елементарни на земята. Например, движение по лунната повърхност, като се вземе предвид фактът, че „разходките“ могат да се извършват на различен терен; да можете да се изправите на крака в случай на падане, да осъществите контакт с лунната „земя“, чиято температура варира в много широк диапазон (на сянка и на светлина от -130°C до +160° ° С); работа с инструменти, събиране на проби от лунни скали и извършване на примитивни сондажи. На космонавта трябваше да бъде осигурена възможност да се освежи със специална течна храна, както и да премахне урината от скафандъра. С една дума, цялата система за поддържане на живота е проектирана за по-трудни условия на работа от тези, които са съществували по време на орбиталните изходи на изследователите.
Като се вземат предвид тези изисквания, под ръководството на А. Стоклицки е създаден скафандърът Krechet
Имаше така наречената „полутвърда“ обвивка и вместо раница имаше вградена система за поддържане на живота. Именно от него идва фразата „влезте в скафандъра“. Защото космонавтът влезе в Кречет през „вратата“ на гърба му. Всички животоподдържащи системи бяха разположени във „вратата“
Системите на Кречет осигуриха рекорден автономен престой на човек на Луната - до 10 часа, през които изследователят можеше да извършва работа с големи физически натоварвания. За термично охлаждане за първи път е използван водоохлаждащ костюм, тъй като... водното охлаждане е единственият възможен метод за поддържане на приемливи топлинни условия в скафандра по време на интензивна работа на космонавта. За да се отнеме 300-500 kcal/h топлина, водният поток през водоохлаждащия костюм беше 1,5-2 l/min, необходимата дължина на охлаждащите тръби беше около 100 метра. За изпомпване на вода е използвана помпа с мощност на двигателя от няколко вата.
Едновременно с водното охлаждане имаше верига за циркулация и регенериране на въздуха вътре в костюма и отстраняване на влагата. Имаше и доставка на кислород за компенсиране на течовете.
Аналогов
Това е може би единственият случай, когато американският аналог е по-известен от нашия. Именно в него Нийл Армстронг стъпва на повърхността на Луната през 1969 г
Костюмът е изработен от високоякостни синтетични тъкани, метал и пластмаса. Под скафандъра астронавтът носеше лек костюм от една част със сензори за биотелеметрия. В допълнение, под скафандъра се носеше и специален костюм с водно охлаждане, който беше проектиран за непрекъсната работа в продължение на 115 часа. Този костюм от найлонов спандекс има система от поливинилхлоридни тръби с обща дължина около 90 м, през които непрекъснато циркулира студена вода, поглъщайки топлината, генерирана от тялото, и я изхвърля към външен хладилник. Благодарение на този костюм температурата на кожата в различни части на тялото не надвишава 40°C.
На дланта имаше специални телени връзки, които не позволяваха на ръкавицата да се надуе, когато в скафандъра имаше свръхналягане. За да се осигури ръчна сръчност, пръстите на ръкавиците имаха удължители за захващане, с които астронавтът можеше да вдига малки предмети.
Шлемът на астронавта е изработен от прозрачен поликарбонат и има голяма устойчивост на удар. Неговата сферична форма дава възможност на астронавта да завърти главата си във всяка посока. Кислородът влизаше в шлема със скорост 162 l/min, а конектор за налягане от лявата страна на шлема позволяваше на астронавта в скафандъра да пие или да яде храна. Животоподдържащата система на раницата беше прикрепена към гърба на скафандъра и на Земята греблата тежаха 56,625 kg (за най-педантичните - 554,925 n).
Орлан
След кацането на Луната цялата работа по Кречет спира. В комплекта на лунната програма обаче беше включен и скафандърът "Орлан" - за орбитална работа
Те се върнаха към нейното развитие през 1969 г., когато започна работата по първата орбитална станция. Това са модификациите на Орлан, които използвахме на Мир и сега се използват на МКС.
Всички знаят, че екипажите на орбиталните станции се сменят.
Съществуващите преди това скафандри обаче бяха индивидуални и нямаха възможност за регулиране. Следователно за всеки нов член на екипажа на станцията те трябваше да бъдат произведени и изстреляни в космоса, което беше неефективно предвид ограничените товарни възможности на космическите кораби Союз и Прогрес. Въпреки това, благодарение на полутвърдата конструкция в Орлан, индивидуални бяха само ръкавиците на скафандъра, които бяха доставени от екипажа, докато самите скафандри бяха постоянно на станцията.
За осигуряване на подвижността на тялото, скафандърът използва панти, разположени в областта на основните стави - рамо, лакът, коляно, глезен, пръсти и др. Освен това, в следващите модификации са използвани уплътнени лагери в редица стави за увеличаване подвижност (например в ставите на рамото или китката).
От първото използване на "Орлан" на "Салют 6" през 1977 г. до потъването на "Мир" през 2001 г., 25 комплекта "Орлан" от всички разновидности бяха използвани в ниска околоземна орбита. Някои от тях изгоряха заедно с последната станция "Мир". През това време 42 екипажа направиха 200 излизания в Орлан. Общото време на работа надхвърли 800 часа.
Орлан има много модификации. Най-интересен според мен е Орлан-ДМА с инсталация за придвижване и маневриране в открития космос.
АЕЦ "Звезда" не съобщава цената на "Орлан". Въпреки това, в един доклад веднъж чух цифра от милион долара. Може и да греша.
Аналогов
Американските астронавти честно и открито признават, че сегашните им скафандри са много по-лоши и неудобни от нашите. Те струват 12-15 милиона. Така че няма пълноценен аналог на сегашния „Орлан“.
Суифт
По време на създаването на Буран е създаден най-новият спасителен костюм "Стриж".
Не съм съвсем сигурен, че е той на снимката, но прилича на него. Катапултиращата седалка K-36RB е разработена като част от комплекта Swift. Експертите нарекоха Swift най-добрият скафандър, съществувал някога. С преустановяването на работата по Буран обаче... общо взето, както обикновено у нас.
0
Космическите костюми, използвани в момента за космически полети в Съединените щати и Русия, са изключително сложни части от оборудване, разработени през последните 40 години от много страни. Въпреки че тези костюми са резултат от много години изследвания и непрекъснато усъвършенстване, принципът зад тях е доста прост. Състои се от създаване на подвижна надуваема капсула около човешкото тяло. Тази капсула изолира човека от околната среда, създава и поддържа постоянно атмосферно налягане около тялото му и осигурява условия за нормално дишане и топлообмен, за приемане на храна и течности, за извършване на естествени нужди, като същевременно му позволява да се движи и извършва полезна работа. Основната цел на космическия костюм е подобна на целта на всяка кабина под налягане и може да бъде постигната по различни начини в зависимост от възложените задачи и условия на космически полет, както и от общия дизайн на всички други животоподдържащи системи и компоненти на самолета. Скафандрите, които в момента се използват в астронавтиката, са предназначени да позволят на човек да работи безопасно във вакуума на космическото пространство, на повърхността на Луната, независимо от основния космически кораб и да оцелее в случай на внезапно разхерметизиране на космическия кораб. кабина, като същевременно се поддържа известно ниво на комфорт и трябва да се запази способността за извършване на полезна работа. Тази глава описва системите за космически костюми, описва физиологичните и работните изисквания, на които трябва да отговарят такива системи, и описва техническите подобрения, използвани в най-обещаващите космически костюми.
Подсилени космически костюми за защита на хората от високо налягане са предложени за първи път през 1838 г., когато Тейлър изобретява шарнирен подсилен космически костюм за подводни операции. Жул Верн очевидно е първият, който предлага използването на надуваем космически костюм за защита от ниско налягане на голяма надморска височина. През 1872 г. той описва работата на скафандър за престой извън кораба по време на полет около Луната. Около 1875 г. руският химик Дмитрий Иванович Менделеев предлага херметизирана гондола за защита на хората по време на полети с балон в стратосферата. Въпреки че патентите за надуваеми летни костюми са издадени във Франция през 1910 г. и в Съединените щати през 1918 г., първите, които проектират защитен костюм с абсорбция на въглероден диоксид и го тестват в камера с ниско налягане, са англичаните Д. Холдън и Г. Дейвис . През 1933 г., в отговор на молба на американския аеронавт Марк Ридж, физиологът Холдън и специалистът по водолазни костюми Дейвис проектират и произвеждат скафандър, предназначен за изкачване в стратосферата.
Ориз. 1. Характеристики на системата на скафандъра по време на експлозивна декомпресия (от надморска височина 5490 m до височина 22 875 m за 110 ms)
1 - абсолютно налягане в скафандъра;
2 - ниво на равновесно налягане в скафандъра 195 mm Hg. Изкуство. (съответстваща на надморска височина от 10 065 m), достигната за 3000 ms;
3 - ниво на налягане в барокамерата 27,9 mm Hg. Изкуство. (с
съответства на надморска височина от 22 570 m), достигната за 110 ms;
4 - абсолютно налягане в камерата под налягане
Ориз. 2. Схема на системата за контрол на налягането в скафандъра
1- анероид,
2- контейнер с анероид,
3 - подаване на кислород 375 cm 3 под налягане 122 kg / cm 2,
4- от корабната кислородна система, налягане 122 кг/
/cm 2,
5-редуктор, намаляващ налягането от 122 kg/cm 2 до
3,4 kg/cm 2
6-редуктор, намаляващ налягането от 122 kg/cm 2 до
4,76 kg/cm 2,
7- контейнер, свързан със скафандъра,
8- отделение за регулиране на налягането в скафандъра,
9 - изход на регулатора,
10- пружина,
11- вход за вентилационен въздух,
12- изход за вентилационен въздух,
13- скафандър,
14-диафрагма,
15 - отделение за регулиране на потока,
16-консумативен капацитет,
17-поточен (въртящ се) клапан,
18- отвор за освобождаване на налягането,
19 дупки
Ридж облече костюма и го тества многократно в камери с ниско налягане. В последния тест той в рамките на 30 мин. е бил в камера с налягане 17 mm Hg. чл., което съответства на надморска височина от 25,6 км, и не усети никакви болезнени явления. Това бяха първите в света тестове, при които човек, облечен в надуваем скафандър, успешно издържа на ниско барометрично налягане, симулирайки много голяма надморска височина. За съжаление планираният полет с балон с горещ въздух с помощта на скафандъра така и не се състоя.
Поради интереса към високоскоростните полети, в началото на 30-те години бяха положени допълнителни усилия за разработване на скафандър.
САЩ и СССР през 1934 г., Германия и Испания през 1935 г. и Италия през 1936 г. участват в разработването на прототип на скафандри за голяма надморска височина.
През август 1934 г. американският V. Post прави първия полет с височинен скафандър близо до Акрон, Охайо, със своя самолет Winnie May.
Скафандърът, който Пост носеше, беше тестван преди това в камера под налягане до налягане, съответстващо на надморска височина от 7015 m за 35 минути. Костюмът имаше голяма дупка в яката, през която се обличаше костюма (вместо разцепена талия). Той беше двуслоен: вътрешната гумена обвивка беше проектирана да поддържа налягането на газа, изпълващ скафандъра, а външната обвивка от плат беше проектирана да поддържа желаната форма на скафандъра. В този костюм Поуст прави най-малко 10 полета, докато загива през август 1935 г. при самолетен инцидент, несвързан с програмата за тестване на костюми на голяма надморска височина. Усилията на Пост ясно показаха възможността за използване на космически костюми в самолети на голяма надморска височина и възможността за използване на течен кислород за дишане и за херметизиране на костюма.
През 1936 г. в Института по авиационна медицина на СССР В. А. Спаски започва изследвания за определяне на медицински критерии, които могат да бъдат използвани от дизайнерите при създаването на стратосферно оборудване. В същото време под ръководството на инженерите Е. Е. Чертовски и А. И. Бойко бяха разработени и преминаха лабораторни и летателни изпитания няколко модела скафандри.
Преди Втората световна война в Съединените щати имаше малко изследователска работа върху скафандрите. По това време военновъздушните сили и флота на САЩ са започнали програми за разработване на шлем с топка от плексиглас и отделящи се части за ръце и крака, които са прикрепени към основното тяло на костюма.
През 50-те години военната авиация започва да обръща повишено внимание на височинните характеристики на самолетите. Симулирането на полети в хипербарни камери даде на пилотите, носещи скафандри, увереност в способността да преодолеят съществуващите световни рекорди за надморска височина.
