Одежда космонавтов — скафандр – все о космосе

Одежда для вакуума: Как устроены космические скафандры

Современный космический скафандр представляет собой маленький автономный космический аппарат, в котором космонавт может проводить до 10 часов в сутки в открытом космосе. Редакции «Популярной механики» приятно, что самые лучшие в мире скафандры делают в России, в подмосковном Томилине

Гагаринский скафандр СК-1

Испытание скафандра «Орлан»

Скафандры «Орлан» (слева) и «Кречет»

Развертывание антенны в скафандрах «Орлан-М»

«Орлан-ДМА» с установкой для маневрирования в открытом космосе

Мало кто знает, что для советской экспедиции на Луну была полностью готова и испытана только одна компонента — космический лунный скафандр «Кречет». Еще меньше людей знают, как он устроен.

Николай Дергунов, начальник отдела конструирования авиационных и космических систем жизнеобеспечения НПП «Звезда», где создавались все космические скафандры, знает про скафандры все.

После беседы с ним кое-что о скафандрах стало ясно и журналу «Популярная механика».

С развитием реактивной авиации всерьез встали проблемы защиты и спасения экипажа при высотных полетах.

С падением давления человеческому организму становится все труднее усваивать кислород, обычный человек без особых проблем может находиться на высоте не более 4−5 км.

На больших высотах необходимо добавление кислорода во вдыхаемый воздух, а с 7−8 км человек вообще должен дышать чистым кислородом. Выше 12 км легкие и вовсе теряют возможность усваивать кислород — для поднятия на большую высоту требуется компенсация давления.

На сегодняшний день существует всего два типа компенсации давления: механическая и создание вокруг человека газовой среды с избыточным давлением. Типичным примером решения первого типа служат высотные компенсационные летные костюмы — например, ВКК-6, применяемые пилотами «МиГ-31».

В случае разгерметизации кабины такой костюм создает давление, сдавливая тело механическим путем. В основе такого костюма лежит довольно остроумная идея. Тело пилота опутывают ленточки, напоминающие восьмерку. В меньшее отверстие пропущена резиновая камера.

В случае разгерметизации в камеру подается сжатый воздух, она увеличивается в диаметре, сокращая, соответственно, диаметр кольца, опутывающего пилота. Однако такой метод компенсации давления является экстремальным: тренированный летчик в компенсирующем костюме может провести в разгерметизированной кабине на высоте не более 20 минут.

Да и создать равномерное давление на все тело таким костюмом невозможно: некоторые участки тела оказываются перетянутыми, некоторые — вообще несдавленными.

Другое дело — скафандр, по сути, представляющий собой герметичный мешок, в котором создано избыточное давление. Время пребывания человека в скафандре практически не ограничено. Но и он имеет свои недостатки — ограничение подвижности летчика или космонавта.

Что такое рукав скафандра? Практически это аэробалка, в которой создано избыточное давление (в скафандрах обычно поддерживается давление в 0,4 атмосферы, что соответствует высоте 7 км). Попробуйте согнуть накачанную автомобильную камеру.

Трудновато? Поэтому один из самых охраняемых секретов производства скафандров — технология производства специальных «мягких» шарниров. Но обо всем по порядку.

«Воркута»

Первые скафандры, до войны изготавливаемые в ЛИИ им. Громова, создавались в исследовательских целях и использовались в основном для экспериментальных полетов на стратосферных воздушных шарах.

После войны интерес к скафандрам возобновился, и в 1952 году в подмосковном Томилине было открыто специальное предприятие по изготовлению и разработке таких систем — Завод № 918, ныне НПП «Звезда».

В течение 50х годов предприятие разработало целую линейку экспериментальных скафандров, но только один из них, «Воркута», созданный под перехватчик «Су-9», был выпущен малой серией.

Практически одновременно с выпуском «Воркуты» предприятию было выдано задание на разработку скафандра и системы спасения для первого космонавта. Первоначально КБ Королева выдало «Звезде» техзадание на разработку скафандра, целиком замкнутого на систему жизнеобеспечения корабля.

Однако за год до полета Гагарина было получено новое задание — на обычный защитный костюм, рассчитанный на спасение космонавта только при его катапультировании и приводнении. Противники скафандров вероятность разгерметизации корабля считали чрезвычайно малой. Еще через полгода Королев опять поменял решение — на этот раз в пользу скафандров.

За основу были взяты уже готовые авиационные скафандры. Времени на состыковку с бортовой системой корабля уже не осталось, поэтому был принят автономный вариант системы жизнеобеспечения скафандра, размещаемый в катапультном кресле космонавта. Оболочка для первого космического скафандра СК-1 была во многом позаимствована от «Воркуты», но шлем был сделан полностью заново.

Задача ставилась предельно жестко: скафандр должен был спасти космонавта обязательно! Никто не знал, как поведет себя человек во время первого полета, поэтому система жизнеобеспечения строилась так, чтобы спасти космонавта, даже если он потеряет сознание, — многие функции были автоматизированы.

