Первый скафандр


Древние люди, надев звериные шкуры, заложили основы экспансии вида homo sapiens. Вместо того, чтобы тратить миллионы лет на эволюционные изменения организма, человек начал использовать снаряжение для выживания в неблагоприятной обстановке. Подход оказался успешным — люди смогли погрузиться под воду, подняться в воздух, а в 20 веке — отправиться в космос. И сейчас скафандр — наверное, самая продвинутая “одежда” для самых неблагоприятных условий, уже успевшая пройти достаточно длинный путь.

От фантазии к реальности

Логично, что первый скафандр появился в научной фантастике, за 63 года до полета человека в космос. В 1898 году астроном, популяризатор и писатель Гаррет Сервис написал по заказу New York Journal продолжение “Войны миров” Уэллса — “Эдисоновское завоевание Марса”. По сюжету земляне строят космические корабли и наносят ответный удар агрессивным марсианам. А для обслуживания земных кораблей в космосе потребовался “герметичный костюм”.

К сожалению, Гаррет в описании скафандра совершил сразу несколько очень распространенных ошибок — конструкция базировалась на мягких водолазных костюмах и не учитывала реальную физику вакуума.


Придуманный в 1929 году персонаж Бак Роджерс тоже носил костюм, отдаленно напоминающий водолазный. Забавно, что концепция полностью прозрачного шлема использовалась потом в скафандрах программы Apollo — у герметичного (внутреннего) шлема был только небольшой слой ткани на затылке.

Бронелифчики придумали не вчера. Еще в 30-х годах прошлого века журналы фантастического чтива рисовали почти обнаженных женщин, летающих по вакууму, невзирая на полное отсутствие реализма.

В 1936 году на советские экраны вышел фильм “Космический рейс”, консультантом которого был сам Циолковский. Но и тут в скафандрах для прогулок по Луне легко угадываются потомки водолазных костюмов.

И первое реалистичное описание скафандра в фантастике сделал, похоже, Роберт Хайнлайн. В “Имею скафандр, готов путешествовать” он описал скафандр с не раздувающимися в вакууме шарнирами, правдоподобными системами жизнеобеспечения и терморегуляции. Но Хайнлайн работал авиационным инженером и занимался как раз высотными костюмами, так что в каком-то смысле реальность обогнала фантастику.

Под водой и в воздухе

Исторически скафандры выросли из последовательности “водолазные костюмы” -> “авиационные высотные костюмы” -> “космические скафандры”.

Работать под водой человечество научилось еще в начале 19 века.


авнительно простые технологии — пропитанная каучуком ткань и воздушный насос на поверхности позволили создать полноценный костюм для длительного и эффективного пребывания под водой. Развиваясь, водолазные костюмы даже разделились на жесткие и мягкие, как и скафандры, но это ложная аналогия. Дело в том, что с увеличением глубины растет давление, жесткий водолазный костюм от него защищает, а мягкий — нет. Космические же скафандры работают в условиях внешнего вакуума, и их похожее разделение обусловлено совсем другими причинами.

Активно развивающаяся в 30-х годах авиация штурмовала все новые рубежи. Росли скорость, дальность и высота полета. И оказалось, что без дополнительного снаряжения проблемы для пилотов начинаются уже примерно с 4,5 км высоты — падение атмосферного давления и уменьшение парциального (отдельно взятого) давления кислорода приводят к гипоксии и потере возможности управлять аппаратом. Кислородные маски позволили подняться повыше, но расчеты показали, что с 15 км давление выделяемого легкими углекислого газа превысит давление окружающей среды и сделает дыхание невозможным, а выше 19 км в организме начнут кипеть все биологические жидкости. Возникла необходимость в костюмах, не просто подающих пригодный для дыхания воздух, а обеспечивающих давление, при котором организм может жить и функционировать. Очевидной была идея использовать наработки водолазных костюмов, поэтому на фотографиях 30-х годов высотные костюмы имеют такие же жесткие шлем и манишку.


Пионер авиации Уайли Пост в 1935 году сумел подняться до примерно 15 км в разработанном при участии Рассела Колли из Goodrich Company скафандре.

Но инженеров ждал новый сюрприз. Водолазный костюм работает в условиях, когда наружное давление растет с увеличением глубины. А на высоте оно уменьшается, и костюмы стало раздувать. Пришлось придумывать специальные шарниры постоянного объема, чтобы было можно просто согнуть руку. Первыми это сделали в СССР, где инженерная группа под руководством Е. Е. Чертовского занималась разработкой высотных костюмов с 1931 года. Две версии оказались слишком недоработаны, чтобы испытываться в реальных условиях, а вот третью, Ч-3, проверили на бомбардировщике ТБ-3, поднявшись в 1937 году на 7-10 км. Работы велись до 1940 года, и в новых модификациях постепенно решались обнаруженные проблемы — в Ч-5 (1938) стало можно полноценно работать в перчатках.

Параллельно, с 1937 года, работы по созданию скафандров велись в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ). Скафандр СК-4 испытали в полете в 1938, по результатам разработали новые версии, а в СК-7 (1940) сумели устранить запотевание лобового стекла. Проводились даже экспериментальные высотные прыжки в скафандре с парашютом.

Скорее всего, именно к этому периоду относится расширение значения слова “скафандр”. Образованное из греческих корней и буквально переводящееся как “человек-лодка”, оно в начале века относилось к водолазным костюмам. Их называют “скафандрами” и сегодня, но слово без уточнения сейчас означает скорее космическую технику.


Начавшаяся Вторая мировая война не остановила разработку скафандров совсем, но больших успехов ни одна страна не добилась.

