Скафандр

Космонавт Геннадий Падалка демонстрирует скафандр «Орлан-М».

Скафандр (от греч. σκάφος — «лодка» и ἀνήρ — «человек») — это космический костюм-снаряжение для сохранения жизни человека и защиты от вредного влияния внешней среды (жидкостей, газов, излучений). Скафандры защищают космонавтов в открытом космосе от экстремально низкой температуры и позволяют им свободно передвигаться.

Скафандр — космическая станция в миниатюре. Вам кажется, что скафандр переполнен, как дамская сумочка, но на самом деле всё сделано компактно. Скафандр мой был похож на первоклассный автомобиль, а шлем — на швейцарские часы.Роберт Хайнлайн, «Имею скафандр — готов путешествовать»

История

• В 1775 году французский аббат и математик Жан-Батист де ла Шапель предложил создать костюм из пробкового дерева для погружения в воду.

• В 1920-е годы в Англии стали применять водолазные костюмы для воздухоплавателей, так как чем выше поднимались летательные аппараты, тем более сложными становились условия для пилотов: низкие температуры, резкое изменение давления и кислородное голодание. Герметичный костюм помогал решать эти проблемы, но лишь до определенных высот.

• В 1936 году в СССР советский изобретатель, инженер Института авиационной медицины Евгений Чертовский разработал модель скафандра Ч-3, содержавшую в себе практически все элементы современных космических костюмов, включая термобельё. Чертовский также разработал порядка семи модификаций скафандров и первым решил проблему подвижности. Поскольку первые модели скафандров при поднятии на высоту раздувались, находящемуся внутри человеку было крайне сложно даже согнуть руку. Чертовский внедрил в конструкцию скафандра систему шарниров, что значительно повысило его мобильность.

Толчком к работе над скафандром, который позволит совершать полёты в космос, стала индустрия кинематографии. В 1936 году в СССР сняли фантастический фильм «Космический рейс». В работе над фильмом принимал участие Константин Циолковский. После выхода фильма молодые инженеры Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) стали вплотную заниматься созданием космического скафандра.

• В1940 году на основе полученного опыта инженеры ЦАГИ создали последний довоенный советский скафандр СК-ЦАГИ-8. Его испытали на истребителе И-153 «Чайка».

В послевоенные годы инициатива по конструированию скафандров для космонавтов перешла к инженерам Летно-исследовательского института. Конструкторы получили задание на создание костюмов для авиационных пилотов, осваивающих новые высоты и развивающих новые скорости.

• в октябре 1952 года на заводе № 918 в подмосковном Томилине был создан специальный цех, который в дальнейшем получил название НПП «Звезда». Именно там был изготовлен скафандр Юрия Гагарина , а также скафандры для актрисы Юлии Пересильд и режиссера Клима Шипенко для съёмок художественного фильма «Вызов» на МКС

Первоначально планировалось отправлять космонавта в герметичной капсуле. Позднее капсулу заменили на кресло, и необходимость скафандра, который спасёт жизнь космонавту при любом ЧП, стала очевидной.

• В 1959 −1960 годы под руководством Сергея Павловича Королёва был создан первый в мире космический скафандр СК-1, основанный на высотном костюме «Воркута», предназначавшемся для пилотов истребителя-перехватчика Су-9. Для пребывания в космосе в шлеме установили автомат, управляемый датчиком давления: если оно резко падало, механизм мгновенно захлопывал прозрачное забрало.

Скафандр СК-1 использовался в пяти пилотируемых полётах кораблей «Восток». Только для полёта «Востока-6», в кабине которого находилась Валентина Терешкова, был создан скафандр СК-2, учитывающий особенности женской анатомии

Скафандр — это не просто костюм. Это космический корабль, повторяющий форму тела. В начале ХХ века учёные уже знали, что условия в космосе и на других планетах сильно отличаются от земных. Для будущих космических полётов нужно было придумать костюм, который защищал бы человека от воздействия убийственной внешней среды.Антон Первушин

Типы скафандров

В зависимости от способа образования дыхательной смеси различают вентиляционные, или вентилируемые скафандры, где кислород поступает по шлангу из какого-либо источника, например из баллона, и регенерационные скафандры, где выдыхаемая газовая среда в специальном патроне очищается от углекислого газа и влаги, обогащается кислородом и возвращается в систему.

В зависимости от задачи, выполняемой космонавтом, скафандры делятся на перечисленные ниже типы.

Для выхода в открытый космос

Предохраняет космонавтов от микрометеоритных частиц, от перегрева на солнечной стороне Земли и охлаждения в теневой, защищает глаза от солнечного излучения. Такой скафандр связывается с космическим кораблём гибким фалом-шлангом, по которому подаётся дыхательная смесь, либо имеет автономную систему жизнеобеспечения. Пример — скафандр «Орлан», позволяющий российским космонавтам выходить в открытый космос для работы вне станции.

