Z jakich części składa się skafander kosmiczny astronauty? Jak to jest zrobione, jak to działa, jak to działa

Kombinezony kosmiczne astronautów służą nie tylko do latania na orbicie. Pierwsze z nich pojawiły się na początku XX wieku. Był to czas, gdy do lotów kosmicznych pozostało prawie pół wieku. Naukowcy zrozumieli jednak, że eksploracja przestrzeni pozaziemskich, których warunki różnią się od znanych nam, jest nieunikniona. Dlatego na przyszłe loty opracowano sprzęt dla astronautów, który może chronić człowieka przed śmiercionośnym środowiskiem zewnętrznym.

Koncepcja skafandra kosmicznego

Jaki jest sprzęt do lotów kosmicznych? Skafander kosmiczny to swego rodzaju cud technologii. Jest to miniaturowa stacja kosmiczna, która dopasowuje się do kształtu ludzkiego ciała.

Nowoczesny skafander kosmiczny wyposażony jest w całego astronautę. Ale pomimo złożoności urządzenia wszystko w nim jest kompaktowe i wygodne.

Historia stworzenia

Słowo „skafander kosmiczny” ma francuskie korzenie. Koncepcję tę wprowadził w 1775 roku matematyk, opat Jean Baptiste de Pas Chapelle. Oczywiście pod koniec XVIII wieku nikt nawet nie marzył o polocie w kosmos. Zdecydowano się zastosować słowo „skafander do nurkowania”, które w tłumaczeniu z języka greckiego oznacza „żeglarz”, określać sprzęt do nurkowania.

Wraz z nadejściem ery kosmicznej koncepcja ta zaczęła być używana w języku rosyjskim. Tylko tutaj nabrało to nieco innego znaczenia. Mężczyzna zaczął wspinać się coraz wyżej. W związku z tym potrzebny był specjalny sprzęt. Zatem na wysokości do siedmiu kilometrów oznacza to ciepłe ubranie i maskę tlenową. Odległości w promieniu dziesięciu tysięcy metrów, ze względu na spadek ciśnienia, wymagają kabiny ciśnieniowej i kombinezonu kompensacyjnego. W przeciwnym razie podczas dekompresji płuca pilota przestaną wchłaniać tlen. A co jeśli pójdziesz jeszcze wyżej? W tym przypadku będziesz potrzebować skafandra kosmicznego. Powinno być dość szczelne. W takim przypadku ciśnienie wewnętrzne w skafandrze kosmicznym (zwykle w granicach 40 procent ciśnienia atmosferycznego) uratuje życie pilota.

W latach dwudziestych XX wieku ukazało się wiele artykułów angielskiego fizjologa Johna Holdena. To właśnie w nich autor zaproponował zastosowanie skafandrów nurkowych w celu ochrony zdrowia i życia balonistów. Autor próbował nawet wdrożyć swoje pomysły w praktykę. Zbudował podobny skafander kosmiczny i przetestował go w komorze ciśnieniowej, gdzie ustawiono ciśnienie odpowiadające wysokości 25,6 km. Jednak budowanie balonów zdolnych wznieść się w stratosferę nie jest tanią przyjemnością. A amerykański baloniarz Mark Ridge, dla którego przeznaczony był wyjątkowy kombinezon, niestety nie zebrał środków. Dlatego skafander Holdena nie został przetestowany w praktyce.

W naszym kraju inżynier Evgeniy Chertovsky, który był pracownikiem Instytutu Medycyny Lotniczej, pracował nad skafandrami kosmicznymi. W ciągu dziewięciu lat, od 1931 do 1940 roku, opracował 7 modeli sprzętu hermetycznego. Pierwszy radziecki inżynier na świecie rozwiązał problem mobilności. Faktem jest, że po wzniesieniu się na pewną wysokość skafander puchł. Następnie pilot był zmuszony podjąć ogromne wysiłki, nawet po prostu zginając nogę lub ramię. Dlatego model Ch-2 został zaprojektowany przez inżyniera zajmującego się zawiasami.

W 1936 roku pojawiła się nowa wersja sprzętu kosmicznego. Jest to model Ch-3, zawierający niemal wszystkie części obecne we współczesnych skafandrach kosmicznych używanych przez rosyjskich kosmonautów. Próby tej wersji wyposażenia specjalnego odbyły się 19 maja 1937 roku. Jako samolot użyto ciężkiego bombowca TB-3.

Od 1936 roku młodzi inżynierowie Centralnego Instytutu Aerohydrodynamiki zaczęli opracowywać skafandry kosmiczne kosmonautów. Zainspirowała ich do tego premiera filmu science-fiction „Lot kosmiczny”, stworzonego wspólnie z Konstantinem Ciołkowskim.

Pierwszy skafander kosmiczny o indeksie SK-STEPS-1 został zaprojektowany, wyprodukowany i przetestowany przez młodych inżynierów już w 1937 roku. Już zewnętrzne wrażenie tego sprzętu wskazywało na jego pozaziemskie przeznaczenie. W pierwszym modelu przewidziano łącznik pasowy umożliwiający połączenie dolnej i górnej części. Znaczącą mobilność zapewniały stawy barkowe. Skorupa tego kombinezonu została wykonana z dwóch warstw

Kolejna wersja skafandra wyróżniała się obecnością autonomicznego systemu regeneracji zaprojektowanego na 6 godzin ciągłej pracy. W 1940 roku powstał ostatni radziecki przedwojenny skafander kosmiczny – SK-STEPS-8. Sprzęt ten był testowany na myśliwcu I-153.

Tworzenie produkcji specjalnej

W latach powojennych inicjatywę projektowania skafandrów kosmicznych dla astronautów przejął Instytut Badań Lotniczych. Jej specjaliści otrzymali zadanie opracowania kombinezonów przeznaczonych dla pilotów lotniczych pokonujących coraz to nowe prędkości i wysokości. Jednak jeden instytut wyraźnie nie wystarczył do masowej produkcji. Dlatego w październiku 1952 roku inżynier Aleksander Bojko utworzył specjalny warsztat. Mieściła się w Tomilinie pod Moskwą, w zakładzie nr 918. Dziś przedsiębiorstwo to nosi nazwę NPP Zvezda. To właśnie na nim powstał kiedyś skafander Gagarina.

Loty w kosmos

Pod koniec lat pięćdziesiątych XX wieku rozpoczęła się nowa era eksploracji przestrzeni pozaziemskiej. To właśnie w tym okresie radzieccy inżynierowie rozpoczęli prace nad statkiem kosmicznym Wostok, pierwszym pojazdem kosmicznym. Jednak początkowo planowano, że w przypadku tej rakiety skafandry kosmiczne astronautów nie będą potrzebne. Pilot musiał znajdować się w specjalnym, szczelnym pojemniku, który przed lądowaniem byłby oddzielony od pojazdu zniżającego. Schemat ten okazał się jednak bardzo uciążliwy i dodatkowo wymagał długich testów. Dlatego w sierpniu 1960 roku przeprojektowano układ wewnętrzny Wostoka.

Specjaliści z biura Siergieja Korolewa zastąpili kontener siedziskiem wyrzutowym. W związku z tym przyszli kosmonauci potrzebowali ochrony na wypadek obniżenia ciśnienia. Tak powstał skafander kosmiczny. Jednak czasu na jego dokowanie z systemami pokładowymi było stanowczo za mało. W związku z tym wszystko, co było niezbędne do podtrzymywania życia pilota, zostało umieszczone bezpośrednio w fotelu.

Pierwsze skafandry kosmiczne kosmonautów nosiły nazwę SK-1. Powstały na bazie skafandra wysokościowego Workuta, przeznaczonego dla pilotów myśliwca przechwytującego SU-9. Całkowicie zrekonstruowano jedynie hełm. Zainstalowano w nim mechanizm, który sterowany był specjalnym czujnikiem. Kiedy ciśnienie w skafandrze spadło, przezroczysty wizjer natychmiast się zamknął.

Sprzęt dla astronautów został wykonany na indywidualne pomiary. Na pierwszy lot stworzony został z myślą o osobach, które wykazały się najlepszym poziomem wyszkolenia. To pierwsza trójka, w której znaleźli się Jurij Gagarin, Niemiec Titow i Grigorij Nieljubow.

Ciekawe, że astronauci byli w kosmosie po skafandrze kosmicznym. Jeden ze specjalnych skafandrów marki SK-1 został wysłany na orbitę podczas dwóch testowych bezzałogowych startów statku kosmicznego Wostok, które miały miejsce w marcu 1961 roku. Oprócz eksperymentalnych kundli na pokładzie znajdował się manekin „Iwan Iwanowicz”, ubrany w kosmiczny skafander. W klatce piersiowej tej sztucznej osoby zainstalowano klatkę ze świnkami morskimi i myszami. Aby przypadkowi świadkowie lądowania nie pomylili „Iwana Iwanowicza” z kosmitą, pod wizjerem jego skafandra umieszczono tabliczkę z napisem „Model”.

Kombinezony SK-1 były używane podczas pięciu załogowych lotów statku kosmicznego Wostok. Jednak astronautki nie mogły w nich latać. Dla nich stworzono model SK-2. Po raz pierwszy zastosowano go podczas lotu statku kosmicznego Wostok-6. Zrobiliśmy ten skafander kosmiczny, biorąc pod uwagę cechy strukturalne kobiecego ciała, dla Walentyny Tereshkovej.

Rozwój amerykańskich specjalistów

Wdrażając program Mercury, amerykańscy projektanci podążali ścieżką radzieckich inżynierów, przedstawiając jednocześnie własne propozycje. Tym samym pierwszy amerykański skafander kosmiczny uwzględniał fakt, że astronauci w kosmosie w przyszłości dłużej pozostaną na orbicie.

Projektant Russell Colley wyprodukował specjalny kombinezon Navy Mark, pierwotnie przeznaczony do lotów pilotów lotnictwa morskiego. W przeciwieństwie do innych modeli, ten skafander kosmiczny był elastyczny i miał stosunkowo niską wagę. Aby skorzystać z tej opcji w programach kosmicznych, wprowadzono kilka zmian w projekcie, które przede wszystkim wpłynęły na konstrukcję hełmu.

Amerykańskie skafandry kosmiczne udowodniły swoją niezawodność. Tylko raz, gdy kapsuła Mercury 4 rozpłynęła się i zaczęła tonąć, skafander prawie zabił astronautę Virgila Grissona. Pilotowi ledwo udało się wydostać, gdyż przez długi czas nie mógł odłączyć się od pokładowego systemu podtrzymywania życia.

Tworzenie autonomicznych skafandrów kosmicznych

Ze względu na szybkie tempo eksploracji kosmosu konieczne było zaprojektowanie nowych, specjalnych skafandrów. Przecież pierwsze modele służyły tylko do ratownictwa. Ze względu na to, że były one podłączone do systemu podtrzymywania życia załogowego statku kosmicznego, astronauci nie mogli wyruszyć w kosmos z takim sprzętem. Aby wejść do otwartej przestrzeni pozaziemskiej, konieczne było zbudowanie autonomicznego skafandra kosmicznego. To zadanie podjęli projektanci ZSRR i USA.

Amerykanie na potrzeby swojego programu kosmicznego Gemini stworzyli nowe modyfikacje skafandrów kosmicznych G3C, G4C i G5C. Drugi z nich był przeznaczony do spacerów kosmicznych. Pomimo tego, że wszystkie amerykańskie skafandry kosmiczne były podłączone do pokładowego systemu podtrzymywania życia, miały wbudowane autonomiczne urządzenie. W razie potrzeby jego zasoby wystarczyłyby na pół godziny życia astronauty.

3 czerwca 1965 roku Amerykanin Edward White wyruszył w przestrzeń kosmiczną w skafandrze kosmicznym G4C. Nie był jednak pionierem. Dwa i pół miesiąca przed nim Aleksiej Leonow odwiedził statek kosmiczny obok statku. Na potrzeby tego historycznego lotu radzieccy inżynierowie opracowali skafander kosmiczny Berkut. Różnił się od SK-1 obecnością drugiej hermetycznej powłoki. Dodatkowo skafander posiadał plecak wyposażony w butle z tlenem, a w hełm wbudowany był filtr światła.

W przestrzeni kosmicznej osobę połączono ze statkiem siedmiometrowym fałem, który zawierał urządzenie amortyzujące, przewody elektryczne, stalową linę i wąż do awaryjnego dostarczania tlenu. Historyczne wyjście w przestrzeń pozaziemską miało miejsce 18 marca 1965 roku. Zlokalizowano je w ciągu 23 minut. 41 sek.

Kombinezony kosmiczne do eksploracji Księżyca

Po opanowaniu orbity Ziemi człowiek ruszył dalej. A jego pierwszym celem był lot na Księżyc. Ale do tego potrzebowaliśmy specjalnych autonomicznych skafandrów kosmicznych, które pozwoliłyby nam pozostać na zewnątrz statku przez kilka godzin. I zostały stworzone przez Amerykanów podczas opracowywania programu Apollo. Kombinezony te zapewniały astronautom ochronę przed przegrzaniem słonecznym i mikrometeorytami. Pierwsza opracowana wersja skafandrów księżycowych nosiła nazwę A5L. Jednak później zostało to ulepszone. Nowa modyfikacja A6L ma powłokę termoizolacyjną. Wersja A7L była opcją ognioodporną.

Księżycowe skafandry były jednoczęściowymi, wielowarstwowymi skafandrami z elastycznymi gumowymi złączami. Na mankietach i kołnierzu znajdowały się metalowe pierścienie przeznaczone do mocowania zapieczętowanych rękawic i hełmu. Kombinezony zapinane były na pionowy zamek błyskawiczny wszyty od pachwiny aż do szyi.

Amerykanie postawili stopę na powierzchni Księżyca 21 lipca 1969 roku. Podczas tego lotu swoje zastosowanie znalazły skafandry kosmiczne A7L.

Radzieccy kosmonauci również planowali wyprawę na Księżyc. Na potrzeby tego lotu stworzono skafandry kosmiczne Krechet. Była to półsztywna wersja skafandra, która posiadała specjalne drzwiczki z tyłu. Astronauta musiał się na nią wspiąć, zakładając w ten sposób sprzęt. Drzwi były zamknięte od wewnątrz. W tym celu przewidziano dźwignię boczną i skomplikowany obwód kablowy. Wewnątrz skafandra znajdował się także system podtrzymywania życia. Niestety, radzieckim kosmonautom nigdy nie udało się odwiedzić Księżyca. Ale skafander kosmiczny stworzony do takich lotów został później wykorzystany przy opracowywaniu innych modeli.

Wyposażenie najnowszych statków

Począwszy od 1967 roku Związek Radziecki rozpoczął wystrzeliwanie Sojuza. Były to pojazdy zaprojektowane tak, aby czas spędzany na nich przez astronautów niezmiennie wzrastał.

Do lotów na statku kosmicznym Sojuz wyprodukowano skafander kosmiczny Yastreb. Różnice w stosunku do Berkuta polegały na konstrukcji systemu podtrzymywania życia. Za jego pomocą mieszanina oddechowa krążyła wewnątrz skafandra. Tutaj został oczyszczony ze szkodliwych zanieczyszczeń i dwutlenku węgla, a następnie schłodzony.

Nowy kombinezon ratunkowy Sokół-K był używany podczas lotu Sojuzem-12 we wrześniu 1973 roku. Nawet przedstawiciele handlowi z Chin kupowali bardziej zaawansowane modele tych kombinezonów ochronnych. Co ciekawe, kiedy wystrzelono załogowy statek kosmiczny „Shanzhou”, znajdujący się na nim astronauci byli ubrani w sprzęt bardzo przypominający model rosyjski.

Na spacery kosmiczne radzieccy projektanci stworzyli skafander kosmiczny Orlan. Jest to autonomiczny półsztywny sprzęt, podobny do księżycowego Krecheta. Trzeba było go także założyć przez drzwi z tyłu. Ale w przeciwieństwie do Krecheta, Orlan był uniwersalny. Rękawy i nogawki spodni można było łatwo dopasować do żądanej wysokości.

W skafandrach Orlan latali nie tylko rosyjscy kosmonauci. W oparciu o ten sprzęt Chińczycy stworzyli swój „Feitian”. Wyruszyli w nich w przestrzeń kosmiczną.

Kombinezony kosmiczne przyszłości

Dziś NASA opracowuje nowe programy kosmiczne. Należą do nich loty na asteroidy, na Księżyc, dlatego też trwa rozwój nowych modyfikacji skafandrów kosmicznych, które w przyszłości będą musiały łączyć w sobie wszystkie pozytywne cechy skafandra roboczego i sprzętu ratowniczego. Wciąż nie wiadomo, którą opcję wybiorą twórcy.

Być może będzie to ciężki, twardy skafander kosmiczny, który ochroni człowieka przed wszelkimi negatywnymi wpływami zewnętrznymi, a może nowoczesne technologie pozwolą stworzyć uniwersalną skorupę, której elegancję docenią przyszłe astronautki.

„Kiedy dorosnę, zostanę astronautą” – to zdanie stało się symbolem całej epoki, która rozpoczęła się wyścigiem kosmicznym pomiędzy czołowymi krajami świata, a zakończyła się dla wielu z nas niespełnionym marzeniem. Jednakże są ludzie na planecie Ziemia, którzy regularnie wyruszają w przestrzeń kosmiczną. I o ile dzisiaj stało się dla nas codziennością, że na orbicie zawsze jest ktoś, kto unosi się w stanie nieważkości, to kiedyś było to tak ekscytujące, że miliony ludzi nie odrywały oczu od telewizorów, oglądając z zapartym tchem pierwsze próby eksploracji kosmosu.