Рожденные необходимостью

Реактивные самолеты, появившиеся в конце Второй мировой войны, стали очень бурно развиваться в послевоенное время. Машины летали все выше, и обнаружилась неприятная проблема — кабину самолета можно было сделать герметичной и поддерживать в ней избыточное давление, но в случае внезапной разгерметизации пилот не имел никаких шансов выжить. Пришлось разрабатывать высотные костюмы. По обе стороны океана инженерную задачу решили просто — тело пилота сдавливали надувными мешками, а во втором типе костюмов вдоль конечностей пустили трубки, соединенные лентами, идущими “восьмеркой”. В случае разгерметизации в трубки подавался воздух, они расширялись, и ленты стягивали тело пилота. А на голове был герметичный шлем, в который подавался кислород под давлением.

Идея оказалась рабочей, но оправдывала себя только в аварийных условиях — ощущения неприятные, нельзя обжать все тело, и сохраняется риск внезапной потери сознания из-за падения кровяного давления. Частичное решение было найдено в совмещении трубок и надувных мешков, которые дополнительно сжимали туловище, и, например, в США костюм MC-3 использовался в авиации достаточно долго и успешно, а с минимальными изменениями применялся для экспериментальных высотных полетов на стратостатах и прыжков с них.


таких костюмах испытатели в барокамерах могли работать в условиях почти полного вакуума, но не для всех задач этого хватало: когда появились еще более быстрые и высотные самолеты (ракетоплан X-15 или SR-71), снаряжению летчика потребовалось защищать также от экстремальных температур и напора воздуха при катапультировании на большой скорости, с чем высотно-компенсирующие костюмы справлялись уже хуже. Поэтому и инженеры и пилоты, которые могли спорить о том, высотно-компенсирующий костюм или скафандр лучше подходят для военной авиации (как показала история, применялись оба варианта), выступали за скафандры для ракетных самолетов и космоса.

В СССР после войны скафандрами занимался Летно-исследовательский институт им. Громова, создавший скафандры ВСС-01,02,03,04, а в 1952 году на базе производственного предприятия №1 Центрального склада министерства авиационной промышленности для работ над катапультируемыми креслами, системами дозаправки в воздухе и скафандрами был организован опытный завод №918, который сейчас носит название НПП “Звезда”. Уже в 1953 году были созданы высотные скафандры ВСС-05, ВС-06.

В 1950-х годах на заводе были разработаны еще несколько моделей, в том числе скафандр “Воркута” (ведущий конструктор А.И.Бойко) для перехватчика Су-9. Он был произведен малой серией для авиации, и, когда в 1959 началась разработка скафандра для космических полетов, именно “Воркута” выступила базовой моделью. Его особенностью были два слоя — силовой и герметичный вместо одного из прорезиненной ткани в предыдущих моделях.


о позволило использовать более подходящие материалы — лавсан для силового слоя, губчатую и листовую резины для герметичного слоя. А в целом на Юрие Алексеевиче Гагарине в первом историческом полете было аж восемь слоев одежды — нательное белье, три слоя теплозащитного костюма, в одном из которых стояла система вентиляции, подкладка скафандра, герметичный слой, силовой слой и верхняя оранжевая оболочка для того, чтобы космонавта было легче заметить после посадки. Еще одной особенностью стала система автоматического захлопывания шлема при разгерметизации.

Для кораблей “Восток” также был разработан скафандр СК-2 для женщин-космонавтов, учитывающий особенности женской анатомии.

В США скафандры разрабатывали несколько организаций. Для первого космического корабля “Меркурий” NASA выбрало скафандр Mark IV, который являлся плодом длительной работы ВМФ США. Его производила компания Goodrich (вспомните эксперименты 30-х выше, она работала в этой области уже несколько десятилетий). Скафандр успешно применялся в высотных полетах самолетов F-4, F-6, F-8, A-5, а в 1959 году в нем установили рекорд высоты подъема на 30 км на F-4. Для космической программы скафандры были немного доработаны — темно-серый цвет внешней оболочки и ботинок заменили на блестящий для обеспечения теплового режима, систему жизнеобеспечения перевели на замкнутый цикл, доработали перчатки, чтобы было удобней нажимать на кнопки, добавили разъем медицинской телеметрии. В отличие от Mark IV, костюмы “Меркурия” выполнялись по индивидуальной мерке, это позволило убрать ремни для подгонки. Для программы NASA заказало 21 скафандр, по три штуки на астронавта.


Скафандры первых космических кораблей создали новый тип космических костюмов — спасательные (IVA в английской терминологии) космические скафандры. Такой скафандр не предназначен для выхода в открытый космос или работы на поверхности Луны, он надевается перед стартом, посадкой или стыковкой и защищает в случае разгерметизации космического корабля.

В открытый космос

Следующей задачей, которую должны были решить инженеры, было создание скафандра для работы в открытом космосе. В СССР за основу взяли СК-1: для большей надежности добавили второй герметичный слой, в шлем установили солнцезащитный фильтр, верхний слой из оранжевой ткани заменили на многослойную теплоизоляцию, а закрытую систему жизнеобеспечения сделали опять открытой — выдыхаемый воздух сбрасывался за борт. А обозначение “Беркут” положило начало традиции называть советские и российские скафандры в честь хищных птиц. Не без проблем, но в целом успешно, Алексей Леонов стал первым человеком, совершившим выход в открытый космос.

В дальнейшем для ВКД на первых кораблях “Союз” использовался скафандр “Ястреб”, сделанный с учетом замечаний по “Беркуту”.

В США же в качестве базы взяли скафандр, который использовался в программе ракетного самолета X-15 и был разработан по заказу ВВС США. По конструкции он не сильно отличался от советского, здесь также был резиновый герметичный слой, силовой слой из специальной ткани Link-net, несколько слоев нейлона и внешний слой из ткани Nomex (мета-арамид, выдерживает нагрев до 400°С).


