12 апреля 2010 г. исполняется ровно 49 лет с момента первого космического полета, совершенного Юрием Гагариным в 1961-м году. В этот день вся планета отмечает всемирный день авиации и космонавтики.

По этому поводу я решил написать пост про космические скафандры - рассказать про историю их возникновения, конструкцию и по возможности сравнить наши скафандры с американскими аналогами.

Немного докосмической истории

Необходимость создания скафандра появилась еще в начале 30-х годов. Дело в том, что летчики-испытатели даже в кислородных шлемах не могли подняться на высоты больше 12 км из-за пониженного атмосферного давления. На этой высоте азот, растворенный в тканях человека, начинает переходить в газообразное состояние, что приводит к возникновению болевых ощущений.

Поэтому в 1931-м году инженер Е. Чертовский спроектировал первый скафандр «Ч-1». Он представлял собой простой герметичный комбинезон со шлемом, снабженным небольшим стеклом для обзора. Вообще, в «Ч-1» можно было делать все что угодно, но только не работать. Но тем не менее он стал прорывом. Позднее до войны Чертовский успел спроектировать еще шесть моделей скафандров.

После войны стали появляться первые реактивные истребители, которые резко задрали планку максимальных высот. В 1947-1950 годах группа конструкторов под руководством А. Бойко создала первые послевоенные авиаскафандры, получившие название ВСС-01 и ВСС-04 (высотный спасательный скафандр). Они представляли собой герметические комбинезоны из прорезиненной ткани, к которым крепились несъемные откидные шлемы и кислородные маски. Излишки давления на высоте стравливались специальным клапаном.

Начало разработки

Вообще, разработка скафандров поначалу складывалась у нас не очень хорошо. Дело в том, что существующие наработки скафандров были бесполезны в случае разгерметизации корабля в космосе. И конструкторы тут не причем - просто им дали задание разработать защитный костюм, рассчитанный на спасение космонавта только после приземления или приводнения спускаемого модуля. Среди противников скафандров были даже некоторые из конструкторов корабля - они считали возможность разгерметизации ничтожной. Их слова подтверждал удачный полет Лайки в ГЖК (герметической кабины для животных)

Споры удалось прекратить только после личного вмешательства Королева. При этом до полета Гагарина оставалось всего 8 месяцев. За это время был создан скафандр СК-1

Всего существует 3 класса скафандров:

Спасательные скафандры - служат для защиты космонавтов в случае разгерметизации кабины или при значительных отклонениях параметров ее газовой среды от нормы;
скафандры для работы в открытом космосе на поверхности космического корабля или вблизи его
скафандры для работы на поверхности небесных тел

СК-1 был скафандром первой категории. Он использовался во время всех полетов кораблей первой серии «Восток»

СК-1 «работал» в паре со специальным теплозащитным комбинезоном, который надевался космонавтом под основной защитный костюм. Комбинезон был не просто одеждой, он представлял собой целое инженерное сооружение с вмонтированными в него трубопроводами системы вентиляции, поддерживавшей необходимый тепловой режим тела и удалявшей влагу с продуктами дыхания. В непредвиденных условиях, система жизнеобеспечения скафандра (СЖО) вместе с СЖО кабины «продлевали» существование космонавта на 10 суток. В случае разгерметизации кабины автоматически закрывалось прозрачное «забрало» - иллюминатор шлема - и включалась подача воздуха из баллонов корабля.

Но у него был существенный недостаток. Его мягкая оболочка под действием внутреннего избыточного давления всегда стремится, принять форму тела вращения и распрямиться. Согнуть какую-либо ее часть, скажем, рукав или штанину, не так-то просто, и чем больше внутреннее давление, тем труднее это сделать. При работе в первых космических скафандрах из-за их относительно низкой подвижности космонавтам приходилось затрачивать немалые дополнительные усилия, что в итоге вело к повышению интенсивности обменных процессов в организме. Из-за этого, в свою очередь, приходилось увеличивать массу и габариты запасов кислорода, а также блоков системы охлаждения.

Также был создан скафандр СК-2. По сути это тот же СК-1, только для женщин. Он имел немного другую форму, учитывающие их физиологические особенности.

Аналог

Американским аналогом нашему СК-1 был скафандр для кораблей «Меркурий». Он также являлся исключительно спасательным скафандром и был изготовлен в 1961-м году

В дополнение ко всему у него был металлизированный наружный слой для отражения тепловых лучей.