Ориз. 3. Аеронавтите M. Ross и V. Praser, защитени само от скафандри за голяма надморска височина, в открита гондола, преди изстрелването на стратосферния балон
72 часа симулиран полет до надморска височина от 42 395 m в лек скафандър от ВМС на САЩ през 1958 г. проправи пътя за рекордния полет на Флинт през 1959 г. на реактивен F-4 (Phantom) (30 060 m).
Междувременно военновъздушните сили на САЩ работеха много успешно за създаването на компенсиращи костюми за голяма надморска височина, използвайки принципа на кабстана. Това бяха дрехи, изработени от пореста материя и не изискваха охлаждащо устройство, което изисква скафандърът. По това време такива костюми бяха широко използвани във военната авиация.
Костюмът на ВМС, с малки модификации, стана първият американски космически костюм и беше използван при полета на Меркюри. Този костюм е разработен основно със съдействието на лабораторията за военноморско летателно оборудване (Филаделфия, Пенсилвания) и няколко граждански изпълнители.
През 1949 г. членовете на тази лаборатория имат важен принос в науката за скафандрите с разработването на комбиниран компенсиран регулатор на дишането. Този регулатор позволява използването на дихателна система, напълно отделена от газа, който надува костюма, и опростена дихателна маска, която не изисква клапи. Костюмът е снабден с ципове, което позволява създаването на множество отвори в него за по-лесно обличане и събуване. Проблемът с изтичането беше до голяма степен решен чрез използване на метода на вулканизация. Мобилността на конструкцията беше осигурена чрез инсталиране на запечатани въртящи се лагери и жлебови съединения. Разработването от компанията Fievel на автоматично устройство за херметизиране на скафандър направи възможно за първи път провеждането на ефективни експерименти
Ориз. 4. Първото излизане в космоса в скафандър, извършено от Алексей Леонов през март 1965 г.
Ориз. 5. Астронавт Едуард Уайт в открития космос в скафандър тип G-IV-C, юни 1965 г.
с човек в скафандър за голяма надморска височина в барокамери при много ниско налягане. Автоматичното херметизиране даде възможност да се оцени степента на защита, която костюмът осигурява на много голяма надморска височина и в условия на експлозивна декомпресия.
На фиг. Фигура 1 показва резултатите от проучване за ефектите от експлозивната декомпресия върху хора, проведено в лабораторията за военноморско летателно оборудване. В тези проучвания облечените субекти са били декомпресирани от налягане, съответстващо на надморска височина от 5490 m, до налягане, съответстващо на надморска височина от 22,875 m за кратко време от 110 ms. Трябва да се отбележи, че налягането в костюма беше постепенно намалено, за да се осигурят безопасни условия за живот. На фиг. Фигура 2 показва диаграма на системата за контрол на налягането за един от първите успешни модели на военноморските сили.
Скафандърът за висока надморска височина на ВМС беше подложен на изпитание през май 1961 г., когато Малкелом Рос и Виктор Прасер се изкачиха на рекордната надморска височина от 34 169 m в двуместната отворена гондола на стратосферния балон Stratolab (фиг. 3). Този стратосферен балон, който се издигна от USS Antietum, беше най-големият, използван някога за пилотиран полет.
Стратосферният балон достигна максималната си височина след 2 часа и 36 минути. след излитане. По време на частта на голяма надморска височина от 9-часовия полет, известна степен на термичен контрол на гондолата беше осигурена чрез специално разположение на странични жалузи, които можеха да се отварят ръчно, за да допускат желаното количество пряка слънчева светлина. Височинните костюми започнаха да работят на височина 7930 м и осигуриха на балонистите необходимата защита през целия полет, включително 2 часа на максимална височина. Полетът демонстрира надеждността на дългосрочното използване на височинни скафандри за индивидуална защита на тялото на големи височини.
Както беше посочено по-горе, костюмите за висока надморска височина, използвани в американската космическа програма, се основават на военния костюм за голяма надморска височина.
През 1959 г. скафандърът на ВМС MK IV е използван в проекта Mercury. Скафандрите Gemini са базирани на скафандъра на ВВС, разработен за прототипа на самолета X-15. Скафандрите на Аполо са специално проектирани за Националната администрация по аеронавтика и изследване на космоса.
До 1965 г. технологията за скафандри на голяма надморска височина е достигнала състояние, което позволява на хората да излизат в открития космос. Тази година съветският космонавт Алексей Леонов беше първият, който се осмели във вакуума на космоса; той беше облечен в специално проектиран скафандър. Дейността му извън кораба продължи 10 минути. Това се случи през март 1965 г. по време на полета на космическия кораб "Восход-2" (фиг. 4). Първият американски астронавт, излязъл в открития космос със скафандър, е Едуард Уайт. Това се случи през юни същата година по време на полета на космическия кораб "Джемини 4". Активността на Уайт в открития космос (фиг. 5) продължи 21 минути. С помощта на устройство за ръчно маневриране (което ще бъде обсъдено по-долу) астронавтът Уайт може да прави линейни движения и завои. В същото време той никога не губи ориентация или контрол върху движенията си. Подвижността на скафандъра беше достатъчна за изпълнение на мисията извън кораба. Резултатите от първите космически разходки на астронавтите показаха необходимостта от по-голямо охлаждане на кухината на космическия костюм. В същото време, което е по-важно, те показаха, че дейностите извън кораба могат да станат обичайни и безопасни.
ИЗИСКВАНИЯ ЗА ПРОЕКТИРАНЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ НА СЪЩЕСТВУВАЩИ КОСМИЧЕСКИ КОСТЮМИ И ПРЕНОСИМИ ЖИВОТОПОДДЪРЖАЩИ СИСТЕМИ
ОБЩИ ИЗИСКВАНИЯ КЪМ КОСМИЧЕСКИТЕ КОСТЮМИ
Според методите за използване на космически костюми, последните могат да бъдат разделени на два класа:
1. Космически костюми за дейности в открития космос, позволяващи на астронавтите да извършват различни дейности на повърхността на космически кораб или космическа станция или на известно разстояние от тях.
2. Скафандри за дейности извън борда на повърхността на небесните тела. Този тип включва скафандри, които астронавтите са носили при ходене и работа на повърхността на Луната.
В. Смит цитира следните четири групи фактори, които определят перспективите за конструиране на скафандри за следващите 5, 10, 15 години:
1) свързани с програмата на полета,
2) със система на превозното средство,
3) с използване на скафандър,
4) с взаимодействие човек-машина.
Първата група фактори е показана на фиг. 6, който изброява основните космически операции на американската усъвършенствана летателна програма, основните етапи, които могат да бъдат предвидени в повечето от тези полети, и произтичащите от това характеристики на ефективността, които космическите костюми, разработени за поддръжка на тези полети, трябва да удовлетворяват. Най-общо казано, тези изисквания за ефективност се отнасят до способността на астронавта да изпълнява специфичните задачи, които ще се изискват от него по време на тези мисии.
На фиг. 7а показва, че факторите, определяни от системата, включват вида на системата, специфичните подсистеми - типове скафандри, конструктивните решения на подсистемите и проектните ограничения. Групата дизайнерски решения за подсистеми включва характеристиките на скафандрите: „мек“ скафандър е подсистема на скафандър, изработена почти изцяло от гъвкави материали; "полутвърд" космически костюм е направен от гъвкави и негъвкави материали, взети в приблизително равни пропорции; „Твърдият“ космически костюм използва негъвкави материали за повечето части. Трябва да се отбележи, че някои дизайнери използват термина „хибрид“ вместо термина „полутвърд“.
Фактори, свързани със системата, т.е. мощност, тегло, обем и т.н., са основните съображения за инженера, който трябва да интегрира изискванията за животоподдържащи системи с изискванията за други елементи на космическия кораб.
Работни фактори, както е показано на фиг. 7, б, са фундаментално свързани с физическите условия, при които ще се използват скафандрите. Това повдига въпроси относно доставката, поддръжката и общата употреба, както и физическите въздействия, които трябва да се вземат предвид при всяко приложение на костюмите. Това включва и отчитане на психологическите фактори, които могат да възникнат при работа в тези условия. Проектантът трябва да вземе предвид, че тези фактори могат да доведат до повишена консумация на системни резерви.
На фиг. 8 представя факторите „човек-машина”.
Ориз. 6. Характеристики на полета, взети предвид при проектирането на системите на скафандъра
Ориз. 8. Факторите човек-машина, взети предвид при проектирането на системи за космически костюми
Те се отнасят до използването на костюма и дефинирането на задачите на системата човек-машина, тъй като степента на координация между човек и машина влияе върху изпълнението на задачите.
Описаните по-горе изисквания се отнасят преди всичко до функционалните характеристики на скафандъра. Има обаче други важни изисквания, които трябва да се вземат предвид и които могат да окажат значително влияние върху крайния дизайн на костюма. На първо място, за извършване на полезна работа е необходима подвижността на скафандъра. Този важен елемент от дизайна на костюма е разгледан по-подробно в последния раздел. С това е свързано и друго изискване - допустимите размери на скафандъра. Третото изискване е огнеустойчивостта. В някои случаи костюмът може да се вентилира с газ, обогатен с кислород. Костюмът може да се използва и в космически кораб, който може да има високо парциално налягане на кислород в атмосферата си. Многобройни неметални огнеустойчиви тъкани са разработени във връзка с програмата за човешки космически полет. В табл 1 показва скоростите на горене на тези тъкани заедно с техните физични свойства и образуване на газ. Допълнително изискване е лесното обличане и събличане на скафандъра. И накрая, за материалите, избрани за направата на космически костюм, здравината и издръжливостта са най-важните качества. Материалът трябва не само да издържа напълно на всички възможни разлики в налягането, но и да не се търка, когато астронавтът ходи, когато коленичи, и да не се разкъсва при случайно изпускане; в същото време костюмът трябва да позволява на астронавта да извършва полезна работа и да провежда експерименти както вътре в космическия кораб, така и на външна повърхност, като например на повърхността на Луната.
ОБЩИ ИЗИСКВАНИЯ КЪМ РАНИЦИТЕ
Основният източник на доставки за астронавт, облечен в скафандър, е преносима животоподдържаща система, която астронавтът може да носи на гърба си. Тази инсталация доставя на човек кислород за дишане, регулира налягането в скафандъра, обработва рециркулирания газ чрез отстраняване на въглероден диоксид, миризми, някои газови следи и излишна влага, регулира температурата на системата чрез отстраняване на излишната топлина, осигурява сигнализиране за повреда, глас комуникация и предаване на основни параметри чрез телеметрия. Системата за отстраняване на топлина трябва да бъде проектирана не само за топлината, генерирана по време на метаболизма на астронавта и освободена от компонентите на преносимата система за поддържане на живота, но също така и за топлината, доставена (или изхвърлена) от лунната или планетарната среда чрез топлоизолация.
ФИЗИОЛОГИЧНИ И ОПЕРАТИВНИ ПАРАМЕТРИ
В табл 2 обобщава физиологичните и оперативните параметри на съществуващи и бъдещи системи за поддържане на живота. Интересно е да се отбележи, че още през 1940 г. В. А. Спаски дава препоръки за проектиране на оборудване за регенерация на въздуха в отделенията на космическите кораби, много от които са много близки до препоръките, разработени за съвременните системи.
ДИХАТЕЛНИ ГАЗОВИ СМЕСИ, ВЕНТИЛАЦИЯ И ТЕРМОКОНТРОЛ
Основните параметри на атмосферата в скафандър (барометрично налягане, газов състав, температура, влажност и степен на вентилация) трябва да бъдат избрани въз основа на физиологичните нужди на човек (при желаното ниво на активност) и техническата способност да задоволи тези изисквания .
Физиологично важно за космонавта е налягането в кухината на космическия костюм, което трябва да бъде същото като в отделението на космическия кораб или станция.
Въпреки това, създаването на космически костюм с такава атмосфера, особено с атмосфера, подобна по състав на земната,
технически трудно, главно поради факта, че мобилността на човек, облечен в скафандър с голяма разлика в налягането през стените, е рязко ограничена.
За да се осигури по-голяма мобилност на астронавт в скафандър, да се направи по-лек, да се намалят течовете и поради редица други технически причини е желателно да се поддържа минимално физиологично приемливо налягане в кухината на скафандъра (като се вземат предвид околната среда налягане).
Горните фактори доскоро караха инженерите и физиолозите да търсят компромисно решение за специалните условия и задачи на планирания полет. Последните разработки откриха възможността за увеличаване на мобилността практически без компромиси. Тези развития са обсъдени по-долу.