Интересной особенностью было то, что скафандр для “Джемини” был выпущен в нескольких версиях — исходной G3C, версии для ВКД G4C, модификации с мягким шлемом для длительного полета без ВКД G5C, а так же этот скафандр применялся в начале программы “Аполло” под индексом A1C.

“Беркут” Леонова и G4C стали вторым типом скафандров — скафандры ВКД (в английской терминологии EVA).

Прогулки по Луне

Костюм для Луны имеет свои особенности. На ВКД ноги в лучшем случае используются для фиксации на стреле-манипуляторе, а большую часть времени выглядят настоящим атавизмом “человека космического”. На поверхности же небесного тела надо ими активно шевелить, и это должно быть удобно. Так что лунные скафандры по обе стороны океана уже не были модифицированным летным оборудованием. Наиболее забавная история приключилась в США, где компания ILC, производящая женское белье, обошла на конкурсе уже упомянутых выше “мастодонтов”, предложив наиболее удобное решение. Секрет был в инновационных шарнирах — гофрированная резина, стянутая проволокой, позволяла легко сгибать конечности даже в вакууме. На фото ниже они видны слева, черное на локтях. Скафандр успел пройти модернизацию, версия A7LB имела дополнительные шарниры на шее и в поясе, для большего удобства управления лунным ровером.


В СССР пошли другим путем и сделали полужесткую конструкцию “Кречет”. Особенностью плана советской высадки была необходимость обеспечить возможность пройти 5 км до резервного корабля в случае проблем с основным. Поэтому скафандр имел большую автономность, 10 часов, и тестировался на возможность совершения длительного перехода.

После первых экспериментов скафандры продолжили развиваться.

IVA

В СССР/России с 1973 года используются модификации скафандра «Сокол». Любопытно, что у него есть деталь конструкции, роднящая скафандр с водолазными костюмами — вместо герметичной молнии используется распах на груди, через который скафандр надевается (хорошо виден на фото ниже). Под названием «Шеньчжоу» с минимальными изменениями он используется в космической программе Китая.

В США на шаттлах использовались аж три разных модели. В первых экспериментальных полетах под названием SEES применялся модифицированный скафандр от самолета-разведчика SR-71. Затем, когда шаттл объявили пригодным для эксплуатации, астронавты летали без скафандров вообще. После катастрофы “Челленджера” из доступных компонентов собрали даже не скафандр, а высотно-компенсирующий костюм LES. Вместо трубок и лент там использовались надувные мешки, а для герметизации шлема вокруг шеи надувался воротник. Начиная с STS-65 LES заменили на скафандр ACES, разработанный компанией David Clark Company и являющийся прямым потомком скафандров для Gemini и SR-71.


EVA

В новых моделях для ВКД решали также задачу создания универсальной конструкции, которой могут пользоваться разные люди, чтобы не возить каждый раз новый скафандр на орбитальную станцию. По эту сторону океана используется скафандр «Орлан». Он представляет собой полужесткую конструкцию (торс — жесткая кираса) с дверкой в задней части скафандра (наследие «Кречета»). С 1977 года скафандр модернизируется, в нем все удобнее находиться и можно работать дольше. Космонавты используют один и тот же скафандр, привозя с собой только перчатки. Китай сначала приобрел готовые «Орланы», затем разработал минимально отличающийся «Фэйтянь».

В США создали тоже полужесткий скафандр EMU, но он делится на большее количество частей — верхняя часть торса, нижняя, конечности, шлем, рюкзак. Универсальность обеспечивается подбором под конкретного астронавта компонентов подходящего размера. Ниже каноничное фото «золотого времени» шаттлов в 80-х, когда полеты в скафандре без привязи еще считались допустимым риском.

Споры о том, чей скафандр лучше, могут идти долго и без особого успеха, обе модели имеют свои плюсы и минусы. Например, «Орлан» легче, но имеет меньший срок службы (EMU возвращается на землю для ремонта после 25 ВКД, «Орлан» выбрасывается после 12).

Новые корабли

Активная работа по созданию новых пилотируемых кораблей породила и новые модели скафандров. При создании костюма для Crew Dragon, по слухам, главным требованием было то, чтобы скафандр «круто выглядел». Судя по публикуемым фотографиям это получилось реализовать, смотрится, действительно, стильно.

Модель для корабля Boeing выглядит более мешковатой, но, например, мягкий шлем может оказаться удобней.

Совсем недавно были представлены скафандры для корабля «Орион» и лунной программы Artemis. IVA скафандр OCSS является развитием ACES, который использовался на шаттлах, а EVA модель xEMU совмещает модульность EMU с опытом скафандров «Аполлонов», потому что будет предназначаться и для выходов в открытый космос, и для прогулок по Луне.

А в России прошедшим летом представили IVA скафандр «Сокол-М», главным отличием которого будет герметичная молния вместо распаха. Теперь его можно будет надеть в два раза быстрее, а также разработчик обещает, что новую модель можно будет использовать не менее 10 полетов.

Перспективы

Работа над скафандрами не останавливается, и сейчас инженеры экспериментируют с самыми разными конструкциями.

Творческим переосмыслением авиационных высотно-компенсирующих костюмов являются скафандры обжимного действия. В них ткань непосредственно прилегает к телу и обеспечивает необходимое для дыхания давление. Теоретически такие скафандры должны быть легче и удобнее, но очень сложно обжать все тело равномерно и обеспечить отсутствие боли и синяков у человека. Также их пока что сложно и долго надевать и снимать. Модель Bio-Suit разрабатывается в инициативном порядке и постепенно проходит испытания со все большей разницей давлений.