Например, в шлеме был установлен специальный механизм, управляемый датчиком давления. И если в корабле оно резко падало, специальный механизм мгновенно захлопывал прозрачное забрало, полностью герметизируя скафандр.

Послойно

Скафандры состоят из двух основных оболочек: внутренней герметичной и внешней силовой. В первых советских скафандрах внутренняя оболочка изготавливалась из листовой резины методом элементарного склеивания.

Резина, правда, была специальной, для ее производства применялся высококачественный натуральный каучук.

Начиная со спасательных скафандров «Сокол» герметичная оболочка стала резинотканевой, однако в скафандрах, предназначенных для выхода в открытый космос, альтернативы листовой резине пока не предвидится.

Внешняя оболочка — тканевая. Американцы для нее используют нейлон, мы — отечественный аналог, капрон. Она защищает резиновую оболочку от повреждений и держит форму. Лучшей аналогии, чем футбольный мяч, придумать сложно: кожаный внешний чехол защищает внутреннюю резиновую камеру от бутс футболистов и обеспечивает неизменные геометрические размеры мяча.

Провести продолжительное время в резиновом мешке никакой человек не сможет (кто имеет армейский опыт марш-бросков в прорезиненном общевойсковом защитном комплекте, поймет это особенно хорошо). Поэтому в каждом скафандре в обязательном порядке присутствует система вентиляции: по одним каналам подводится ко всему телу кондиционированный воздух, по другим — отсасывается.

По методу работы системы жизнеобеспечения скафандры делятся на два вида — вентиляционные и регенерационные. В первых, более простых по конструкции, использованный воздух выбрасывается наружу, аналогично современным аквалангам. По такому принципу были устроены первые скафандры СК-1, скафандр Леонова для выхода в открытый космос «Беркут» и легкие спасательные скафандры «Сокол».

Термос

Для длительного пребывания в космосе и на поверхности Луны потребовались регенерационные скафандры длительного пребывания — «Орлан» и «Кречет». В них выдыхаемый газ регенерируется, из него отбирается влага, воздух донасыщается кислородом и охлаждается.

По сути, такой скафандр в миниатюре копирует систему жизнеобеспечения целого космического корабля. Под скафандр космонавт одевает специальный сетчатый костюм водяного охлаждения, весь пронизанный пластиковыми трубками с охлаждающей жидкостью.

Проблемы обогрева в выходных скафандрах (предназначенных для выхода в открытый космос) не возникала никогда, даже если космонавт работал в тени, где температура стремительно падает до -1000С. Дело в том, что наружный комбинезон идеально выполняет функции теплозащитной одежды.

Для этого впервые была применена экранно-вакуумная изоляция, работающая по принципу термоса. Под внешней защитной оболочкой комбинезона расположены пять-шесть слоев специальной пленки из особого полиэтилена, терифталата, с двух сторон которой напылен алюминий.

В вакууме между слоями пленки теплообмен возможен только за счет излучения, которое переотражается обратно зеркальной алюминиевой поверхностью. Внешний теплообмен в вакууме в таком скафандре настолько мал, что считается равным нулю, и при расчете учитывается только внутренний теплообмен.

Впервые экранно-вакуумная теплозащита была применена на «Беркуте», в котором Леонов вышел в открытый космос. Однако под первые спасательные скафандры, которые работали не в вакууме, одевался ТВК (теплозащитный вентилируемый костюм), сделанный из теплого простеганного материала, в котором и были проложены вентиляционные магистрали. В современных спасательных скафандрах «Сокол» этого нет.

Помимо всего этого на космонавтов надевается хлопчатобумажное белье со специальной антибактериальной пропиткой, под которым расположен последний элемент — специальный нагрудник с закрепленными на нем телеметрическими датчиками, передающими информацию о состоянии организма космонавта.

Соколята

Скафандры были на кораблях не всегда. После успешных шести полетов «Востоков» они были признаны бесполезным грузом, и все дальнейшие корабли («Восходы» и «Союзы») проектировались на полет без штатных скафандров. Целесообразным было принято использование только внешних скафандров для выхода в открытый космос.

Однако гибель в 1971 году Добровольского, Волкова и Пацаева в результате разгерметизации кабины «Союза-11» заставила снова вернуться к проверенному решению. Однако старые скафандры в новый корабль не влезали.

В срочном порядке под космические нужды стали адаптировать легкий скафандр «Сокол», изначально разрабатываемый для сверхзвукового стратегического бомбардировщика Т-4.

Задача оказалась не из легких. Если при приземлении «Востоков» космонавт катапультировался, то «Восходы» и «Союзы» осуществляли мягкую посадку с экипажем внутри. Мягкая она была только относительно — удар при приземлении был ощутимый. Амортизировало удар энергопоглощающее кресло «Казбек» разработки все той же «Звезды».

Формовался «Казбек» индивидуально под каждого космонавта, который лежал в нем без единого зазора. Поэтому кольцо, к которому крепится шлем скафандра, при ударе обязательно бы сломало шейный позвонок космонавта.