Niestety, urodziliśmy się za późno, aby odkrywać Ziemię. Na szczęście będziemy pierwszym pokoleniem, które rozpocznie eksplorację innych planet. W tym artykule porozmawiamy o odzieży, bez której nie odbędzie się ani jeden lot międzyplanetarny, ani jedno wyjście inteligentnej osoby w kosmos - o skafandrach kosmicznych przyszłości.

Nowoczesne skafandry kosmiczne

Przestrzeń kosmiczna to niezwykle wrogie środowisko. Jeśli przypadkowo znajdziesz się w próżni, jest mało prawdopodobne, że zostaniesz uratowany. W ciągu 15 sekund stracisz przytomność z powodu braku tlenu. Krew zagotuje się, a następnie zamarznie z powodu braku ciśnienia. Tkanki i narządy będą się powiększać. Gwałtowna zmiana temperatury zakończy to, co zostało rozpoczęte. Nawet jeśli uda Ci się to wszystko przetrwać, nie jest faktem, że wiatr słoneczny nie wynagrodzi Cię szkodliwym promieniowaniem.

Aby zabezpieczyć się przed wszystkimi tymi czynnikami, astronauci używają kombinezonów ochronnych - skafandrów kosmicznych. Historia kosmicznej garderoby jest dość ciekawa, jednak przez ostatnie 30 lat nie wydarzyło się w niej wiele ważnych wydarzeń. Dużo bardziej ekscytujące jest to, co czeka nas w najbliższej przyszłości, zwłaszcza biorąc pod uwagę rosnące tempo lotów komercyjnych i biorąc pod uwagę planowane misje.

Dziś rosyjscy kosmonauci używają skafandrów kosmicznych Sokol KV-2 i Orlan-MK (do spacerów kosmicznych), opracowanych w latach 70. i 80. XX wieku. W 2014 roku planowane są testy Orlan-ISS, którego konstrukcja uległa niewielkim zmianom - ogólnie skafander kosmiczny jest prawie taki sam jak jego poprzednik. Dziś i zawsze ich produkcją zajmuje się JSC NPP Zvezda nazwana na cześć akademika G.I. Severina. Swoją drogą Chiny ubierają swoich kosmonautów (a dokładniej taikonautów) w garnitury wykonane na wzór sowieckich: tego samego Sokoła i Feitiana, zaprezentowanych odpowiednio w 2003 i 2008 roku i używanych w Shenzhou-5 i Shenzhou – 5 misji. 7”. USA, choć zasługują na szacunek za swój obiecujący rozwój, są wierne skafanderom kosmicznym z lat 1994 i 1984: ACES (Advanced Crew Escape Unit) i EMU (Extravehcular Mobility Unit).

Amerykanów można zrozumieć. Ze względu na problemy finansowe program kosmiczny został poważnie ograniczony. Być może, gdyby nie to, byliby już na Wenus (taka misja była faktycznie planowana). Jeśli chodzi o sukcesy Roskosmosu, poza wspomnianymi wyżej testami Orlan-ISS, nic więcej nie można powiedzieć. Jeśli skafandry kosmiczne przyszłości powstają w Rosji, to pod ziemią.

NASA planuje powrót na Księżyc i aktywnie opracowuje nowe skafandry kosmiczne, ponieważ będą one potrzebne nowym Armstrongom i Aldrinom, którzy pozostawią ślady na księżycowym piasku. Jednak w przeciwieństwie do programu Apollo 11 nowe kombinezony powinny zapewnić astronautom większe możliwości. Na przykład swoboda ruchu, która ułatwi pracę na Księżycu, a także ochrona przed pyłem księżycowym lepkim jak taśma.

Jednak międzynarodowi partnerzy reprezentowani przez Europejską Agencję Kosmiczną i Roscosmos planują załogowy lot na Marsa – o czym świadczy 500-dniowy eksperyment przeprowadzony kilka lat temu. W ramach programu Mars 500 sześciu członków międzynarodowej załogi (w tym Rosjanie) spędziło 500 dni w zamknięciu, symulując lot na Marsa. Być może lot odbędzie się jeszcze w 2018 roku. Tutaj warto wiedzieć, że głównym problemem tak długiego lotu jest wpływ promieniowania, przed którym nie chronią ani skafandry, ani kadłub statku. Lot może być wyjątkowo niekorzystny.

Należy pamiętać, że na lot na Marsa Roskosmos wraz ze swoimi partnerami będzie musiał opracować specjalny skafander kosmiczny. W ramach programu Mars 500 członkowie załogi korzystali ze specjalnej wersji skafandra kosmicznego Orlan-E (co oznacza „eksperymentalny”). Projektanci żartobliwie nazywają go swoim młodszym bratem – jest niemal identyczny jak pozostałe Orlany, tyle że jest czterokrotnie lżejszy i nie nadaje się jeszcze na kosmiczny spacer po Marsie. Będzie jednak stanowić podstawę przyszłego skafandra marsjańskiego.

Lot na Marsa planuje także kilku innych filantropów-miliarderów – Bas Lansdorp (projekt MarsOne, mający na celu kolonizację Marsa w latach 2011–2033) i Elon Musk (założyciel SpaceX).

Ile kosztuje skafander kosmiczny? Model używany przez NASA, wraz z całym osprzętem, urządzeniami podtrzymującymi życie i wyposażeniem, kosztuje 12 milionów dolarów. NPP Zvezda woli nie podawać ceny skafandra, ale mówią o 9 milionach dolarów.

Projekt

Z jakich materiałów wykonane są skafandry kosmiczne? Spójrzmy na przykład UGW. O ile pierwsze skafandry kosmiczne były wykonane w całości z miękkich tkanin, o tyle nowoczesne wersje łączą w sobie miękkie i twarde komponenty, które zapewniają wsparcie, mobilność i wygodę (choć to drugie można jeszcze kwestionować). Sam materiał skafandra kosmicznego składa się z 13 warstw: dwóch warstw wewnętrznego chłodzenia, dwóch warstw kompresyjnych, ośmiu warstw ochrony termicznej przed mikrometeorytami i jednej warstwy zewnętrznej. Warstwy te obejmują następujące materiały: dzianinowy nylon, spandex, nylon uretanowy, dacron, nylon neoprenowy, Mylar, Gore-tex, Kevlar (z którego wykonana jest kamizelka kuloodporna) oraz Nomex.

Wszystkie warstwy są zszywane i łączone ze sobą, tworząc jednolitą powłokę. Ponadto, w przeciwieństwie do pierwszych skafandrów kosmicznych, które były szyte indywidualnie dla każdego astronauty, nowoczesne EMU posiadają komponenty o różnych rozmiarach, aby pasowały każdemu.

Kombinezon EMU składa się z następujących części: MAG (zbiera mocz astronauty), LCVG (eliminuje nadmiar ciepła podczas spaceru w kosmosie), EEH (zapewnia komunikację i bioinstrumenty), CCA (mikrofon i słuchawki do komunikacji), LTA ( dolny kombinezon, spodnie, nakolanniki, nagolenniki i buty), HUT (górna część kombinezonu, twarda skorupa z włókna szklanego, która podtrzymuje kilka konstrukcji: ramiona, tułów, hełm, plecak do podtrzymywania życia i moduł sterujący), rękawy, dwie pary rękawice (wewnętrzne i zewnętrzne), kask, EVA (ochrona przed jasnym światłem słonecznym), IDB (wewnętrzny worek na wodę), PLSS (podstawowy system podtrzymywania życia: tlen, energia, wychwytywanie dwutlenku węgla, chłodzenie, woda, radio i system ostrzegania), SOP (rezerwa tlenu), DCM (sterowanie modułem PLSS).

Źle zapomniany stary

W 2012 roku NASA wprowadziła nowy typ skafandra kosmicznego – Z-1. Zainspirowany skafandrem kosmicznym Buzza Astrala z Toy Story, skafander wejdzie do produkcji w 2015 roku i będzie wyposażony w wiele ciekawych funkcji.

Po pierwsze, hełm w kształcie bańki zapewnia ogromne pole widzenia w porównaniu do poprzednich opcji. Tak, to nie jest kanoniczny „kask motocyklowy”, ale bezpieczeństwo zdaniem ekspertów będzie na najwyższym poziomie. Nowa konstrukcja części barkowych kombinezonu zapewnia większą swobodę ruchów ramion. Z tyłu skafandra znajduje się właz, przez który astronauta czołga się podczas ubierania. Oznacza to raczej, że to skafander kosmiczny, niczym pojazd transportowy, zabiera pasażera, a nie astronautę, który wszystko na siebie nakłada.

Po drugie, i bardzo ważne „po drugie”, skafander kosmiczny Z-1 będzie równie odpowiedni zarówno do spacerów kosmicznych, jak i poruszania się po powierzchni planety (w przeciwieństwie do wszystkiego, co nosi załoga ISS).

Po trzecie, dzięki najnowszym osiągnięciom znacznie zmniejszyła się konieczność ponownego ładowania skafandra kosmicznego kanistrami wodorotlenku litu, który pochłania wydychany przez człowieka dwutlenek węgla. Cóż, Z-1 mógłby być świetnym zamiennikiem EMU i wycofać stary kombinezon.

Pod koniec ubiegłego roku doniesiono, że NASA testuje nowy lekki skafander kosmiczny, ponieważ Z-1 był zbyt nieporęczny. Cofać się? A oto drugie: nowy kombinezon będzie zmodyfikowaną wersją pomarańczowego kombinezonu ACES, opracowanego jeszcze w latach 60. XX wieku. Kombinezon będzie używany przez załogę statku kosmicznego Orion, który będzie łapał asteroidy w celu pobrania i analizy próbek. Niestety agencja kosmiczna nie uchyla zasłony tajemnicy nad tą tajemniczą misją, dlatego niewiele o niej wiadomo.

Dwa kroki do tyłu? Oto trzeci: wahadłowiec Orion jest zasadniczo zaktualizowanym modułem Apollo. I tu łączą się wszystkie elementy układanki: wewnątrz modułu rakiety Orion jest zbyt mało miejsca, aby obracać się w kombinezonie typu EMU lub Z-1. Dodatkowo nowy kombinezon będzie uniwersalny i przeznaczony do pracy zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. Sami przedstawiciele NASA szczególnie podkreślają zalety nowego skafandra, takie jak niski koszt produkcji i obecność w nowym skafandrze gotowego systemu podtrzymywania życia astronauty. Istnieje jednak silna nadzieja, że ​​Z-1, a po nim niedawno ogłoszony Z-2, będą nadal używane, ale w innych misjach.

Ze względów bezpieczeństwa dla kombinezonów ACES wybrano pomarańczowy odcień. Jest to jeden z najbardziej żywych kolorów zarówno w morzu, jak i w kosmosie. Znalezienie i uratowanie zaginionego astronauty byłoby łatwiejsze.

"Druga skóra"

Podczas lotu w kosmos kręgosłup astronauty rozciąga się o siedem centymetrów. Prowadzi to do straszliwego bólu pleców, co oczywiście budzi niepokój agencji kosmicznych. Specjalnie dla Europejskiej Agencji Kosmicznej niemieccy inżynierowie opracowali ściśle przylegający do ciała kombinezon, wykonany z dwukierunkowej elastycznej tkaniny z włókien poliuretanowych. Kombinezon ściśle ściska ciało od ramion do stóp, symulując normalne ciśnienie. Testy w locie kombinezonu wykonanego ze spandexu zaplanowano na rok 2015. Jednak niektórzy inżynierowie posunęli się jeszcze dalej w swoich pracach rozwojowych.

Niedawno badaczka najlepszej uczelni świata (wg QS) – Massachusetts Institute of Technology – Deva Newman zaprezentowała nowy skafander kosmiczny, nad którym pracowała ponad dziesięć lat. Nazywa się on Biokombinezon i wielu wierzy, że może zrewolucjonizować eksplorację kosmosu przez człowieka.

Obcisły skafander kosmiczny zapewnia astronautom większą mobilność i zapobiega urazom („na ramionach” astronautów - 25 operacji z powodu urazów od ciężkich skafandrów kosmicznych). Główną motywacją Newman w swojej pracy był fakt, że kobiety poniżej pewnego wzrostu nie mogły używać EMU, ponieważ po prostu nie robią tak małych garniturów. Dla samej Devy jest to ważny fakt, ponieważ nie jest wysoka. Ale są też inne motywy.

Po pierwsze, nowoczesne skafandry kosmiczne ważą około 100 kilogramów. Tak, są przeznaczone do użytku w stanie nieważkości, ale trzeba przy nich majstrować. Po drugie, sama przestrzeń nie jest pusta. W kosmosie znajduje się również gaz i aby ustabilizować ciśnienie wewnątrz i na zewnątrz, skafander „nadmuchuje”, co jeszcze bardziej komplikuje ruchy człowieka. Biosuit to ściśle dziana tkanina wykonana z polimerów i materiałów aktywnych - stopu niklu i tytanu, dzięki czemu samodzielnie wywiera nacisk na tkankę ludzką, zapobiegając jej rozszerzaniu się, zachowując jednocześnie elastyczność i sprężystość.

Ponadto, ponieważ kombinezon jest podzielony na osobne sekcje, w przypadku przebicia jednej części astronauta będzie miał czas na założenie „bandaża”. Nowoczesne skafandry tego nie potrafią: pęknięty oznacza pęknięty, rozszczelnienie następuje na całej szerokości ubrania. Jednak Deva nadal ma pewne problemy z hełmem, dlatego sama wynalazczyni przyznaje, że cokolwiek by nie powiedzieć, najprawdopodobniej doczekamy się symbiozy EMU i Biosuit. Rozwiązaniem kompromisowym byłoby pozostawienie dolnej części biokombinezonu i hełmu z EMU. Zapewni to astronautowi niezbędną mobilność i sprawdzone bezpieczeństwo kasku. Do pierwszych lotów na Marsa pozostało jeszcze trochę czasu – i szansa na wymyślenie czegoś nowego.

Iść?

Jeśli chodzi o wypełnianie skafandrów kosmicznych, naukowcy poważnie planują zamienić astronautów przyszłości w chodzące laboratoria. Zespół naukowca Patricka McGuire z Chicago opracowuje przenośny komputer do skafandra kosmicznego, który będzie mógł samodzielnie (lub prawie niezależnie, wykorzystując algorytmy sztucznej inteligencji opartej na sieciach neuronowych) przeprowadzać szereg analiz: od oceny krajobrazu po mikroskopijną strukturę kamieni. Ten inteligentny skafander kosmiczny jest przygotowywany do misji na Marsa i pomyślnie przechodzi testy na półsuchych obszarach Hiszpanii, gdzie udało mu się odróżnić porosty od płytki nazębnej na skale. W dzikich warunkach jakiegoś Marsa taki asystent mógłby okazać się nieoceniony.

Oczywiście współczesne osiągnięcia nie ograniczają się tylko do kombinezonów astronautów. Era podróży kosmicznych zostaje uznana za otwartą – a kto wie, może będziesz jednym z pierwszych kosmicznych turystów. W styczniu pomyślnie odbył się trzeci i bardzo imponujący lot testowy statku kosmicznego Space Ship Two, stworzonego osobiście przez Virgin Galactic i Richarda Bransona. Wygląda na to, że Virgin Galaxy będzie prawdopodobnie pierwszą firmą, która zapewni luksusową wycieczkę na niską orbitę okołoziemską, a może i dalej.

Dla Was i dla mnie przygotowywane są także skafandry kosmiczne. Amerykańska firma Final Frontier Design zaprezentowała lekką wersję skafandra kosmicznego 3G dla kosmicznych turystów. Wygodny, lekki (tylko siedem kilogramów – to nie jest 100-kilogramowy EMU) i niedrogi skafander kosmiczny powstawał w ciągu czterech lat na szczycie chwały poprzedniego wynalazku firmy, który zdobył prestiżową nagrodę Popular Science 2013 – specjalne rękawice kosmiczne. Po prostu posłuchaj, jak fajnie to brzmi: „Warstwa stopionego nylonu pokrytego uretanem, 13 poziomów niestandardowego dopasowania, pierścień z włókna węglowego w talii, zdejmowane rękawiczki, wbudowane gniazdo komunikacyjne oraz obwody chłodzące w klatce piersiowej, ramionach i nogach chroń podróżnego przed przegrzaniem…”

Wydaje się, że pachnie kosmosem. Wybierz garnitur, który pasuje do Twoich ramion i przygotuj się na widok oślepiającej kuli wznoszącej się na księżycowym wschodzie – naszej Ziemi.

W starożytnej Grecji dobrych pływaków i nurków nazywano „garniturami”. Jednak wraz z rozwojem technologii ludzkiej zaczęto tak nazywać wszelkie środki ochrony człowieka, umożliwiające penetrację środowisk, w których niezabezpieczone ludzkie ciało groziłoby szybką i nie zawsze łatwą śmiercią. Najpierw pod wodą, potem w powietrze, a ostatnio poza Ziemię.

Historia skafandra kosmicznego

Słowo „skafander kosmiczny” we współczesnym znaczeniu zostało po raz pierwszy użyte w 1775 roku przez francuskiego opata-matematyka Jeana Baptiste de la Chapelle. Tak nazwał swój korkowy kombinezon, który miał pomagać żołnierzom w przekraczaniu rzek. Pomysł został podjęty i w połowie XIX wieku nurkowie stanowili stałą jednostkę we wszystkich głównych flotach morskich. W latach dwudziestych XX wieku angielski fizjolog John Holden zaproponował stosowanie skafandrów do nurkowania w celu ochrony zdrowia i życia balonistów. Zaprojektował także pierwszy taki skafander kosmiczny i przetestował go w komorze ciśnieniowej, symulując ciśnienie równoważne temu, jakie powstaje na wysokości 25 km. Nie udało mu się jednak zebrać pieniędzy na zbudowanie balonu, który wzniósłby się w stratosferę, a skafander nie został przetestowany w praktyce.