Компания ILC Dover предлагает две модели на замену EMU. У максимально жесткого Mark III преимущество в том, что его можно надеть сразу, без того, чтобы несколько часов дышать кислородом, вымывая из крови азот. А полностью мягкий I-Suit разрабатывается не только для выходов в открытый космос, но и для прогулок по другим небесным телам.

Для NASA создаются скафандры Z-серии, также отличающиеся повышенным давлением. Интересной особенностью моделей является выпуклый шлем, улучшающий видимость, и вход со спины, как в «Орлане».

Вход со спины удобен для концепции Suitport — скафандр спиной соединяется с ровером, фактически избавляя от специальной шлюзовой камеры.

Параллельно компаниям вроде ILC Dover или David Clark Company, занимающимся скафандрами десятилетиями, на рынке появляются и новые игроки. Например, компания Final Frontier Design, ведущим инженером которой является проработавший много лет в НПП «Звезда» Николай Моисеев, в этом году проводила испытания прототипов скафандров для Канадского космического агентства.

Заключение

Идеальный скафандр уже успели придумать в фантастике. В “Черной эстафете” Владимира Васильева описан “костюм”, состоящий из крошечных генератора силового поля и системы жизнеобеспечения, защищающий от вакуума, температур и излучений. Пристегнул коробочку к поясу, потратил пять минут на проверку и гуляй себе по космосу хоть в шортах и футболке. Но до этого, конечно же, технологиям еще развиваться и развиваться.

Источник

Источник: sfw.so

И первое реалистичное описание скафандра в фантастике сделал, похоже, Роберт Хайнлайн. В “Имею скафандр, готов путешествовать” он описал скафандр с не раздувающимися в вакууме шарнирами, правдоподобными системами жизнеобеспечения и терморегуляции. Но Хайнлайн работал авиационным инженером и занимался как раз высотными костюмами, так что в каком-то смысле реальность обогнала фантастику.

Под водой и в воздухе

Исторически скафандры выросли из последовательности “водолазные костюмы” -> “авиационные высотные костюмы” -> “космические скафандры”.

Работать под водой человечество научилось еще в начале 19 века. Сравнительно простые технологии — пропитанная каучуком ткань и воздушный насос на поверхности позволили создать полноценный костюм для длительного и эффективного пребывания под водой. Развиваясь, водолазные костюмы даже разделились на жесткие и мягкие, как и скафандры, но это ложная аналогия. Дело в том, что с увеличением глубины растет давление, жесткий водолазный костюм от него защищает, а мягкий — нет. Космические же скафандры работают в условиях внешнего вакуума, и их похожее разделение обусловлено совсем другими причинами.

Активно развивающаяся в 30-х годах авиация штурмовала все новые рубежи. Росли скорость, дальность и высота полета. И оказалось, что без дополнительного снаряжения проблемы для пилотов начинаются уже примерно с 4,5 км высоты — падение атмосферного давления и уменьшение парциального (отдельно взятого) давления кислорода приводят к гипоксии и потере возможности управлять аппаратом. Кислородные маски позволили подняться повыше, но расчеты показали, что с 15 км давление выделяемого легкими углекислого газа превысит давление окружающей среды и сделает дыхание невозможным, а выше 19 км в организме начнут кипеть все биологические жидкости. Возникла необходимость в костюмах, не просто подающих пригодный для дыхания воздух, а обеспечивающих давление, при котором организм может жить и функционировать. Очевидной была идея использовать наработки водолазных костюмов, поэтому на фотографиях 30-х годов высотные костюмы имеют такие же жесткие шлем и манишку.

Высотный костюм Уайли Поста в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики

Источник: www.yaplakal.com

Понятие скафандра

Что же представляет собой снаряжение для полетов в космос? Скафандр – это своеобразное чудо техники. Он представляет собой миниатюрную космическую станцию, повторяющую форму тела человека.

Современный скафандр оснащен целой системой жизнеобеспечения космонавта. Но, несмотря на сложность устройства, в нем все расположено компактно и удобно.

История создания

Слово «скафандр» имеет французские корни. Ввести это понятие предложил в 1775 г. аббат-математик Жан Батист де Па Шапель. Конечно, в конце 18-го века о полетах в космос никто даже и не мечтал. Слово «скафандр», которое в переводе с греческого означает «лодко-человек», решено было применить к водолазному снаряжению.

С приходом космической эры это понятие стало использоваться и в русском языке. Только здесь оно приобрело несколько иной смысл. Человек стал взбираться все выше и выше. В связи с этим возникла необходимость в специальном снаряжении. Так, на высоте до семи километров это теплая одежда и кислородная маска. Расстояния же в пределах десяти тысяч метров из-за падения давления требуют наличия герметичной кабины и компенсирующего костюма. В противном случае при разгерметизации легкие летчика перестанут усваивать кислород. Ну а если подняться еще выше? В таком случае понадобится космический скафандр. Он должен быть весьма герметичным. При этом внутреннее давление в скафандре (как правило, в пределах 40 процентов от атмосферного) сохранит жизнь пилоту.

В 1920-х годах появился ряд статей английского физиолога Джона Холдена. Именно в них автором было предложено использовать костюмы водолазов для защиты здоровья и жизни воздухоплавателей. Автор даже попытался внедрить свои идеи в жизнь. Он построил подобный скафандр и испытал его в барокамере, где было установлено давление, соответствующее высоте 25,6 км. Однако строительство аэростатов, способных подняться в стратосферу, — удовольствие не из дешевых. И американский воздухоплаватель Марк Ридж, для которого и был предназначен уникальный костюм, средств, к сожалению, не собрал. Именно поэтому скафандр Холдена на практике испытан не был.