В «Соколе» было найдено оригинальное решение — секторный шлем, не закрывающий затылочную часть скафандра, которая делается мягкой. Из «Сокола» также убрали ряд аварийных систем и теплозащитный слой, так как в случае приводнения при покидании «Союза» космонавты должны были переодеться в специальные костюмы.

Была сильно упрощена и система жизнеобеспечения скафандра, рассчитанная всего на два часа работы. В итоге «Сокол» стал бестселлером: начиная с 1973 года их было изготовлено более 280 штук. В начале 90-х два «Сокола» были проданы в Китай, и первый китайский космонавт полетел покорять космос в точной копии русского скафандра.

Правда, нелицензионной. А вот скафандры для открытого космоса китайцам никто не продал, поэтому выхода в открытый космос они пока даже не планируют.

Кирасиры

В целях облегчения конструкции и увеличения подвижности внешних скафандров существовало целое направление (прежде всего в США), изучавшее возможность создания цельнометаллических жестких скафандров, напоминающих глубоководные водолазные. Однако частичное воплощение идея нашла только в СССР.

Советские скафандры «Кречет» и «Орлан» получили комбинированную оболочку — жесткий корпус и мягкие ноги и руки. Сам корпус, который конструкторы называют кирасой, сваривается из отдельных элементов из алюминиевого сплава типа АМГ. Такая комбинированная схема оказалась на редкость удачной и сейчас копируется американцами.

А возникла она по необходимости.

Американский лунный скафандр был сделан по классической схеме. Вся система жизнеобеспечения располагалась в негерметичном ранце на спине астронавта. Советские конструкторы, возможно, также пошли бы по этой схеме, если бы не одно «но».

Читайте также:  Астероид эрос - все о космосе

Мощность советской лунной ракеты Н-1 позволяла доставить на Луну только одного космонавта, в отличие от двух американских, а облачиться в одиночку в классический скафандр не представлялось возможным. Поэтому и была выдвинута идея жесткой кирасы с дверцей на спине для входа внутрь.

Специальная система тросиков и боковой рычаг позволяли надежно закрыть за собой крышку. Вся система жизнеобеспечения располагалась в откидной дверце и работала не в вакууме, как у американцев, а в нормальной атмосфере, что упрощало конструкцию.

Правда, шлем пришлось делать не поворотным, как в ранних моделях, а монолитным с корпусом. Обзор же компенсировался гораздо большей площадью остекления. Сами шлемы в скафандрах настолько интересны, что заслуживают отдельной главы.

Шлем всему голова

Шлем — важнейшая часть скафандра. Еще в «авиационном» периоде скафандры делились на два типа — масочные и безмасочные. В первом — летчик использовал кислородную маску, по которой подавалась воздушная смесь для дыхания.

Во втором — шлем отделялся от остального объема скафандра своеобразным воротничком, шейной герметичной шторкой. Такой шлем играл роль большой кислородной маски с непрерывной подачей дыхательной смеси.

В итоге победила безмасочная концепция, которая обеспечивала лучшую эргономику, хотя и требовала большего расхода кислорода для дыхания. Такие шлемы и перекочевали в космос.

Космические шлемы также делились на два типа — съемные и несъемные. Первый СК-1 комплектовался несъемным шлемом, а вот леоновский «Беркут» и «Ястреб» (в котором Елисеев и Хрунов в 1969 году переходили из корабля в корабль) имели съемные шлемы.

Причем присоединялись они специальным герморазъемом с гермоподшипником, что давало возможность космонавту вертеть головой. Механизм поворота был довольно интересен. На кадрах кинохроники хорошо видны шлемофоны космонавтов, которые изготавливаются из ткани и тонкой кожи.

На них смонтированы системы связи — наушники и микрофоны. Так вот, выпуклые наушники шлемофона входили в специальные пазы жесткого шлема, и при повороте головы шлем начинал вращение вместе с головой, как башня танка.

Конструкция была довольно громоздкой, и от нее в дальнейшем отказались. На современных скафандрах шлемы несъемные.

Обязательный элемент шлема для выхода в космос — светофильтр. У Леонова был маленький внутренний светофильтр самолетного типа, покрытый тонким слоем серебра.

При выходе в космос Леонов ощутил очень интенсивное нагревание нижней части лица, а при взгляде в сторону Солнца защитные свойства серебряного светофильтра оказались недостаточными — свет был ослепительно ярким.

Исходя из этого опыта, все последующие скафандры стали оборудоваться полными наружными светофильтрами с напыленным довольно толстым слоем чистого золота, обеспечивающего пропускание всего 34% света. Самая большая площадь остекления — у «Орлана». Причем на последних моделях есть даже специальное окошко сверху — для улучшения обзора.

Разбить «стекло» шлема практически невозможно: делается оно из сверхпрочного поликарбоната лексана, который также используется, например, при остеклении бронекабин боевых вертолетов. Однако и стоит «Орлан» как два боевых вертолета. Точную цену на «Звезде» не называют, но предлагают ориентироваться на стоимость американского аналога — $12 млн.