В зависимост от реалните условия на полет и възможността за десатурация на азот от тялото, налягането в скафандър, предназначен за дългосрочно пребиваване на астронавт в него, обикновено се избира в диапазона от 200 до 300 mm Hg. Изкуство.
В екстремни случаи налягането в костюма може да бъде намалено до ниво, при което все още може да се поддържа достатъчно количество кислород за извършване на дадената работа.
Разбира се, за всеки избран режим на налягане, астронавтът се нуждае от газова смес, обогатена с кислород, за да осигури необходимото парциално налягане на кислорода в алвеоларния въздух.
За да определите оптималния процент на кислород в газова смес, можете да използвате леко модифицирана формула, която се използва за контролиране на съдържанието на кислород в кислородните устройства.
където P sp е абсолютното налягане в скафандъра в mmHg. Чл., Co 2, - съдържание на кислород в проценти.
Ако приложим тази формула към случая, когато налягането в скафандъра е 300 mm Hg. Чл., Оказва се, че газовата смес за дишане трябва да съдържа най-малко 60% кислород и при налягане в скафандъра от 200 mm Hg. Изкуство. трябва да се достави почти чист кислород. На практика полетите на Аполо и Скайлаб използваха чист кислород (атмосфера от един газ) при номинално налягане от 194 mm Hg. Изкуство.
Въглеродният диоксид, издишан от човек, се отстранява от атмосферата на скафандъра чрез принудителна вентилация. Обемът на вентилация, необходим за това, зависи от количеството въглероден диоксид, отделян от астронавта, съдържанието му в атмосферата на скафандъра и концентрацията му в газовата смес, идваща отвън или от регенерационния патрон (концентрация на пробив). Този обем може да се определи приблизително с помощта на класическата формула на Петенкофер, която за първи път е използвана от В. А. Спаски за изчисляване на вентилацията в космически костюми. За удобство формулата е леко модифицирана,
където V е скоростта на вентилация (в l/min); q е количеството въглероден диоксид, издишано от астронавта (в l/min); P pre - допустимото парциално налягане на въглеродния диоксид в атмосферата на космически костюм (в mm Hg); P rer е парциалното налягане на въглеродния диоксид в газовата смес, идваща от регенерационния патрон (в mmHg).
При изчисляване на обема на вентилацията С. А. Гозулов и Л. Г. Головкин и Д. М. Иванов и А. М. Хромушкин препоръчват да се съсредоточите върху средното очаквано отделяне на въглероден диоксид и неговото допустимо парциално налягане (от 7 до 8 mm Hg. ). Такова съдържание на въглероден диоксид във вдишаната газова смес не води до забележими реакции във функционалното състояние на човешкото тяло, дори след продължително излагане на такава атмосфера в продължение на няколко дни.
Вентилацията се изчислява, като се вземе предвид средното ниво на емисиите на въглероден диоксид и се предполага, че концентрацията на въглероден диоксид по време на интензивна физическа работа на астронавт може да надвиши препоръчителната стойност 2 пъти. В този случай парциалното налягане на въглеродния диоксид може да се доближи до граничната стойност, посочена от V. A. Spassky, т.е. 15 mm Hg. Изкуство.
Проектните характеристики на системата за раница на скафандъра Apollo по отношение на въглеродния диоксид са следните: 1) за първите 2,5 часа нивото на парциалното налягане на въглеродния диоксид не трябва да надвишава 7,6 mm Hg. чл., 2) следващия половин час - 10 mm Hg. Изкуство. и 3) през останалото време - 15 mm Hg. Изкуство. Действителните нива на парциално налягане на въглеродния диоксид по време на мисията на Аполо на лунната повърхност бяха приблизително с 2 mmHg по-ниски. Изкуство. по-малко. За разработения извънбордов скафандър с налягане 414 mmHg. Изкуство. парциалното налягане на въглеродния диоксид не трябва да надвишава 7,6 mmHg. Изкуство. (близо до носната кухина) при скорост на вентилация от 3304 cm 3 /sec и при постоянна скорост на метаболизма от 302 kcal/час. Скоростта на метаболизма е критичен елемент при проектирането на дихателни системи за каска. Повишеното парциално налягане на въглеродния диоксид в скафандъра, ако се появи за кратко време, не води до негативни последици, но причинява повишено натоварване на физиологичните системи на тялото.
Температурата и влажността са сред параметрите на газовата среда в космическия костюм, които най-малко се поддават на стандартизация. Това може да се обясни със специалните условия на системата за термичен контрол в космическите костюми. Това може да се обясни и с голямата способност на човешкото тяло да се адаптира към променящите се условия на топлообмен и значителните колебания в количествата топлина и влага, отделяни от астронавта при извършване на различни операции в космически костюм. При извършване на тежка физическа работа топлоотделянето на човек е 5-6 пъти по-високо от топлоотделянето в покой (съответно 450-500 kcal/час срещу 80-90 kcal/час). Още по-голяма разлика се наблюдава по отношение на отделянето на влага от човешкото тяло при същите сравнени условия (600-800 g/час срещу 40-50 g/час).
За да се осигурят нормални условия на топлообмен при различни условия на топлоотдаване, е необходимо системите за контрол на топлината и влажността в скафандъра да имат широк диапазон.
Като се имат предвид значителните разлики в изискванията за топлинен комфорт на човека и сложността на устройствата за автоматично управление, които биха могли да наблюдават нивата на топлина и влага при хората, контролът на влагата и отстраняването на излишната топлина в космическия костюм за предпочитане се извършва ръчно. Това позволява на астронавта да създаде условия в скафандъра си, които отговарят на неговите индивидуални нужди и степента на физическата му активност в даден период.
Традиционният метод за регулиране на топлообмена и отстраняване на влагата, който се използва в повечето скафандри за пилоти на бойни и граждански самолети, е продухването на кухината на скафандрите със сух въздух (съдържание на влага не повече от 5-8 g/m3) , охладени или загряти до значителна температура (от 10 до 80°C). Приблизителната оценка на възможностите на този метод показва, че за вентилация на космически костюми при приемливи дебити (до 300 l/min), използването на вентилационен въздух ще премахне до 200 kcal/час топлина и до 200- 270 g/час водни пари от скафандъра.
Като се има предвид високото ниво на консумация на енергия от астронавтите, извършващи работа в затворено пространство, и значително намаляване на топлообмена между космическия костюм и външната среда, е необходимо, в допълнение към вентилацията на космическия костюм, други, по-ефективни методи трябва да се използва регулиране на топлината. Тези методи трябва да осигурят отвеждането на цялата топлина и влага, генерирани от космонавта, както и топлината, генерирана в резултат на работата на отделните системи и устройства на самия скафандър.
Ако за тези цели се използват контактни или радиационни методи за охлаждане, астронавтът може да изпита определени колебания в температурата и влажността, които са трудни за изчисляване и стандартизиране. В допълнение, стойностите на степента на вентилация на космическия костюм (50 l/min), температурата (от +10 до +15 ° C) и влажността (от 20 до 85%), дадени в някои изследвания, са установени, без да се вземат предвид отчитат индивидуалните вариации в отделянето на топлина и влага на астронавтите и би било безразсъдно да се приемат тези стойности като нормални за космически костюм.
В американските системи се използват два вида охлаждане при продължителна работа извън кораба. По време на операции извън борда вентилацията със скорост 2832 cm 3 / sec (действителна) осигурява известно охлаждане поради изпарението на влагата от повърхността на тялото на астронавта. По принцип охлаждането се постига чрез използване на облекло с течно охлаждане (LCG) чрез проводимост. Такова облекло се състои от найлонов шифон, между слоевете на който има поливинилови тръби, разположени така, че облеклото е доста удобно. За осигуряване на охлаждане поради топлопроводимост е предвиден слой от спандекс, който притиска тръбите плътно към тялото. Този метод на охлаждане позволява на астронавта да издържа на метаболитни топлинни натоварвания до 300 kcal/час с външен топлинен приток от 75 kcal/час за 5 часа.
Съветски учени описват няколко метода за отстраняване на топлината от космически костюми по време на извънбордови дейности на космонавтите.
1. Охлаждане на газовата смес, циркулираща в скафандъра, в радиационни, изпарителни или сублимационни топлообменници или в топлообменници, където източникът на студ е течен кислород.
2. Отвеждане на топлината поради изпарението на водата в специални панели, разположени в скафандра или в ръкавите.
3. Отвеждане на топлината с циркулиращ хладилен агент през тръбите на специална охладителна система, последвано от охлаждане на циркулиращата течност в топлообменници. Система за водно охлаждане от този тип може да отнеме до 400-500 kcal/час топлина от космически костюм. Температурата на водата на входа на скафандъра трябва да бъде в рамките на 10-12 ° C, водният поток трябва да бъде 1,5-2 l/min. Методите за отстраняване на топлината могат да се комбинират и един метод може да бъде допълнен с друг. Проблемът с управлението на топлината, свързан с използването на автономни космически костюми, може да бъде решен или чрез избор на материал, покриващ външната страна на космическия костюм с внимателно подбрани свойства, за да се намали обменът на топлинно излъчване между костюма и околната среда, или чрез използване на екранен вакуум топлоизолация. За тази цел се предлага да се използва алуминизиран филм.
ИЗМЕРВАНЕ НА МЕТАБОЛИТНИТЕ НУЖДИ
Осигуряването на максимална производителност на астронавт, облечен в космически костюм, изисква изследване на биомеханиката на системата човек-скафандър при различни условия. E. Roth представи биомеханични изчисления на характеристиките на човешката работа и разхода на енергия в различни работни ситуации. Тези данни са полезни при изчисляване на космически костюм, който е адекватен на общата метаболитна цена на работата, извършена в костюма. Директна екстраполация обаче не може да бъде направена, тъй като характеристиките на лунната среда
много различни от характеристиките на земната среда.
Един от най-важните проблеми, възникнали преди кацането на лунната повърхност, беше прогнозирането на нивото на енергийния разход на астронавта. Нивото на разход на енергия е важен параметър, свързан с продължителността на захранването, което устройството на раницата може да осигури и степента на комфорт за астронавта. Когато работи повече, човек генерира повече метаболитна топлина, използва повече кислород и отделя повече въглероден диоксид и водни пари. Всичко това оказва силно влияние върху дизайна и използването на системата за раница, носена от астронавта. Енергийните нива, както вече беше посочено, могат да бъдат определени за дадени проблеми в условията на земна гравитация, но не беше известно дали тези пропорции биха били по-високи или по-ниски в условията на лунна гравитация. Намаленото тегло на самия човек, космическият костюм, системата за поддържане на живота на раницата и т.н. на Луната, изглежда, трябва да доведат до намаляване на скоростта на метаболизма. Намаленото тегло обаче може да означава намалено сцепление при ходене. А това, съчетано със свойствата на лунния грунт и възможен дисбаланс между астронавта и оборудването, може да доведе до повишен метаболизъм.
По време на самите лунни полети беше извършена значителна работа за определяне на действителното ниво на разход на енергия. Тази информация е от голяма стойност за планирането и разработването на компоненти на животоподдържаща система за бъдещи космически полети. В табл Таблица 3 показва средната консумация на енергия на астронавтите на космическия кораб Apollo по време на операции на лунната повърхност. Нивото на разход на енергия се определя с помощта на телеметрия по три начина: чрез измерване на топлинния баланс, консумацията на кислород и честотата на пулса. Топлинният баланс беше определен чрез сравняване на температурите на водата, влизаща и излизаща от водно охлажданото облекло по време на дейности на лунната повърхност, консумацията на кислород беше измерена директно в преносима животоподдържаща система и сърдечната честота по време на дейности на лунната повърхност беше сравнена с калибрирането кривата на потреблението на енергия, получена на Земята на велоергометър преди полет.
Таблица 3. Време на активност извън борда на Луната и средно ниво на енергия
Метод за определяне на топлинния баланс. Този метод (Фигура 9) включва изчисляване на общата топлина, отстранена от затворената система за течно охлаждане и латентната топлина, отстранена от кислородния вентилационен контур. Общото количество на тази топлина е равно на сумата от метаболитната топлина, топлинния поток в скафандъра и топлината, акумулирана от човека. Чувствителната топлина, отстранена от вентилационния кръг, се счита за незначителна и не се взема предвид.