Разработки советских ученых

В нашей стране космическими скафандрами занимался инженер Евгений Чертовский, который являлся сотрудником Института авиационной медицины. В течение девяти лет, с 1931 по 1940 г., он разработал 7 моделей герметичного снаряжения. Первым в мире советский инженер решил проблему подвижности. Дело в том, что при подъеме на определенную высоту скафандр раздувался. После этого пилот вынужден был прилагать большие усилия даже для того, чтобы просто согнуть ногу или руку. Именно поэтому модель Ч-2 была сконструирована инженером с шарнирами.

В 1936 г. появился новый вариант космического снаряжения. Это модель Ч-3, содержащая практически все детали, присутствующие в современных скафандрах, которые используют российские космонавты. Испытание данного варианта специального снаряжения состоялось 19.05.1937 г. В качестве летательного аппарата был использован тяжелый бомбардировщик ТБ-3.

С 1936 г. скафандры космонавтов стали разрабатываться и молодыми инженерами Центрального аэрогидродинамического института. К этому их вдохновила премьера фантастического фильма «Космический рейс», созданного совместно с Константином Циолковским.

Первый скафандр с индексом СК-ШАГИ-1 молодые инженеры сконструировали, изготовили и испытали в течение всего лишь 1937 г. Даже внешнее впечатление от этого снаряжения указывало на его внеземное предназначение. В первой модели для соединения нижней и верхней частей был предусмотрен поясной разъем. Значительную подвижность обеспечивали плечевые шарниры. Оболочка этого костюма была изготовлена из двухслойной прорезиненной ткани.

Следующий вариант скафандра отличался наличием автономной регенерационной системы, рассчитанной на 6 часов непрерывной работы. В 1940 г. был создан последний советский довоенный скафандр — СК-ШАГИ-8. Испытание данного снаряжения осуществили на истребителе И-153.

Создание специального производства

В послевоенные годы инициативу по конструированию скафандров для космонавтов перехватил Летно-исследовательский институт. Его специалисты получили задание на разработку костюмов, предназначенных для пилотов авиации, покоряющей все новые скорости и высоты. Однако для серийного производства одного института было явно недостаточно. Именно поэтому в октябре 1952 г. инженером Александром Бойко был создан особый цех. Он находился в подмосковном Томилино, на заводе № 918. Сегодня это предприятие называется НПП «Звезда». Именно на нем в свое время был создан скафандр Гагарина.

Полеты в космос

В конце 1950-х годов началась новая эра освоения внеземного пространства. Именно в этот период советскими инженерами-конструкторами было начато проектирование корабля «Восток» — первого космического транспортного средства. Однако изначально планировалось, что скафандры космонавтов для этой ракеты не понадобятся. Пилот должен был находиться в специальном герметичном контейнере, который перед приземлением отделялся бы из спускаемого аппарата. Однако данная схема оказалась весьма громоздкой и, кроме того, требовала проведения длительных испытаний. Именно поэтому в августе 1960 г. внутренняя компоновка «Востока» была переработана.

Специалисты бюро Сергея Королева поменяли контейнер на катапультируемое кресло. В связи с этим будущим космонавтам понадобилась защита на случай разгерметизации. Ею и стал скафандр. Однако времени на его стыковку с бортовыми системами катастрофически не хватало. В связи с этим все то, что было необходимо для жизнеобеспечения пилота, разместили непосредственно в кресле.

Первые скафандры космонавтов получили название СК-1. За их основу был взят высотный костюм «Воркута», разработанный для летчиков истребителя-перехватчика СУ-9. Полной реконструкции подвергли только шлем. В нем установили механизм, который управлялся специальным датчиком. При падении давления в скафандре мгновенно захлопывалось прозрачное забрало.

Снаряжение для космонавтов изготавливалось по индивидуальной мерке. К первому полету оно было создано для тех, кто показал самый лучший уровень подготовки. Это тройка лидеров, в которую вошли Юрий Гагарин, Герман Титов и Григорий Нелюбов.

Интересно, что космонавты в космосе побывали позже скафандра. Один из специальных костюмов марки СК-1 был отправлен на орбиту во время двух испытательных беспилотных запусков корабля «Восток», состоявшихся в марте 1961 г. Кроме подопытных дворняг на борту находился манекен «Иван Иванович», облаченный в скафандр. В груди этого искусственного человека установили клетку с морскими свинками и мышами. А для того чтобы случайные свидетели приземления не приняли «Ивана Ивановича» за инопланетянина, под забралом его скафандра была размещена табличка с надписью «Макет».

Скафандры СК-1 использовались на протяжении пяти пилотируемых полетов корабля «Восток». Однако женщины-космонавты в них летать не могли. Для них была создана модель СК-2. Впервые она нашла свое применение во время полета корабля «Восток-6». Изготовили данный скафандр, учитывающий особенности строения женского тела, для Валентины Терешковой.

Разработки американских специалистов

При осуществлении программы «Меркурий» конструкторы США пошли по пути советских инженеров, внеся при этом свои предложения. Так, первый американский скафандр учитывал то, что космонавты в космосе в будущем будут дольше находиться на орбите.

Конструктор Рассел Колли изготовил специальный костюм Navy Mark, изначально предназначенный для полетов летчиков военно-морской авиации. В отличие от других моделей, данный скафандр был гибким и имел сравнительно небольшой вес. Для использования этого варианта в космических программах в конструкцию было внесено несколько изменений, которые прежде всего коснулись устройства шлема.

Скафандры американцев доказали свою надежность. Один лишь раз, когда капсула «Меркурия-4» приводнилась и начала тонуть, костюм чуть не погубил астронавта Вирджила Гриссона. Пилот с трудом сумел выбраться наружу, так как долго не мог отсоединиться от бортовой системы жизнеобеспечения.