Источник: https://www.PopMech.ru/science/8370-odezhda-dlya-vakuuma-kak-ustroeny-kosmicheskie-skafandry/

Скафандры и костюмы космонавтов

Уважаемые читатели! В данном рассказе о костюмах космонавтов обнаружились несоответствия с действительностью, фактические и стилистические неточности. Редактировал публикацию специалист в области конструирования скафандров Николай Моисеев. Исправленную статью найдёте по ссылке.

О скафандрах космонавтов мы достаточно подробно рассказали в статье «Музей космонавтики в Москве». Но в музее нет отдельной экспозиции, где представлены скафандры.

Все костюмы космонавтов представлены в разных залах музея, рассказ о них входит в часть общей экскурсии об исследованиях космоса.

Чтобы упростить задачу тем, кто интересуется экипировкой покорителей космоса, в этой статье мы отобрали материал, касающийся только скафандров космонавтов.  Первым из них является

Скафандр аварийно – спасательный СК – 1

На экспозиции музея космонавтики он надет на манекен космонавта. Цвет СК-1 является ярко оранжевым. Такой яркий цвет костюма упрощал задачу поиска человека, ведь первые космонавты приземлялись отдельно от спускаемого аппарата.

Скафандр «СК-1»

Первыми космонавтами были Гагарин, Титов, Николаев, Попович, Быковский, Терешкова, все они летали на «Востоках» и приземлялись в таких скафандрах. Для лучшего панорамного обзора на рукаве скафандра вмонтировано зеркало, так как в шлеме такой конструкции невозможно повернуть голову. Зеркало вмонтировано для увеличения угла обзора.

Немногие знают, что в создании этого скафандра принимала участие игуменья Новодевичьего монастыря Серафима – в миру Варвара Васильевна Чичагова. До того  как принять монашеский постриг, Варвара Васильевна была гордостью советской науки. Ей и доверили создание облачения для первого космонавта Земли.

Когда человек верующий начинает новое дело, то он обязательно просит благословения священника. Особенно, если это дело трудное, ответственное и опасное. Начинающий новое дело, в свою очередь, обязательно молится о благополучном завершении начатых трудов.

Многие люди в советское время жили по принципу: «Даже в стане римских легионеров были православные люди». Во всё, что создавали эти люди, они вкладывали добрую христианскую энегргетику. Её мы все чувствуем, нам в ней уютно.

Вероятнее всего, космический скафандр Юрия Гагарина создавался как икона, то есть с молитвой и предварительным постом.

Кстати, по свидетельству людей, которые знали Сергея Павловича, его обычным оборотом речи было «Дай Бог!», «Слава Богу», «Если будет на то воля Божья!» Конечно, в то время это воспринималось как простой оборот речи, хотя Королёв вкладывал в это христианский смысл.

Когда игуменья Серафима умерла, проститься с ней пришли все члены первого отряда космонавтов, включая учёных, которые трудились над созданием первых русских космических аппаратов.

Скафандр «Беркут»

18 марта 1965 года Алексей Леонов совершил первый в мире выход в космос. Вторым был Павел Беляев, но он совершил выход в космос уже на корабле новой серии «Восход-2». Одеты они были вот в такой скафандр, который называется «Беркут».

Скафандр «Беркут»

Он предназначен для кратковременного пребывания в космосе. «Беркут» весит 41,5 кг.

Во время первого выхода в космос А.Леонова произошла внештатная ситуация. Выход в космос осуществлялся через шлюзовую камеру.

Шлюзовая камера корабля «Восток»

Внизу находился космический корабль. Сначала в шлюзовую камеру закачали воздух и туда вошёл Алексей Леонов. Затем воздух откачали и Леонов через люк вверху вышел в открытый космос. Провёл запланированную работу. И как рассказывал сам космонавт, он не мог войти назад, в шлюз! Его скафандр неожиданно раздуло.

Тогда Алексей Леонов, спуская воздух через клапан в рукаве, начал залезать в шлюзовую камеру не ногами как полагалось по инструкции, (что бы следом закрыть за собой люк), а головой вперёд. Вместо одной минуты операция заняла 8 минут. Затем ему удалось перевернуться и закрыть за собой люк.

После этого командир корабля Беляев закачал воздух, и всё на этом этапе завершилось хорошо.

Но внештатные ситуации в тот день не закончились. Тогда впервые в истории нашей космонавтики отказала система автоматической посадки. Пришлось спускаться в ручном режиме. И вместо Казахстана космонавты в итоге приземлились на севере России в Пермском крае.

После этого полёта в скафандры начали вплетать металлические нити, что бы их не раздувало.

Скафандр «Сокол»

Аварийно-спасительный скафандр «Сокол»

Это аварийно-спасательный скафандр. Во время старта и посадки космонавты надевают именно его. Первой космической жертвой стал космонавт Владимир Комаров в 1967 году, погиб при испытании «Союза -1». Во время посадки отказала парашютная система.

Следующими жертвами стали Добровольский, Волков и Пацаев, они погибли при посадке по причине разгерметизации спускаемого аппарата за несколько минут до посадки. В то время во посадки космонавты не надевали скафандры, они были одеты в своего рода спортивный тренировочный костюм. Аварийно-спасительный скафандр «Сокол» разработали после гибели наших космонавтов.