Po zakończeniu II wojny światowej rozpoczął się szybki postęp w lotnictwie odrzutowym, a ludzie zaczęli wzbijać się coraz wyżej w powietrze. Aby podbić nowe wyżyny, potrzebny był skafander kosmiczny.

Nasze pierwsze projekty i zagraniczne

Stworzenie skafandra kosmicznego to jeden z najbardziej złożonych technologicznie i kluczowych programów projektu kosmicznego. A postęp w tej dziedzinie został osiągnięty dzięki rywalizacji dwóch kosmicznych supermocarstw.

W naszym kraju Evgeny Chertovsky z Instytutu Medycyny Lotniczej jako pierwszy pracował nad skafandrami kosmicznymi. W latach czterdziestych opracował 7 rodzajów sprzętu szczelnego i jako pierwszy na świecie rozwiązał problem mobilności projektując model 4-2 z zawiasami. Od 1936 roku specjalnie utworzony Centralny Instytut Aerohydrodynamiki zaczął celowo opracowywać skafandry kosmiczne dla kosmonautów. W rezultacie model 4-3 zawierał już prawie wszystkie części stosowane w nowoczesnych skafandrach kosmicznych. W latach powojennych Instytut Badań nad Lotami zaczął projektować skafandry kosmiczne. A w październiku 1952 roku w Tomilinie pod Moskwą inżynier Aleksander Bojko utworzył w zakładzie nr 918 specjalny warsztat (dziś jest to Przedsiębiorstwo Badawczo-Produkcyjne Zvezda). To na nim powstał skafander kosmiczny Gagarina. Jeśli w naszym kraju piloci przeprowadzali testy nowego sprzętu, to Amerykanie przyjechali stworzyć własną wersję skafandra kosmicznego w ramach programu stratosferycznego. Na początku lat sześćdziesiątych zbudowano kilka balonów stratosferycznych do testowania skafandrów kosmicznych i lotniczych, wyposażonych w otwarte gondole do lądowania z dużych wysokości.

Program okazał się zabójczy – zginęło trzech z sześciu stratonautów. Ale ostatecznie projekt Excelsior zakończył się sukcesem. 16 sierpnia 1960 roku Joseph Kittinger ustanowił kilka rekordów na raz. Jego upadek ze stratosfery trwał 4 minuty i 36 sekund, podczas którego pilot przeleciał 25 816 metrów, osiągając prędkość około 1000 km/h.

Czym jest nowoczesny skafander kosmiczny?

Nowoczesny skafander kosmiczny musi rozwiązać kilka ważnych problemów na raz. Wraz ze spadkiem ciśnienia organizmowi ludzkiemu staje się coraz trudniej wchłaniać tlen. Bez problemów osoba może znajdować się na wysokości nie większej niż 4-5 km. Na dużych wysokościach konieczne jest dodanie tlenu do wdychanego powietrza, a od 7-8 km człowiek musi oddychać czystym tlenem. Przy wznoszeniu się na wysokość powyżej 12 km płuca tracą zdolność wchłaniania tlenu i konieczna jest kompensacja ciśnienia.

Obecnie istnieją dwa rodzaje kompensacji ciśnienia: kompensacja mechaniczna i tworzenie środowiska gazowego z nadciśnieniem wokół osoby. Pierwszą opcją są kombinezony lotnicze z kompensacją wysokości. Ciało pilota otoczone jest wstążkami przypominającymi ósemkę, przez które włożona jest gumowa dętka.

W przypadku rozszczelnienia do komory dostarczane jest sprężone powietrze, którego średnica zwiększa się, zmniejszając średnicę pierścienia oplatającego pilota. Jednak pilot nie może spędzić w kabinie bezciśnieniowej więcej niż 20 minut. Drugi sposób to skafander kosmiczny. Zasadniczo jest to szczelnie zamknięty worek, w którym wytwarza się nadciśnienie. Czas, jaki człowiek spędza w skafandrze kosmicznym, jest praktycznie nieograniczony, ale mobilność jest znacznie ograniczona. Rękaw nadciśnieniowy skafandra kosmicznego to tak naprawdę wiązka powietrza o ciśnieniu 0,4 atmosfery. Zginanie ramienia w takich warunkach przypomina zginanie napompowanej dętki samochodowej. Dlatego skafander kosmiczny jest wykonany z kompozytu, a jedną z najbardziej złożonych technologii jest produkcja specjalnych „miękkich” zawiasów.

Kombinezon składa się z dwóch skorup: wewnętrznej uszczelnionej skorupy i zewnętrznej skorupy zasilającej. Pierwsza składa się z gumy arkuszowej, do produkcji której wykorzystuje się wysokiej jakości gumę. Zewnętrzna powłoka wykonana jest z tkaniny (Amerykanie używają nylonu, my używamy krajowego odpowiednika, nylonu). Chroni gumową skorupę przed uszkodzeniami i utrzymuje jej kształt. Bardzo podobna budowa do piłki nożnej, gdzie skórzana osłona chroni napompowaną gumową dętkę. Człowiek nie może długo przebywać w „gumowej torbie”, dlatego skafander kosmiczny posiada system wentylacji.

Pierwsze skafandry kosmiczne działały na zasadzie wentylacji, wyrzucając zużyte powietrze niczym sprzęt do nurkowania. Zgodnie z tą zasadą zaprojektowano pierwsze skafandry kosmiczne SK-1, skafander „Berkut”, w którym Leonow wyruszył w przestrzeń kosmiczną, oraz skafandry ratunkowe „Falcon”. Nie nadawały się jednak do długotrwałych pobytów w przestrzeni kosmicznej i do amerykańskiego programu księżycowego. W tym celu opracowano skafandry regeneracyjne (radzieckie Orlan i Krechet oraz amerykańskie A5L, A6L, A7L). W nich wydychany gaz jest regenerowany, usuwana jest z niego wilgoć, powietrze jest ponownie nasycane tlenem i schładzane.

Pod skafandrem kosmicznym noszony jest specjalny kombinezon z siateczki chłodzącej wodę. A izolacja ekranowo-próżniowa kombinezonu zewnętrznego działa na zasadzie termosu i składa się z kilku warstw specjalnej folii polietylenowej pokrytej aluminium. Dzięki temu neutralizowany jest wpływ zarówno ekstremalnie wysokich, jak i ekstremalnie niskich temperatur.

Zadbaj o swoją głowę

Hełm to jedna z najbardziej skomplikowanych części skafandra kosmicznego. W „epoce lotnictwa” istniały dwa rodzaje hełmów: zamaskowane (pilot używał maski tlenowej) i bezmaskowe (hełm był oddzielony od reszty skafandra szczelną kurtyną i stanowił jedną dużą maskę tlenową z ciągłym dopływem mieszanina oddechowa). Ostatecznie zwyciężyła koncepcja bezmaskowa, która zapewniała lepszą ergonomię, choć wymagała większego zużycia tlenu. Tak właśnie zaczęto produkować hełmy kosmiczne, które z kolei podzielono na zdejmowane i niezdejmowane. Pierwszy SK-1 był wyposażony w niezdejmowalny hełm, ale „Berkut” i „Yastreb” Leonowa były zdejmowane. Co więcej, zostały one połączone specjalnym hermetycznym złączem z hermetycznym łożyskiem, dzięki czemu astronauta mógł obrócić głowę. Jednak dodatkowa mobilność spowodowała nieporęczny projekt i później została porzucona.

Obowiązkowym elementem kasku na spacery kosmiczne jest filtr światła. W pierwszych modelach zastosowano filtry typu samolotowego pokryte cienką warstwą srebra. Ich właściwości ochronne okazały się jednak niewystarczające i później filtry świetlne skafandrów zaczęto pokrywać dość grubą warstwą czystego złota, zapewniającą przepuszczanie jedynie 34% światła. Rozbicie „szkła” kasku jest prawie niemożliwe: jest ono wykonane z wytrzymałego poliwęglanu Lexan. W rezultacie ten cud inżynierii jest niesamowicie drogi – nowoczesny amerykański hełm kosztuje około 12 milionów dolarów; Rosyjski, jak to często bywa, jest nieco tańszy.

Kombinezony kosmiczne przyszłości

Nie jest tajemnicą, że programy kosmiczne zarówno ZSRR, jak i Stanów Zjednoczonych stanowiły dużą część globalnej rywalizacji militarnej. Upadek ZSRR gwałtownie spowolnił postęp w tej dziedzinie. Przez długi czas w naszym kraju nie było czasu na przestrzeń kosmiczną i dopiero niedawno wyciągnięto spod dywanu najnowsze osiągnięcia sowieckie. Znacząco ograniczono także finansowanie programu amerykańskiego (wyprawy na Marsa, Wenus, asteroidy i ponownie na Księżyc zostały przełożone na czas nieokreślony). Chiny nie udają jeszcze oryginalności i ubierają swoich taikonautów w stroje wykonane na wzór sowieckich.

Na razie więc, bez konkretnych, ukierunkowanych projektów finansowych, projektanci bawią się tworzeniem kostiumów na wzór hollywoodzkich. Amerykański obiecujący projekt Z-1, ze względu na podobieństwo do stroju postaci z kreskówek, otrzymał przydomek „skafander kosmiczny Buzza Astrala”. A obiecujący pomysł Roscosmos jest idealny zarówno dla RoboCopa, jak i Terminatora.

Nowoczesny skafander kosmiczny to mały, autonomiczny statek kosmiczny, w którym astronauta może spędzać w przestrzeni kosmicznej nawet 10 godzin dziennie. Redaktorzy Popular Mechanics cieszą się, że najlepsze skafandry kosmiczne na świecie powstają w Rosji, w Tomilinie pod Moskwą

Warstwy skafandra księżycowego

Kombinezon kosmiczny Gagarin SK-1

Testowanie skafandra Orlan

Skafandry kosmiczne „Orlan” (po lewej) i „Krechet”

Rozmieszczenie anteny w skafandrach kosmicznych Orlan-M

„Orlan-DMA” z instalacją do manewrowania w przestrzeni kosmicznej

Niewiele osób wie, że tylko jeden element został w pełni przygotowany i przetestowany na potrzeby radzieckiej wyprawy na Księżyc – księżycowy skafander kosmiczny Krechet. Jeszcze mniej osób wie, jak to działa. Nikołaj Dergunow, szef działu projektowania systemów podtrzymywania życia w lotnictwie i przestrzeni kosmicznej w elektrowni jądrowej Zvezda, gdzie powstały wszystkie skafandry kosmiczne, wie o skafandrach wszystko. Po rozmowie z nim magazyn Popular Mechanics wyjaśnił coś na temat skafandrów kosmicznych.

Wraz z rozwojem lotnictwa odrzutowego poważnie narosły problemy ochrony i ratownictwa załogi podczas lotów na dużych wysokościach. Wraz ze spadkiem ciśnienia organizmowi ludzkiemu coraz trudniej jest wchłaniać tlen, zwykły człowiek może bez problemu przebywać na wysokości nie większej niż 4-5 km. Na dużych wysokościach konieczne jest dodanie tlenu do wdychanego powietrza, a od 7-8 km człowiek na ogół musi oddychać czystym tlenem. Powyżej 12 km płuca całkowicie tracą zdolność wchłaniania tlenu – aby wznieść się na większą wysokość, wymagana jest kompensacja ciśnienia.

Obecnie istnieją tylko dwa rodzaje kompensacji ciśnienia: mechaniczna i tworzenie środowiska gazowego z nadciśnieniem wokół osoby. Typowym przykładem rozwiązania pierwszego typu są kombinezony do lotów kompensacyjnych na dużych wysokościach – np. VKK-6, używane przez pilotów MiG-31. W przypadku rozhermetyzowania kabiny taki kombinezon wytwarza ciśnienie, ściskając mechanicznie ciało. Ten kostium powstał w oparciu o dość genialny pomysł. Ciało pilota splątane jest ze wstążek przypominających ósemkę. W mniejszy otwór wkładany jest gumowy pęcherz. W przypadku rozszczelnienia do komory dostarczane jest sprężone powietrze, które zwiększa swoją średnicę, odpowiednio zmniejszając średnicę pierścienia oplatającego pilota. Jednak ta metoda kompensacji ciśnienia jest ekstremalna: przeszkolony pilot w kombinezonie kompensacyjnym może spędzić w kabinie bezciśnieniowej na dużej wysokości nie więcej niż 20 minut. Za pomocą takiego kombinezonu nie da się wytworzyć równomiernego nacisku na całe ciało: niektóre obszary ciała są nadmiernie napięte, inne w ogóle nie są ściśnięte.

Kolejną rzeczą jest skafander kosmiczny, który w zasadzie jest szczelnym workiem, w którym wytwarza się nadciśnienie. Czas, jaki człowiek spędza w skafandrze kosmicznym, jest praktycznie nieograniczony. Ale ma to też swoje wady – ograniczające mobilność pilota czy astronauty. Co to jest rękaw skafandra kosmicznego? W praktyce jest to wiązka powietrza, w której wytwarza się nadciśnienie (w skafandrach kosmicznych zwykle utrzymuje się ciśnienie 0,4 atmosfery, co odpowiada wysokości 7 km). Spróbuj zgiąć napompowaną dętkę samochodową. Trochę trudne? Dlatego jedną z najlepiej strzeżonych tajemnic produkcji skafandrów kosmicznych jest technologia wytwarzania specjalnych „miękkich” połączeń. Ale najpierw najważniejsze.

„Workuta”

Pierwsze skafandry kosmiczne, wyprodukowane przed wojną w Instytucie Leningradzkim im. Gromov, zostały stworzone do celów badawczych i wykorzystywane były głównie do lotów eksperymentalnych balonami stratosferycznymi. Po wojnie ponownie zainteresowano się skafanderami kosmicznymi i w 1952 roku w Tomilinie pod Moskwą otwarto specjalne przedsiębiorstwo zajmujące się produkcją i rozwojem takich systemów - Zakład nr 918, obecnie elektrownia jądrowa Zvezda. W latach 50-tych firma opracowała całą linię eksperymentalnych skafandrów kosmicznych, ale tylko jeden z nich, Workuta, stworzony dla przechwytującego Su-9, został wyprodukowany w małej serii.

Niemal jednocześnie z wypuszczeniem Workuty firma otrzymała zadanie opracowania skafandra kosmicznego i systemu ratunkowego dla pierwszego kosmonauty. Początkowo Biuro Projektowe Korolewa zleciło Zvezdzie zadanie techniczne polegające na opracowaniu skafandra kosmicznego, który byłby całkowicie podłączony do systemu podtrzymywania życia statku. Jednak na rok przed lotem Gagarina otrzymano nowe zadanie - na konwencjonalny kombinezon ochronny, mający na celu uratowanie astronauty tylko podczas jego wyrzucenia i wodowania. Przeciwnicy skafandrów kosmicznych uważali, że prawdopodobieństwo rozhermetyzowania statku jest wyjątkowo niskie. Kolejne sześć miesięcy później Korolev ponownie zmienił zdanie – tym razem na korzyść skafandrów kosmicznych. Podstawą były gotowe skafandry lotnicze. Nie było już czasu na dokowanie z pokładowym systemem statku, dlatego przyjęto autonomiczną wersję systemu podtrzymywania życia skafandra, umieszczoną w fotelu katapultowym kosmonauty. Skorupa pierwszego skafandra kosmicznego SK-1 została w dużej mierze zapożyczona z Workuty, ale hełm został wykonany całkowicie nowy. Zadanie zostało postawione niezwykle rygorystycznie: skafander kosmiczny miał uratować astronautę! Nikt nie wiedział, jak zachowa się człowiek podczas pierwszego lotu, dlatego system podtrzymywania życia został zbudowany w taki sposób, aby uratować astronautę nawet w przypadku utraty przytomności – wiele funkcji zostało zautomatyzowanych. Na przykład w hełmie zainstalowano specjalny mechanizm sterowany czujnikiem ciśnienia. A jeśli spadł gwałtownie na statek, specjalny mechanizm natychmiast zatrzasnął przezroczysty wizjer, całkowicie uszczelniając skafander kosmiczny.

Warstwa po warstwie

Skafander kosmiczny składa się z dwóch głównych skorup: wewnętrznej uszczelnionej skorupy i zewnętrznej skorupy zasilającej. W pierwszych radzieckich skafanderach kosmicznych skorupa wewnętrzna była wykonana z arkusza gumy przy użyciu prostej metody klejenia. Kauczuk był jednak wyjątkowy, do jego produkcji użyto wysokiej jakości kauczuku naturalnego. Począwszy od skafandrów ratunkowych Sokol, szczelna skorupa stała się gumą, ale w skafandrach kosmicznych przeznaczonych na spacery kosmiczne nie ma jeszcze alternatywy dla arkusza gumy.

Zewnętrzna powłoka to tkanina. Amerykanie używają do tego nylonu, my używamy krajowego analogu, nylonu. Chroni gumową skorupę przed uszkodzeniami i utrzymuje jej kształt. Trudno o lepszą analogię niż piłka nożna: skórzana osłona zewnętrzna chroni wewnętrzną gumową dętkę przed butami piłkarza i sprawia, że ​​wymiary geometryczne piłki pozostają niezmienione.

