Как это работает. Одежда для космоса.

Научный журнал Naked Science побывал в подмосковном поселке Томилино на научно-производственном предприятии «Звезда», которое обеспечивает скафандрами всех российских космонавтов еще со времен Юрия Гагарина. Из этого материала мы узнаем о том, как устроены самые современные скафандры для выходов в открытый космос.

«Орлан МК» – это модификация скафандров, которые используются на МКС с 2009-го года. Вес скафандра – ни много ни мало – 120 кг. Буква «К» в названии означает, что в эту модель когда-то был впервые встроен компьютер.

Он расположен в блоке радиотелеметрической аппаратуры. Блок собирает информацию с датчиков и передает ее на компьютер для анализа, который проверяет правильность работы всех систем жизнеобеспечения скафандра (температура, расход вентиляции, давление и т. д.). Если в работе систем скафандра возникают какие-то отклонения, на дисплее в передней части скафандра появится сообщение. Если космонавт не предпримет никаких действий, через некоторое время компьютер даст рекомендации, как действовать. А ведь когда-то при возникновении внештатных ситуаций космонавты могли рассчитывать только на себя. В нормальном режиме дисплей светится зеленым, при внештатной ситуации меняет подсветку на оранжевую.

Он расположен в блоке радиотелеметрической аппаратуры. Блок собирает информацию с датчиков и передает ее на компьютер для анализа, который проверяет правильность работы всех систем жизнеобеспечения скафандра (температура, расход вентиляции, давление и т. д.). Если в работе систем скафандра возникают какие-то отклонения, на дисплее в передней части скафандра появится сообщение. Если космонавт не предпримет никаких действий, через некоторое время компьютер даст рекомендации, как действовать. А ведь когда-то при возникновении внештатных ситуаций космонавты могли рассчитывать только на себя. В нормальном режиме дисплей светится зеленым, при внештатной ситуации меняет подсветку на оранжевую.

©Александр Раменский

©Александр Раменский

©Александр Раменский

Электрический пульт управления

На пульте: кнопки включения/выключения света, основного и резервного вентилятора, основного и резервного насоса, основного и резервного радиопередатчика, кнопка отключения компьютера, а также тумблер для передвижения по меню. Все системы дублированы, что является принципиальным отличием российских скафандров от американских. Кнопка для входа в меню также используется для отключения звукового сигнала во время возникновения внештатной ситуации. Для передвижения по меню есть специальный тумблер. Компьютер можно отключить на тот случай, если он забарахлил, но даже в выключенном состоянии на дисплее отображается информация о давлении и напряжении аккумулятора. Все кнопки пульта устроены таким образом, что их случайное отключение невозможно.

©Александр Раменский

Пневмогидравлический пульт управления

©Александр Раменский

Тумблеры на пульте: слева – переключатель между основным и резервным баллонами с кислородом, справа – основной и резервный регуляторы давления в скафандре, в центре – кран регулирования температуры воды в костюме водяного охлаждения. На ручке имеется тумблер красного цвета, с помощью которого можно включить или отключить сублиматор (при выходе из шлюза в открытый космос, а также после возвращения на борт). Слева наверху – ручка инжектора и аварийной кислородной подачи. Если по какой-то причине в скафандре пропало электропитание, и электрический пульт перестал работать, то с помощь этой ручки космонавт может включить инжектор для продолжения вентиляции. Инжектор– специальное устройство, в которое при отсутствии электричества начинает поступать кислород из баллонов, при этом продолжает работать вся система вентиляции. Если в скафандре по какой-то причине начало снижаться давление и автоматический регулятор давления с утечкой не справляется, то с помощью этой же ручки космонавт может увеличить подачу кислорода в скафандр до 25 литров. 

©Александр Раменский

Объединенный разъем коммуникаций

Пока космонавт находится в специальном шлюзе в скафандре и готовится к выходу в открытый космос, через эти клапаны он подключен к бортовым системам – воды и подачи кислорода для того, чтобы не расходовать системы жизнеобеспечения скафандра до выхода в открытый космос. Электричество поступает через специальный фал, который находится в правой части скафандра. Там же располагается запасной кислородный шланг на тот случай, если после возвращения из открытого космоса объединенный разъем коммуникаций по какой-то причине откажет. При выходе в открытый космос космонавт отстыковывает эти разъемы и включает системы жизнеобеспечения скафандра. 

©Александр Раменский

Вентиляционная система

В середине – поглотительный патрон, который очищает кислород, циркулирующий в скафандре, от вредных примесей и снова подает его в скафандр. Кислород забирается через трубочки, расположенные в рукавах и «брюках» скафандра, и поступает на очистку в поглотительный патрон, где накапливается CO2 и другие вредные примеси. Дальше очищенный воздух поступает в вентиляторы, в которых имеется специальная очищающая сетка. Скафандр оснащен двумя вентиляторами – основным и резервным. Если один из вентиляторов откажет, автоматически включается резервный. Также резервный вентилятор может быть включен космонавтом вручную. 

После вентилятора воздух поступает в специальные каналы в сублиматоре, где происходит охлаждение и отделение влаги от воздуха (влага образуется в скафандре как конденсат на стенках сосуда). Специальный влагоотделитель собирает влагу и направляет ее в сублиматор для охлаждения и использования в костюме водяного охлаждения. На выходе из сублиматора воздух имеет температуру 4-5oC. Потом осушенный и охлажденный воздух поступает в скафандр (выходит через специальные трубки в шлеме). Кислород находится в двух баллонах– резервном и основном. Космонавт может вручную переключать систему с основного баллона на резервный.