Основни уравнения на топлинния баланс:
където Q е преносът, натрупването или отделянето на топлина, kcal/час; t - масов дебит, kg/час (определен при предполетни изпитания); C - специфичен топлинен капацитет, kcal/kg * °C; AT - температурна разлика върху облекло с течно охлаждане (определено чрез телеметрия); Ah - увеличение на енталпията, cal/kg; TL - верига за пренос на топлина; VENT - вентилационен кръг; MET - метаболитен; ST - натрупани; H L - изтичане на топлина; O 2 - сух кислород.
Скритата топлина на изпарение, отнесена от вентилационния поток, се изчислява чрез умножаване на промяната в енталпията на вентилационния газ по действителния поток сух кислород. Енталпията може да се определи от психрометрични диаграми за кислород при налягане, равно на налягането в костюма, ако са известни точките на оросяване на входа и изхода. Точката на оросяване за изхода на преносима животоподдържаща система е равна на температурата на газа, напускащ сублиматора. Точката на оросяване на входа на преносимата система се определя въз основа на данни от предполетни тестове. След това скоростта на потока във вентилационната верига се определя от налягането на вентилатора, като се използват кривите на потока спрямо налягането в скафандъра. Консумацията на сух кислород се намира чрез изваждане на консумацията на водна пара от общата консумация на вентилационен газ.
Нивото на разход на енергия, изчислено по този метод за командира на експедицията на Аполо 12 по време на първото излизане, се оказа от 229 до 265 kcal/час. Методът изисква предположение за стабилна точка на оросяване на входа на преносима животоподдържаща система и има няколко други източника на грешки, като неточности в измерването на потока на охлаждащата течност, дебита на вентилационния поток, температурните разлики в облеклото с течно охлаждане и топлината изтичане.
Метод за определяне на консумацията на кислород. Консумацията на кислород зависи само от скоростта
1- космонавт,
2- топлинно излъчване от тялото,
3- топлинен резерв в тялото,
4- топлинен поток през каската,
6- питейна вода,
7- верига за пренос на топлина,
8- топлина от веригата за пренос на топлина,
9 - вентилационна верига,
10 - топлина от вентилационната верига,
11- електрическо оборудване,
12- топлина от електрическо оборудване,
13- литиев хидроксид,
14- топлина от литиев хидроксид,
15- сублиматор,
16- топлина от сублиматора,
17- затоплена до питейна вода
метаболизъм. Следователно, този метод представлява най-директното измерване на скоростта на метаболизма на костюма и изтичането, което може да се направи от телеметрични данни. Връзката между консумацията на кислород и скоростта на метаболизма е известна отдавна. Основното уравнение, изразяващо тази връзка, има формата
където Q met е метаболитно натоварване, kcal; mo 2 - масов поток на кислород, kg; RQ е респираторният коефициент, който изразява съотношението на обема на отделения въглероден диоксид към обема на консумирания кислород.
Масата на кислорода, доставена от преносима животоподдържаща система, се изчислява от спада на налягането в цилиндъра (телеметрични данни), като се използва коефициент на свиваемост, който отчита разликата между кислород и идеален газ. Масата на консумирания кислород се намира чрез изваждане на изтичането на кислород от скафандъра от масата на кислорода, произведен от преносимата животоподдържаща система. Стойността на респираторния коефициент е взета от данните от наземни тестове.
С помощта на този метод е установено, че нивото на енергийния разход на командира на експедицията на Аполо 12 по време на първото излизане е 211 kcal/час. Източникът на грешка при този метод е несигурността на изтичането на костюма, неточността на показанията на кислородното налягане и произволния избор на дихателния коефициент RQ.
МОБИЛНОСТ
Един от основните проблеми при създаването на надуваеми скафандри от времето на Б. Пост е тяхната мобилност. Когато костюмът е под натиск, той губи гъвкавост и затруднява движенията на астронавта. Поради тази причина дизайнерите се опитват да комбинират минималното налягане в костюма с физиологичните изисквания за поддържане на живота и декомпресия.
Изискването за мобилност за надуваем скафандър е най-трудно за удовлетворяване технически. Ставите на скелета позволяват два вида движения: ротация и флексия.
Таблица 4. Класификация и механизация на основните движения на тялото
(съответства на технически връзки: вал с втулка и сферична връзка). Сложните движения, които са позволени от сферичната става (раменна или тазобедрена става), могат да бъдат разделени на двете прости движения, посочени по-горе. Техническият успех на един твърд костюм се определя от конструкцията на неговите стави, които могат да се движат като ставите на тялото с минимално триене и минимална промяна в обема на костюма. Естеството на движенията в ставите и ставите е представено в таблица. 4.
Проблемът с подвижността на лакътните и коленните стави може да бъде решен чрез използване на секции под формата на портокалови резени в скафандър със здрави надлъжни струни, разположени по неутралната линия, чиято дължина не се променя при сгъване на ставата. Съединенията на раменните и тазобедрените стави на скафандъра най-често се изработват от вълнообразни метални листове, които са оборудвани с допълнителни пръти, които се плъзгат по ролки или направляващи пръти. Подвижността на ръката се осигурява от херметически затворени стави с леко завъртане. Раменната става позволява свободно движение на ръцете във вертикална равнина. Лакътната става позволява движение на ръката по надлъжната ос.
Ръкавиците на скафандъра осигуряват сръчност и комфорт по следните начини: изрязани са така, че пръстите да са наполовина извити и имат портокалови стави. Има два вида каски - пространствени или въртящи се. В пространствените (триизмерни) каски е възможно свободно движение на главата вътре в тях. Въртящите се шлемове се въртят, когато астронавтът обърне главата си. Уплътнението при въртене е осигурено на кръстопътя на каската с яката на скафандъра.
ВИДИМОСТ И ЗАЩИТА НА ОЧИТЕ
Дългосрочният космически полет изисква човек да работи в много уникални условия на околната среда, в които интензитетът на видимата и невидимата радиация варира, нивата на контраст също се променят и визуалните сигнали, базирани на ефектите на разсейване на светлината, са напълно различни.
Едно от най-критичните предизвикателства за дизайнерите на космически костюми е създаването на устройство за зрение, което осигурява необходимата защита на зрението.
В табл Таблица 5 изброява някои от основните фактори, които трябва да се имат предвид при проектирането на устройство за зрение за шлем на космически костюм.
Таблица 5. Физиологични фактори, влияещи върху дизайнерските решения на устройството за наблюдение
Устройството за наблюдение, разработено за лунната версия на космическия костюм Apollo, е проектирано, като се вземат предвид факторите, изброени в табл. 5. Външното стъкло за наблюдение на това двойно устройство е силно отразяващо на инфрачервеното лъчение (обща прозрачност приблизително 18%). Това свойство е осигурено чрез отлагане във вакуум на тънък слой злато (дебелина на слоя 375 A). Проблемът с премахването на обратното отражение на изображението на самия астронавт, което може да причини някои визуални изкривявания, беше решен с помощта на интерферентно покритие. По време на неговото изследване беше установено, че обратното отражение е само 8-9%.
Вътрешното остъкляване предпазва астронавта от ултравиолетовите лъчи. Характеризира се с висока прозрачност, необходима за работа в условия на лунна нощ. Стъклото отразява инфрачервените лъчи, което дава възможност да се използва топлинното излъчване от главата на астронавта за предотвратяване на кондензация и замръзване на влага върху вътрешната повърхност на прозореца за наблюдение. Светлинният филтър на космическия костюм, проектиран в СССР, намалява интензивността на слънчевата светлина до 3-15%; част от слънчевата радиация с дължина на вълната под 0,35 микрона, която е особено вредна биологично, не преминава през стъклопакета, а прозрачността за инфрачервената област на спектъра е ограничена до 5-10%
СКАФАНДЪР И ПРЕНОСИМИ ЖИВОТОПОДДЪРЖАЩИ СИСТЕМИ
В табл Таблица 6 показва данни за функционалните и конструктивни характеристики на американските скафандри и табл. 7 - за системите на изходните костюми и за дейността на астронавтите извън кораба. Космическите костюми*, използвани в съветската програма за изследване на космоса, са разделени на два типа. Системите за скафандри "Восток" и "Восход-2" се отличават с отворена вентилация. На фиг. Фигура 10 показва диаграма на системата от космически костюм, която е била използвана на космическия кораб "Восток".
В скафандъра „Восход-2“ космонавтът излезе в открития космос, носейки танк на гърба си. с чист кислород.
Вторият тип скафандър, използван в космическите изследвания в СССР, е от регенеративен тип. Такъв скафандър е използван в програмата "Союз". На фиг. Фигура 11 показва блокова схема на животоподдържащата система за такива космически костюми.
Основните елементи на космическите костюми са черупката, подвижните ръкавици, шлемът под налягане и автономната или бордовата система за поддържане на живота. Черупката се състои от силов слой, състоящ се от издръжлива тъкан и система от кабели и връзки. Тази обвивка създава здравина на скафандъра, запазва формата си, противодейства на излишното налягане и също така осигурява възможност за регулиране на размерите. Под силовия слой се поставя херметичен слой. Топлоизолацията се осигурява от еластичен слой с ниска топлопроводимост. На вътрешната повърхност на този слой има вентилационна система, през която се подава газова смес към различни зони на скафандъра. Тези: слоевете на един космически костюм, в различните модели, могат да бъдат единични или комбинирани.
Първият американски скафандър за престой извън кораба е известен под обозначението G-IV-C (фиг. 12). Най-външният слой на този костюм е направен от топлоустойчив найлонов материал. Следващият захранващ слой е направен от мрежест материал, специално проектиран да осигурява мобилност и да издържа на натиск в костюма. Уплътняващият слой е изработен от найлон, покрит с неопрен. За защита от термично излъчване и микро-
Таблица 7. Резултати от извънбордови дейности в открития космос
Ориз. 10. Животоподдържаща система на скафандър на кораб от клас "Восток".
1- главен вентилатор,
2- резервен вентилатор,
3- економайзер,
4- въздушни цилиндри,
5 - кислороден цилиндър,
6,7 - фитинги за зареждане,
8- скоростна кутия за регулиране на скоростта на потока,
9- кислородно устройство,
10 - редуктор на кислородния цилиндър,
11- конектор,
12 кислородни бутилки,
13- регулатори на налягането,
14-вентилационен маркуч
Уплътняващият слой е изработен от найлон, покрит с неопрен. За защита от топлинна радиация и микрометеорити, скафандърът има слой от алуминизиран материал.
Шлемът е оборудван със сгъваема козирка, предназначена да предпазва вътрешния визьор от удари и да осигурява допълнителна защита на очите от повишени нива на ултравиолетова радиация извън земната атмосфера.
Кислородът се подава към скафандъра чрез вързан маркуч с дължина 7,6 м, свързан към кислородната система на космическия кораб, а след това през малка кутия, прикрепена към скафандъра. Тази кутия съдържа малко устройство, което контролира количеството на налягането и вентилационния поток. На фиг. Фигура 13 показва животоподдържащата система за този костюм.
Събирането на урина и изпражнения в скафандъра Gemini, както и в скафандъра Mercury, е извършено с торбички за събиране.
1- вентилатор,
2-блок за абсорбция на въглероден диоксид,
3- блок за терморегулация и отделяне на влага,
4- основен кислороден цилиндър,
5 - единици за кислородно оборудване,
6- сензор за абсолютно налягане в скафандъра и в системата,
7 - температурен сензор на въздуха, влизащ в скафандъра,
8- сензор за съдържание на въглероден диоксид,
9 - към скафандъра,
10 - за корабни контролни устройства и телеметрична система,
11 - отстраняване на парите,
12- от скафандъра
Еластичен латексов резервоар, прикрепен към гумирана торба, служи като колектор за урина. Колекцията от изпражнения е найлонов плик с кръгла залепваща подплата.
При всички пилотирани космически полети медицинското наблюдение на астронавтите се извършваше в реално време с помощта на телеметрични устройства.
Измерените параметри са получени с помощта на стикери с меки биосензори. По този начин беше възможно да се получи електрокардиограма, да се измери дихателната честота и да се получи допълнителна физиологична информация, включително телесна температура или скафандър и нива на въглероден диоксид. Дизайнът на меки стикери с биосензори е показан на фиг. 14. По време на изследването на Луната, заедно с течно охлаждане на вътрешното облекло, преносима система за поддържане на живота (в раницата) и аварийна кислородна система, остъкляването на каската за наблюдение на Луната и други устройства, включени в специалния подвижен изкл. -използвани са бордови единици Apollo.