Скафандр «Ястреб»

Скафандр «Ястреб»

В январе 1969 года проведена первая стыковка кораблей «Союз-4» и «Союз-5». Они встретились на орбите. Космонавты, имитируя аварийную ситуацию перешли из одного корабля в другой через открытый космос. Скафандр «Ястреб» разработали специально для этой операции и использовали лишь единожды, только для  миссии стыковки Союза-4 и Союза-5.

Скафандры «Орлан – Д»

Этот скафандр создан специально для работы в открытом космосе. На экспозиции музея космонавтики представлен подлинный костюм, он использовался в работе в конце 80-х.

Скафандр «Орлан-Д»

Современные скафандры компьютеризированы, оснащены дисплеем, который находится перед глазами космонавта. На дисплее высвечивается время, которое осталось для работы в открытом космосе и также датчики работы различных систем. «Орлан» очень удобно надевать, космонавт входит в него, как в камеру через заднюю дверь.

Скафандр «Орлан-Д» оборудован люком, в который входит космонавт .

К примеру, модель, которую используют американцы состоит из двух частей – верхней и нижней, астронавт не может надеть его самостоятельно, только с помощником. Процедура экипировки занимает около получаса, наша модель гораздо удобнее. В витрине хорошо видна система терморегуляции, водоохлаждения.

Под верхнюю часть скафандра надевается костюм, который снабжён трубочками, в которых циркулирует холодная вода. Весит такой скафандр 120 кг, рассчитан на 6 часов работы в открытом космосе.

Также скафандр снабжен системой защиты глаз при работе на солнечной стороне – на лицевой стороне скафандра находятся фильтры с напылением из чистого золота.

Читайте также:  Закон хаббла - все о космосе

Современные станции снабжены специальными шлюзовыми отсеками, а не камерой, как раньше. «Орлан» надевают в шлюзовом отсеке.

Шлюзовой отсек космического корабля со скафандром «Орлан»

Космонавт управляет выпуском воздуха, а затем выходит из отсека.

Костюмы космонавтов

Есть в музее образцы одежды, которую космонавты носят на орбите. Представлены несколько вариантов, но космонавты предпочитают футболку и шорты, так как в отсеке тепло.

Образцы орбитальных костюмов космонавтов

После загрязнения одежду уничтожают.

Костюм «Пингвин»

Костюм специально сконструирован для дополнительной нагрузки на тело космонавта во время длительного пребывания в космосе. Внутри костюма находятся разнонаправленные резинки.

Костюм «Пингвин»

Что бы сделать то или иное движение, космонавту надо эти резинки с усилием растянуть, напрягать отдельные группы мышц, что очень полезно в состоянии невесомости.

Такой костюм используют и на земле в реабилитационных медицинских центрах. В идеале, космонавтам надо носить такой костюм постоянно, но в нём очень жарко.

Одной из самых больших проблем для космонавта является возвращение на Землю и адаптация. Из организма во время полёта вымывается кальций, атрофируются мышцы.

Что же ещё космонавты делают перед возвращением на Землю? Тренируются в костюме «Чибис».

Скафандры класса «Чибис»

«Чибис» оборудован системой гофрированных трубок на ногах.

Тренировочный костюм «Чибис»

В брюках костюма создаётся отрицательное давление и кровь от головы притекает к ногам.

Такие тренировки начинаются за двое – четверо суток до возвращения на Землю.  Без таких тренировок в костюме «Чибис» адаптация проходит гораздо тяжелее.

Благодаря костюмам «Пингвин» и «Чибис» все космонавты готовы к экстремальному спуску. Однажды на корабле «Салют» был такой экстренный спуск, когда температура у космонавта поднялась выше 40 градусов. Ему не помогали никакие средства, прописанные консилиумом врачей в ЦУПе, пришлось срочно возвращаться на Землю.

Есть в экспозиции скафандр, которые никогда не использовали, это

Скафандр для высадки на Луну «Кречет»

Скафандр «Кречет»

Он создавался для прогулок по Луне, но несмотря на то, что он никогда не использовался, свою службу он сослужил достойно – на базе этого скафандра сделан скафандр «Орлан» для выходов в открытый космос.

В исследовании Луны приоритет остался у американцев. Они произвели 6 высадок, на Луне побывало 12 человек.  На экспозиции представлен

Скафандр Майкла Коллинза

Астронавт Коллинз участвовал в полёте на аппарате «Аполлон — 11», который доставил на Луну двух астронавтов. В полёте участвовали три человека, командир экипажа Нил Армстронг и пилот Эдвин Олдрин высадились на Луну, а Майкл Коллинз дожидался их на орбите. (На его скафандре на уровне груди есть надпись Collins).

Скафандр Майкла Коллинза

Майкл был очень целеустремленным человеком. Вообще, по выражению всех людей, участвующих в космической программе, все космонавты «заточены на небо». Это в полной мере относится и к Коллинзу.

Во время тренировок полёта на «Аполлон – 8» у него были повреждены шейные позвонки. Врачи могли помочь, но операция была очень рискованной, гарантии никакой не давалось.