©Александр Раменский

Сублиматор находится в задней части скафандра и располагается прямо под поглотительным патроном. С внешней стороны «ранца» сублиматор выглядит как  «окно с сеткой». Это окошко представляет собой сложную металлокерамическую пористую конструкцию. Вода проходит через эту пористую поверхность под давлением, которое возникает внутри скафандра. Проходя через металлокерамические поры, вода замерзает (вода в вакууме превращается в лед). Затем лед сублимирует наружу (в вакууме лед превращается в газ). Схема работы сублиматора похожа на круговорот воды: теплая вода и теплый газ, попадая в сублиматор, растапливают образовавшийся там лед. Затем в сублиматор поступает новая порция воды из водяного бака и снова образует лед. Лед необходим для охлаждения воды, которая циркулирует в костюме водяного охлаждения. Костюм водяного охлаждения – это специальный внутренний костюм, который надевается отдельно под скафандр. Он состоит из тонких трубочек, по которым циркулирует вода. С помощью этого костюма космонавт может поддерживать комфортную для себя температуру. 

Оболочка скафандра состоит из множества слоев. Наружный слой – фенилон– защищает от механических повреждений. За ним – 10 слоев экранно-вакуумной изоляции, которая защищает космонавта от холода и солнечного излучения. Между каждым слоем проложена капроновая сетка. Под изоляцией – радиоткань и, наконец, силовая оболочка. Радиоткань, вшитая в скафандр по всему корпусу, используется в качестве радиоантенн для поддержания связи с МКС. Силовая оболочка держит форму мягких частей скафандра, когда он надувается. Под силовой оболочкой - два слоя герметичной оболочки. 

©Александр Раменский

Новейшая модель скафандра «Орлан МКС», которая в скором времени будет поставлена на МКС на замену «Орлану МК». На фото Вы видите силовой каркас, без верхней одежды. В скафандре впервые в мире применена система автоматического терморегулирования. Если в текущей модели «Орлан МК» космонавт может регулировать температуру только вручную– с помощью тумблера на пневмогидравлическом пульте – то теперь система может самостоятельно определять уровень энергозатрат космонавта и регулировать температуру воды в костюме водяного охлаждения. В костюм встроены специальные клапаны, которые в зависимости от требуемой температуры пускают воду в сублиматор или мимо него. 

©Александр Раменский

В силовую оболочку вшиты специальные мягкие шарниры, которые могут работать под давлением, обеспечивая скафандру и космонавту необходимую подвижность. Шарниры располагаются в области плеч, локтей, кистей и на ногах около щиколоток. Последние, как ни странно, обеспечивают очень большой угол поворота туловища. В американских скафандрах шарнир для поворота корпуса располагается в центре скафандра вокруг пояса, однако угол поворота при этом меньше. 

Предохранительный клапан находится на правом боку скафандра. Если давление в скафандре начнет повышаться, например, из-за лопнувшей кислородной трубки, то через этот клапан лишний кислород будет выводиться наружу. Когда скафандр надувается до нормального давления – клапан открыт. В скафандре две герметичных оболочки, и при нормальном давлении нагружается наружная оболочка. Если вдруг наружная оболочка будет повреждена, то клапан для сохранения давления закроется автоматически. При этом начнет работать резервная оболочка. Дублированная герметичная оболочка применяется только в российских скафандрах. 

НПП «Звезда» им. академика Г.И. Северина было образовано в 1952-м году, когда в Советском Союзе начала развиваться реактивная авиация, для которой были необходимы специальные средства спасения. Специалисты предприятия занимались разработкой и испытанием систем жизнеобеспечения и спасения для больших высот (кислородных баллонов, катапультируемых кресел). Когда в СССР появилась космическая пилотируемая программа, предприятию было поручено изготовление средств защиты и спасения космонавтов. Первый в мире скафандр был изобретен в 1960-м году для полета Юрия Гагарина. Катапультные кресла, разработанные НПП «Звезда», до сих пор остаются лучшими в мире. 

На сегодняшний в скафандрах типа «Орлан» совершено больше 130 выходов в открытый космос. Рекордсмен по количеству выходов в открытый космос – российский космонавт Анатолий Соловьев, их у него 16. 

Российские скафандры для выходов в открытый космос считаются самыми надежными и безопасными. В 2004-м году американским астронавтам пришлось в экстренном порядке позаимствовать наши «Орланы» для проведения ремонтных работ в открытом космосе, потому что в их скафандрах была обнаружена неисправность в системе охлаждения. Доставка новых скафандров была отложена из-за взрыва шаттла. 

Но сказать, какие скафандры лучше – российские или американские – специалисты не могут. У тех и у других есть свои плюсы и минусы, так как они разрабатывались под разные цели. Одно из преимуществ наших «Орланов» – возможность «подгонки» скафандра под конкретного космонавта. Американские скафандры собираются как конструкторы. Для выхода в космос американский астронавт подбирает для себя по размеру все части скафандра, которые хранятся на складе МКС. А еще американский скафандр – в отличие от нашего – невозможно одеть без посторонней помощи.