Аварийно-спасательные

Используются при аварийной ситуации — разгерметизации космического корабля в полете или во время стыковки, при отклонении параметров атмосферы в кабине от расчётных значений. Пример — скафандр «Сокол»

Для выхода на поверхность небесных тел

В таком скафандре космонавт может самостоятельно передвигаться по поверхности небесного тела, а также подниматься после падения. Скафандры подобного типа бывают мягкими и жёсткими. Силовая оболочка мягкого скафандра изготовляется из ткани и при отсутствии давления внутри облегает тело космонавта, не ограничивая его движений. Скафандр жёсткого типа имеет твёрдую оболочку из металла или пластмассы, выполненную по форме тела, с шарнирами в местах суставов.

Серии

Серии скафандров различаются по назначению и времени выпуска.

СК

Скафандр СК-1 использовался на кораблях серии «Восток». На первом отправился в космос Юрий Гагарин, а на последнем — Валентина Терешкова, для которой был создан специальный скафандр СК-2 с учётом женской анатомии. Основой для создания такого скафандра был взят лётный костюм «Воркута», предназначвшийся для пилотов истребителя-перехватчика Су-9.

Беркут

«Беркут» — первый скафандр для выхода в открытый космос. Кроме безопасного нахождения за пределами корабля, скафандр также предназначался для спасения экипажа в случае разгерметизации космического аппарата. Это скафандр мягкого типа, без жёсткого каркаса. Ранец с кислородными баллонами надевался космонавтом в спускаемом аппарате корабля перед выходом и крепился к скафандру посредством подвесной системы. Чистое время нахождения Алексея Леонова в этом скафандре в открытом космосе составило 12 минут.

Скафандр «Ястреб» — преемник «Беркута». Использовался всего один раз, в 1969 году, при стыковке кораблей «Союз-4» и «Союз-5», когда впервые в мире космонавты Алексей Елисеев и Евгений Хрунов перешли из одного космического корабля в другой через открытый космос в скафандрах с автономной системой жизнеобеспечения

Кречет-94

Скафандр полужесткого типа предназначался для экспедиции на Луну. Человек не надевал скафандр, а входил в него, для чего в задней части конструкции был предусмотрен люк. Скафандр имел собственные системы радиосвязи, телеметрии, устройство обеспечения питьевой водой и удаления жидких отходов. Однако по назначению данный скафандр использовать не довелось — лунная программа была закрыта.

Орлан

Скафандр «Орлан-МКС» — это разработка 2006 года. Его масса вместе с системой жизнеобеспечения порядка 110 кг. «Орлан-МКС» — на сегодняшний день самый совершенный скафандр для работы в открытом космосе. Конструкция штанин и рукавов позволяет подогнать их под любой рост. На станции МКС постоянно хранятся три экземпляра «Орлана-МКС» (два рабочих и один запасной). Ресурс скафандра: до 15 выходов в открытый космос. Скафандр настолько комфортен, что предусмотрена даже так называемая «чесалка для носа», или устройство Вальсальва.

Сокол

Скафандр IVA

Скафандры серии «Сокол» — часть экипировки экипажей кораблей «Союз» при взлете и возвращении с орбиты, а также при стыковке и расстыковке с космической станцией. Подключен к бортовой системе вентиляции, а при разгерметизации корабля система подачи переключается с кислородно-воздушной смеси на чистый кислород. Время работы скафандра в штатном режиме 30 часов, а в автономном аварийном до двух часов. Скафандры серии «Сокол» успешно используются с 1973 года по сей день. Все они именные и изготавливаются индивидуально для каждого космонавта.

IVA

Внутрикорабельный скафандр, используется на корабле Crew Dragon SpaceX. Изготовлен из огнеупорного кевлара и номекса. Единая точка подключения на ноге космонавта обеспечивает жизненно важные соединения как для воздуха, так и для питания. Перчатки предназначены для работы с сенсорным управлением.

EVA

Некорабельный скафандр, предназначен для использования в космическом вакууме вне корабля. Функционирует как портативный космический корабль, предоставляя пассажиру все необходимое для выживания в течение длительного времени в неблагоприятной среде. Костюм EVA состоит из 16 слоев промышленно сшитого материала, способен удерживать кислород внутри скафандра и защищать от космической пыли.

Состав

Скафандры по составу отличаются в зависимости от места нахождения космонавта.

Для работы в открытом космосе

Скафандр мягкого типа состоит из верхней одежды, экранно-вакуумной тепловой изоляции, защиты от метеоров, защитной, силовой и герметичной оболочек, вентилирующей системы, шлема, системы охлаждения, ботинок.