Nikt nie może spędzać dużo czasu w gumowej torbie (szczególnie dobrze zrozumieją to ci, którzy mają doświadczenie wojskowe w przymusowych marszach w gumowanym zestawie ochronnym na broń). Dlatego każdy skafander kosmiczny musi posiadać system wentylacji: jednymi kanałami klimatyzowane powietrze dostarczane jest do całego ciała, innymi zaś jest odsysane.

Ze względu na sposób działania systemu podtrzymywania życia skafandry kosmiczne dzielą się na dwa typy - wentylacyjne i regeneracyjne. W pierwszym, prostszym w konstrukcji, zużyte powietrze jest wyrzucane na zewnątrz, podobnie jak w nowoczesnym sprzęcie do nurkowania. Zgodnie z tą zasadą zaprojektowano pierwsze skafandry kosmiczne SK-1, skafander Leonowa do spacerów kosmicznych „Berkut” i lekkie skafandry ratownicze „Falcon”.

Termos

Do długiego pobytu w kosmosie i na powierzchni Księżyca potrzebne były długoterminowe kombinezony regeneracyjne – „Orlan” i „Krechet”. W nich następuje regeneracja wydychanego gazu, usuwanie z niego wilgoci, powietrze nasyca się tlenem i schładza. W rzeczywistości taki skafander kosmiczny replikuje w miniaturze system podtrzymywania życia całego statku kosmicznego. Pod skafandrem astronauta nosi specjalny kombinezon z siateczki chłodzący wodę, przebity plastikowymi rurkami zawierającymi chłodziwo. Problemy z nagrzewaniem się skafandrów wyjściowych (przeznaczonych na spacery kosmiczne) nigdy nie wystąpiły, nawet jeśli astronauta pracował w cieniu, gdzie temperatura gwałtownie spada do -1000°C. Faktem jest, że kombinezon zewnętrzny idealnie służy jako odzież chroniąca przed ciepłem. W tym celu po raz pierwszy zastosowano izolację ekranowo-próżniową, działającą na zasadzie termosu. Pod zewnętrzną powłoką ochronną kombinezonu znajduje się od pięciu do sześciu warstw specjalnej folii wykonanej ze specjalnego polietylenu, teriftalatu, z obustronnie natryskiwanym aluminium. W próżni wymiana ciepła pomiędzy warstwami folii możliwa jest jedynie dzięki promieniowaniu, które jest odbijane przez lustrzaną aluminiową powierzchnię. Zewnętrzny transfer ciepła w próżni w takim skafandrze kosmicznym jest tak mały, że uważa się go za równy zeru, a w obliczeniach uwzględnia się jedynie wewnętrzny transfer ciepła. Po raz pierwszy na Berkucie, w którym Leonow udał się w przestrzeń kosmiczną, zastosowano osłonę termiczną ekranowo-próżniową. Natomiast pod pierwszymi kombinezonami ratunkowymi, które nie działały w próżni, nosili TVK (kombinezon termoochronny wentylowany), wykonany z ciepłego pikowanego materiału, w którym ułożono przewody wentylacyjne. Nie inaczej jest w przypadku nowoczesnych kombinezonów ratunkowych Falcon.

Oprócz tego astronauci noszą bawełnianą bieliznę ze specjalną impregnacją antybakteryjną, pod którą znajduje się ostatni element – ​​specjalny śliniaczek z przyczepionymi do niego czujnikami telemetrycznymi, przekazującymi informację o stanie ciała astronauty.

Sokoły

Skafandry kosmiczne nie zawsze znajdowały się na statkach. Po sześciu udanych lotach Wostok uznano je za bezużyteczny ładunek, a wszystkie kolejne statki (Woskhod i Sojuz) zaprojektowano tak, aby latały bez standardowych skafandrów kosmicznych. Podczas spacerów kosmicznych zalecano używanie wyłącznie zewnętrznych skafandrów kosmicznych. Jednak śmierć Dobrowolskiego, Wołkowa i Patsajewa w 1971 roku w wyniku rozhermetyzowania kabiny Sojuza-11 zmusiła nas do powrotu do sprawdzonego rozwiązania. Jednak stare skafandry kosmiczne nie pasowały do ​​nowego statku. Pilnie przystąpiono do dostosowywania lekkiego skafandra „Falcon”, pierwotnie opracowanego dla naddźwiękowego bombowca strategicznego T-4, do potrzeb kosmicznych.

Zadanie nie było łatwe. Jeśli podczas lądowania Wostoka kosmonauta zostanie wyrzucony, wówczas Woskhod i Sojuz przeprowadzą miękkie lądowanie z załogą w środku. Był jedynie stosunkowo miękki – uderzenie przy lądowaniu było zauważalne. Wstrząs pochłonął pochłaniające energię krzesło Kazbek, opracowane przez tego samego Zvezdę. „Kazbek” był formowany indywidualnie dla każdego kosmonauty, który w nim leżał, bez ani jednej szczeliny. Dlatego pierścień, do którego przymocowany jest hełm skafandra kosmicznego, przy uderzeniu z pewnością złamałby kręg szyjny astronauty. W „Sokole” znaleziono oryginalne rozwiązanie - hełm sektorowy, który nie zakrywa tylnej części skafandra, który jest miękki. Z Falcona usunięto także szereg systemów awaryjnych i warstwę chroniącą przed ciepłem, ponieważ w przypadku wodowania podczas opuszczania Sojuza kosmonauci musieli przebrać się w specjalne kombinezony. System podtrzymywania życia skafandra również został znacznie uproszczony, zaprojektowany na zaledwie dwie godziny pracy. W rezultacie „Sokół” stał się bestsellerem: od 1973 roku wyprodukowano ich ponad 280. Na początku lat 90. dwa Sokoły zostały sprzedane do Chin, a pierwszy chiński kosmonauta poleciał na podbój kosmosu w dokładnej kopii rosyjskiego skafandra. To prawda, bez licencji. Ale nikt nie sprzedał Chińczykom skafandrów kosmicznych, więc nawet nie planują jeszcze wyprawy w przestrzeń kosmiczną.

Kirasjerzy

Aby ułatwić projektowanie i zwiększyć mobilność zewnętrznych skafandrów kosmicznych, istniał cały kierunek (głównie w USA), który badał możliwość stworzenia całkowicie metalowych sztywnych skafandrów kosmicznych przypominających skafandry do nurkowania głębinowego. Pomysł znalazł jednak częściowe wdrożenie dopiero w ZSRR. Radzieckie skafandry kosmiczne „Krechet” i „Orlan” otrzymały połączoną skorupę – twardy korpus oraz miękkie nogi i ramiona. Sam korpus, który projektanci nazywają kirysem, spawany jest z pojedynczych elementów ze stopu aluminium typu AMG. Ten połączony plan okazał się niezwykle skuteczny i jest obecnie kopiowany przez Amerykanów. A wynikło to z konieczności.

Amerykański skafander księżycowy został wykonany według klasycznego projektu. Cały system podtrzymywania życia znajdował się w nieszczelnym plecaku na plecach astronauty. Radzieccy projektanci również mogliby pójść za tym schematem, gdyby nie jedno „ale”. Moc radzieckiej rakiety księżycowej N-1 umożliwiła wysłanie na Księżyc tylko jednego kosmonauty, w przeciwieństwie do dwóch amerykańskich, i nie było możliwości założenia samego klasycznego skafandra kosmicznego. Dlatego też zaproponowano pomysł sztywnego kirysu z drzwiami z tyłu umożliwiającymi wejście do środka. Specjalny system linek i boczna dźwignia umożliwiły bezpieczne zamknięcie pokrywy za sobą. Cały system podtrzymywania życia znajdował się w drzwiach uchylnych i nie działał w próżni, jak Amerykanie, ale w normalnej atmosferze, co uprościło konstrukcję. To prawda, że ​​\u200b\u200bhełm musiał być wykonany nie obrotowy, jak we wczesnych modelach, ale monolityczny z korpusem. Widok został skompensowany przez znacznie większą powierzchnię przeszklenia. Same hełmy w skafandrach są na tyle ciekawe, że zasługują na osobny rozdział.

Hełm wszystkim na głowę

Hełm jest najważniejszą częścią skafandra kosmicznego. Nawet w okresie „lotniczym” skafandry kosmiczne podzielono na dwa typy - zamaskowane i bezmaskowe. W pierwszym pilot używał maski tlenowej, przez którą dostarczana była mieszanina powietrza do oddychania. W drugim hełm był oddzielony od reszty skafandra czymś w rodzaju kołnierza, szczelnej zasłony na szyję. Hełm ten pełnił rolę dużej maski tlenowej z ciągłym dopływem mieszaniny oddechowej. W rezultacie zwyciężyła koncepcja bezmaskowa, która zapewniała lepszą ergonomię, choć wymagała większego zużycia tlenu do oddychania. Takie hełmy wyemigrowały w kosmos.

Hełmy kosmiczne również podzielono na dwa typy – zdejmowane i niezdejmowane. Pierwszy SK-1 był wyposażony w niezdejmowalny hełm, ale „Berkut” i „Jastreb” Leonowa (w których Eliseev i Chrunov przemieszczali się ze statku na statek w 1969 r.) mieli zdejmowane hełmy. Co więcej, zostały one połączone specjalnym hermetycznym złączem z hermetycznym łożyskiem, dzięki czemu astronauta mógł obrócić głowę. Mechanizm obrotowy był dość interesujący. W kronice filmowej wyraźnie widać zestawy słuchawkowe astronautów, wykonane z tkaniny i cienkiej skóry. Wyposażone są w systemy łączności – słuchawki i mikrofony. Tak więc wypukłe słuchawki zestawu słuchawkowego pasują do specjalnych rowków w twardym hełmie, a kiedy odwracasz głowę, hełm zaczyna się obracać wraz z głową, jak wieża czołgu. Projekt był dość uciążliwy i później został porzucony. W nowoczesnych skafandrach kosmicznych hełmów nie można zdjąć.

Obowiązkowym elementem kasku na spacery kosmiczne jest filtr światła. Leonow miał mały wewnętrzny filtr typu samolotowego, pokryty cienką warstwą srebra. Lecąc w kosmos Leonow poczuł bardzo intensywne pieczenie dolnej części twarzy, a patrząc w stronę Słońca właściwości ochronne srebrnego filtra okazały się niewystarczające – światło było oślepiająco jasne. Bazując na tym doświadczeniu, wszystkie kolejne skafandry kosmiczne zaczęto wyposażać w pełne filtry światła zewnętrznego napylane dość grubą warstwą czystego złota, zapewniającą jedynie 34% przepuszczalności światła. Największy obszar przeszkleń znajduje się w Orlanie. Co więcej, najnowsze modele mają nawet specjalne okienko na górze poprawiające widoczność. Prawie niemożliwe jest stłuczenie „szkła” hełmu: jest on wykonany z wytrzymałego poliwęglanu Lexan, który jest również używany na przykład do oszklenia kabin pancernych helikopterów bojowych. Jednak Orlan kosztuje tyle, co dwa helikoptery bojowe. Dokładna cena Zvezdy nie jest znana, ale sugerują skupienie się na cenie amerykańskiego odpowiednika - 12 milionów dolarów.

0

Skafandry kosmiczne używane obecnie do lotów kosmicznych w Stanach Zjednoczonych i Rosji to bardzo złożone elementy wyposażenia, które wiele krajów opracowywało w ciągu ostatnich 40 lat. Chociaż kombinezony te są wynikiem wielu lat badań i ciągłego doskonalenia, zasada ich działania jest dość prosta. Polega na stworzeniu ruchomej, nadmuchiwanej kapsuły wokół ciała człowieka. Kapsuła ta izoluje człowieka od otoczenia, wytwarza i utrzymuje wokół jego ciała stałe ciśnienie atmosferyczne, zapewnia warunki do normalnego oddychania i wymiany ciepła, przyjmowania pokarmu i płynów, zaspokajania naturalnych potrzeb, jednocześnie umożliwiając mu poruszanie się i wykonywanie pożytecznej pracy. Główny cel skafandra kosmicznego jest podobny do przeznaczenia każdej kabiny ciśnieniowej i można go osiągnąć na różne sposoby, w zależności od wyznaczonych zadań i warunków lotu kosmicznego, a także od ogólnej konstrukcji wszystkich innych systemów podtrzymywania życia i elementy samolotu. Obecnie stosowane w astronautyce skafandry kosmiczne mają na celu umożliwienie człowiekowi bezpiecznej pracy w próżni kosmicznej, na powierzchni Księżyca, niezależnie od głównego statku kosmicznego, oraz przetrwanie w przypadku nagłego rozhermetyzowania statku kosmicznego kabinie, przy zachowaniu znanego poziomu komfortu i zdolności do wykonywania użytecznej pracy. W tym rozdziale opisano systemy skafandrów kosmicznych, szczegółowo opisano wymagania fizjologiczne i wydajnościowe, jakie muszą spełniać takie systemy, a także opisano udoskonalenia techniczne stosowane w najbardziej obiecujących skafandrach kosmicznych.

Wzmocnione skafandry kosmiczne chroniące ludzi przed wysokim ciśnieniem zostały po raz pierwszy zaproponowane w 1838 r., kiedy Taylor wynalazł przegubowy wzmocniony skafander kosmiczny do operacji podwodnych. Juliusz Verne najwyraźniej jako pierwszy zaproponował użycie nadmuchiwanego skafandra kosmicznego w celu ochrony przed niskim ciśnieniem na dużych wysokościach. W 1872 roku opisał działanie skafandra kosmicznego służącego do przebywania na zewnątrz statku podczas lotu wokół Księżyca. Około 1875 roku rosyjski chemik Dmitrij Iwanowicz Mendelejew zaproponował gondolę ciśnieniową, która miała chronić ludzi podczas lotów balonem stratosferycznym. Choć patenty na nadmuchiwane kombinezony letnie wydano we Francji w 1910 r., a w Stanach Zjednoczonych w 1918 r., to pierwszymi, którzy zaprojektowali kombinezon ochronny pochłaniający dwutlenek węgla i przetestowali go w komorze niskociśnieniowej, byli Anglicy D. Holden i G. Davis . W 1933 roku, w odpowiedzi na prośbę amerykańskiego aeronauty Marka Ridge'a, fizjolog Holden i specjalista od skafandrów nurkowych Davis zaprojektowali i wyprodukowali skafander kosmiczny przeznaczony do wznoszenia się w stratosferę.

Ryż. 1. Charakterystyka systemu skafandra kosmicznego podczas wybuchowej dekompresji (z wysokości 5490 m do wysokości 22 875 m w czasie 110 ms)

1 - ciśnienie bezwzględne w skafandrze kosmicznym;

2 - poziom ciśnienia równowagi w skafandrze kosmicznym 195 mm Hg. Sztuka. (odpowiadająca wysokości 10 065 m), osiągnięta w 3000 ms;

3 - poziom ciśnienia w komorze ciśnieniowej 27,9 mm Hg. Sztuka. (z

odpowiada wysokości 22 570 m), osiągnięty w 110 ms;

4 - ciśnienie bezwzględne w komorze ciśnieniowej

Ryż. 2. Schemat układu kontroli ciśnienia w skafandrze kosmicznym

1- aneroid,

2- pojemnik z aneroidem,

3 - dopływ tlenu 375 cm 3 pod ciśnieniem 122 kg/cm 2,

4- z instalacji tlenowej statku, ciśnienie 122 kg/

/cm2,

5-reduktor redukujący ciśnienie od 122 kg/cm 2 do

3,4 kg/cm2

6-reduktor redukujący ciśnienie od 122 kg/cm 2 do

4,76 kg/cm2,

7- pojemnik podłączony do skafandra,

8- komora do regulacji ciśnienia w skafandrze,

9 - wyjście regulatora,

10- wiosna,

11- wlot powietrza wentylacyjnego,

12- wylot powietrza wentylacyjnego,

13- skafander kosmiczny,

14-membranowa,

15 - komora regulacji zaworu przepływowego,

16-pojemność materiałów eksploatacyjnych,

zawór 17-przepływowy (obrotowy),

18- otwór do odciążenia,

19-dołkowe

Ridge założył skafander i wielokrotnie go testował w komorach niskociśnieniowych. W ostatnim teście on w ciągu 30 min. przebywał w komorze o ciśnieniu 17 mm Hg. Art., co odpowiada wysokości 25,6 km, i nie odczułem żadnych bolesnych zjawisk. Były to pierwsze na świecie testy, w których osoba ubrana w nadmuchiwany skafander kosmiczny pomyślnie wytrzymała niskie ciśnienie barometryczne, symulując bardzo dużą wysokość. Niestety, planowany lot balonem na ogrzane powietrze w skafandrze kosmicznym nigdy nie odbył się.

Ze względu na zainteresowanie lotami z dużymi prędkościami na początku lat trzydziestych XX wieku podjęto dalsze wysiłki w celu opracowania skafandra kosmicznego.

USA i ZSRR w 1934 r., Niemcy i Hiszpania w 1935 r. oraz Włochy w 1936 r. brały udział w opracowaniu prototypu skafandrów kosmicznych do dużych wysokości.

W sierpniu 1934 roku Amerykanin V. Post odbył pierwszy lot w skafandrze kosmicznym na dużej wysokości w pobliżu Akron w stanie Ohio swoim samolotem Winnie May.

Skafander kosmiczny, który miał na sobie Post, był wcześniej testowany w komorze ciśnieniowej pod ciśnieniem odpowiadającym wysokości 7015 m przez 35 minut. Garnitur posiadał dużą dziurę w kołnierzu, przez którą zakładano garnitur (zamiast rozcięcia w talii). Był dwuwarstwowy: wewnętrzna gumowa skorupa miała za zadanie utrzymać ciśnienie gazu wypełniającego skafander, a zewnętrzna materiałowa skorupa miała za zadanie zachować pożądany kształt skafandra. W tym kombinezonie Post odbył co najmniej 10 lotów, aż do swojej śmierci w sierpniu 1935 r. w wypadku lotniczym niezwiązanym z programem testowania skafandra na dużych wysokościach. Wysiłki Posta wyraźnie pokazały możliwość zastosowania skafandrów kosmicznych w samolotach latających na dużych wysokościach oraz możliwość wykorzystania ciekłego tlenu do oddychania i wytwarzania ciśnienia w skafandrze.