1- бельо,
2- вентилационен слой за създаване на комфортни условия,
3- херметична обвивка,
4- захранваща обвивка (свързваща мрежа),
5-буферен слой,
6- термичен слой с алуминиево покритие,
7-филцова подложка,
8- външен слой
Ориз. 13. Животоподдържаща система Gemini 4 за костюм за излизане1- клапан,
2- регулатор на налягането,
3- спирателен вентил,
4- кислороден цилиндър,
5-поточен регулатор на костюма и предпазен клапан,
6- манометър,
7- ръчен кислороден авариен клапан,
8- ограничител на потока за захранващия канал,
9- фитинг за захранващ канал,
10- биотелеметрия и комуникации,
11- фал,
12- връзка с парашут,
13- контролен клапан,
14-връзка с дължина 25 фута (7,62 м),
15 - ограничител на потока,
16-U-образни фитинги,
17- връзка за бързо освобождаване,
18 - клапан за възстановяване на налягането в кабината
(ИПС). На фиг. Фигура 15 показва оборудване за дейности на лунната повърхност по програмата Apollo. Както може да се види на снимката, космическият костюм извън борда се състоеше от основния космически костюм на Аполо, върху който се носеше облекло за защита от топлинно излъчване и метеорити. Основният костюм се състоеше от найлонов вътрешен слой, найлонова херметична обвивка, покрита с неопренов каучук, и найлонов защитен слой на силовата обвивка. Външните слоеве от вътрешната страна бяха направени от материал Nomex и два слоя Beta плат, покрити с тефлон. Кислородни връзки, комуникации и проводници на биомедицински сензор бяха прикрепени към конектори на торса на костюма. Под тази екипировка се носеше вътрешно облекло с течно охлаждане. Беше направен от плетен материал от найлон и спандекс с мрежа от пластмасови тръби, през които циркулира охлаждаща вода.
Животоподдържането по време на дейности на лунната повърхност се извършва с помощта на преносима животоподдържаща система за раница. Тази система снабдяваше астронавта с кислород и доставяше охлаждаща вода към вътрешното облекло (фиг. 16). Тя също включва комуникационно и телеметрично оборудване, захранвания и др. Системата премахва въглеродния диоксид от вентилационния поток и осигурява предаването на информация чрез телеметрия. В горната част на опаковката (вижте фиг. 15) имаше допълнителна система за подаване на кислород, която беше проектирана да доставя кислород при спешни случаи за най-малко 40 минути.
Преносимата животоподдържаща система работеше по следния начин. Водата, циркулираща през охлаждащите тръби на вътрешното облекло, отнема метаболитната топлина и осигурява охлаждане чрез топлопроводимост. След това тази вода преминава в сублиматора и се охлажда там. Кислородна вентилационна система доставяше кислород, премахваше въглеродния диоксид и други газове и контролираше влажността. Замърсителите бяха отстранени от кислорода, когато влезе в опаковката, с помощта на патрон с активен въглен. Въглеродният диоксид е химически свързан с
Ориз. 14. Стикери с биосензори (програма Gemini
Ориз. 15. Оборудване за излизане на повърхността на Луната (програма Аполо)
литиев хидроксид. Излишната влага в газовия поток се задържа от фитилен воден сепаратор. Газовият поток се охлажда в топлообменник (сублиматор). Системата за подаване на кислород беше независимо устройство с отворена верига, което можеше или да доставя кислород в случай на повреда на основната захранваща система, или да отвори веригата на потока в случай на пълна повреда на вентилационната система на раницата.
Отстраняването на отпадъците в извънбордовия скафандър беше извършено с помощта на торбичка за колостома и устройство за събиране и прехвърляне на урина (фиг. 17). Колостомният сак се състои от еластични бикини с абсорбиращ слой подплата в седалищната област и отвор за гениталиите в предната част. Тази система позволяваше неволна дефекация, докато астронавтът носеше скафандър и последният беше под напрежение. Подсистемата събира изпражненията и предотвратява попадането им върху дрехите. Влагата от изпражненията се абсорбира от облицовъчния слой и се изпарява в атмосферата на скафандъра, откъдето след това се отстранява през вентилационната система. Капацитетът на системата за събиране на фекалиите е приблизително 1000 cm 3 твърдо вещество. Досега системата за събиране на изпражнения не е използвана от астронавти по време на мисии до Луната. Устройството за събиране и прехвърляне на урина на костюма осигурява събиране и временно съхранение на течни отпадъци по време на изстрелване, дейности извън борда или в неочаквани случаи, когато бордовата система за изхвърляне на отпадъци на космическия кораб не може да се използва. Тази система може да събере до 950 cm 3 течност при скорост до 30 cm 3 /sec.
1- цип,
2- монтаж,
3- магистрала,
4-тръби,
5- дозиметър
Ориз. 17. Устройства за събиране на изпражнения (а) и събиране и източване на урина (б)Ориз. 18. Остъкляване на лунен скафандър1- странично стъкло,
2- централно стъкло,
3- козирка,
4- слънцезащитно устройство,
5- защитно устройство,
6-покритие,
7-закопчалка
Ориз. 19. Торба с вода за използване при отиване на повърхността на Луната в скафандъра на Аполо
Не са необходими ръчни настройки, за да работи тази система. Възвратен клапан на клапата предотвратява обратния поток от събирателната торба. Събраната урина може да се излее през черупката на костюма в контейнерите за урина на борда на командното отделение или лунния модул по време на неговото херметизиране или декомпресия. Устройството за събиране на урина се поставя върху или под вътрешното облекло; тя беше свързана с маркуч към пикочния нипел на скафандъра.
Остъкляването на шлема (LEVA) в лунния скафандър, както и в оборудването на Gemini, беше двойно. Очилата бяха монтирани на панти върху поликарбонатна обвивка, прикрепена към шлема. Остъкляването осигуряваше защита на космонавта от микрометеоритни удари и от термично, ултравиолетово и инфрачервено лъчение.
Вътрешното лицево стъкло се използва за работа на тъмно или на сянка и се отличава с висока прозрачност в областта на видимата светлина. Това стъкло е изработено от поликарбонат, който осигурява защита от ултравиолетова радиация. Външното стъкло предпазваше астронавта от инфрачервените лъчи, отразени от лунната повърхност, като покриваше вътрешната му повърхност с тънък слой злато. Започвайки с полета на Аполо 12, към остъкляването отгоре в средната част на ръба на каската беше добавен сенник. На фиг. Фигура 18 показва остъкляването на лунен скафандър.
Друга модификация след Аполо 12 беше добавянето на торбичка за питейна вода от 1080 cc, която е прикрепена вътре в пръстените на врата на костюма (фиг. 19). Астронавтът можеше да вземе глътка вода с обем от 15,3 до 20,3 cm 3 от торбата през тръба с диаметър 3,2 mm, чийто край беше разположен близо до устата. Торбата беше пълна с вода от преносимия воден резервоар на лунния модул.
НОВА ТЕХНОЛОГИЯ НА КОСМИЧЕСКИ КОСТЮМИ
В момента се полагат големи усилия за решаване на нови проблеми и отстраняване на недостатъци, открити при използването на космически костюми и техните системи. В резултат на тези усилия подвижността на костюма е увеличена (фиг. 20). Намаляването на въртящия момент и увеличаването на живота на съединението (брой въртеливи движения), постигнато във всички стави на усъвършенствани извънбордови космически костюми, представлява голямо техническо постижение. Това беше постигнато чрез използване на съединения с постоянен обем, в които не се извършва работа за промяна на обема спрямо налягането.
1- „Живак“,
2- "Близнаци"
3- "Аполо-Скайлаб",
4- нови скафандри
* Повишената мобилност се определя като увеличени степени на движение във всички равнини плюс намалени моменти на триене в ставите плюс стабилност на многопозиционни стави
** Скафандрите са предназначени за работа извън борда в орбити и на лунната повърхност
За сравнение може да се отбележи, че ставите на първите скафандри Джемини използват свързваща мрежа (която не поддържа постоянен обем), а ставите в първите скафандри Аполо са оформени гофрирани съединения, които също не поддържат постоянен обем .
Пример за твърд скафандър, който има стави с постоянен обем, е моделът скафандър RX-1 (фиг. 21). В работно състояние скафандърът запазва почти всяка форма, тъй като осигурява поддържането на постоянен обем. В същото време ви позволява да извършвате почти всяко движение на тялото с минимален разход на енергия. Основният принцип на скафандъра с постоянен обем е използването на въртящи се гофрирани съединения.
Въртящата се гофрирана връзка използва твърди пръстени, оборудвани с ограничител на надлъжно движение; Благодарение на това тъканта на ставата лесно се сгъва и разгъва, запазвайки обема на ставата, като същевременно поддържа максимален обхват на движение.
Металните пръстени в гофрираната връзка пасват един в друг. Втулка, изработена от гумирана тъкан, е закрепена между тези пръстени и действа като херметична обвивка. Пръстените са поставени по такъв начин, че тъканта между тях да е положена под формата на гънки или акордеон. В този случай максималното натоварване е чисто напрежение, което може лесно да се поеме от движещите се стоманени кабели, свързващи всички пръстени. Първият и последният пръстен са заварени към твърдите части на конструкцията на скафандъра. Когато ставата е огъната, тъканта се сгъва или изправя между пръстените; в този случай увеличаването на обема от едната страна на ставата се компенсира от същото намаляване на обема от другата страна.
По този начин общата промяна в обема е нула и не се изразходват усилия за това. Следователно въртящият момент, необходим за огъване на съединението, се определя само от вътрешното триене на тъканта и кабелите
Изследователският център Еймс на НАСА разработи друг твърд костюм, AX. С изключение на меките ръкавици, целият костюм е изработен от твърди материали и се отличава с изключителна сръчност с ниски въртящи моменти на триене и ниски течове. Характеристика на програмата за развитие на този скафандър, която осигурява такава голяма мобилност, е използването на съединения под формата на „тръба на самовар“ (фиг. 22).
За да преодолее недостатъците, свързани със сгъваемите „твърди, твърди скафандри“, НАСА предприе разработването на „хибриден“ скафандър. Такъв скафандър е изработен от твърд материал, но с участъци от по-мек плат (фиг. 23).
Тази комбинация съчетава предимствата на твърдите и меките скафандри. При тези скафандри в раменните и тазобедрените стави се използват сглобки тип „самоварна тръба“, а в лакътните, коленните, глезенните стави и в областта на кръста – формовани маншонни гънки. При сгъване на скафандъра тъканта на ставите се срутва.
За по-лесно обличане костюмът има един конектор на талията. Моментите на триене в такъв скафандър са почти наполовина по-малко, отколкото в съществуващите конструкции. В допълнение, той се оказва „безразмерен“. Този скафандър включва и новоразработена раменна става с пет лагера. Като цяло скафандърът, заедно с топлоизолацията и антиметеорната защита, може да се сгъне в пакет с размери 37,46 см височина, 71,1 см дължина и 66 см ширина.
Хибридният дизайн на този костюм, съчетан с подобрени стави с постоянен обем, осигурява отлични характеристики на мобилност. Раменната става има четири сегментни секции и пет запечатани лагера. Ъглите на сегментите са избрани така, че да е възможно да се движи ръката във всяка равнина без ограничения и без предварително програмиране. Лакътната става използва едноосно сгъната става с постоянен обем. Постоянната артикулация се състои от две елипсовидни сгънати секции; едноосните съединения са проектирани така, че равнините на огъване са разположени под ъгъл от 90 ° една спрямо друга. Странично огъване в талията е допустимо в диапазон от приблизително ±20°. Навеждането напред в кръста е разрешено в рамките на 65°; в предишните скафандри този диапазон беше значително по-малък.
Ориз. 22. Скафандър тип АХ-1
Ориз. 23. Най-новият космически костюм (хибрид) за дейности извън борда
Ориз. 24. Необходими моменти за сгъване на кръста в скафандри със сглобка непостоянен обем (1) и в хибриден скафандър със сглобка с постоянен обем (2); налягането в костюма е 191 mm Hg. Изкуство.
Ориз. 25. Ръкавици за скафандър, които осигуряват по-голяма мобилност
На фиг. 24 показва моментите, необходими за различни степени на огъване в кръста за съществуващи скафандри със стави с променлив обем и за разработения хибриден скафандър, чийто диапазон на огъване се разширява до 100° или повече.
Скафандър, предназначен за налягане от 414 mm Hg. чл., съответстващ на надморска височина 4880 м. При разработването на такъв скафандър за извънбордови дейности ще се използва технологията за създаване на хибриден скафандър.