Майкл согласился на эту операцию, она прошла успешно и добился возвращения в лунный отряд.

Скафандр Коллинза помещён в специальную витрину, поскольку в очень малой степени, но он радиоактивен.

Скафандр американского астронавта завершает экспозицию, рассказывающую об облачении покорителей космоса. Но наука не стоит на месте и, возможно, в скором будущем в музее появятся новые интересные скафандры.
Об остальных экспонатах музея рассказано в статье «Музей космонавтики» в Москве.

Источник: http://kraeved1147.ru/spacesuits/

Как устроены скафандры для покорения космоса

Мало кто знает, что для советской экспедиции на Луну была полностью готова и испытана только одна компонента — космический лунный скафандр «Кречет». Еще меньше людей знают, как он устроен.С развитием реактивной авиации всерьез встали проблемы защиты и спасения экипажа при высотных полетах.

С падением давления человеческому организму становится все труднее усваивать кислород, обычный человек без особых проблем может находиться на высоте не более 4−5 км. На больших высотах необходимо добавление кислорода во вдыхаемый воздух, а с 7−8 км человек вообще должен дышать чистым кислородом.

Выше 12 км легкие и вовсе теряют возможность усваивать кислород — для поднятия на большую высоту требуется компенсация давления.На сегодняшний день существует всего два типа компенсации давления: механическая и создание вокруг человека газовой среды с избыточным давлением.

Типичным примером решения первого типа служат высотные компенсационные летные костюмы — например, ВКК-6, применяемые пилотами «МиГ-31». В случае разгерметизации кабины такой костюм создает давление, сдавливая тело механическим путем. В основе такого костюма лежит довольно остроумная идея. Тело пилота опутывают ленточки, напоминающие восьмерку.

В меньшее отверстие пропущена резиновая камера. В случае разгерметизации в камеру подается сжатый воздух, она увеличивается в диаметре, сокращая, соответственно, диаметр кольца, опутывающего пилота.

Однако такой метод компенсации давления является экстремальным: тренированный летчик в компенсирующем костюме может провести в разгерметизированной кабине на высоте не более 20 минут. Да и создать равномерное давление на все тело таким костюмом невозможно: некоторые участки тела оказываются перетянутыми, некоторые — вообще несдавленными.

Другое дело — скафандр, по сути, представляющий собой герметичный мешок, в котором создано избыточное давление. Время пребывания человека в скафандре практически не ограничено. Но и он имеет свои недостатки — ограничение подвижности летчика или космонавта.

Что такое рукав скафандра? Практически это аэробалка, в которой создано избыточное давление (в скафандрах обычно поддерживается давление в 0,4 атмосферы, что соответствует высоте 7 км). Попробуйте согнуть накачанную автомобильную камеру. Трудновато? Поэтому один из самых охраняемых секретов производства скафандров — технология производства специальных «мягких» шарниров. Но обо всем по порядку.

«Воркута»

Первые скафандры, до войны изготавливаемые в ЛИИ им. Громова, создавались в исследовательских целях и использовались в основном для экспериментальных полетов на стратосферных воздушных шарах.

После войны интерес к скафандрам возобновился, и в 1952 году в подмосковном Томилине было открыто специальное предприятие по изготовлению и разработке таких систем — Завод № 918, ныне НПП «Звезда».

В течение 50х годов предприятие разработало целую линейку экспериментальных скафандров, но только один из них, «Воркута», созданный под перехватчик «Су-9», был выпущен малой серией.Практически одновременно с выпуском «Воркуты» предприятию было выдано задание на разработку скафандра и системы спасения для первого космонавта.

Первоначально КБ Королева выдало «Звезде» техзадание на разработку скафандра, целиком замкнутого на систему жизнеобеспечения корабля. Однако за год до полета Гагарина было получено новое задание — на обычный защитный костюм, рассчитанный на спасение космонавта только при его катапультировании и приводнении.

Противники скафандров вероятность разгерметизации корабля считали чрезвычайно малой. Еще через полгода Королев опять поменял решение — на этот раз в пользу скафандров. За основу были взяты уже готовые авиационные скафандры.

Времени на состыковку с бортовой системой корабля уже не осталось, поэтому был принят автономный вариант системы жизнеобеспечения скафандра, размещаемый в катапультном кресле космонавта.Оболочка для первого космического скафандра СК-1 была во многом позаимствована от «Воркуты», но шлем был сделан полностью заново.

Задача ставилась предельно жестко: скафандр должен был спасти космонавта обязательно! Никто не знал, как поведет себя человек во время первого полета, поэтому система жизнеобеспечения строилась так, чтобы спасти космонавта, даже если он потеряет сознание, — многие функции были автоматизированы. Например, в шлеме был установлен специальный механизм, управляемый датчиком давления. И если в корабле оно резко падало, специальный механизм мгновенно захлопывал прозрачное забрало, полностью герметизируя скафандр.

Послойно

Скафандры состоят из двух основных оболочек: внутренней герметичной и внешней силовой. В первых советских скафандрах внутренняя оболочка изготавливалась из листовой резины методом элементарного склеивания. Резина, правда, была специальной, для ее производства применялся высококачественный натуральный каучук.