W 1936 roku w Instytucie Medycyny Lotniczej ZSRR V. A. Spassky rozpoczął badania w celu ustalenia kryteriów medycznych, którymi mogliby się kierować projektanci przy tworzeniu sprzętu stratosferycznego. W tym samym czasie pod przewodnictwem inżynierów E.E. Chertovsky'ego i A.I. Bojko opracowano kilka modeli skafandrów kosmicznych, które przeszły testy laboratoryjne i w locie.

Przed II wojną światową w Stanach Zjednoczonych prowadzono niewiele badań nad skafandrami kosmicznymi. W tym czasie Siły Powietrzne i Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych rozpoczęły programy rozwojowe dotyczące hełmu kulkowego z pleksiglasu oraz odłączanych części ramion i nóg, które były przymocowane do głównej części kombinezonu.

W latach 50. lotnictwo wojskowe zaczęło zwracać większą uwagę na charakterystykę wysokościową samolotów. Symulowanie lotów w komorach hiperbarycznych dało pilotom w skafandrach kosmicznych pewność, że są w stanie pobić istniejące światowe rekordy wysokości.

Ryż. 3. Aeronauci M. Ross i V. Praser, chronieni jedynie skafandrami kosmicznymi na dużych wysokościach, w otwartej gondoli, przed wystrzeleniem balonu stratosferycznego

72 godziny symulowanego lotu na wysokość 42 395 m w lekkim kombinezonie ciśnieniowym dostarczonym przez Marynarkę Wojenną Stanów Zjednoczonych w 1958 r. umożliwiły Flintowi rekordowy lot w 1959 r. samolotem F-4 (Phantom) (30 060 m).

W międzyczasie Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych z sukcesem pracowały nad stworzeniem skafandrów kompensacyjnych do pracy na dużych wysokościach, wykorzystujących zasadę kabestanu. Były to ubrania wykonane z porowatej tkaniny i nie wymagały urządzenia chłodzącego wymaganego przez skafander kosmiczny. W tamtym czasie takie kombinezony były szeroko stosowane w lotnictwie wojskowym.

Kombinezon Marynarki Wojennej, po niewielkich modyfikacjach, stał się pierwszym amerykańskim skafandrem kosmicznym i został użyty podczas lotu Mercury. Kombinezon ten został opracowany głównie przy pomocy Naval Flight Equipment Laboratory (Filadelfia, Pensylwania) i kilku cywilnych wykonawców.

W 1949 roku członkowie tego laboratorium wnieśli istotny wkład w naukę o skafandrach kosmicznych, opracowując kombinowany automat oddechowy z kompensacją. Automat ten umożliwił zastosowanie układu oddechowego całkowicie oddzielonego od gazu napełniającego kombinezon oraz uproszczoną maskę oddechową, która nie wymagała zaworów. Kombinezon został wyposażony w zamki błyskawiczne, co umożliwiło wykonanie w nim szeregu otworów ułatwiających zakładanie i zdejmowanie. Problem wycieków został w dużej mierze rozwiązany poprzez zastosowanie metody wulkanizacji. Mobilność konstrukcji zapewniono poprzez montaż uszczelnionych łożysk obrotowych i połączeń rowkowych. Opracowanie przez firmę Fievel automatycznego urządzenia do zwiększania ciśnienia w skafandrze kosmicznym umożliwiło po raz pierwszy przeprowadzenie skutecznych eksperymentów

Ryż. 4. Pierwszy spacer kosmiczny w skafandrze kosmicznym wykonany przez Aleksieja Leonowa w marcu 1965 r.

Ryż. 5. Astronauta Edward White w przestrzeni kosmicznej w skafandrze kosmicznym typu G-IV-C, czerwiec 1965 r.

z osobą w skafandrze kosmicznym pracującym na dużych wysokościach w komorach ciśnieniowych przy bardzo niskim ciśnieniu. Automatyczne zwiększanie ciśnienia pozwoliło ocenić stopień ochrony, jaki zapewnia skafander na bardzo dużych wysokościach i w warunkach wybuchowej dekompresji.

Na ryc. Rycina 1 przedstawia wyniki badań nad wpływem dekompresji wybuchowej na ludzi, przeprowadzonych w Laboratorium Sprzętu Lotniczego Marynarki Wojennej. W badaniach tych u osób w kombinezonach poddano dekompresji z ciśnienia odpowiadającego wysokości 5490 m do ciśnienia odpowiadającego wysokości 22 875 m przez krótki czas 110 ms. Należy zaznaczyć, że ciśnienie w kombinezonie było stopniowo redukowane, aby zapewnić bezpieczne warunki życia. Na ryc. Rysunek 2 przedstawia schemat układu kontroli ciśnienia w jednym z pierwszych udanych modeli skafandrów kosmicznych Marynarki Wojennej.

Kombinezon ciśnieniowy Marynarki Wojennej do dużych wysokości został wystawiony na próbę w maju 1961 r., kiedy Malkelom Ross i Victor Praser wznieśli się na rekordową wysokość 34 169 m w dwumiejscowej otwartej gondoli balonu stratosferycznego Stratolab (ryc. 3). Ten balon stratosferyczny, który wystartował z USS Antietum, był największym, jaki kiedykolwiek wykorzystano do lotów załogowych.

Balon stratosferyczny osiągnął maksymalną wysokość po 2 godzinach i 36 minutach. po starcie. Podczas części 9-godzinnego lotu na dużych wysokościach pewien stopień kontroli termicznej gondoli zapewniał specjalny układ bocznych żaluzji, które można było otworzyć ręcznie, aby wpuścić żądaną ilość bezpośredniego światła słonecznego. Kombinezony wysokościowe zaczęły działać na wysokości 7930 m i zapewniły balonistom niezbędną ochronę przez cały lot, w tym 2 godziny na maksymalnej wysokości. Lot wykazał niezawodność długotrwałego stosowania skafandrów wysokościowych do indywidualnej ochrony ciała na dużych wysokościach.

Jak wspomniano powyżej, skafandry wysokościowe używane w amerykańskim programie kosmicznym były wzorowane na wojskowych skafandrach wysokościowych.

W 1959 roku w Projekcie Mercury użyto skafandra kosmicznego Navy MK IV. Skafandry kosmiczne Gemini powstały w oparciu o skafander Sił Powietrznych opracowany dla prototypowego samolotu X-15. Kombinezony kosmiczne Apollo zostały zaprojektowane specjalnie dla Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej.

Do 1965 roku technologia skafandrów kosmicznych pracujących na dużych wysokościach osiągnęła stan, który umożliwiał ludziom wyruszanie w przestrzeń kosmiczną. W tym roku radziecki kosmonauta Aleksiej Leonow jako pierwszy zapuścił się w próżnię kosmiczną; miał na sobie specjalnie zaprojektowany skafander kosmiczny. Jego aktywność na zewnątrz statku trwała 10 minut. Stało się to w marcu 1965 roku podczas lotu statku kosmicznego Woskhod-2 (ryc. 4). Pierwszym amerykańskim astronautą, który wszedł w przestrzeń kosmiczną w skafandrze kosmicznym, był Edward White. Stało się to w czerwcu tego samego roku podczas lotu statku kosmicznego Gemini 4. Aktywność White'a w przestrzeni kosmicznej (ryc. 5) trwała 21 minut. Za pomocą ręcznego zespołu manewrowego (co zostanie omówione poniżej) astronauta White mógł wykonywać liniowe ruchy i zwroty. Jednocześnie nigdy nie stracił orientacji ani kontroli nad swoimi ruchami. Mobilność skafandra kosmicznego była wystarczająca do przeprowadzenia misji poza statkiem. Wyniki pierwszych spacerów kosmicznych astronautów wykazały potrzebę większego chłodzenia wnęki skafandra kosmicznego. Jednocześnie, co ważniejsze, pokazali, że działalność poza statkiem może stać się powszechna i bezpieczna.

WYMAGANIA PROJEKTOWE I CECHY ISTNIEJĄCYCH KOMBINEZONÓW KOSMIARNYCH I PRZENOŚNYCH SYSTEMÓW PODTRZYMANIA ŻYCIA

OGÓLNE WYMAGANIA DOTYCZĄCE skafandrów kosmicznych

Zgodnie ze sposobami użycia skafandrów kosmicznych te ostatnie można podzielić na dwie klasy:

1. Kombinezony kosmiczne do działań w przestrzeni kosmicznej, umożliwiające astronautom wykonywanie różnorodnych prac na powierzchni statku kosmicznego lub stacji kosmicznej lub w pewnej odległości od nich.

2. Kombinezony kosmiczne do działań poza pokładem ciał niebieskich. Do tego typu zaliczają się skafandry kosmiczne, które astronauci nosili podczas chodzenia i pracy na powierzchni Księżyca.

V. Smith przytacza następujące cztery grupy czynników determinujących perspektywy budowy skafandrów kosmicznych na najbliższe 5, 10, 15 lat:

1) związane z programem lotu,

2)z instalacją pojazdu,

3) z użyciem skafandra kosmicznego,

4) z interakcją człowiek-maszyna.

Pierwszą grupę czynników pokazano na rys. 6, który zawiera listę głównych operacji kosmicznych w ramach zaawansowanego programu lotów w USA, główne etapy, które można przewidzieć podczas większości tych lotów, oraz wynikające z nich parametry użytkowe, jakie muszą spełniać skafandry kosmiczne opracowane do obsługi tych lotów. Ogólnie rzecz biorąc, te wymagania dotyczące wydajności odnoszą się do zdolności astronauty do wykonywania określonych zadań, które będą od niego wymagane podczas tych misji.

Na ryc. 7a pokazuje, że na czynniki determinowane przez system zalicza się rodzaj systemu, konkretne podsystemy – rodzaje skafandrów kosmicznych, rozwiązania konstrukcyjne podsystemów oraz ograniczenia projektowe. Grupa rozwiązań konstrukcyjnych podsystemów obejmuje cechy skafandrów kosmicznych: „miękki” skafander kosmiczny to podsystem skafandra kosmicznego wykonany prawie w całości z elastycznych materiałów; „półsztywny” skafander kosmiczny wykonany jest z materiałów elastycznych i sztywnych, stosowanych w mniej więcej równych proporcjach; W „sztywnym” skafandrze kosmicznym w większości części zastosowano nieelastyczne materiały. Należy zauważyć, że niektórzy projektanci używają terminu „hybrydowy” zamiast określenia „półsztywny”.

Czynniki związane z systemem, tj. moc, masa, objętość itp., są głównymi czynnikami rozważanymi przez inżyniera, który musi zintegrować wymagania dotyczące systemów podtrzymywania życia z wymaganiami dotyczącymi innych elementów statku kosmicznego.

Czynniki operacyjne jak pokazano na ryc. 7, b, są zasadniczo związane z warunkami fizycznymi, w jakich będą używane skafandry kosmiczne. Rodzi to kwestie dostaw, konserwacji i ogólnego użytkowania, a także wpływów fizycznych, które należy wziąć pod uwagę przy każdym zastosowaniu kombinezonów. Obejmuje to również uwzględnienie czynników psychologicznych, które mogą wystąpić podczas pracy w takich warunkach. Projektant musi wziąć pod uwagę, że czynniki te mogą prowadzić do zwiększonego zużycia rezerw systemowych.

Na ryc. 8 przedstawiono czynniki „człowiek-maszyna”.

Ryż. 6. Cechy lotu uwzględniane przy projektowaniu systemów skafandrów kosmicznych

Ryż. 8. Czynniki człowiek-maszyna uwzględniane przy projektowaniu systemów skafandrów kosmicznych

Dotyczą one użycia kombinezonu oraz określenia zadań układu człowiek-maszyna, gdyż stopień koordynacji człowieka z maszyną wpływa na realizację zadań.

Wymagania opisane powyżej odnoszą się przede wszystkim do właściwości funkcjonalnych skafandra kosmicznego. Istnieją jednak inne ważne wymagania, które należy wziąć pod uwagę i które mogą mieć znaczący wpływ na ostateczny projekt kombinezonu. Przede wszystkim, aby wykonywać pożyteczną pracę, konieczna jest mobilność skafandra kosmicznego. Ten ważny element projektu kombinezonu został omówiony bardziej szczegółowo w ostatniej sekcji. Z tym wiąże się kolejny wymóg – dopuszczalne wymiary skafandra kosmicznego. Trzecim wymaganiem jest odporność ogniowa. W niektórych przypadkach kombinezon można wentylować gazem wzbogaconym w tlen. Kombinezon może być również używany wewnątrz statku kosmicznego, w którym może panować wysokie ciśnienie cząstkowe tlenu w atmosferze. W związku z programem lotów kosmicznych z udziałem ludzi opracowano wiele niemetalowych tkanin ognioodpornych. W tabeli 1 pokazuje szybkość spalania tych tkanin wraz z ich właściwościami fizycznymi i wytwarzaniem gazu. Dodatkowym wymaganiem jest łatwość zakładania i zdejmowania skafandra. Wreszcie, w przypadku materiałów wybranych do wykonania skafandra kosmicznego najważniejszymi cechami są wytrzymałość i trwałość. Materiał musi nie tylko w pełni wytrzymać wszelkie możliwe różnice ciśnień, ale także nie może być pocierany podczas chodzenia astronauty, podczas klęczenia i nie rozrywać się w przypadku przypadkowego upuszczenia; jednocześnie kombinezon musi umożliwiać astronautom wykonywanie pożytecznej pracy i przeprowadzanie eksperymentów zarówno wewnątrz statku kosmicznego, jak i na powierzchni zewnętrznej, np. na powierzchni Księżyca.

OGÓLNE WYMAGANIA DLA PLECAKÓW

Głównym źródłem zaopatrzenia dla astronauty ubranego w skafander kosmiczny jest przenośny system podtrzymywania życia, który astronauta może nosić na plecach. Instalacja ta dostarcza człowiekowi tlen do oddychania, reguluje ciśnienie w skafandrze kosmicznym, przetwarza recyrkulowany gaz poprzez usuwanie dwutlenku węgla, zapachów, niektórych śladów gazowych i nadmiaru wilgoci, reguluje temperaturę układu poprzez usuwanie nadmiaru ciepła, zapewnia sygnalizację usterek, głos komunikacja i transmisja podstawowych parametrów za pomocą telemetrii. System odprowadzania ciepła musi być zaprojektowany nie tylko z uwzględnieniem ciepła wytwarzanego podczas metabolizmu astronauty i uwalnianego przez elementy przenośnego systemu podtrzymywania życia, ale także ciepła dostarczanego (lub odprowadzanego) ze środowiska księżycowego lub planetarnego poprzez izolację termiczną.

PARAMETRY FIZJOLOGICZNE I OPERACYJNE

W tabeli 2 podsumowuje parametry fizjologiczne i operacyjne istniejących i przyszłych systemów podtrzymywania życia. Warto zauważyć, że w 1940 r. V. A. Spassky wydał zalecenia projektowe dotyczące sprzętu do regeneracji powietrza w przedziałach statków kosmicznych, z których wiele jest bardzo zbliżonych do zaleceń opracowanych dla dzisiejszych systemów.

MIESZANKI GAZÓW ODDYCHAJĄCYCH, WENTYLACJA I KONTROLA TERMICZNA

Główne parametry atmosfery w skafandrze kosmicznym (ciśnienie barometryczne, skład gazu, temperatura, wilgotność i stopień wentylacji) należy dobierać w oparciu o potrzeby fizjologiczne człowieka (przy pożądanym poziomie aktywności) oraz możliwości techniczne zaspokojenia tych wymagań .

Fizjologicznie ważne dla astronauty jest ciśnienie we wnęce skafandra kosmicznego, które powinno być takie samo, jak w przedziale statku kosmicznego lub stacji.

Jednak stworzenie skafandra kosmicznego z taką atmosferą, zwłaszcza o atmosferze zbliżonej składem do ziemskiej,

technicznie trudne, głównie ze względu na fakt, że mobilność osoby ubranej w skafander kosmiczny przy dużej różnicy ciśnień na ścianach jest mocno ograniczona.

Aby zapewnić większą mobilność astronauty w skafandrze kosmicznym, aby był on lżejszy, aby zmniejszyć wycieki, a także z wielu innych powodów technicznych, pożądane jest utrzymanie minimalnego, fizjologicznie akceptowalnego ciśnienia we wnęce skafandra kosmicznego (biorąc pod uwagę środowisko ciśnienie).

Do niedawna powyższe czynniki skłaniały inżynierów i fizjologów do poszukiwania kompromisowego rozwiązania ze względu na szczególne warunki i zadania planowanego lotu. Ostatnie osiągnięcia otworzyły możliwość zwiększenia mobilności praktycznie bez żadnych kompromisów. Zmiany te omówiono poniżej.

W zależności od rzeczywistych warunków lotu i możliwości odsycenia azotu z organizmu, ciśnienie w skafandrze kosmicznym przeznaczonym dla astronauty, aby mógł w nim przebywać przez dłuższy czas, zwykle dobiera się w zakresie od 200 do 300 mm Hg. Sztuka.

W skrajnych przypadkach ciśnienie w kombinezonie można obniżyć do poziomu, przy którym nadal można utrzymać wystarczającą ilość tlenu do wykonania danej pracy.