Беркут

В середине 1964-го руководители советской космической программы приняли решение о новом эксперименте на орбите - первом выходе человека с борта космического корабля в открытый космос. Это обстоятельство ставило перед разработчиками скафандров целый ряд новых технических задач. Они, конечно, диктовались серьезными различиями между внутренней средой космического корабли и условиями внешнего пространства - царства почти полного вакуума, вредных излучений и экстремальных температур.

Перед разработчиками ставились две основные задачи:

Во-первых, скафандр для выхода в космос должен был защищать от перегрева, если космонавт находится на солнечной стороне, и, наоборот, от охлаждения - если в тени (разница температур между ними составляет более 100°С). Также он должен был защищать от солнечной радиацией и от метеорного вещества.

Во-вторых, обеспечить максимальную безопасность человеку, быть предельно надежным и иметь минимальный объем и массу. Но самое главное, что при всем этом космонавт в нем должен быть работоспособен, т.е. передвигаться около корабля, выполнить определенную работу и т.д.

Все эти требования удалось реализовать в скафандре «Беркут»

Кстати, начиная с «Беркута» все наши скафандры стали называться птичьими именами.

Скафандр был сделан из нескольких слоев пленки с блестящей алюминиевой поверхностью. Место между слоями специально имело зазор для того, чтобы снизить передачу тепла в любую сторону. Принцип термоса - тепло не берется и не отдается. Кроме того, слои пленки-ткани разделилясь специальным сетчатым материалом. В результате удалось добиться очень высокого уровня теплового сопротивления. Глаза космонавта защищал особый светофильтр из тонированного органического стекла толщиной почти полсантиметра. Он играл двоякую роль - ослаблял интенсивность солнечного света и не пропускал к лицу биологически опасную часть лучей солнечного спектра.

Первый выход в открытый космос имел ограниченные задачи. Потому и система жизнеобеспечения казалась относительно простой и была рассчитана на 45 минут работы. Она размещалась в ранце с кислородным прибором и баллонами емкостью по 2 литра. На корпусе ранца крепился штуцер для их заправки и окошко манометра для контроля за давлением. Из корабля брался воздух, который дополнительно обогащался кислородом и поступал в скафандр. Этот же воздух уносил выделенные космонавтом тепло, влагу, углекислоту, вредные примеси. Такая система называется системой открытого типа

Вся система умещалась в ранце размером 520х320х120 мм, который пристегивался к спине при помощи быстродействующего разъема. На непредвиденный случай в шлюзовой камере установили резервную кислородную систему, которая была соединена со скафандром с помощью шланга.

Аналог

Аналогом для беркута был скафандр для кораблей «Джеминай»

Его корабельныя версия (не знаю как по другому ее назвать) была обычным спасательным скафандром. Модифицированная же версия была разработана для работы за пределами космического корабля

Для этого к основному скафандру добавлялись оболочки тепловой и микрометиоритной защиты.

Ястреб

С 1967-го начались полеты новых кораблей типа «Союз», принципиальное отличие которых от предшественников состояло в том, что они были уже пилотируемыми летательными аппаратами. И, следовательно, потенциальное время работы человека и космосе вне корабля должно было увеличиться. Соответственно невозможно было находиться все время в скафандре. Он надевался только в самых ответственных моментах - взлет, посадка. К тому же встал вопрос о выводе на орбиту нескольких кораблей, их стыковке, что предполагало проведение операций, связанных с переходами людей через открытый космос.

Для этих целей был разработан новый скафандр с новой системой жизнеобеспечения. Его назвали «Ястреб»

Этот скафандр был в основном схож с «Беркутом», различия же состояли в иной системе дыхательной установки, которая относилась к так называемому регенерационному типу. Дыхательная смесь циркулировала внутри скафандра по замкнутому контуру, где очищалась от углекислоты, вредных примесей, подпитывалась кислородом и охлаждалась. Частью системы остались и кислородные баллоны, однако содержащийся в них кислород использовался только на компенсацию утечек и для потребления космонавта. Для этой системы пришлось создать сразу несколько уникальных агрегатов: испарительный теплообменник, работающий в специфических условиях невесомости; поглотитель углекислого газа; электродвигатель, безопасно функционирующий в чистой кислородной атмосфере и создающий необходимую циркуляцию воздушной среды внутри скафандра, и другие.