Создание автономных скафандров

В связи с бурными темпами освоения космоса понадобилось сконструировать новые специальные костюмы. Ведь первые модели были только лишь аварийно-спасательными. Из-за того, что их присоединяли к системе жизнеобеспечения пилотируемого корабля, космонавты в космосе в таком снаряжении побывать не могли. Для выхода в открытое внеземное пространство необходимо было сконструировать автономный скафандр. Этим занялись конструкторы СССР и США.

Американцы под свою космическую программу «Джемини» создали новые модификации скафандров G3C, G4C, а также G5C. Вторая из них была предназначена для выхода в открытый космос. Несмотря на то что все американские скафандры подключались к бортовой системе жизнеобеспечения, в них было встроено автономное устройство. В случае необходимости его ресурсов вполне хватило бы на поддержку жизни астронавта в течение получаса.

В скафандре G4C 03.06.1965 г. вышел в открытый космос американец Эдвард Уайт. Однако он не был первопроходцем. За два с половиной месяца до него рядом с кораблем в космосе побывал Алексей Леонов. Для этого исторического полета советские инженеры разработали скафандр «Беркут». Он отличался от СК-1 наличием второй герметичной оболочки. Кроме того, в скафандре имелся заплечный ранец, оснащенный кислородными баллонами, а в его шлем встроили светофильтр.

Во время нахождения в открытом космосе человека соединял с кораблем семиметровый фал, в составе которого имелось амортизирующее устройство, электрические провода, стальной трос и шланг для аварийного снабжения кислородом. Исторический выход во внеземное пространство состоялся 18.03.1965 г. Алексей Леонов находился за пределами космического корабля 23 мин. 41 сек.

Скафандры для освоения Луны

После освоения земной орбиты человек устремился дальше. И первой его целью стало осуществление полетов на Луну. Но для этого нужны были особые автономные скафандры, которые позволили бы находиться вне корабля в течение нескольких часов. И они были созданы американцами в ходе разработки программы «Аполлон». Эти костюмы обеспечивали защиту астронавта от солнечного перегрева и от микрометеоритов. Первый разработанный вариант лунных скафандров назвали A5L. Однако в дальнейшем он был усовершенствован. В новой модификации A6L предусмотрели теплоизоляционную оболочку. Версия A7L являлась огнестойким вариантом.

Лунные скафандры представляли собой цельные многослойные костюмы, имевшие гибкие сочленения из резины. На манжетах и вороте находились металлические кольца, предназначенные для присоединения герметичных перчаток и шлема. Застегивались скафандры при помощи вертикальной молнии, вшитой от паха до шеи.

Американцы ступили на поверхность Луны 21.07.1969 г. Во время этого полета нашли свое использование скафандры A7L.

Собирались на Луну и советские космонавты. Для этого полета создали скафандры «Кречет». Это был полужесткий вариант костюма, на спинке которого имелась специальная дверца. Космонавт должен был влезть в нее, облачившись, таким образом, в снаряжение. Закрывалась дверца изнутри. Для этого был предусмотрен боковой рычаг и сложная схема из тросиков. Внутри скафандра находилась и система жизнеобеспечения. К сожалению, побывать на Луне советским космонавтам так и не удалось. Но созданный для таких полетов скафандр в дальнейшем использовался при разработке других моделей.

Снаряжение для новейших кораблей

Начиная с 1967 г. Советский Союз начал запуск «Союзов». Это были транспортные средства, предназначенные для создания орбитальных станций. Время нахождения на них космонавтов неизменно увеличивалось.

Для полетов на кораблях «Союз» был изготовлен скафандр «Ястреб». Его отличия от «Беркута» состояли в конструкции системы жизнеобеспечения. С ее помощью производилась циркуляция дыхательной смеси внутри скафандра. Здесь она очищалась от вредных примесей и углекислоты, а затем и охлаждалась.

Новый спасательный скафандр «Сокол-К» был использован во время полета «Союза-12» в сентябре 1973 г. Более усовершенствованные модели этих защитных костюмов приобрели даже торговые представители из Китая. Интересно, что при запуске пилотируемого корабля «Шаньчжоу» находящиеся в нем астронавты были облачены в снаряжение, очень напоминающее российский образец.

Для выхода в открытый космос советские конструкторы создали скафандр «Орлан». Это автономное полужесткое снаряжение, схожее с лунным «Кречетом». Облачаться в него также приходилось через дверцу в спине. Но, в отличие от «Кречета», «Орлан» был универсальным. Его рукава и штанины легко подгонялись под нужный рост.

В скафандрах «Орлан» совершали полеты не только российские космонавты. По образцу этого снаряжения китайцы сделали свои «Фэйтянь». В них они вышли в открытый космос.

Скафандры будущего

На сегодняшний день NASA разрабатывает новые космические программы. В них входят полеты на астероиды, на Луну, а также экспедиция на Марс. Именно поэтому продолжается разработка новых модификаций скафандров, которые в дальнейшем должны будут соединить в себе все положительные качества рабочего костюма и спасательного снаряжения. На каком варианте остановятся разработчики, пока неизвестно.

Может, это будет тяжелый жесткий скафандр, защищающий человека от всех негативных внешних воздействий, а может, современные технологии позволят создать универсальную оболочку, элегантность которой по достоинству оценят будущие женщины-космонавты.

Источник: FB.ru

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

Первый скафандр

С развитием реактивной авиации всерьез встали проблемы защиты и спасения экипажа при высотных полетах. С падением давления человеческому организму становится все труднее усваивать кислород, обычный человек без особых проблем может находиться на высоте не более 4−5 км. На больших высотах необходимо добавление кислорода во вдыхаемый воздух, а с 7−8 км человек вообще должен дышать чистым кислородом. Выше 12 км легкие и вовсе теряют возможность усваивать кислород — для поднятия на большую высоту требуется компенсация давления.