Oczywiście dla dowolnego wybranego reżimu ciśnienia astronauta potrzebuje mieszaniny gazów wzbogaconej w tlen, aby zapewnić niezbędne ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu pęcherzykowym.

Aby określić optymalną zawartość tlenu w mieszaninie gazowej, można zastosować nieco zmodyfikowaną formułę, która służy do kontroli zawartości tlenu w urządzeniach tlenowych.

gdzie P sp jest ciśnieniem bezwzględnym w skafandrze kosmicznym w mm Hg. Art., Co 2, - zawartość tlenu w procentach.

Jeśli zastosujemy ten wzór do przypadku, gdy ciśnienie w skafandrze kosmicznym wynosi 300 mm Hg. Art. okazuje się, że mieszanina gazów do oddychania musi zawierać co najmniej 60% tlenu i mieć ciśnienie w skafandrze kosmicznym 200 mm Hg. Sztuka. należy dostarczać prawie czysty tlen. W praktyce podczas lotów Apollo i Skylab korzystano z czystego tlenu (atmosfera jednogazowa) o ciśnieniu nominalnym 194 mm Hg. Sztuka.

Dwutlenek węgla wydychany przez człowieka jest usuwany z atmosfery skafandra kosmicznego poprzez wymuszoną wentylację. Wymagana do tego wielkość wentylacji zależy od ilości dwutlenku węgla wyemitowanego przez astronautę, jego zawartości w atmosferze skafandra oraz jego stężenia w mieszaninie gazowej pochodzącej z zewnątrz lub z wkładu regeneracyjnego (stężenie przebijające). Objętość tę można w przybliżeniu wyznaczyć za pomocą klasycznego wzoru Pettenkofera, który po raz pierwszy zastosował V. A. Spassky do obliczenia wentylacji w skafandrach kosmicznych. Dla wygody formuła została nieco zmodyfikowana,

gdzie V to stopień wentylacji (w l/min); q to ilość dwutlenku węgla wydychanego przez astronautę (w l/min); P - dopuszczalne ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla w atmosferze skafandra kosmicznego (w mm Hg); P r to ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla w mieszaninie gazów pochodzących z wkładu regeneracyjnego (w mm Hg).

Obliczając objętość wentylacji, S. A. Gozulov i L. G. Golovkin oraz D. M. Ivanov i A. M. Khromushkin zalecają skupienie się na średnim oczekiwanym uwalnianiu dwutlenku węgla i jego dopuszczalnym ciśnieniu cząstkowym (od 7 do 8 mm Hg. ). Taka zawartość dwutlenku węgla we wdychanej mieszaninie gazów nie powoduje zauważalnych zmian w stanie funkcjonalnym organizmu człowieka, nawet po długotrwałym, kilkudniowym przebywaniu w takiej atmosferze.

Wentylację oblicza się biorąc pod uwagę średni poziom emisji dwutlenku węgla i przyjmuje się, że stężenie dwutlenku węgla podczas intensywnej pracy fizycznej astronauty może dwukrotnie przekroczyć wartość zalecaną. W takim przypadku ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla może zbliżyć się do wartości granicznej wskazanej przez V. A. Spassky'ego, tj. 15 mm Hg. Sztuka.

Charakterystyka konstrukcyjna systemu plecaka skafandra kosmicznego Apollo pod względem dwutlenku węgla była następująca: 1) przez pierwsze 2,5 godziny poziom ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla nie powinien przekraczać 7,6 mm Hg. Art., 2) następne pół godziny - 10 mm Hg. Sztuka. i 3) przez resztę czasu - 15 mm Hg. Sztuka. Rzeczywisty poziom ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla podczas misji Apollo na powierzchni Księżyca był o około 2 mmHg niższy. Sztuka. mniej. Do opracowanego zewnętrznego skafandra kosmicznego o ciśnieniu 414 mmHg. Sztuka. ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla nie powinno przekraczać 7,6 mmHg. Sztuka. (w pobliżu jamy nosowej) z szybkością wentylacji 3304 cm 3 /s i stałym tempem metabolizmu 302 kcal/h. Tempo metabolizmu jest krytycznym elementem przy projektowaniu systemów oddechowych w hełmie. Zwiększone ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla w skafandrze kosmicznym, jeśli występuje przez krótki czas, nie powoduje negatywnych konsekwencji, chociaż powoduje zwiększone obciążenie układów fizjologicznych organizmu.

Temperatura i wilgotność należą do parametrów środowiska gazowego wewnątrz skafandra kosmicznego, które najmniej podlegają standaryzacji. Można to wytłumaczyć specjalnymi warunkami systemu kontroli termicznej w skafandrach kosmicznych. Można to tłumaczyć także dużą zdolnością organizmu ludzkiego do przystosowywania się do zmieniających się warunków wymiany ciepła oraz znacznymi wahaniami ilości ciepła i wilgoci wydzielanej przez astronautę podczas wykonywania różnych operacji w skafandrze kosmicznym. Podczas wykonywania ciężkiej pracy fizycznej wydzielanie ciepła przez człowieka jest 5-6 razy większe niż w spoczynku (odpowiednio 450-500 kcal/h w porównaniu do 80-90 kcal/h). Jeszcze większą różnicę obserwuje się w odniesieniu do uwalniania wilgoci przez organizm człowieka w tych samych porównywanych warunkach (600-800 g/h w porównaniu do 40-50 g/h).

Aby zapewnić normalne warunki wymiany ciepła w różnych warunkach uwalniania ciepła, konieczne jest, aby systemy kontroli temperatury i wilgotności w skafandrze kosmicznym miały szeroki zakres.

Biorąc pod uwagę znaczne różnice w wymaganiach dotyczących komfortu cieplnego człowieka i złożoność automatycznych urządzeń sterujących, które mogą monitorować poziom ciepła i wilgoci człowieka, sterowanie wilgocią i usuwaniem nadmiaru ciepła w skafandrze kosmicznym najlepiej przeprowadzać ręcznie. Dzięki temu astronauta może stworzyć w swoim skafandrze warunki odpowiadające jego indywidualnym potrzebom i stopniowi aktywności fizycznej w danym okresie.

Tradycyjna metoda regulacji wymiany ciepła i usuwania wilgoci, stosowana w większości skafandrów kosmicznych dla pilotów samolotów bojowych i cywilnych, polega na przedmuchaniu wnęki skafandra wysuszonym powietrzem (zawartość wilgoci nie większa niż 5-8 g/m3). , schładza się lub podgrzewa do znacznej temperatury (od 10 do 80°C). Przybliżona ocena możliwości tej metody pokazuje, że przy wentylacji skafandrów kosmicznych przy dopuszczalnych przepływach (do 300 l/min) zastosowanie powietrza wentylacyjnego usunie do 200 kcal/godz. ciepła i do 200-200- 270 g pary wodnej na godzinę ze skafandra kosmicznego.

Biorąc pod uwagę wysoki poziom zużycia energii przez astronautów wykonujących pracę w zamkniętej przestrzeni oraz znaczne ograniczenie wymiany ciepła pomiędzy skafandrem kosmicznym a środowiskiem zewnętrznym, konieczne jest, aby oprócz wentylacji skafandra kosmicznego zastosować inne, bardziej efektywne metody należy zastosować regulację ciepła. Metody te muszą zapewniać usunięcie całego ciepła i wilgoci wytwarzanych przez astronautę, a także ciepła powstałego w wyniku pracy poszczególnych układów i urządzeń samego skafandra.

Jeżeli w tym celu zostaną zastosowane metody chłodzenia kontaktowego lub radiacyjnego, astronauta może doświadczyć pewnych wahań temperatury i wilgotności, które są trudne do obliczenia i ujednolicenia. Dodatkowo, podawane w niektórych badaniach wartości stopnia wentylacji skafandra kosmicznego (50 l/min), temperatury (od +10 do +15°C) i wilgotności (od 20 do 85%) zostały ustalone bez uwzględnienia Należy wziąć pod uwagę indywidualne różnice w wydzielaniu ciepła i wilgoci przez astronautów i lekkomyślnością byłoby zaakceptowanie tych wartości jako normalnych dla skafandra kosmicznego.

W systemach amerykańskich podczas długotrwałej pracy poza statkiem stosuje się dwa rodzaje chłodzenia. Podczas operacji poza pokładem wentylacja z prędkością 2832 cm 3 /s (rzeczywistą) zapewnia pewne chłodzenie w wyniku odparowania wilgoci z powierzchni ciała astronauty. Zasadniczo chłodzenie odbywa się poprzez zastosowanie odzieży chłodzonej cieczą (LCG) poprzez przewodzenie. Taka odzież składa się z nylonowego szyfonu, pomiędzy którego warstwami znajdują się rurki z poliwinylu, dzięki czemu odzież jest dość wygodna. Aby zapewnić chłodzenie dzięki przewodności cieplnej, zapewniona jest warstwa spandexu, która mocno dociska rurki do ciała. Ta metoda chłodzenia pozwala astronautom wytrzymać metaboliczne obciążenia cieplne do 300 kcal/godzinę przy zewnętrznym napływie ciepła o wartości 75 kcal/godzinę przez 5 godzin.

Radzieccy naukowcy opisują kilka metod usuwania ciepła ze skafandrów kosmicznych podczas działań kosmonautów poza pokładem.

1. Chłodzenie mieszaniny gazów krążącej w skafandrze kosmicznym, w wymiennikach ciepła radiacyjnych, parowych lub sublimacyjnych lub w wymiennikach ciepła, w których źródłem zimna jest ciekły tlen.

2. Odprowadzanie ciepła w wyniku odparowania wody w specjalnych panelach umieszczonych w skafandrze kosmicznym lub w rękawach.

3. Odprowadzenie ciepła za pomocą czynnika chłodniczego krążącego rurkami specjalnego układu chłodzenia, a następnie chłodzenie krążącej cieczy w wymiennikach ciepła. Tego typu system chłodzenia wodą może usunąć ze skafandra kosmicznego do 400-500 kcal/godzinę ciepła. Temperatura wody na wejściu do skafandra powinna mieścić się w granicach 10-12°C, przepływ wody powinien wynosić 1,5-2 l/min. Metody usuwania ciepła można łączyć, a jedną metodę można również uzupełnić inną. Problem zarządzania ciepłem związany z użytkowaniem autonomicznych skafandrów kosmicznych można rozwiązać albo wybierając materiał pokrywający zewnętrzną część skafandra kosmicznego o odpowiednio dobranych właściwościach ograniczających wymianę promieniowania cieplnego pomiędzy skafandrem a otoczeniem, albo stosując ekran-próżnię izolacja cieplna. Proponuje się w tym celu zastosowanie folii aluminiowanej.

POMIAR ZApotrzebowań Metabolicznych

Zapewnienie maksymalnych możliwości astronauty ubranego w skafander kosmiczny wymaga badań nad biomechaniką systemu skafandra w różnych warunkach. E. Roth przedstawił biomechaniczne obliczenia charakterystyki wydajności człowieka i wydatku energetycznego w różnych sytuacjach zawodowych. Dane te są przydatne przy obliczaniu skafandra kosmicznego adekwatnego do całkowitego kosztu metabolicznego pracy wykonanej w skafandrze. Nie można jednak dokonać bezpośredniej ekstrapolacji ze względu na charakterystykę środowiska księżycowego

bardzo różni się od charakterystyki środowiska ziemskiego.

Jednym z najważniejszych problemów, który pojawił się przed lądowaniem na powierzchni Księżyca, było przewidzenie poziomu wydatku energetycznego astronauty. Poziom wydatku energetycznego jest ważnym parametrem związanym z czasem zasilania, jaki może zapewnić urządzenie plecakowe oraz stopniem komfortu astronauty. Pracując ciężej, człowiek wytwarza więcej ciepła metabolicznego, zużywa więcej tlenu i uwalnia więcej dwutlenku węgla i pary wodnej. Wszystko to ma duży wpływ na konstrukcję i użytkowanie systemu plecaka noszonego przez astronautę. Poziomy energii, jak już wskazano, można dla danych problemów wyznaczyć w warunkach ziemskiej grawitacji, nie było jednak wiadomo, czy te proporcje będą wyższe, czy mniejsze w warunkach grawitacji księżycowej. Wydaje się, że zmniejszona waga samej osoby, skafandra kosmicznego, plecakowego systemu podtrzymywania życia itp. na Księżycu powinna prowadzić do zmniejszenia tempa metabolizmu. Jednakże zmniejszona waga może oznaczać zmniejszoną przyczepność podczas chodzenia. A to, w połączeniu z właściwościami gleby księżycowej i możliwym brakiem równowagi między astronautą a sprzętem, może prowadzić do zwiększonego metabolizmu.

Znaczne prace nad określeniem rzeczywistego poziomu wydatków energetycznych przeprowadzono podczas samych lotów księżycowych. Informacje te mają ogromną wartość przy planowaniu i opracowywaniu komponentów systemów podtrzymywania życia na potrzeby przyszłych lotów kosmicznych. W tabeli Tabela 3 przedstawia średnie zużycie energii przez astronautów na statku kosmicznym Apollo podczas operacji na powierzchni Księżyca. Poziom wydatku energetycznego określono za pomocą telemetrii na trzy sposoby: mierząc bilans cieplny, zużycie tlenu i tętno. Bilans cieplny określono poprzez porównanie temperatur wody wchodzącej i wychodzącej z chłodzonej wodą odzieży podczas działań na powierzchni Księżyca, zużycie tlenu mierzono bezpośrednio w przenośnym systemie podtrzymywania życia, a tętno podczas działań na powierzchni Księżyca porównywano z kalibracją krzywa zużycia energii uzyskana na Ziemi na ergometrze rowerowym przed lotem.

Tabela 3. Czas aktywności poza pokładem na Księżycu i średni poziom energii

Metoda wyznaczania bilansu cieplnego. Metoda ta (rysunek 9) polega na obliczeniu całkowitego ciepła usuniętego przez układ chłodzenia cieczą w obiegu zamkniętym oraz ciepła utajonego usuniętego przez pętlę wentylacji tlenowej. Całkowita ilość tego ciepła jest równa sumie ciepła metabolicznego, ciepła dopływającego do skafandra i ciepła zgromadzonego przez człowieka. Ciepło jawne usuwane przez obwód wentylacyjny jest uważane za nieistotne i nie jest brane pod uwagę.

Podstawowe równania bilansu cieplnego:

gdzie Q oznacza transfer, akumulację lub uwalnianie ciepła, kcal/godzinę; t - przepływ masowy, kg/h (określony w próbach przed lotem); C - ciepło właściwe, kcal/kg * °C; AT - różnica temperatur na odzieży chłodzonej cieczą (określana telemetrycznie); Ah - przyrost entalpii, cal/kg; TL - obwód wymiany ciepła; VENT - obwód wentylacyjny; MET - metaboliczny; ST - skumulowany; H L - wyciek ciepła; O 2 - suchy tlen.

Utajone ciepło parowania odprowadzane przez strumień wentylacyjny oblicza się, mnożąc zmianę entalpii gazu wentylacyjnego przez rzeczywisty przepływ suchego tlenu. Entalpię można wyznaczyć na podstawie wykresów psychrometrycznych dla tlenu przy ciśnieniu równym ciśnieniu w kombinezonie, jeśli znane są punkty rosy na wlocie i wylocie. Punkt rosy na wyjściu przenośnego systemu podtrzymywania życia jest równy temperaturze gazu opuszczającego sublimator. Punkt rosy na wejściu do systemu przenośnego wyznacza się na podstawie danych z testów przed lotem. Następnie określa się natężenie przepływu w obwodzie wentylacyjnym na podstawie ciśnienia wentylatora za pomocą krzywych przepływu w funkcji ciśnienia w skafandrze kosmicznym. Zużycie suchego tlenu oblicza się odejmując zużycie pary wodnej od całkowitego zużycia gazu wentylacyjnego.

Obliczony tą metodą poziom wydatku energetycznego dowódcy wyprawy Apollo 12 podczas pierwszego wyjścia wyniósł od 229 do 265 kcal/godz. Metoda ta wymaga założenia stabilnego punktu rosy na wlocie przenośnego systemu podtrzymywania życia i ma kilka innych źródeł błędów, takich jak niedokładności pomiaru przepływu chłodziwa, natężenia przepływu wentylacji, różnice temperatur w odzieży chłodzonej cieczą oraz ciepło przeciek.

Metoda określania zużycia tlenu. Zużycie tlenu zależy tylko od prędkości

Ryż. 9. Schemat obliczania bilansu cieplnego

1- kosmonauta,

2- promieniowanie cieplne ciała,

3- rezerwa ciepła w organizmie,

4- przepływ ciepła przez hełm,

6- woda pitna,

7- obwód wymiany ciepła,

8- ciepło z obiegu wymiany ciepła,

9 - obwód wentylacyjny,

10 - ciepło z obiegu wentylacyjnego,

11- urządzenia elektryczne,

12- ciepło z urządzeń elektrycznych,

13- wodorotlenek litu,

14- ciepło z wodorotlenku litu,

15- sublimator,

16- ciepło z sublimatora,

17- podgrzać do wody pitnej

metabolizm. Dlatego ta metoda stanowi najbardziej bezpośredni pomiar tempa metabolizmu i wycieku kombinezonu, jaki można wykonać na podstawie danych telemetrycznych. Związek między zużyciem tlenu a tempem metabolizmu jest znany od dawna. Podstawowe równanie wyrażające tę zależność ma postać

gdzie Q met to obciążenie metaboliczne, kcal; mo 2 - masowy przepływ tlenu, kg; RQ to współczynnik oddechowy, który wyraża stosunek objętości uwolnionego dwutlenku węgla do objętości zużytego tlenu.