Для охлаждения организма космонавта использовалось воздушное охлаждение. Для этого необходимо прогонять через скафандр весьма большой объем газа. Это, в свою очередь, требует вентилятора мощностью в несколько сот ватт, а также больших затрат электроэнергии. Да и сильный обдув не очень-то приятен для космонавта.

Заметным плюсом стало то, что масса скафандра не превышает 8-10 кг, а толщина пакета оболочек минимальна. Это дает возможность использовать его с индивидуальной фактурой амортизационных кресел, ослабляющими действие перегрузок при выводе на орбиту и спуске.

На практике «Ястреб» использовался всего один раз - для перехода из «Союза-5» в «Союз-4».

Аналог

Конкретного американского аналога «Ястребу» я не нашел. Отчасти под него вроде подходит скафандр для ранних «Аполлонов»

Кречет

Для полета на Луну сооружался инновационный скафандр 3-й категории. В скафандре космонавт должен был сохранить такие двигательные и рабочие способности, которые на 3емле считаются элементарными. Например, передвигаться по лунной поверхности с учетом того, что «прогулки» могут происходить на различном рельефе; иметь возможность встать на ноги в случае падения, осуществить контакт с лунной «землей», температура которой колеблется в очень широких пределах (в тени и на свету от -130°С до +160°С); работать с приборами, собирать образцы лунных пород и производить примитивное бурение. Космонавту должна была быть обеспечена возможность подкрепиться специальной жидкой пищей, а также выводить из скафандра урину. Словом, вся система жизпеобеспечения рассчитывалась на более тяжелые условия работы, чем те, что существовали во время орбитальных выходов исследователей.

Учитывая эти требования, под руководством А. Стоклицкого, был создан скафандр «Кречет»

Он имел так называемую «полужесткую» оболочку, а вместо ранцевой - встроенную систему жизнеобеспечения. Именно с него пошло словосочетание «войти в скафандр». Потому что в «Кречет» космонавт именно входил, используя «дверцу» на спине. В «дверце» же размещались все системы жизнеобеспечения

Системы «Кречета» обеспечивали рекордное автономное пребывание человека на Лyнe - до 10 часов, в течение которых исследователь мог выполнять работы с большими физическими нагрузками. Для теплового охлаждения впервые применили костюм водяного охлаждения, т.к. водяное охлаждение является единственно возможным методом поддержания приемлемых тепловых условий в скафандре при интенсивной работе космонавта. Чтобы отвести 300-500 ккал/ч тепла, расход воды через костюм водяного охлаждения составляло 1,5-2 л/мин, потребная длина охлаждающих трубок была около 100 метров. Для прокачки воды использовался насос с мощностью двигателя в несколько ватт.

Одновременно с водяным охлаждением имелся контур циркуляции и регенерации воздушной среды внутри скафандра и удаления влаги. Также был запас кислорода для компенсации утечек.

Аналог

Это, пожалуй, единственный случай, когда американский аналог известнее нашего. Именно в нем Нил Армстронг ступил в 1969-м на поверхность Луны

Скафандр был изготовлен из высокопрочных синтетических тканей, металла и пластмасс. Под скафандр космонавт надевал легкий цельнокроеный костюм с датчиками для биотелеметрии. Кроме того, под скафандр надевался также специальный костюм водяного охлаждения, который был рассчитан на непрерывную эксплуатацию в течение 115 час. В этом костюме из нейлонового спандекса имелась система полихлорвиниловых трубок общей длиной около 90 м, по которым непрерывно циркулировала холодная вода, поглощавшая выделяемое телом тепло и отводящая его к внешнему холодильнику. Благодаря такому костюму температура кожи на различных участках тела не выходила за пределы 40°С.

На ладони были специальные проволочные стяжки, которые не давали перчатке раздуваться при избыточном давлении в скафандре. Для обеспечения ловкости работы руками на пальцах перчаток имелись удлинения-захваты, с помощью которых космонавт мог поднимать мелкие предметы.

Шлем космонавта сделан из прозрачного поликарбоната и обладал большой ударной прочностью. Его сферическая форма давала космонавту возможность поворачивать голову в любую сторону. Кислород поступал в шлем со скоростью 162 л/мин, а герморазъем на левой стороне шлема позволял космонавту в скафандре пить или принимать пищу. Ранцевая система жизнеобеспечения прикреплялась к спинке скафандра и на Земле весла 56,625 кг (для особо дотошных - 554,925 н).