Первый скафандр

На сегодняшний день существует всего два типа компенсации давления: механическая и создание вокруг человека газовой среды с избыточным давлением. Типичным примером решения первого типа служат высотные компенсационные летные костюмы — например, ВКК-6, применяемые пилотами «МиГ-31». В случае разгерметизации кабины такой костюм создает давление, сдавливая тело механическим путем. В основе такого костюма лежит довольно остроумная идея. Тело пилота опутывают ленточки, напоминающие восьмерку.

Первый скафандр

В меньшее отверстие пропущена резиновая камера. В случае разгерметизации в камеру подается сжатый воздух, она увеличивается в диаметре, сокращая, соответственно, диаметр кольца, опутывающего пилота. Однако такой метод компенсации давления является экстремальным: тренированный летчик в компенсирующем костюме может провести в разгерметизированной кабине на высоте не более 20 минут. Да и создать равномерное давление на все тело таким костюмом невозможно: некоторые участки тела оказываются перетянутыми, некоторые — вообще несдавленными.

Первый скафандр

Другое дело — скафандр, по сути, представляющий собой герметичный мешок, в котором создано избыточное давление. Время пребывания человека в скафандре практически не ограничено. Но и он имеет свои недостатки — ограничение подвижности летчика или космонавта. Что такое рукав скафандра? Практически это аэробалка, в которой создано избыточное давление (в скафандрах обычно поддерживается давление в 0,4 атмосферы, что соответствует высоте 7 км). Попробуйте согнуть накачанную автомобильную камеру. Трудновато? Поэтому один из самых охраняемых секретов производства скафандров — технология производства специальных «мягких» шарниров. Но обо всем по порядку.

«Воркута»
Первые скафандры, до войны изготавливаемые в ЛИИ им. Громова, создавались в исследовательских целях и использовались в основном для экспериментальных полетов на стратосферных воздушных шарах. После войны интерес к скафандрам возобновился, и в 1952 году в подмосковном Томилине было открыто специальное предприятие по изготовлению и разработке таких систем — Завод № 918, ныне НПП «Звезда». В течение 50х годов предприятие разработало целую линейку экспериментальных скафандров, но только один из них, «Воркута», созданный под перехватчик «Су-9», был выпущен малой серией.

Практически одновременно с выпуском «Воркуты» предприятию было выдано задание на разработку скафандра и системы спасения для первого космонавта. Первоначально КБ Королева выдало «Звезде» техзадание на разработку скафандра, целиком замкнутого на систему жизнеобеспечения корабля. Однако за год до полета Гагарина было получено новое задание — на обычный защитный костюм, рассчитанный на спасение космонавта только при его катапультировании и приводнении.

Первый скафандр

Противники скафандров вероятность разгерметизации корабля считали чрезвычайно малой. Еще через полгода Королев опять поменял решение — на этот раз в пользу скафандров. За основу были взяты уже готовые авиационные скафандры. Времени на состыковку с бортовой системой корабля уже не осталось, поэтому был принят автономный вариант системы жизнеобеспечения скафандра, размещаемый в катапультном кресле космонавта.

Первый скафандр

Оболочка для первого космического скафандра СК-1 была во многом позаимствована от «Воркуты», но шлем был сделан полностью заново. Задача ставилась предельно жестко: скафандр должен был спасти космонавта обязательно! Никто не знал, как поведет себя человек во время первого полета, поэтому система жизнеобеспечения строилась так, чтобы спасти космонавта, даже если он потеряет сознание, — многие функции были автоматизированы. Например, в шлеме был установлен специальный механизм, управляемый датчиком давления. И если в корабле оно резко падало, специальный механизм мгновенно захлопывал прозрачное забрало, полностью герметизируя скафандр.

Первый скафандр

Послойно
Скафандры состоят из двух основных оболочек: внутренней герметичной и внешней силовой. В первых советских скафандрах внутренняя оболочка изготавливалась из листовой резины методом элементарного склеивания. Резина, правда, была специальной, для ее производства применялся высококачественный натуральный каучук. Начиная со спасательных скафандров «Сокол» герметичная оболочка стала резинотканевой, однако в скафандрах, предназначенных для выхода в открытый космос, альтернативы листовой резине пока не предвидится.

«Лунный» скафандр астронавтов – участников миссий Apollo.
Первый скафандр

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

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

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

Термос
Для длительного пребывания в космосе и на поверхности Луны потребовались регенерационные скафандры длительного пребывания — «Орлан» и «Кречет». В них выдыхаемый газ регенерируется, из него отбирается влага, воздух донасыщается кислородом и охлаждается. По сути, такой скафандр в миниатюре копирует систему жизнеобеспечения целого космического корабля. Под скафандр космонавт одевает специальный сетчатый костюм водяного охлаждения, весь пронизанный пластиковыми трубками с охлаждающей жидкостью. Проблемы обогрева в выходных скафандрах (предназначенных для выхода в открытый космос) не возникала никогда, даже если космонавт работал в тени, где температура стремительно падает до -100С.

Первый скафандр

Дело в том, что наружный комбинезон идеально выполняет функции теплозащитной одежды. Для этого впервые была применена экранно-вакуумная изоляция, работающая по принципу термоса. Под внешней защитной оболочкой комбинезона расположены пять-шесть слоев специальной пленки из особого полиэтилена, терифталата, с двух сторон которой напылен алюминий. В вакууме между слоями пленки теплообмен возможен только за счет излучения, которое переотражается обратно зеркальной алюминиевой поверхностью. Внешний теплообмен в вакууме в таком скафандре настолько мал, что считается равным нулю, и при расчете учитывается только внутренний теплообмен.