Masę tlenu dostarczanego przez przenośny system podtrzymywania życia oblicza się na podstawie spadku ciśnienia w butli (dane telemetryczne) przy użyciu współczynnika ściśliwości, który uwzględnia różnicę między tlenem a gazem doskonałym. Masę zużytego tlenu oblicza się odejmując wyciek tlenu ze skafandra kosmicznego od masy tlenu wytwarzanego przez przenośny system podtrzymywania życia. Wartość współczynnika oddechowego pobierana jest z danych z testów naziemnych.

Metodą tą ustalono, że poziom wydatku energetycznego dowódcy wyprawy Apollo 12 podczas pierwszego wyjścia wyniósł 211 kcal/godz. Źródłem błędów w tej metodzie jest niepewność co do nieszczelności skafandra, niedokładność odczytów ciśnienia tlenu i arbitralny wybór współczynnika oddechowego RQ.

MOBILNOŚĆ

Jednym z głównych problemów w tworzeniu nadmuchiwanych skafandrów kosmicznych od czasów B. Posta była ich mobilność. Pod wpływem nacisku skafander traci elastyczność i utrudnia ruchy astronauty. Z tego powodu projektanci starają się połączyć minimalne ciśnienie w skafandrze z wymaganiami fizjologicznymi dotyczącymi podtrzymywania życia i dekompresji.

Wymóg mobilności nadmuchiwanego skafandra kosmicznego jest najtrudniejszy do spełnienia pod względem technicznym. Stawy szkieletu umożliwiają dwa rodzaje ruchów: obrót i zgięcie.

Tabela 4. Klasyfikacja i mechanizacja podstawowych ruchów ciała

(odpowiada połączeniom technicznym: wał z tuleją i przegubem kulowym). Złożone ruchy, na które pozwala przegub kulowy (stawy barkowe lub biodrowe), można podzielić na dwa proste ruchy wskazane powyżej. O technicznym sukcesie twardego skafandra decyduje konstrukcja jego połączeń, które mogą poruszać się jak stawy ciała przy minimalnym tarciu i minimalnej zmianie objętości skafandra. Charakter ruchów w stawach i stawach przedstawiono w tabeli. 4.

Problem ruchomości stawów łokciowych i kolanowych można rozwiązać, stosując w skafandrze odcinki w postaci plasterków pomarańczy z mocnymi podłużnymi sznurkami umieszczonymi wzdłuż linii neutralnej, których długość nie zmienia się przy zgięciu stawu. Połączenia stawów barkowych i biodrowych skafandra wykonane są najczęściej z blachy falistej, które wyposażone są w dodatkowe pręty przesuwające się po rolkach lub drążkach prowadzących. Ruchomość dłoni zapewniają hermetycznie uszczelnione przeguby z lekkim obrotem. Staw barkowy umożliwia swobodny ruch ramion w płaszczyźnie pionowej. Staw łokciowy umożliwia ruch ramienia wzdłuż osi podłużnej.

Rękawiczki do skafandra kosmicznego zapewniają zręczność i wygodę w następujący sposób: są tak wycięte, że palce są w połowie zakrzywione i mają stawy w kształcie liścia pomarańczy. Istnieją dwa rodzaje hełmów – przestrzenne lub obrotowe. W hełmach przestrzennych (trójwymiarowych) możliwy jest swobodny ruch głowy w ich wnętrzu. Obrotowe hełmy obracają się, gdy astronauta odwraca głowę. Uszczelnienie podczas obrotu zapewnione jest na styku hełmu z kołnierzem skafandra.

WIDOCZNOŚĆ I OCHRONA OCZU

Długotrwały lot kosmiczny wymaga od człowieka działania w bardzo specyficznych warunkach środowiskowych, w których zmienia się intensywność promieniowania widzialnego i niewidzialnego, zmieniają się również poziomy kontrastu, a sygnały wizualne oparte na efektach rozpraszania światła są zupełnie inne.

Jednym z najważniejszych wyzwań stojących przed projektantami skafandrów kosmicznych jest stworzenie urządzenia wizyjnego zapewniającego niezbędną ochronę wzroku.

W tabeli Tabela 5 zawiera listę głównych czynników, które należy wziąć pod uwagę podczas projektowania urządzenia wizyjnego do hełmu skafandra kosmicznego.

Tabela 5. Czynniki fizjologiczne wpływające na decyzje projektowe urządzenia obserwacyjnego

Urządzenie obserwacyjne opracowane dla księżycowej wersji skafandra kosmicznego Apollo zostało zaprojektowane z uwzględnieniem czynników wymienionych w tabeli. 5. Zewnętrzna szyba tego podwójnego urządzenia silnie odbija promieniowanie podczerwone (ogólna przezroczystość około 18%). Właściwość tę zapewniono poprzez osadzanie w próżni cienkiej warstwy złota (grubość warstwy 375 A). Problem wyeliminowania odbicia obrazu samego astronauty, które może powodować pewne zniekształcenia wizualne, został rozwiązany za pomocą powłoki interferencyjnej. Podczas swoich badań stwierdzono, że odbicie wsteczne wynosi tylko 8-9%.

Wewnętrzne przeszklenie chroni astronautę przed promieniami ultrafioletowymi. Charakteryzuje się dużą przezroczystością niezbędną przy pracy w nocnych warunkach księżycowych. Szkło odbija promienie podczerwone, co pozwala wykorzystać promieniowanie cieplne z głowy astronauty do zapobiegania kondensacji i zamarzaniu wilgoci na wewnętrznej powierzchni okienka. Filtr świetlny skafandra kosmicznego zaprojektowanego w ZSRR zmniejsza intensywność światła słonecznego do 3-15%; część promieniowania słonecznego o długości fali mniejszej niż 0,35 mikrona, szczególnie szkodliwa biologicznie, nie przechodzi przez szybę, a przezroczystość dla zakresu podczerwieni widma jest ograniczona do 5-10%

Kombinezon kosmiczny i przenośne systemy podtrzymywania życia

W tabeli Tabela 6 przedstawia dane dotyczące cech funkcjonalnych i konstrukcyjnych amerykańskich skafandrów kosmicznych oraz tabela. 7 - o systemach kombinezonów wyjściowych io działaniach astronautów na zewnątrz statku. Kombinezony kosmiczne* używane w sowieckim programie eksploracji kosmosu dzielą się na dwa typy. Systemy skafandrów kosmicznych Vostok i Voskhod-2 wyróżniają się wentylacją z obiegiem otwartym. Na ryc. Rysunek 10 przedstawia schemat systemu skafandra kosmicznego zastosowanego na statku kosmicznym Wostok.

W skafandrze kosmicznym Voskhod-2 kosmonauta udał się w przestrzeń kosmiczną, niosąc na plecach czołg. z czystym tlenem.

Drugim typem skafandra kosmicznego stosowanego w badaniach kosmosu w ZSRR jest skafander regeneracyjny. Taki skafander kosmiczny został użyty w programie Sojuz. Na ryc. Rysunek 11 przedstawia schemat blokowy systemu podtrzymywania życia dla takich skafandrów kosmicznych.

Głównymi elementami skafandrów kosmicznych są skorupa, zdejmowane rękawiczki, hełm ciśnieniowy oraz autonomiczny lub pokładowy system podtrzymywania życia. Skorupa składa się z warstwy energetycznej składającej się z wytrzymałej tkaniny oraz systemu linek i sznurowania. Powłoka ta zapewnia wytrzymałość skafandra kosmicznego, zachowuje swój kształt, przeciwdziała nadmiernemu ciśnieniu, a także zapewnia możliwość regulacji wymiarów. Pod warstwą mocy umieszczona jest warstwa hermetyczna. Izolację termiczną zapewnia elastyczna warstwa o niskim przewodnictwie cieplnym. Na wewnętrznej powierzchni tej warstwy znajduje się system wentylacyjny, poprzez który mieszanina gazów dostarczana jest do różnych obszarów skafandra. Są to: warstwy skafandra kosmicznego, w różnych modelach, mogą być pojedyncze lub łączone.

Pierwszy amerykański skafander kosmiczny do przebywania na zewnątrz statku znany jest pod oznaczeniem G-IV-C (ryc. 12). Najbardziej zewnętrzną warstwę tego kombinezonu wykonano z żaroodpornego materiału nylonowego. Kolejna warstwa wzmacniająca wykonana jest z materiału siateczkowego, zaprojektowanego specjalnie w celu zapewnienia mobilności i wytrzymania nacisku w kombinezonie. Warstwa uszczelniająca wykonana jest z nylonu pokrytego neoprenem. Do ochrony przed promieniowaniem cieplnym i mikro-

Tabela 7. Wyniki działań pozapokładowych w przestrzeni kosmicznej

Ryż. 10. System podtrzymywania życia skafandra kosmicznego na statku klasy Wostok

1- wentylator główny,

2- wentylator rezerwowy,

3- ekonomizer,

4- cylindry powietrzne,

5 - butla z tlenem,

6,7 - armatura ładująca,

8- przekładnia do regulacji prędkości przepływu,

9- urządzenie tlenowe,

10- reduktor butli z tlenem,

11- złącze,

12 butli z tlenem,

13- regulatory ciśnienia,

14-wąż wentylacyjny

Warstwa uszczelniająca wykonana jest z nylonu pokrytego neoprenem. Aby chronić przed promieniowaniem cieplnym i mikrometeorytami, skafander kosmiczny ma warstwę aluminiowanego materiału.

Hełm wyposażony jest w składany wizjer, którego zadaniem jest ochrona wewnętrznego wizjera przed uderzeniami oraz zapewnienie dodatkowej ochrony oczu przed podwyższonym poziomem promieniowania ultrafioletowego poza atmosferą ziemską.

Tlen był dostarczany do skafandra poprzez wąż na uwięzi o długości 7,6 m podłączony do instalacji tlenowej statku kosmicznego, a następnie przez małe pudełko przymocowane do skafandra. W tej skrzynce znajdowało się małe urządzenie kontrolujące wysokość ciśnienia i przepływ wentylacji. Na ryc. Rysunek 13 przedstawia system podtrzymywania życia w tym kombinezonie.

Zbiórkę moczu i kału w skafandrze Gemini, a także w skafandrze Mercury przeprowadzono za pomocą worków zbierających.

Ryż. 11. Schemat blokowy głównych zespołów autonomicznego systemu podtrzymywania życia skafandra kosmicznego na statku kosmicznym Sojuz

1- wentylator,

2- blok absorpcji dwutlenku węgla,

3- zespół termoregulacji i separacji wilgoci,

4- główna butla z tlenem,

5- jednostki wyposażenia tlenowego,

6- czujnik ciśnienia bezwzględnego w skafandrze kosmicznym i w systemie,

7 - czujnik temperatury powietrza wchodzącego do skafandra,

8- czujnik zawartości dwutlenku węgla,

9 - do skafandra kosmicznego,

10 - do urządzeń sterujących statkiem i systemu telemetrycznego,

11 - usuwanie oparów,

12- ze skafandra kosmicznego

Elastyczny lateksowy zbiornik przymocowany do gumowanego worka służył jako zbiornik na mocz. Kolekcja stołków to plastikowa torba z okrągłą samoprzylepną wyściółką.

We wszystkich załogowych lotach kosmicznych monitorowanie medyczne astronautów odbywało się w czasie rzeczywistym za pomocą urządzeń telemetrycznych.

Zmierzone parametry uzyskano za pomocą naklejek z miękkimi biosensorami. W ten sposób możliwe było wykonanie elektrokardiogramu, zmierzenie częstości oddechów i uzyskanie dodatkowych informacji fizjologicznych, m.in. temperatury ciała czy skafandra czy poziomu dwutlenku węgla. Projekt miękkich naklejek z biosensorami pokazano na ryc. 14. Podczas eksploracji Księżyca, wraz z chłodzeniem cieczą odzieży wewnętrznej, przenośnym systemem podtrzymywania życia (w plecaku) i awaryjnym systemem tlenowym, lunarną szybą hełmu i innymi urządzeniami wchodzącymi w skład specjalnego ruchomego wyłączenia -pokładowy moduł Apollo.

Ryż. 12. Kombinezon kosmiczny projektu Gemini do spacerów kosmicznych

1- bielizna,

2- warstwa wentylacyjna zapewniająca komfortowe warunki,

3- hermetyczna obudowa,

4- obudowa zasilania (siatka łącząca),

warstwa 5-buforowa,

6- warstwa termiczna z powłoką aluminiową,

7-filcowa podkładka,

8- warstwa zewnętrzna

Ryż. 13. System podtrzymywania życia Gemini 4 dla skafandra wyjściowego

1-zawór,

2- regulator ciśnienia,

3- zawór odcinający,

4- butla z tlenem,

5-przepływowy regulator kombinezonu i zawór nadmiarowy ciśnienia,

6- manometr,

7- ręczny zawór awaryjny tlenu,

8- ogranicznik przepływu dla kanału nawiewnego,

9- złączka kanału zasilającego,

10- biotelemetria i łączność,

11- fał,

12- połączenie ze spadochronem,

13- zawór sterujący,

Zespół 14 linek o długości 25 stóp (7,62 m),

15 - ogranicznik przepływu,

kształtki 16-U,

17- szybkozłącze,

18- zawór odzyskiwania ciśnienia w kabinie

(EMU). Na ryc. Ryc. 15 przedstawia sprzęt do działań na powierzchni Księżyca w ramach programu Apollo. Jak widać na zdjęciu, zewnętrzny skafander kosmiczny składał się z głównego skafandra kosmicznego Apollo, na który noszono odzież chroniącą przed promieniowaniem cieplnym i meteorytami. Główny kombinezon składał się z nylonowej warstwy wewnętrznej, nylonowej hermetycznej skorupy pokrytej gumą neoprenową i nylonowej warstwy zabezpieczającej skorupę zasilającą. Warstwy zewnętrzne od wewnątrz wykonano z materiału Nomex oraz dwóch warstw tkaniny Beta pokrytej teflonem. Połączenia tlenu, przewody komunikacyjne i czujniki biomedyczne zostały podłączone do złączy na tułowiu skafandra. Pod tym sprzętem noszono chłodzoną cieczą odzież wewnętrzną. Wykonany został z dzianiny nylonowo-spandexowej z siecią plastikowych rurek, przez które krążyła woda chłodząca.

Podtrzymywanie życia podczas działań na powierzchni Księżyca odbywało się za pomocą przenośnego systemu podtrzymywania życia plecakowego. System ten zaopatrywał astronautę w tlen i dostarczał wodę chłodzącą do wewnętrznej odzieży (ryc. 16). Obejmował także sprzęt łączności i telemetrii, zasilacze itp. System usuwał dwutlenek węgla ze strumienia wentylacyjnego i zapewniał przekazywanie informacji za pomocą telemetrii. Na górze pakietu (patrz ryc. 15) znajdował się dodatkowy system dostarczania tlenu, który miał za zadanie dostarczać tlen gazowy w sytuacji awaryjnej przez co najmniej 40 minut.

Przenośny system podtrzymywania życia działał w następujący sposób. Woda przepływająca przez rurki chłodzące odzieży wewnętrznej odbierała ciepło metaboliczne i zapewniała chłodzenie poprzez przewodnictwo cieplne. Następnie woda ta przeszła do sublimatora i tam została ochłodzona. System wentylacji tlenowej dostarczał tlen, usuwał dwutlenek węgla i inne gazy oraz kontrolował wilgotność. Zanieczyszczenia zostały usunięte z tlenu wprowadzanego do opakowania za pomocą wkładu z węglem aktywnym. Dwutlenek węgla był chemicznie związany

Ryż. 14. Naklejki z biosensorami (program Gemini

Ryż. 15. Sprzęt do wyprawy na powierzchnię Księżyca (program Apollo)

wodorotlenek litu. Nadmiar wilgoci w przepływającym gazie był zatrzymywany przez knotowy separator wody. Strumień gazu chłodzono w wymienniku ciepła (sublimatorze). System zasilania tlenem był niezależnym urządzeniem o obwodzie otwartym, które mogło albo dostarczać tlen w przypadku awarii głównego systemu zasilania, albo otwierać obwód przepływu w przypadku całkowitej awarii systemu wentylacji plecaka.

Usuwanie odpadów z pokładowego skafandra kosmicznego przeprowadzono przy użyciu worka do kolostomii oraz urządzenia do pobierania i przenoszenia moczu (ryc. 17). Worek do kolostomii składał się z elastycznych majtek z chłonną warstwą wyściółki w okolicy pośladków i otworem na genitalia w przedniej części. System ten pozwalał na niezamierzoną defekację, gdy astronauta miał na sobie skafander kosmiczny i ten znajdował się pod ciśnieniem. Podsystem zbierał odchody i zapobiegał przedostawaniu się ich na ubrania. Wilgoć z odchodów została wchłonięta przez warstwę podszewki i odparowana do atmosfery skafandra, skąd została następnie usunięta poprzez system wentylacji. Pojemność systemu zbierania kału wynosiła około 1000 cm3 substancji stałej. Do tej pory system zbierania odchodów nie był używany przez astronautów podczas misji na Księżyc. Urządzenie do zbierania i przesyłania moczu skafandra zapewniało zbieranie i tymczasowe przechowywanie płynnych odpadów podczas startu, działań poza pokładem lub w nieoczekiwanych przypadkach, gdy nie można było skorzystać z pokładowego systemu usuwania odpadów statku kosmicznego. Układ ten mógł zebrać do 950 cm 3 cieczy z prędkością do 30 cm 3 /sek.