Начиная со спасательных скафандров «Сокол» герметичная оболочка стала резинотканевой, однако в скафандрах, предназначенных для выхода в открытый космос, альтернативы листовой резине пока не предвидится.«Лунный» скафандр астронавтов – участников миссий Apollo.Внешняя оболочка — тканевая.

Американцы для нее используют нейлон, мы — отечественный аналог, капрон. Она защищает резиновую оболочку от повреждений и держит форму. Лучшей аналогии, чем футбольный мяч, придумать сложно: кожаный внешний чехол защищает внутреннюю резиновую камеру от бутс футболистов и обеспечивает неизменные геометрические размеры мяча.

Провести продолжительное время в резиновом мешке никакой человек не сможет (кто имеет армейский опыт марш-бросков в прорезиненном общевойсковом защитном комплекте, поймет это особенно хорошо).

Поэтому в каждом скафандре в обязательном порядке присутствует система вентиляции: по одним каналам подводится ко всему телу кондиционированный воздух, по другим — отсасывается.По методу работы системы жизнеобеспечения скафандры делятся на два вида — вентиляционные и регенерационные.

В первых, более простых по конструкции, использованный воздух выбрасывается наружу, аналогично современным аквалангам. По такому принципу были устроены первые скафандры СК-1, скафандр Леонова для выхода в открытый космос «Беркут» и легкие спасательные скафандры «Сокол».

Читайте также:  Количество спутников юпитера - все о космосе

Термос

Для длительного пребывания в космосе и на поверхности Луны потребовались регенерационные скафандры длительного пребывания — «Орлан» и «Кречет». В них выдыхаемый газ регенерируется, из него отбирается влага, воздух донасыщается кислородом и охлаждается.

По сути, такой скафандр в миниатюре копирует систему жизнеобеспечения целого космического корабля. Под скафандр космонавт одевает специальный сетчатый костюм водяного охлаждения, весь пронизанный пластиковыми трубками с охлаждающей жидкостью.

Проблемы обогрева в выходных скафандрах (предназначенных для выхода в открытый космос) не возникала никогда, даже если космонавт работал в тени, где температура стремительно падает до -100С.Дело в том, что наружный комбинезон идеально выполняет функции теплозащитной одежды.

Для этого впервые была применена экранно-вакуумная изоляция, работающая по принципу термоса. Под внешней защитной оболочкой комбинезона расположены пять-шесть слоев специальной пленки из особого полиэтилена, терифталата, с двух сторон которой напылен алюминий.

В вакууме между слоями пленки теплообмен возможен только за счет излучения, которое переотражается обратно зеркальной алюминиевой поверхностью. Внешний теплообмен в вакууме в таком скафандре настолько мал, что считается равным нулю, и при расчете учитывается только внутренний теплообмен.

Впервые экранно-вакуумная теплозащита была применена на «Беркуте», в котором Леонов вышел в открытый космос. Однако под первые спасательные скафандры, которые работали не в вакууме, одевался ТВК (теплозащитный вентилируемый костюм), сделанный из теплого простеганного материала, в котором и были проложены вентиляционные магистрали.

В современных спасательных скафандрах «Сокол» этого нет.Помимо всего этого на космонавтов надевается хлопчатобумажное белье со специальной антибактериальной пропиткой, под которым расположен последний элемент — специальный нагрудник с закрепленными на нем телеметрическими датчиками, передающими информацию о состоянии организма космонавта.

Соколята

Скафандры были на кораблях не всегда. После успешных шести полетов «Востоков» они были признаны бесполезным грузом, и все дальнейшие корабли («Восходы» и «Союзы») проектировались на полет без штатных скафандров. Целесообразным было принято использование только внешних скафандров для выхода в открытый космос.

Однако гибель в 1971 году Добровольского, Волкова и Пацаева в результате разгерметизации кабины «Союза-11» заставила снова вернуться к проверенному решению. Однако старые скафандры в новый корабль не влезали.

В срочном порядке под космические нужды стали адаптировать легкий скафандр «Сокол», изначально разрабатываемый для сверхзвукового стратегического бомбардировщика Т-4.Задача оказалась не из легких. Если при приземлении «Востоков» космонавт катапультировался, то «Восходы» и «Союзы» осуществляли мягкую посадку с экипажем внутри.

Мягкая она была только относительно — удар при приземлении был ощутимый. Амортизировало удар энергопоглощающее кресло «Казбек» разработки все той же «Звезды». Формовался «Казбек» индивидуально под каждого космонавта, который лежал в нем без единого зазора.

Поэтому кольцо, к которому крепится шлем скафандра, при ударе обязательно бы сломало шейный позвонок космонавта.В «Соколе» было найдено оригинальное решение — секторный шлем, не закрывающий затылочную часть скафандра, которая делается мягкой.

Из «Сокола» также убрали ряд аварийных систем и теплозащитный слой, так как в случае приводнения при покидании «Союза» космонавты должны были переодеться в специальные костюмы. Была сильно упрощена и система жизнеобеспечения скафандра, рассчитанная всего на два часа работы.