Верхняя одежда предохраняет скафандр от механических повреждений и отражает лучистую энергию Солнца. Изготовляется из термостойкой ткани белого цвета, например стекловолокна. Тепловая изоляция расположена под одеждой и состоит из несколько слоев тонкой плёнки с алюминированной поверхностью, разделённых сеткой из стекловолокна.

Защитой от микрометеоритных частиц служит весь скафандр и специальный костюм из фетра или прорезиненной синтетической ткани. Герметичная оболочка делается из резины или прорезиненной ткани. Система охлаждения включает костюм с водяным охлаждением (или испарительный костюм) и агрегаты, охлаждающие циркулирующую в системе воду. Шлем снабжается светофильтрами

Внутри корабля

Кроме скафандра, космонавту на орбите требуется повседневная и рабочая одежда. На первый взгляд она почти неотличима от земной, но на самом деле соответствует особым условиям космоса.

Повседневную одежду и бельё для космонавтов шьют из почти стопроцентного хлопка, в который иногда добавляют нити эластана, чтобы придать ткани лучшую форму и гладкость.

Внешняя и рабочая одежда изготовлена из ткани, в которой содержится в среднем 53 процента хлопка и 47 процентов полиэфира. Эксперименты с полностью синтетическими вещами закончились неудачно: они накапливали заряд и космонавтов часто било статическим током.Светлана Крютченко, ведущего конструктора Института медико-биологических проблем Российской академии наук

Из-за микрогравитации, карманы на одежде должны закрываться на молнии или трикотажные застежки-велкро (липучки), чтобы в условиях невесомости оттуда не вылетали мелкие предметы. Кроме того, на некоторые вещи по желанию можно нашить ленты-липучки. На них крепятся съемные карманы, подсумки или инструменты.

Комплект белья для российских космонавтов рассчитан в среднем на три дня. В него входят: фуфайка с короткими и длинными рукавами, трусы или кальсоны, а также носки. Носки могут оснащаться защитными подушечками из силикона с внешней стороны, чтобы космонавтам было удобнее держаться за перекладины ногами. По истечении трехдневной нормы комплект белья не утилизируется, а используется для физических упражнений на тренажерах.

Грязная одежда запечатывается в герметичный контейнер и вместе с прочими отходами помещается в грузовой корабль «Прогресс», который отстыковывается от станции и сгорает в земной атмосфере вместе с мусором.

Возможности скафандров «Орлан»

После первой высадки людей на Луну стали проектироваться костюмы, которые могут позволить космонавтам десантироваться на ближайшие планеты. В настоящее время на борту МКС используются скафандры «Орлан» и его модификации. С 1977 года в этих костюмах совершено боле 130 парных выходов в открытый космос.

Техническая копия советского скафандра «Орлан» 1977 года. Представлена ​​в обновленной космической экспозиции Швейцарского музея транспорта

Для того, чтобы максимально обезопасить космонавта, основной корпус скафандра состоит из алюминиевого сплава, жёсткий корпус и гермошлем представляют собой единое целое. Рукава и штанины сделаны из мягкого подвижного материала.

Весь костюм снабжен несколькими слоями защиты, в том числе экранно-вакуумной теплоизоляцией. Под жёстким корпусом расположен мягкий терморегулирующий костюм, состоящий из трубок с циркулирующей по ним водой.

Ниже перечислен ряд особенностей и возможностей скафандра:

• система теплозащиты и теплообеспечения, для защиты от перепадов температуры на орбите, доходящих до 240 градусов между солнечной и теневой стороной Земли;
• система связи, передачи телеметрической информации;
• дисплей высокого разрешения, отображающий состояние всех систем скафандра и позволяющий управлять ими;
• отображение на экране местоположения космонавта относительно самой станции, так как МКС представляет собой комплекс из большого количества объектов;
• защита от солнечной радиации и метеорного вещества;
• возможность выполнять работу около корабля, в подобном костюме космонавт может находиться в автономном режиме жизнеобеспечения до 7 часов;
• самостоятельное надевание и снятие костюма, при его весе 110 кг;
• использование единого размера скафандра для космонавта при его росте от 165 до 190 см;
• возможность обслуживания скафандра на орбите без участия Земли;.
• простота замены отдельных элементов.

Самая современная модификация скафандра «Орлан-МКС»: модернизированный, компьютеризированный, синтетический. В новой модификации скафандра космонавт сможет находиться в автономном режиме до 10 часов. «Орлан-МКС» оснащён запасом питьевой воды и оборудован «чесалкой» для носа. Космонавт может надеть его самостоятельно за 5 минут без посторонней помощи..

Ограничения

Может ли космический скафандр плотно прилегать телу? Разработки подобных скафандров ведутся с 50-х годов прошлого века, к их достоинствам относится гораздо большая подвижность.