Ryż. 16. Bielizna chłodzona cieczą

1- zamek błyskawiczny,

2- dopasowanie,

3- autostrada,

4-rurki,

5- dozymetr

Ryż. 17. Urządzenia do zbierania kału (a) oraz zbierania i odprowadzania moczu (b)Ryż. 18. Szyba skafandra księżycowego

1- szyba boczna,

2- szyba środkowa,

3- wizjer,

4- urządzenie chroniące przed słońcem,

5- urządzenie ochronne,

6-powłoka,

7-zapięcie

Ryż. 19. Worek wody do wykorzystania podczas wyprawy na powierzchnię Księżyca w skafandrze Apollo

Aby ten system działał, nie była wymagana żadna ręczna regulacja. Klapowy zawór zwrotny zapobiegał cofaniu się cieczy z worka zbiorczego. Zebrany mocz można było wlać przez skorupę skafandra do pokładowych pojemników na mocz w przedziale dowodzenia lub module księżycowym podczas zwiększania ciśnienia lub dekompresji. Urządzenie do zbierania moczu umieszczono nad lub pod odzieżą wewnętrzną; był podłączony wężem do sutka moczowego w skafandrze kosmicznym.

Szyba hełmu (LEVA) w skafandrze księżycowym, podobnie jak w sprzęcie Gemini, była podwójna. Okulary osadzono na zawiasach na poliwęglanowej skorupie przymocowanej do hełmu. Szyba zapewniała astronautom ochronę przed uderzeniami mikrometeorytów oraz promieniowaniem termicznym, ultrafioletowym i podczerwonym.

Szyba wewnętrzna przeznaczona była do pracy w ciemności lub w cieniu i wyróżniała się dużą przezroczystością w zakresie światła widzialnego. Szkło to zostało wykonane z poliwęglanu, który zapewnia ochronę przed promieniowaniem ultrafioletowym. Zewnętrzne szkło chroniło astronautę przed promieniami podczerwonymi odbitymi od powierzchni Księżyca, powlekając jego wewnętrzną powierzchnię cienką warstwą złota. Począwszy od lotu Apollo 12, do przeszklenia u góry, w środkowej części krawędzi hełmu, dodawana była osłona przeciwsłoneczna. Na ryc. Rysunek 18 przedstawia oszklenie księżycowego skafandra kosmicznego.

Kolejną modyfikacją od czasu Apollo 12 było dodanie worka na wodę pitną o pojemności 1080 cm3, który jest mocowany wewnątrz pierścieni szyjnych skafandra (ryc. 19). Astronauta mógł pobrać z worka łyk wody o objętości od 15,3 do 20,3 cm 3 przez rurkę o średnicy 3,2 mm, której koniec znajdował się w pobliżu ust. Worek napełniono wodą z przenośnego zbiornika na wodę modułu księżycowego.

NOWA TECHNOLOGIA KOMBINEZONÓW KOSMICZNYCH

Obecnie podejmuje się ogromne wysiłki w celu rozwiązania nowych problemów i wyeliminowania niedociągnięć wykrytych w użytkowaniu skafandrów kosmicznych i ich systemów. W wyniku tych wysiłków zwiększono mobilność skafandra (ryc. 20). Zmniejszenie momentu obrotowego i zwiększenie trwałości przegubów (liczby ruchów obrotowych) osiągnięte we wszystkich przegubach zaawansowanych zewnętrznych skafandrów kosmicznych stanowi główne osiągnięcie techniczne. Osiągnięto to poprzez zastosowanie połączeń o stałej objętości, w których nie jest wykonywana żadna praca powodująca zmianę objętości pod wpływem ciśnienia.

Ryż. 20. Mobilność różnych skafandrów kosmicznych

1- „Merkury”,

2- „Bliźnięta”

3- „Apollo-Skylab”,

4- nowe skafandry kosmiczne

* Zwiększoną mobilność definiuje się jako zwiększony stopień ruchu we wszystkich płaszczyznach plus zmniejszone momenty tarcia w stawach oraz stabilność stawów wielopozycyjnych

**Skafandry kosmiczne są przeznaczone do pracy poza pokładem na orbitach i powierzchni Księżyca

Ryż. 21. Kombinezon kosmiczny typu RX-1

Dla porównania można zauważyć, że w złączach pierwszych skafandrów kosmicznych Gemini zastosowano siatkę łączącą (która nie zachowywała stałej objętości), a złącza w pierwszych skafandrach Apollo miały kształtowe złącza karbowane, które również nie utrzymywały stałej objętości .

Przykładem sztywnego skafandra kosmicznego wyposażonego w złącza o stałej objętości jest skafander kosmiczny model RX-1 (ryc. 21). W stanie roboczym skafander kosmiczny zachowuje prawie dowolny kształt, ponieważ zapewnia utrzymanie stałej objętości. Jednocześnie pozwala na wykonanie niemal każdego ruchu ciała przy minimalnym wydatku energetycznym. Podstawową zasadą skafandra kosmicznego o stałej objętości jest zastosowanie obrotowych połączeń falistych.

W obrotowym połączeniu falistym zastosowano sztywne pierścienie wyposażone w ogranicznik ruchu wzdłużnego; Dzięki temu tkanka stawu łatwo się składa i rozkłada, zachowując objętość stawu przy jednoczesnym zachowaniu maksymalnego zakresu ruchu.

Metalowe pierścienie w połączeniu falistym pasują do siebie. Pomiędzy tymi pierścieniami zamocowany jest rękaw wykonany z gumowanej tkaniny, który pełni rolę hermetycznej osłony. Pierścienie ułożone są w taki sposób, aby tkanina pomiędzy nimi ułożona była w formie fałd lub akordeonu. W tym przypadku maksymalnym obciążeniem jest czyste napięcie, które z łatwością może zostać przejęte przez poruszające się stalowe liny łączące wszystkie pierścienie. Pierwszy i ostatni pierścień są przyspawane do sztywnych części konstrukcji skafandra. Kiedy złącze jest zgięte, tkanina składa się lub prostuje między pierścieniami; w tym przypadku wzrost objętości po jednej stronie stawu jest kompensowany tym samym zmniejszeniem objętości po drugiej stronie.

Zatem całkowita zmiana objętości wynosi zero i nie wkłada się w to żadnego wysiłku. Dlatego moment obrotowy wymagany do zgięcia złącza zależy wyłącznie od tarcia wewnętrznego tkaniny i kabli

Centrum badawcze Ames NASA opracowało kolejny twardy skafander, AX. Z wyjątkiem miękkich rękawiczek, cały kombinezon jest wykonany ze sztywnych materiałów i charakteryzuje się wyjątkową zręcznością przy niskim momencie tarcia i niskim wycieku. Cechą programu rozwoju tego skafandra kosmicznego, który zapewniał tak dużą mobilność, było zastosowanie przegubów w postaci „rury samowara” (ryc. 22).

Aby przezwyciężyć wady związane ze składaniem „sztywnych, sztywnych skafandrów kosmicznych”, NASA podjęła się opracowania „hybrydowego” skafandra kosmicznego. Taki skafander kosmiczny jest zbudowany z twardego materiału, ale ma obszary z bardziej miękkiego materiału (ryc. 23).

To połączenie łączy w sobie zalety twardych i miękkich skafandrów kosmicznych. W tych skafandrach zastosowano złącza typu „samowar” w stawach barkowych i biodrowych, a ukształtowane fałdy mieszkowe zastosowano w stawach łokciowych, kolanowych, kostkowych i w okolicy talii. Podczas składania skafandra zapada się tkanka stawów.

Aby ułatwić zakładanie kombinezon posiada w pasie pojedyncze łączniki. Momenty tarcia w takim skafandrze kosmicznym są prawie o połowę mniejsze niż w istniejących konstrukcjach. W dodatku okazuje się, że jest „bezwymiarowy”. Ten skafander kosmiczny posiada również nowo opracowany pięciołożyskowy przegub barkowy. Generalnie skafander kosmiczny wraz z izolacją termiczną i ochroną przeciw meteorytom można złożyć w paczkę o wymiarach 37,46 cm wysokości, 71,1 cm długości i 66 cm szerokości.

Hybrydowa konstrukcja tego kombinezonu w połączeniu z ulepszonymi złączami o stałej objętości zapewnia doskonałą charakterystykę mobilności. Przegub barkowy ma cztery sekcje segmentowe i pięć uszczelnionych łożysk. Kąty segmentów dobrane są tak, aby możliwe było przesuwanie dłoni w dowolnej płaszczyźnie bez ograniczeń i bez wcześniejszego programowania. Staw łokciowy wykorzystuje jednoosiowe połączenie złożone o stałej objętości. Stały przegub składa się z dwóch eliptycznie złożonych części; przeguby jednoosiowe projektuje się tak, aby płaszczyzny zgięcia były usytuowane względem siebie pod kątem 90°. Dopuszczalne jest boczne zgięcie w pasie w zakresie około ±20°. Pochylenie w pasie do przodu jest dozwolone w zakresie 65°; w poprzednich skafandrach kosmicznych zakres ten był znacznie mniejszy.

Ryż. 22. Kombinezon kosmiczny typu AX-1

Ryż. 23. Najnowszy skafander kosmiczny (hybrydowy) do działań poza pokładem

Ryż. 24. Momenty potrzebne do zgięcia talii w skafandrach kosmicznych ze złączem o stałej objętości (1) i w skafandrze hybrydowym ze złączem o stałej objętości (2); ciśnienie w kombinezonie wynosi 191 mm Hg. Sztuka.

Ryż. 25. Rękawiczki do skafandra kosmicznego zapewniające większą mobilność

Na ryc. 24 wskazano momenty wymagane dla różnych stopni zgięcia w pasie dla istniejących skafandrów kosmicznych ze złączami o zmiennej objętości oraz dla opracowanego skafandra hybrydowego, którego zakres zgięcia zwiększa się do 100° lub więcej.

Skafander kosmiczny zaprojektowany na ciśnienie 414 mmHg. Art., odpowiadający wysokości 4880 m. Przy opracowywaniu takiego skafandra kosmicznego do działań poza pokładem zostanie wykorzystana technologia tworzenia hybrydowego skafandra kosmicznego.

Używając tego skafandra, można uniknąć wstępnego wdychania tlenu, co zapobiega zaburzeniom dekompresyjnym. Astronauci wypraw Apollo przed wejściem w atmosferę statku kosmicznego składającą się z czystego tlenu pod ciśnieniem 252–264 mm Hg. Art., przez około trzy godziny musiał wdychać czysty tlen. Przy zastosowaniu tego środka ostrożności w amerykańskim programie kosmicznym nie zaobserwowano żadnych incydentów dekompresyjnych.

Jeśli jednak opracowano skafander kosmiczny na ciśnienie 414 mm Hg. Sztuka. odniesie sukces przy przejściu od ciśnienia 760 mm Hg. Sztuka. na statku kosmicznym ciśnienie w skafandrze kosmicznym zmniejszy potrzebę stosowania takiej procedury.

W ramach realizacji tego programu stworzono dotychczas systemy połączeń skafandrów kosmicznych, które mogą pracować w zakresie ciśnień panujących w skafandrze od 258 do 363 mm Hg. Sztuka. Te systemy wysokociśnieniowe opierają się na technikach połączeń o stałej objętości i wykorzystują procesy, które zasadniczo spełniają wymagania dotyczące wydajności, niezawodności i siły rozrywającej kombinezonu ciśnieniowego 414 mmHg. Sztuka.

Ulepszone rękawiczki. Wraz ze wzrostem objętości i złożoności pracy w przestrzeni kosmicznej rosną wymagania dotyczące mobilności stawów palców i nadgarstków skafandrów kosmicznych. Instrumenty kosmiczne w przyszłości staną się bardziej różnorodne i złożone, dlatego konieczne jest udoskonalenie technologii wytwarzania rękawic do skafandrów kosmicznych.

Na ryc. Rysunek 25 przedstawia ulepszoną rękawicę, w której zastosowano zasadę artykulacji o stałej objętości, aby zapewnić lepszy chwyt. Dodatkowo połączenie materiałów użytych do wykonania palców rękawic poprawia ich właściwości dotykowe.

DZIAŁALNOŚĆ POZA POKŁADEM

Instrumenty kosmiczne. Różne rodzaje przyrządów niezbędnych do wykonywania prac w przestrzeni kosmicznej, na przykład podczas eksploracji powierzchni Księżyca, można zobaczyć na ryc. 26.

Badania pokazują, że: 1) elektronarzędzia powinny być kompaktowe; 2) konieczne jest opracowanie pewnego systemu trzymania narzędzia w pobliżu człowieka, niezależnie od rodzaju używanych narzędzi

podczas czynności poza pokładem oraz 3) jeśli osoba jest uwiązana, narzędzia bezodrzutowe nie mają szczególnej przewagi nad narzędziami konwencjonalnymi.

Ruchoma platforma do zajęć poza pokładem. Opracowanie projektu platformy roboczej do działań poza pokładem (ryc. 27) pokazało, że zwrotny wózek z otwartą podstawą może pomóc astronautom w wykonywaniu zadań w przestrzeni kosmicznej.

Ryż. 26. Narzędzia do pracy w kosmosie

1- miarka,

2- sztaplowanie po 20 worków,

3-kamera filmowa z obiektywem 20 mm,

4- młotek,

5- przenośny system podtrzymywania życia,

6 - plecak pilota,

7- układ zakrętek probówek,

8 - plecak dowódcy,

9-wymienne rurki próbkujące i wycior,

10 - worek do pobierania próbek,

11 markerów ołówek,

12-ołówek ze światłem,

13 - specjalny pojemnik do pobierania próbek środowiska zewnętrznego,

14-kamera z obiektywem 500 mm,

Zegarek 15-wskazówkowy - chronograf,

16- mankiet na notatki,

17- szczypce,

18- kieszeń na kartki banknotów

Urządzenie napędowe platformy dostarczy astronautę na miejsce pracy. Manipulatory pomogą astronautom podczas cumowania, a po zacumowaniu posłużą jako przedłużenie ramion lub „ramion zewnętrznych”. Platforma mocowana jest do platformy roboczej za pomocą kotew.

Teleoperatorzy. Do poszerzania przestrzennych możliwości człowieka, penetrowania środowiska szkodliwego dla człowieka, a także zwiększania jego możliwości energetycznych i mocy, można zastosować teleoperatory. Urządzenia te mogą przybierać różne formy. Na ryc. 28 pokazuje ramię i ramię twardej przestrzeni. skafander kosmiczny NASA przeznaczony do pracy poza pokładem z manipulatorem bioelektrycznym (teleoperatorem). Istnieje tutaj kontrolowane, bezpośrednie połączenie pomiędzy ruchami ręki astronauty w skafandrze kosmicznym a urządzeniem mechanicznym znajdującym się na platformie roboczej.

Szeroki zakres funkcji teleoperatorów obejmuje instalację satelitarną, naprawę, konserwację, budowę i eksploatację urządzeń awaryjnych.

URZĄDZENIA DO MANEWROWANIA W PRZESTRZENI OTWARTEJ

Autonomiczna ręczna jednostka manewrowa. Na ryc. Rysunek 29 przedstawia urządzenie używane przez astronautę Edwarda White'a podczas misji Gemini 4. System ten zawiera własne źródło zimnego gazu pod wysokim ciśnieniem z niezbędnymi zaworami i dyszami do wytworzenia kontrolowanego ciągu. Aby ruszyć do przodu, astronauta naciska przednią część spustu. Aby zatrzymać lub cofnąć się, należy nacisnąć tylną część spustu. System ten umożliwia wykonywanie ruchów poza statkiem kosmicznym przy znacznie mniejszym zużyciu energii dla astronauty.

Pojazdy astronautów. Na potrzeby programu Skylab stworzono bardziej złożone urządzenia manewrowe, które zostały przetestowane eksperymentalnie w lotach w ramach tego programu. Obejmuje to pojazd transportowy do badań kosmonautów i pojazd manewrowy sterowany nożnie. Zwrotny badawczy pojazd transportowy (ryc. 30) może być użytkowany w czterech trybach: as

Ryż. 27. Platforma robocza do działań poza pokładem

Ryż. 28. Kamerzysta

Ryż. 29. Autonomiczna ręczna jednostka manewrowa

a - schemat, b - widok ogólny;

2- zawór odcinający,

3- rura,

4- sprzęgło,

5 - regulator ciśnienia,

Dysza pchająca 6-klanowa,

7 - ręczna jednostka sterująca,

8- dysza ciągnąca,

9-pociągnij zawór dyszy. 10 - dysza pchająca,

11-cylindry,

12 pinów

Ryż. 30. Do astronauty kierownika instalacji transportowej

ręczny zespół manewrowy, zapewniający ruch liniowy, żyroskopową stabilizację położenia przestrzennego i żyroskopową kontrolę ruchu obrotowego. Urządzenie zapewnia sześć stopni swobody manewrowania z autonomicznymi podsystemami akumulatorowymi i jest wyposażone w szeroką gamę przyrządów do pomiaru wydajności systemu w locie, ruchu człowieka i ruchu na uwięzi. W nożnym urządzeniu transportowym (ryc. 31) zastosowano dźwignie nożnego sterowania, silniki niezrównoważonego położenia i silniki przemieszczenia działające w przybliżeniu w kierunku pionowej osi ciała. Astronauta siedzi na tym urządzeniu jak na rowerze. Silniki przymocowane do ramy zapewniają przyspieszenia przy poruszaniu się około 0,03 m/s 2 i przyspieszenia nominalne przy zmianie położenia przestrzennego około 4 stopni/s 2 .

Pobierz streszczenie: Nie masz dostępu do pobierania plików z naszego serwera.