В итоге «Сокол» стал бестселлером: начиная с 1973 года их было изготовлено более 280 штук. В начале 90-х два «Сокола» были проданы в Китай, и первый китайский космонавт полетел покорять космос в точной копии русского скафандра. Правда, нелицензионной. А вот скафандры для открытого космоса китайцам никто не продал, поэтому выхода в открытый космос они пока даже не планируют.

Кирасиры

В целях облегчения конструкции и увеличения подвижности внешних скафандров существовало целое направление (прежде всего в США), изучавшее возможность создания цельнометаллических жестких скафандров, напоминающих глубоководные водолазные. Однако частичное воплощение идея нашла только в СССР.

Советские скафандры «Кречет» и «Орлан» получили комбинированную оболочку — жесткий корпус и мягкие ноги и руки. Сам корпус, который конструкторы называют кирасой, сваривается из отдельных элементов из алюминиевого сплава типа АМГ. Такая комбинированная схема оказалась на редкость удачной и сейчас копируется американцами.

А возникла она по необходимости.Американский лунный скафандр был сделан по классической схеме. Вся система жизнеобеспечения располагалась в негерметичном ранце на спине астронавта. Советские конструкторы, возможно, также пошли бы по этой схеме, если бы не одно «но».

Мощность советской лунной ракеты Н-1 позволяла доставить на Луну только одного космонавта, в отличие от двух американских, а облачиться в одиночку в классический скафандр не представлялось возможным. Поэтому и была выдвинута идея жесткой кирасы с дверцей на спине для входа внутрь.

Специальная система тросиков и боковой рычаг позволяли надежно закрыть за собой крышку. Вся система жизнеобеспечения располагалась в откидной дверце и работала не в вакууме, как у американцев, а в нормальной атмосфере, что упрощало конструкцию. Правда, шлем пришлось делать не поворотным, как в ранних моделях, а монолитным с корпусом.

Обзор же компенсировался гораздо большей площадью остекления. Сами шлемы в скафандрах настолько интересны, что заслуживают отдельной главы.

Шлем всему голова

Шлем — важнейшая часть скафандра. Еще в «авиационном» периоде скафандры делились на два типа — масочные и безмасочные. В первом — летчик использовал кислородную маску, по которой подавалась воздушная смесь для дыхания. Во втором — шлем отделялся от остального объема скафандра своеобразным воротничком, шейной герметичной шторкой.

Такой шлем играл роль большой кислородной маски с непрерывной подачей дыхательной смеси. В итоге победила безмасочная концепция, которая обеспечивала лучшую эргономику, хотя и требовала большего расхода кислорода для дыхания. Такие шлемы и перекочевали в космос.Космические шлемы также делились на два типа — съемные и несъемные.

Первый СК-1 комплектовался несъемным шлемом, а вот леоновский «Беркут» и «Ястреб» (в котором Елисеев и Хрунов в 1969 году переходили из корабля в корабль) имели съемные шлемы. Причем присоединялись они специальным герморазъемом с гермоподшипником, что давало возможность космонавту вертеть головой. Механизм поворота был довольно интересен.

На кадрах кинохроники хорошо видны шлемофоны космонавтов, которые изготавливаются из ткани и тонкой кожи. На них смонтированы системы связи — наушники и микрофоны. Так вот, выпуклые наушники шлемофона входили в специальные пазы жесткого шлема, и при повороте головы шлем начинал вращение вместе с головой, как башня танка.

Конструкция была довольно громоздкой, и от нее в дальнейшем отказались. На современных скафандрах шлемы несъемные.Обязательный элемент шлема для выхода в космос — светофильтр. У Леонова был маленький внутренний светофильтр самолетного типа, покрытый тонким слоем серебра.

При выходе в космос Леонов ощутил очень интенсивное нагревание нижней части лица, а при взгляде в сторону Солнца защитные свойства серебряного светофильтра оказались недостаточными — свет был ослепительно ярким.

Исходя из этого опыта, все последующие скафандры стали оборудоваться полными наружными светофильтрами с напыленным довольно толстым слоем чистого золота, обеспечивающего пропускание всего 34% света. Самая большая площадь остекления — у «Орлана».Причем на последних моделях есть даже специальное окошко сверху — для улучшения обзора.

Разбить «стекло» шлема практически невозможно: делается оно из сверхпрочного поликарбоната лексана, который также используется, например, при остеклении бронекабин боевых вертолетов. Однако и стоит «Орлан» как два боевых вертолета. Точную цену не называют, но предлагают ориентироваться на стоимость американского аналога — $12 млн.

Текст

Жми на кнопку, чтобы подписаться на “Как это сделано”!

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану (shauey@yandex.ru) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках, в ютюбе и инстаграме, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс видео о том, как это сделано, устроено и работает.

Жми на иконку и подписывайся!

– http://kak_eto_sdelano.livejournal.com/

Источник: https://kak-eto-sdelano.livejournal.com/602684.html

Ссылка на основную публикацию