Атмосферное давление

Когда человек находится на поверхности Земли, он испытывает на себе давление многокилометрового столба атмосферы. При этом тело не испытывает дискомфорта, поскольку внешнее давление уравновешивается внутренним давлением в человеческом организме. При отсутствии атмосферного давления и длительном пребывании в вакууме практически неизбежен летальный исход.

Чтобы защитить космонавтов от вакуума и создать для них комфортные условия, скафандры делают просторными внутри и закачивают внутрь воздух под атмосферным давлением. Благодаря этому внутри такого скафандра человек надёжно защищён от космического вакуума. Тем не менее, подвижность космонавтов в подобных громоздких скафандрах крайне ограничена.

Подвижность астронавта

Одной из главных проблем на сегодняшний день является проектирование суставных соединений. При сгибании и разгибании суставов внутренний объем скафандра должен оставаться неизменным, иначе могут возникнуть перепады давления. Подобные суставные соединения еще более ограничивают подвижность космонавтов в скафандре.

Микрогравитация

С физиологической точки зрения основной проблемой становится микрогравитация. Также космонавты сталкиваются с головными болями, проблемами со сном, вялостью и заторможенностью движений. На космических станциях предусмотрены различные тренажеры и разработаны специальные фармакологические препараты для сокращения периода адаптации космонавта, а также снижения негативных факторов влияния невесомости на организм.

Адаптация

Помимо прочего, космонавту необходимо адаптироваться эмоционально. Ученые выявили, что, находясь в космосе, человек проходит несколько стадий смены настроения, среди которых скука, апатия, раздражительность, после чего наступает эйфория. По словам космонавтов, находясь на орбите, они чувствуют боль не так остро, как на Земле, и микротравмы не причиняют никаких болевых ощущений. Несколько лет назад ученые начали изучать этот вопрос, и исследования продолжаются до настоящего времени

С учетом всех ограничений, в современных скафандрах люди могут выполнять различные весьма сложные задачи, например строительство МКС или ремонт телескопа Хаббл.

Примеры

Почтовая марка СССР, посвященная Герою Советского Союза Алексею Архиповичу Леонову.

Скафандр «Беркут» был разработан специально для достижения космических рекордов. В отличие от скафандра СК-1, новый костюм имел вторую герметичную оболочку, шлем со светофильтром и заплечный ранец с кислородными баллонами, запаса которых хватало на 45 минут. Кроме того, космонавт был соединён с кораблём семиметровым фалом, в состав которого входили амортизирующее устройство, стальной трос, шланг аварийной подачи кислорода и электрические провода.

Космический корабль «Восход-2» стартовал 18 марта 1965 года. В начале второго витка Алексей Леонов покинул борт, а командир экипажа Павел Беляев торжественно заявил по радиосвязи:

Внимание! Человек вышел в космическое пространство!Командир экипажа Восход-1 Павел Беляев

Изображение парящего на фоне Земли космонавта было опубликовано в средствах массовой информации по всему миру. Леонов находился в открытом космосе 23 минуты 41 секунду.

Заключительная репетиция запуска корабля NASA SpaceX Crew-6.

Скафандры SpaceX были разработаны специально для полётов на космическом корабле Crew Dragon и шились индивидуально под каждого из членов первого экипажа корабля. Дизайнером новинки выступил известный голливудский костюмер Хосе Фернандес, автор костюмов супергероев из фильмов «Бэтмэн против Супермена», «Фантастическая четвёрка», «Железный человек 2» и «Люди Икс 2». Фернандес реализовал задачу владельца и главного идеолога SpaceX Илона Маска.

Скафандры подобного типа, как и российские «Сокол», а также голубые скафандры Boeing, предназначенные для полетов на корабле Starliner, разработаны исключительно для использования на борту космического корабля и предназначены для защиты астронавтов в случае непредвиденной разгерметизации корабля.

Эти скафандры не могут защитить астронавтов во время выхода в открытый космос и работах на внешней поверхности корабляПрофессор Университета Северной Дакоты Пабло Де Леон

Скафандр для «внекорабельной мобильности» AxEMU — Axiom Extravehicular Mobility Unit разработан инженерами NASA, в Axiom Space миссии Artemis III, запуск которой намечен на декабрь 2025 года.

Скафандры, предназначенные для использования астронавтами на Луне, будут иметь белое покрытие, отражающее тепловые лучи и защищающее владельца от экстремально высоких температур и воздействия солнечной радиации. Скафандр изначально проектировался для использования членами экипажа независимо от их пола и физического состояния.

• 

  Хошиди в скафандре EMU во время тренировки к 32 экспедиции.

• 

  МКС-10. Американский астронавт Лерой Чиао в российском скафандре «Орлан» во время выхода в открытый космос.

• 

  Бортинженер 22-й экспедиции Олег Котов во время выхода в открытый космос.

• 

  Схема надевания скафандра типа «Орлан»