Когато използвате този скафандър, можете да избегнете преддихателния кислород, което предотвратява декомпресионни нарушения. Астронавтите от експедициите на Аполо, преди да се преместят в атмосферата на космическия кораб, състояща се от чист кислород при налягане 252-264 mm Hg. Чл., трябваше да вдишва чист кислород за около три часа. С тази предпазна мярка не са наблюдавани инциденти с декомпресия в космическата програма на САЩ.
Въпреки това, ако разработването на скафандър за налягане от 414 mm Hg. Изкуство. ще бъде успешен при движение от налягане от 760 mm Hg. Изкуство. в космически кораб налягането в скафандъра ще намали необходимостта от такава процедура.
В процеса на изпълнение на тази програма към днешна дата са създадени ставни системи за космически костюми, които могат да работят в диапазона на налягането в костюма от 258 до 363 mm Hg. Изкуство. Тези системи за високо налягане се основават на техники за свързване с постоянен обем и използват процеси, които по принцип отговарят на изискванията за производителност, надеждност и сила на спукване на костюм под налягане от 414 mmHg. Изкуство.
Подобрени ръкавици. С нарастването на обема и сложността на работата в открития космос нарастват и изискванията към подвижността на ставите на пръстите и китките на скафандрите. Космическите инструменти в бъдеще ще станат по-разнообразни и по-сложни, така че е необходимо да се подобри технологията за производство на ръкавици за космически костюми.
На фиг. Фигура 25 показва подобрена ръкавица, която използва принципа на артикулация с постоянен обем, за да осигури по-добро сцепление. В допълнение, комбинацията от тъкани, използвани за направата на пръстите на ръкавиците, подобрява техните тактилни характеристики.
ДЕЙНОСТИ ИЗВЪН БОРДА
Космически инструменти. Различните видове инструменти, които са необходими за извършване на работа в космоса, например при изследване на лунната повърхност, могат да се видят на фиг. 26.
Изследванията показват, че: 1) електрическите инструменти трябва да са компактни; 2) необходимо е да се разработи някаква система за задържане на инструмента близо до човек, независимо от вида на използваните инструменти
по време на дейности извън борда и 3) ако човек е вързан, инструментите без откат нямат особено предимство пред конвенционалните инструменти.
Подвижна платформа за дейности извън борда. Разработването на дизайн на работна платформа за дейности извън борда (фиг. 27) показа, че маневрена количка с отворена основа може да помогне на астронавта да изпълнява задачите си в космоса.
1- лъжичка,
2- подреждане за 20 торби,
3- филмова камера с 20 мм обектив,
4- чук,
5- преносима животоподдържаща система,
6 - пилотска раница,
7- устройство за капачки на епруветки за вземане на проби,
8 - раница на командира,
9-сменяеми тръби за вземане на проби и почистващ прът,
10 - торба за събиране на проби,
11 маркер молив,
12-молив със светлина,
13 - специален контейнер за вземане на проби от външната среда,
14-камера с 500 mm обектив,
15 - ръчен часовник - хронограф,
16- маншет за бележки,
17- клещи,
18- джоб за листове с бележки
Устройството за задвижване на платформата ще достави астронавта до работното му място. Манипулаторите ще помагат на астронавта по време на акостиране и ще служат като продължение на ръцете или „външни ръце“ след акостиране. Платформата е прикрепена към работната платформа с анкери.
Телеоператори. За разширяване на пространствените възможности на човека, за проникване във вредна за човека среда, както и за увеличаване на неговите енергийни и силови възможности могат да се използват телеоператори. Тези устройства могат да приемат различни форми. На фиг. 28 показва рамото и ръката на твърдо пространство. скафандър на НАСА, предназначен за работа извън борда с биоелектрически манипулатор (телеоператор). Тук има контролирана връзка едно към едно между движенията на ръката на космонавта в скафандъра и механичния изпълнител, разположен на работната платформа.
Широката гама от функции на телеоператорите включва сателитно инсталиране, ремонт, поддръжка, изграждане и използване на аварийни устройства.
УСТРОЙСТВА ЗА МАНЕВРИРАНЕ НА ОТКРИТО ПРОСТРАНСТВО
Автономна ръчна маневрена единица. На фиг. Фигура 29 показва устройството, използвано от астронавта Едуард Уайт в мисията Джемини 4. Тази система съдържа собствен източник на студен газ под високо налягане с необходимите клапани и дюзи за създаване на контролирана тяга. За да се придвижи напред, астронавтът натиска предната част на спусъка. За да спрете или да се придвижите назад, трябва да натиснете задната част на спусъка. Тази система дава възможност за извършване на движения извън космическия кораб със значително по-малко потребление на енергия за астронавта.
Астронавтски превозни средства. За програмата Skylab са създадени по-сложни маневрени устройства, които са експериментално тествани в полети по тази програма. Това включва транспортното превозно средство за изследване на космонавтите и управляваното с крак маневрено превозно средство. Маневреният изследователски транспортен автомобил (фиг. 30) може да се използва в четири режима: като
Ориз. 27. Работна платформа за дейности извън борда
Ориз. 28. Оператор
Ориз. 29. Автономна ръчна маневрена единица
a - диаграма, b - общ изглед;
2- спирателен вентил,
3- тръба,
4- съединител,
5 - регулатор на налягането,
6-кланова бутаща дюза,
7 - блок за ръчно управление,
8- теглеща дюза,
9- дръпнете клапан на дюзата. 10 - бутаща дюза,
11-цилиндъра,
12 извода
Ориз. 30. На космонавта ръководител на транспортната инсталация
ръчно маневрено устройство, за осигуряване на линейно движение, за жироскопична стабилизация на пространственото положение и за жироскопично управление на въртеливото движение. Устройството осигурява шест степени на свобода за маневриране с автономни презареждащи се подсистеми и е оборудвано с широка гама от инструменти за измерване на производителността на системата по време на полет, човешки движения и движение на връзване. Транспортният апарат за крачен контрол (фиг. 31) използва лостове за крачен контрол, двигатели за небалансирано положение и двигатели за изместване, работещи приблизително в посоката на вертикалната ос на тялото. Астронавтът седи на това устройство като на велосипед. Двигателите, прикрепени към рамката, осигуряват ускорения при движение около 0,03 m/s 2 и номинални ускорения при промяна на пространственото положение от около 4 градуса/s 2 .
Изтегляне на резюме: Нямате достъп за изтегляне на файлове от нашия сървър.
Скафандърът е чудо на техниката, миниатюрна космическа станция...
Струва ви се, че скафандърът е пълен, като дамска чанта, но всъщност всичко е направено толкова компактно, че е просто красиво...
Общо взето скафандърът ми приличаше на първокласна кола, а каската ми приличаше на швейцарски часовник.
Робърт Хайнлайн „Имам скафандър – готов съм да пътувам“
Съжалявам за дългия пост и множеството писма, но просто не можах да го съкратя!
1. Предшественици на скафандъра. Водолазни костюми на Jean-Baptiste de La Chapelle.
Името "водолазен костюм" идва от френска дума, измислена през 1775 г. от математика абат Жан-Батист дьо Ла Шапел. Естествено, в края на 18 век не се говори за космически полети - ученият предложи да се нарече оборудването за гмуркане по този начин. Самата дума, която може да се преведе от гръцки приблизително като „човек-лодка“, неочаквано навлезе в руския език с настъпването на космическата ера. Трябва да се отбележи, че на английски скафандърът остава „космически костюм“.
2. Скафандърът на Уили Пост за голяма надморска височина, 1934 г
Колкото по-високо се изкачваше човек, толкова по-спешна беше нуждата от костюм, който да му помогне да направи още една крачка към небето. Ако на височина от шест до седем километра са достатъчни кислородна маска и топли дрехи, тогава след десеткилометровата марка налягането пада толкова много, че белите дробове спират да абсорбират кислород. За да оцелеете в такива условия, имате нужда от запечатана кабина и компенсиращ костюм, който при понижено налягане компресира човешкото тяло, временно замествайки външното налягане.
Ако обаче се издигнете още по-високо, тази болезнена процедура също няма да помогне: пилотът ще умре от кислороден глад и декомпресионни нарушения. Единственото решение е да се направи напълно запечатан скафандър, в който вътрешното налягане се поддържа на достатъчно ниво (обикновено най-малко 40% от атмосферното налягане, което съответства на надморска височина от седем километра). Но и тук има достатъчно проблеми: надутият скафандър затруднява движението и е почти невъзможно да се извършват точни манипулации в него.
3. Първите височинни скафандри на СССР: Ч-3 (1936) и СК-ЦАГИ-5 (1940)
Английският физиолог Джон Холдън публикува поредица от статии през 20-те години на миналия век, в които предлага използването на водолазни костюми за защита на летителите на балони. Той дори построи прототип на такъв скафандър за американския аеронавт Марк Ридж. Последният тества костюма в барокамера при налягане, съответстващо на надморска височина от 25,6 километра. Въпреки това балоните за летене в стратосферата винаги са били скъпи и Ридж не успя да събере средства, за да постави световен рекорд с костюма на Холдън.
В Съветския съюз Евгений Чертовски, инженер от Института по авиационна медицина, работи върху скафандри за полети на голяма височина. Между 1931 и 1940 г. той разработва седем модела костюми под налягане. Всички те далеч не бяха съвършени, но Чертовски беше първият в света, който реши проблема, свързан с мобилността. След като костюмът беше надут, пилотът се нуждаеше от много усилия само за да огъне крайника, така че в модела Ch-2 инженерът използва панти. Моделът Ch-3, създаден през 1936 г., съдържа почти всички елементи, които се намират в съвременния космически костюм, включително абсорбиращо бельо. Ch-3 е тестван на тежкия бомбардировач TB-3 на 19 май 1937 г.
4. Астронавти на Луната във филма “Космически полет”. Скафандрите са фалшиви, но доста подобни на истинските.
През 1936 г. излиза научнофантастичният филм „Космически полет“, в създаването на който участва Константин Циолковски. Филмът за предстоящото завладяване на Луната толкова завладя младите инженери от Централния аерохидродинамичен институт (ЦАГИ), че те започнаха активно да работят върху прототипи на космически костюми. Първият образец, обозначен като SK-TsAGI-1, е проектиран, произведен и тестван учудващо бързо - само за една година, 1937 г.
Костюмът наистина създаваше впечатление за нещо извънземно: горната и долната част бяха свързани с помощта на конектор за колан; изглежда, че раменните стави улесняват мобилността; черупката се състоеше от два слоя гумирана тъкан. Вторият модел беше оборудван с автономна система за регенерация, предназначена за шест часа непрекъсната работа. През 1940 г. въз основа на натрупания опит инженерите на ЦАГИ създават последния предвоенен съветски скафандър СК-ЦАГИ-8. Тестван е на изтребителя И-153 Чайка.
5. Скафандрите за кучета (Белка на снимката) бяха направени по-прости: животните не трябваше да вършат трудна работа.
След войната инициативата преминава към Летателно-изследователския институт (LII). Неговите специалисти бяха натоварени със задачата да създадат костюми за авиационни пилоти, които бързо завладяха нови висоти и скорости. Серийното производство не е възможно за един институт и през октомври 1952 г. инженер Александър Бойко създава специален цех в завод № 918 в Томилино, близо до Москва. Днес това предприятие е известно като АЕЦ "Звезда". Именно там е създаден скафандърът за Юрий Гагарин.
6. Костюмът, обозначен като SK-1, е базиран на костюма за висока надморска височина Воркута, който е предназначен за пилоти на изтребителя прехващач Су-9. Само каската трябваше да бъде изцяло преработена
Например, той имаше инсталиран специален механизъм, контролиран от сензор за налягане: ако падна рязко, механизмът моментално затръшна прозрачния визьор
Когато съветските инженери-конструктори започнаха да проектират първия космически кораб "Восток" в края на 50-те години на миналия век, те първоначално планираха човек да лети в космоса без скафандър. Пилотът ще бъде поставен в запечатан контейнер, който ще бъде изстрелян от спускаемия модул преди кацане. Подобна схема обаче се оказва тромава и изисква продължителни тестове, така че през август 1960 г. бюрото на Сергей Королев преработва вътрешното оформление на Восток, заменяйки контейнера с катапултираща седалка. Съответно, за да се защити бъдещият астронавт в случай на понижаване на налягането, беше необходимо бързо да се създаде подходящ костюм. Не остана време за скачване на скафандъра с бордовите системи, затова решиха да направят животоподдържаща система, поставена директно в седалката.