Первый скафандр

Первый скафандр

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

Первый скафандр

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

Соколята
Скафандры были на кораблях не всегда. После успешных шести полетов «Востоков» они были признаны бесполезным грузом, и все дальнейшие корабли («Восходы» и «Союзы») проектировались на полет без штатных скафандров. Целесообразным было принято использование только внешних скафандров для выхода в открытый космос. Однако гибель в 1971 году Добровольского, Волкова и Пацаева в результате разгерметизации кабины «Союза-11» заставила снова вернуться к проверенному решению. Однако старые скафандры в новый корабль не влезали. В срочном порядке под космические нужды стали адаптировать легкий скафандр «Сокол», изначально разрабатываемый для сверхзвукового стратегического бомбардировщика Т-4.

Первый скафандр

Задача оказалась не из легких. Если при приземлении «Востоков» космонавт катапультировался, то «Восходы» и «Союзы» осуществляли мягкую посадку с экипажем внутри. Мягкая она была только относительно — удар при приземлении был ощутимый. Амортизировало удар энергопоглощающее кресло «Казбек» разработки все той же «Звезды». Формовался «Казбек» индивидуально под каждого космонавта, который лежал в нем без единого зазора. Поэтому кольцо, к которому крепится шлем скафандра, при ударе обязательно бы сломало шейный позвонок космонавта.

Первый скафандр

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

Первый скафандр

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

Кирасиры
В целях облегчения конструкции и увеличения подвижности внешних скафандров существовало целое направление (прежде всего в США), изучавшее возможность создания цельнометаллических жестких скафандров, напоминающих глубоководные водолазные. Однако частичное воплощение идея нашла только в СССР. Советские скафандры «Кречет» и «Орлан» получили комбинированную оболочку — жесткий корпус и мягкие ноги и руки. Сам корпус, который конструкторы называют кирасой, сваривается из отдельных элементов из алюминиевого сплава типа АМГ. Такая комбинированная схема оказалась на редкость удачной и сейчас копируется американцами. А возникла она по необходимости.

Первый скафандр

Американский лунный скафандр был сделан по классической схеме. Вся система жизнеобеспечения располагалась в негерметичном ранце на спине астронавта. Советские конструкторы, возможно, также пошли бы по этой схеме, если бы не одно «но». Мощность советской лунной ракеты Н-1 позволяла доставить на Луну только одного космонавта, в отличие от двух американских, а облачиться в одиночку в классический скафандр не представлялось возможным. Поэтому и была выдвинута идея жесткой кирасы с дверцей на спине для входа внутрь.

Первый скафандр

Первый скафандр

Специальная система тросиков и боковой рычаг позволяли надежно закрыть за собой крышку. Вся система жизнеобеспечения располагалась в откидной дверце и работала не в вакууме, как у американцев, а в нормальной атмосфере, что упрощало конструкцию. Правда, шлем пришлось делать не поворотным, как в ранних моделях, а монолитным с корпусом. Обзор же компенсировался гораздо большей площадью остекления. Сами шлемы в скафандрах настолько интересны, что заслуживают отдельной главы.

Первый скафандр

Шлем всему голова
Шлем — важнейшая часть скафандра. Еще в «авиационном» периоде скафандры делились на два типа — масочные и безмасочные. В первом — летчик использовал кислородную маску, по которой подавалась воздушная смесь для дыхания. Во втором — шлем отделялся от остального объема скафандра своеобразным воротничком, шейной герметичной шторкой. Такой шлем играл роль большой кислородной маски с непрерывной подачей дыхательной смеси. В итоге победила безмасочная концепция, которая обеспечивала лучшую эргономику, хотя и требовала большего расхода кислорода для дыхания. Такие шлемы и перекочевали в космос.

Первый скафандр

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

На кадрах кинохроники хорошо видны шлемофоны космонавтов, которые изготавливаются из ткани и тонкой кожи. На них смонтированы системы связи — наушники и микрофоны. Так вот, выпуклые наушники шлемофона входили в специальные пазы жесткого шлема, и при повороте головы шлем начинал вращение вместе с головой, как башня танка. Конструкция была довольно громоздкой, и от нее в дальнейшем отказались. На современных скафандрах шлемы несъемные.

Обязательный элемент шлема для выхода в космос — светофильтр. У Леонова был маленький внутренний светофильтр самолетного типа, покрытый тонким слоем серебра. При выходе в космос Леонов ощутил очень интенсивное нагревание нижней части лица, а при взгляде в сторону Солнца защитные свойства серебряного светофильтра оказались недостаточными — свет был ослепительно ярким. Исходя из этого опыта, все последующие скафандры стали оборудоваться полными наружными светофильтрами с напыленным довольно толстым слоем чистого золота, обеспечивающего пропускание всего 34% света. Самая большая площадь остекления — у «Орлана».

Первый скафандр

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

Текст

Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!
Первый скафандр

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

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

Жми на иконку и подписывайся!

Первый скафандр — http://kak_eto_sdelano.livejournal.com/
Первый скафандр — https://www.facebook.com/kaketosdelano/
Первый скафандр — https://www.youtube.com/kaketosdelano
Первый скафандр — https://vk.com/kaketosdelano
одноклассник.jpg — https://ok.ru/kaketosdelano
tw.png — https://twitter.com/kaketosdelano
inst.png — https://www.instagram.com/kaketosdelano/

Официальный сайт — http://ikaketosdelano.ru/

Мой блог — http://aslan.livejournal.com
Инстаграм — https://www.instagram.com/aslanfoto/
Facebook — https://www.facebook.com/aslanfoto/
Вконтакте — https://vk.com/aslanfoto

Источник: kak-eto-sdelano.livejournal.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.