7. Валентина Терешкова в "дамски" скафандър СК-2. Първите съветски скафандри бяха ярко оранжеви, за да се улесни намирането на кацащия пилот. Но космическите костюми за открития космос са по-подходящи за бялото, отразяващо всички лъчи
Всеки скафандър е направен по индивидуални мерки. За първия космически полет не беше възможно да се „обвие“ целият екип от космонавти, който по това време се състоеше от двадесет души. Затова първо идентифицираха шестима, които показаха най-добро ниво на подготовка, а след това и тримата „лидери“: Юрий Гагарин, Герман Титов и Григорий Нелюбов. Първо за тях са направени скафандри.
Един от скафандрите SK-1 е бил в орбита преди космонавтите. По време на безпилотните тестови изстрелвания на космическия кораб "Восток", извършени на 9 и 25 март 1961 г., на борда заедно с опитните мелези е бил хуманоиден манекен в скафандър с прякор "Иван Иванович". В гърдите му беше монтирана клетка с мишки и морски свинчета. Под прозрачния визьор на шлема беше поставен знак с надпис „Оформление“, така че случайните свидетели на кацането да не го объркат с извънземно нашествие.
Скафандърът SK-1 е използван в пет пилотирани полета на космическия кораб "Восток". Само за полета на Восток-6, в чиято кабина беше Валентина Терешкова, беше създаден скафандърът СК-2, като се отчитаха особеностите на женската анатомия.
8. Астронавти от програмата Mercury в космически костюми Navy Mark IV
Американските дизайнери на програмата Mercury последваха пътя на своите конкуренти. Имаше обаче и разлики, които трябваше да се вземат предвид: малката капсула на техния кораб не му позволяваше да остане в орбита дълго време и при първите изстрелвания трябваше да достигне само границата на космическото пространство. Космическият костюм Navy Mark IV е създаден от Russell Colley за пилоти на военноморската авиация и се различава благоприятно от другите модели по своята гъвкавост и относително ниско тегло. За да се адаптира костюмът към космическия кораб, трябваше да се направят няколко промени - главно в дизайна на шлема. Всеки астронавт имаше три индивидуални скафандра: тренировъчен, полетен и резервен.
Скафандърът на програмата Mercury демонстрира своята надеждност. Само веднъж, когато капсулата Mercury 4 започна да потъва след падане, костюмът почти уби Върджил Грисъм - астронавтът едва успя да се изключи от системата за поддържане на живота на кораба и да излезе.
9. Астронавтът Едуард Уайт извън кораба.
Първите скафандри бяха спасителни, те бяха свързани с животоподдържащата система на кораба и не позволяваха излизане в открития космос. Експертите разбраха, че ако разширяването на космоса продължи, тогава един от задължителните етапи ще бъде създаването на автономен скафандър, в който ще бъде възможно да се работи в открития космос.
Първоначално за новата си пилотирана програма "Джемини" американците искаха да модифицират скафандъра "Меркурий" Марк IV, но по това време височинният запечатан костюм G3C, създаден за проекта за ракетен самолет X-15, беше напълно готов , и го взеха за основа. Общо три модификации бяха използвани по време на полетите на Gemini - G3C, G4C и G5C, а само скафандрите G4C бяха подходящи за космически разходки. Всички скафандри бяха свързани с животоподдържащата система на кораба, но в случай на проблеми беше осигурено автономно устройство ELSS, ресурсите на което бяха достатъчни, за да поддържат астронавта в продължение на половин час. Не се наложи обаче астронавтите да го използват.
Именно в скафандъра G4C Едуард Уайт, пилотът на Джемини 4, направи космическа разходка. Това се случи на 3 юни 1965 г. Но по това време той не беше първият - два месеца и половина преди Уайт, Алексей Леонов отиде на безплатен полет до кораба "Восход-2".
10. Екипажът на "Восход-2", Павел Беляев и Алексей Леонов, в скафандри на Беркут
Корабите "Восход" са създадени за постигане на космически рекорди. По-специално, на Восход-1 екипаж от трима космонавти излетя за първи път в космоса - за това катапултната седалка беше премахната от сферичния спускаем апарат, а самите космонавти излязоха в полет без скафандри. Космическият кораб „Восход-2“ се подготвяше за излизане на един от членовете на екипажа в открития космос и беше невъзможно да се направи без херметичен костюм.
Скафандърът Беркут е разработен специално за историческия полет. За разлика от SK-1, новият костюм имаше втора запечатана обвивка, каска със светлинен филтър и раница с кислородни бутилки, чийто запас беше достатъчен за 45 минути. Освен това астронавтът беше свързан с кораба чрез седемметров фал, който включваше устройство за поглъщане на удари, стоманен кабел, маркуч за аварийно подаване на кислород и електрически проводници.
11. Космонавтът Алексей Леонов е първият в света, излязъл в открития космос.
Космическият кораб "Восход-2" стартира на 18 март 1965 г., а в началото на втората орбита Алексей Леонов напусна борда. Веднага командирът на екипажа Павел Беляев тържествено обяви на целия свят: „Внимание! Човек излезе в открития космос! Изображението на астронавт, реещ се на фона на Земята, беше излъчено по всички телевизионни канали. Леонов беше в празното пространство 23 минути 41 секунди.
12. Скафандър G4C с носимо устройство ELSS
Въпреки че американците загубиха лидерството, те бързо и забележимо изпревариха съветските си конкуренти по брой излизания в открития космос. Извънкорабни операции са извършени по време на полети Gemini 4, -9, -10, -11, 12. Следващото съветско излизане се състоя едва през януари 1969 г. Същата година американците кацнаха на Луната.
P.S.
Кацането на Луната все още се обсъжда. Има много аргументи, доказващи и опровергаващи това събитие. Истината, както обикновено, може би е някъде по средата...
13. Записва във вакуум
Днес космическите разходки няма да изненадат никого: в края на август 2013 г. са регистрирани 362 космически разходки с обща продължителност 1981 часа и 51 минути (82,5 дни, почти три месеца). И все пак тук има някои записи.
Абсолютен рекордьор по брой часове, прекарани в открития космос, е дълги години руският космонавт Анатолий Соловьов - той е направил 16 излизания в открития космос с обща продължителност 78 часа 46 минути. На второ място е американецът Майкъл Лопес-Алегрия; той е направил 10 излизания с обща продължителност 67 часа и 40 минути.
Най-дълъг е изходът на американците Джеймс Вос и Сюзън Хелмс на 11 март 2001 г., който продължи 8 часа и 56 минути.
Максималният брой изходи в един полет е седем; този запис принадлежи на руснака Сергей Крикалев.
Астронавтите от Аполо 17 Юджийн Сърнан и Харисън Шмит прекараха най-дълго време на лунната повърхност: в рамките на три мисии през декември 1972 г. те прекараха там 22 часа и 4 минути.
Ако сравняваме държави, а не астронавти, САЩ несъмнено са лидер тук: 224 изхода, 1365 часа 53 минути извън космическия кораб.
14. Скафандри за Луната.
На Луната бяха необходими напълно различни скафандри, отколкото в околоземна орбита. Костюмът трябваше да бъде напълно автономен и да позволява на човек да работи извън кораба в продължение на няколко часа. Той трябваше да осигури защита от микрометеорити и най-важното от прегряване на пряка слънчева светлина, тъй като кацанията бяха планирани в лунни дни. Освен това НАСА изгради специална наклонена стойка, за да разбере как намалената гравитация влияе върху движението на астронавтите. Оказа се, че характерът на ходенето се променя драстично.
Костюмът за полет до Луната беше подобрен по време на програмата Apollo. Първата версия на A5L не задоволи клиента и скоро се появи скафандърът A6L, към който беше добавена топлоизолационна обвивка. След пожара на 27 януари 1967 г. на Аполо 1, който доведе до смъртта на трима астронавти (включително споменатите по-горе Едуард Уайт и Върджил Грисъм), костюмът беше модифициран до огнеустойчивата версия A7L.
По дизайн A7L беше еднокомпонентен, многослоен костюм, покриващ торса и крайниците, с гъвкави стави, направени от гума. Метални пръстени на яката и маншетите на ръкавите бяха предназначени за монтиране на запечатани ръкавици и „аквариумна каска“. Всички скафандри имаха вертикален „цип“, който минаваше от врата до слабините. A7L осигури четири часа работа на астронавтите на Луната. За всеки случай в раницата имаше и резервно животоподдържащо устройство, предназначено да работи половин час. Именно в скафандрите A7L астронавтите Нийл Армстронг и Едуин Олдрин стъпиха на Луната на 21 юли 1969 г. +
При последните три полета от лунната програма бяха използвани скафандри A7LB. Те се отличаваха с две нови стави на врата и колана - такава модификация беше необходима, за да се улесни управлението на лунната кола. По-късно тази версия на скафандъра е използвана в американската орбитална станция Skylab и по време на международния полет Союз-Аполо.
15. Съветски лунен скафандър "Кречет".
Съветските космонавти също отиваха на Луната. И за тях беше подготвен скафандър „Кречет”. Тъй като според плана само един член на екипажа трябваше да кацне на повърхността, за скафандъра беше избрана полутвърда версия - с врата на гърба. Астронавтът не трябваше да облича костюм, както в американската версия, а буквално да се побере в него. Специална кабелна система и страничен лост позволяват затварянето на капака зад вас. Цялата система за поддържане на живота беше разположена в шарнирна врата и не работеше навън, като американците, а в нормална вътрешна атмосфера, което опрости дизайна. Въпреки че Krechet никога не е посещавал Луната, неговите разработки са използвани за създаване на други модели.
16. Китайските аварийно-спасителни костюми са по всякакъв начин подобни на руските скафандри Sokol-KV2
През 1967 г. започват полетите на новия съветски космически кораб "Союз". Те трябваше да станат основно транспортно средство при създаването на дългосрочни орбитални станции, така че потенциалното време, което човек трябваше да прекара извън кораба, неизбежно се увеличи.
Скафандърът "Ястреб" в основата си е подобен на този на "Беркут", използван на космическия кораб "Восход-2". Разликите бяха в системата за поддържане на живота: сега дихателната смес циркулира вътре в костюма в затворена верига, където се изчиства от въглероден диоксид и вредни примеси, захранва се с кислород и се охлажда. В „Ястребите“ космонавтите Алексей Елисеев и Евгений Хрунов се местят от кораб на кораб по време на полетите на Союз 4 и Союз 5 през януари 1969 г.
Космонавтите летяха до орбитални станции без спасителни костюми - благодарение на това беше възможно да се увеличат доставките на борда на кораба. Но един ден космосът не прости такава свобода: през юни 1971 г. Георги Доброволски, Владислав Волков и Виктор Пацаев загинаха поради намаляване на налягането. Дизайнерите трябваше спешно да създадат нов спасителен костюм Sokol-K. Първият полет в тези скафандри е извършен през септември 1973 г. на Союз-12. Оттогава, когато космонавтите отиват на полети на местни космически кораби Союз, те винаги използват варианти на Falcon.
Трябва да се отбележи, че скафандрите Sokol-KV2 бяха закупени от китайски търговски представители, след което Китай получи свой собствен космически костюм, наречен, подобно на пилотирания космически кораб, „Шенджоу“ и много подобен на руския модел. Първият тайконавт Ян Лиуей излезе в орбита с такъв скафандър.
17. Скафандрите Орлан-МК са най-добрите приятели на астронавтите!
Скафандрите от серията „Falcon“ не бяха подходящи за излизане в открития космос, следователно, когато Съветският съюз започна да изстрелва орбитални станции, които позволяваха изграждането на различни модули, беше необходим и подходящ защитен костюм. Стана "Орлан" - автономен полутвърд скафандър, създаден на базата на лунния "Кречет". Освен това трябваше да влезете в Орлан през врата отзад. Освен това създателите на тези скафандри успяха да ги направят универсални: сега краката и ръкавите бяха регулирани според височината на астронавта.
"Орлан-Д" е тестван за първи път в открития космос през декември 1977 г. в орбиталната станция "Салют-6". Оттогава тези скафандри в различни модификации се използват на Салют, комплекса Мир и Международната космическа станция (МКС). Благодарение на скафандъра космонавтите могат да поддържат връзка помежду си, със самата станция и със Земята.Първият опасен инцидент се случи с Алексей Леонов през март 1965 г. След като завърши програмата, астронавтът не успя да се върне на кораба поради факта, че скафандърът му беше надут. След като направи няколко опита да влезе първи в шлюза, Леонов реши да се обърне. В същото време той намали нивото на свръхналягане в костюма до критично, което му позволи да се притисне във въздушния шлюз.
Инцидент с повреда на костюма се случи по време на полета на космическата совалка Atlantis през април 1991 г. (мисия STS-37). Малък прът проби ръкавицата на астронавта Джери Рос. По щастлива случайност не се случи понижаване на налягането - прътът се заби и „запечата“ получената дупка. Пробивът дори не беше забелязан, докато астронавтите не се върнаха на кораба и започнаха да проверяват скафандрите си.
Друг потенциално опасен инцидент се случи на 10 юли 2006 г. по време на втората космическа разходка на астронавтите от Discovery (полет STS-121). От скафандъра на Пиърс Селърс беше откачена специална лебедка, която не позволи на астронавта да полети в космоса. След като забелязаха проблема навреме, Селърс и неговият партньор успяха да прикрепят устройството обратно и работата приключи успешно.
20. Космически костюми на НАСА: лунен костюм A7LB, костюм на совалка EMU и експериментален костюм I-Suit.
Американците разработиха няколко скафандъра за програмата за космически кораби за многократна употреба Space Shuttle. Когато тестваха нова ракетно-космическа система, астронавтите носеха SEES, спасителен костюм, заимстван от военната авиация. В следващите полети той беше заменен от варианта LES, а след това от по-модерната модификация ACES.
Скафандърът EMU е създаден за космически разходки. Състои се от твърда горна част и меко долнище. Подобно на Orlan, EMU могат да се използват многократно от различни астронавти. Можете безопасно да работите в космоса седем часа, с резервна животоподдържаща система, осигуряваща още половин час. Състоянието на костюма се следи от специална микропроцесорна система, която предупреждава астронавта, ако нещо се обърка. Първият EMU излезе в орбита през април 1983 г. на космическия кораб Challenger. Днес скафандри от този тип се използват активно на МКС заедно с руските Орлани.
21. Проект Z-1 - „Скафандърът на Бъз Лайтър“.
Американците смятат, че ИВС е остарял. Обещаващата космическа програма на НАСА включва полети до астероиди, завръщане на Луната и експедиция до Марс. Следователно е необходим скафандър, който да съчетава положителните качества на спасителния и работния костюм. Най-вероятно той ще има люк зад гърба си, позволяващ костюмът да бъде закачен към станция или обитаем модул на повърхността на планетата. Отнема няколко минути, за да приведете такъв костюм в работно състояние (включително запечатване).+
Прототипът на скафандъра Z-1 вече се тества. За определена външна прилика с костюма на известния анимационен герой, той беше наречен "космическият костюм на Бъз Лайтър".
22. Обещаващ скафандър Bio-Suit (прототип). Покорете Марс, докато оставате стилни!
Експертите все още не са решили какъв костюм ще облече човек за първи път, за да стъпи на повърхността на Червената планета. Въпреки че Марс има атмосфера, тя е толкова тънка, че лесно пропуска слънчевата радиация, така че човекът в скафандъра трябва да бъде добре защитен. Експертите на НАСА обмислят широка гама от възможни опции: от тежък, твърд скафандър Mark III до лек, плътно прилепнал биокостюм.
Ще се развиват технологиите за производство на скафандри. Костюмите за пространство ще станат по-умни, по-елегантни, по-сложни. Може би някой ден ще има универсална черупка, която може да защити човек във всяка среда. Но дори и днес скафандрите са уникален продукт на технологиите, който без преувеличение може да се нарече фантастичен.
Трябва да започнем със самото определение на думата скафандър, което буквално се превежда от старогръцки като „кораб на човек“ или „човек-лодка“. Първият, който използва тази дума в познатия ни смисъл, е френският абат и математик Ла Шапел, за да опише костюма, който е разработил. Споменатият костюм беше аналог на водолазния костюм и беше предназначен за удобно преминаване на войниците през реката. Малко по-късно бяха създадени авиационни скафандри за пилоти, чиято цел беше да осигурят спасяването на пилота в случай на намаляване на налягането в кабината и по време на катапултиране. С началото на космическата ера се формира нов тип скафандър - скафандърът.
Скафандърът на първия космонавт (“СК-1”) Юрий Гагарин е проектиран именно на базата на авиационния костюм на Воркута. "SK-1" беше мек тип скафандър, който се състоеше от два слоя: термопластичен и запечатан каучук. Външният слой на скафандъра беше покрит с оранжево покритие за по-удобна работа при търсене. Освен това под скафандъра се носеше термозащитен костюм. Към последния бяха прикрепени тръбопроводи, чиято задача беше да вентилират костюма и да премахнат влагата и въглеродния диоксид, отделяни от човек. Вентилацията се извършваше с помощта на специален маркуч, свързан към костюма вътре в кабината. Също така „SK-1“ имаше така нареченото асинтезиращо устройство - нещо като еластични бикини със сменяеми абсорбиращи подложки.
Основната цел на такъв скафандър е да предпази космонавта от вредното влияние на околната среда в извънредна ситуация. Следователно, по време на понижаване на налягането, вентилационният маркуч беше моментално прекъснат, козирката на каската беше спусната и започна подаването на въздух и кислород от цилиндрите. При нормална експлоатация на кораба времето за работа на скафандъра беше около 12 дни. При понижаване на налягането или неизправност на системата за поддържане на живота (LSS) - 5 часа.
Модерен космически костюм
Има два основни вида космически костюми: твърди и меки. И ако първият може да побере впечатляващата функционалност на система за поддържане на живота и допълнителни защитни слоеве, тогава вторият е по-малко обемист и значително увеличава маневреността на астронавта.
До първото излизане на човек в открития космос (Алексей Леонов) космическите костюми бяха разделени на още три вида: за спасяване в случай на извънредна ситуация, за работа в открития космос (автономни) и универсални.
Основният модел на руския скафандър без излизане в открития космос е Falcon, американският ACES. Първият модел Сокол влезе в експлоатация през 1973 г. и се носи от космонавтите при всеки полет на Союз.
"сокол"
Дизайнът на съвременната версия на скафандъра (SOKOL KV-2) включва два залепени слоя: силов слой отвън и запечатан слой отвътре. Тръбопроводите са свързани към контейнера за вентилация. Тръбопроводът за подаване на кислород е свързан само към шлема на скафандъра. Размерите на скафандъра зависят пряко от параметрите на човешкото тяло, но имат изисквания за астронавта: височина 161-182 см, гръдна обиколка - 96-108 см. Като цяло нямаше значителни нововъведения в този модел и скафандъра се справя добре със своята цел - поддържане на безопасността на астронавта по време на космическия транспорт.
"Орлан-МК"
Съветски скафандър, предназначен за работа в открития космос. Моделът MK се използва на МКС от 2009 г. Този скафандър е автономен и е в състояние да поддържа безопасната работа на астронавт в открития космос в продължение на седем часа. Дизайнът на Orlan-MK включва малък компютър, който ви позволява да видите състоянието на всички системи на костюма по време на извънкорпусна дейност (EVA), както и препоръки в случай на неизправност на някоя от системите. Шлемът на скафандъра е позлатен за намаляване на вредното влияние на слънчевата светлина. Заслужава да се отбележи, че шлемът дори има специална система за издухване на ушите, които се блокират, когато налягането в костюма се промени. Раницата, разположена зад костюма, съдържа механизъм за подаване на кислород. Теглото на "Орлан-МК" е 114 кг. Работното време извън кораба е 7 часа.
Може само да се гадае за цената на такъв скафандър: в диапазона от 500 хиляди долара до 1,5 милиона долара.
"A7L"
Истинските тестове за разработчиците на скафандри започнаха с началото на подготовката за кацане на астронавти на Луната. За да изпълни тази задача, беше разработен скафандърът A7L. Говорейки накратко за дизайна на този скафандър, трябва да се споменат няколко характеристики. „A7L“ се състоеше от пет слоя и имаше топлоизолация. Вътрешният костюм под налягане имаше няколко съединителя за животоподдържащи течности; външната издръжлива обвивка включваше два слоя: антиметеоритен и огнеустойчив. Самата черупка е направена от 30 различни материала, за да осигури гореспоменатите характеристики. Забележителен компонент на A7L беше раница, носена на гърба, която съдържаше основните компоненти на системата за поддържане на живота. Трябва да се отбележи, че за да се избегне прегряване на астронавта, както и замъгляване на шлема под налягане, водата циркулира вътре в костюма, който пренася топлината, генерирана от човешкото тяло. Нагрятата вода влизаше в раницата, където се охлаждаше с помощта на сублимационен хладилник.
"ИПС"
Extravehicular Mobility Unit или „EMU“ е американски костюм за извънкорабна дейност, който, заедно с Orlan-MK, се използва от астронавтите за космически разходки. Това е полутвърд костюм, в по-голямата си част подобен на руския дизайн. Някои разлики включват:
- Литър съд с вода, свързан с тръба към каската;
- Подсилен корпус, способен да издържа на температури в диапазона от –184 °C до +149 °C;
- Време за работа в открития космос – 8 часа;
- Малко по-ниско налягане вътре в костюма е 0,3 atm, докато Orlan MK има 0,4 atm;
- Има видеокамера;
- Наличието на горните характеристики се отрази на теглото на костюма, което е около 145 кг.
Цената на един такъв скафандър е 12 милиона долара.
Облекло за астронавтите на бъдещето
Поглеждайки малко по-нататък, да кажем за въвеждането в експлоатация на нова модификация на скафандъра Orlan-ISS през 2016 г. Основните характеристики на този модел са автоматична терморегулация, в зависимост от сложността на работата, извършвана от космонавта в момента, и автоматизация на подготовката на скафандъра за извършване на космическа разходка.
НАСА също разработва нови скафандри. Един от тези прототипи вече се тества - "Z-1". Въпреки че Z-1 изглежда много подобен на скафандъра на Бъз Лайтър от филма „Играта на играчките“, неговата функционалност има някои значителни нововъведения:
- Наличието на универсален порт в задната част на костюма ще ви позволи да свържете към него както автономна система за поддържане на живота, под формата на раница, така и система за поддържане на живота, осигурена от кораба;
- Повишената мобилност на астронавта в скафандъра се постига благодарение на: нова технология на "вложки" в местата, където се сгъват части от тялото, мек дизайн на костюма, както и относително ниско тегло - около 73 кг. , когато се сглоби за EVA. Мобилността на астронавта в Z-1 е толкова висока, че му позволява да се наведе и да достигне пръстите на краката си, да седне на коляното си или дори да седне в поза, подобна на позата на "лотос".
Но проблемите възникнаха със Z-1 още в началните етапи - неговата обемност не позволява на астронавтите да бъдат в него на борда на някакъв космически кораб. Затова НАСА, в допълнение към Z-1 и вече обявената модификация Z-2, съобщава за работа върху още един прототип, чиито характеристики все още не са разкрити.
Трябва да се отбележи, че в тази област също се появяват иновативни, смели предложения, най-известното от които е „Biosuit“. Дева Нюман, професор по аеронавтика в един от най-добрите университети в света (Масачузетския технологичен институт), работи върху концепцията за такъв костюм повече от 10 години. Особеност на „Биокостюма“ е липсата на празно пространство в костюма за пълнене с газове, за да се създаде външен натиск върху тялото. Последният се произвежда механично с помощта на сплав от титан и никел, както и полимери. Тоест самият скафандър се свива, създавайки натиск върху тялото. Разделен на сегменти, „Биокостюмът“ „не се страхува“ от пробиви на скафандъра на едно или друго място, тъй като мястото на пробиване няма да доведе до разхерметизиране на целия костюм и може просто да бъде запечатано. В допълнение, тази технология значително ще намали теглото на скафандъра и ще предотврати наранявания на астронавтите в резултат на работа в тежък костюм. Това, което все още остава в процеса на разработка, е каска, която, за съжаление, най-вероятно няма да бъде създадена с помощта на тази технология. Следователно вероятно в бъдеще ще видим някаква симбиоза на скафандрите „Биокостюм“ и „ЕМУ“.
Обобщавайки, бих искал да отбележа, че бързото развитие на технологиите води до също толкова бързо развитие на космическите технологии, инструменти и оборудване. Единственият спъващ фактор при разработването на скафандри може да бъде финансирането, тъй като това оборудване струва милиони долари.