Орлан

После высадки на Луне все работы по «Кречету» прекратились. Однако в комплект лунной программы входил также скафандр «Орлан» - для орбитальных работ

К его разработке вернулись в 1969-м, когда начались работы по первой орбитальной станции. Именно модификации «Орланов» мы использовали на «Мире» и сейчас используем на МКС.

Всем известно, что экипажи на орбитальных станциях меняются.

Однако существовавшие до этого скафандры были индивидуальными и не обладали возможностью подгонки. Следовательно для каждого нового члена экипажа станции их необходимо было изготавливать и запускать в космос, что было неэффективно при ограниченных грузовых возможностях кораблей «Союз» и «Прогресс». Однако благодаря полужёсткой конструкции в «Орлане» индивидуальными являлись лишь перчатки скафандра, которые доставлялись экипажем, в то время как сами скафандры постоянно находились на станции.

Чтобы обеспечить подвижность тела, в скафандре применили шарниры, расположенные в области основных суставов - плечевых, локтевых, коленных, в области лодыжек, пальцев рук и т. д. Кроме того, в последующих модификациях для повышения подвижности в ряде сочленений использовались герметические подшипники (например, в плечевом или кистевом сочленениях).

С момента первого использования «Орлана» на «Салюте-6» в 1977 до затопления «Мира» в 2001-м на околоземной орбите использовалось 25 комплектов «Орланов» всех разновидностей. Часть из них сгорела вместе с последней станцией «Мир». За это время в «Орланах» совершено 200 выходов 42 экипажами. Общее время работы превысило 800 часов.

У «Орлана» существует множество модификаций. Самая интересная на мой взгляд - «Орлан-ДМА»с установкой для перемещения и маневрирования в открытом космосе.

НПП «Звезда» не озвучивает стоимость «Орлана». Однако в одном и репортажей я когда-то слышал цифру в миллион долларов. Могу ошибаться.

Аналог

Американские астронавты честно и открыто признаются, что их нынешние скафандры гораздо хуже и неудобнее наших. Стоят они при этом 12-15 миллионов. Так что полноценного аналога нынешним «Орланам» не существует.

Стриж

Во время создания «Бурана» создавался новейший спасательный скафандр «Стриж»

Я не до конца уверен, что это именно он на фотографии, но вроде как он. В комплекте к «Стрижу» разрабатывалось катапультное кресло К-36РБ. Специалисты называли «Стриж» лучшим скафандром из существующих когда-либо. Однако с прекращение работ по «Бурану»… в общем как обычно у нас в стране.

Федеральное государственное казённое общеобразовательное учреждение

«Ульяновское гвардейское суворовское военное училище

Министерства обороны Российской Федерации»

Конкурс «Через тернии к звездам»,

1. Приложения

Приложение 1

Скафандр космонавта

Скафандр космонавта для выхода в открытый космос:

1 – страховочный фал; 2 – пульт управления системой жизнеобеспечения; 3 – гермошлем; 4 – ранцевая система жизнеобеспечения

Приложение 2

Эволюция скафандров

В этих скафандрах российские дворняжки первые из землян преодолели силу притяжения планеты

Скафандр СК-1 первого космонавта Юрия Гагарина, в котором он 12 апреля 1961 года совершил виток вокруг Земли.

В скафандре «Беркут» А.Леонов выходил в открытый космос. Скафандр рассчитан на два значения давления газа: рабочее 400гПа и аварийное 270 гПа.

Российские скафандры «Орлан» для выхода в открытый космос

В наспинном ранце « Орлана» размещаются баллоны с газовой смесью для дыхания, насосы, теплоприемник и другие устройства жизнеобеспечения.

Новые скафандры «Орлан-МКС» для российских космонавтов доставят на Международную космическую станцию осенью 2015 года. Они заменят используемые сейчас «Орлан-МК».

Приложение 3

Сравнительные характеристики скафандров

СК-1 (спасательный скафандр-1) - первый скафандр , который был разработан в СССР для полётов первых космонавтов на космических кораблях серии « Восток » и использовался в 1961-1963 годах.

«Беркут» - тип универсального космического скафандра . Скафандр был разработан в СССР в 1964-1965 годах и предназначался для обеспечения безопасного выхода человека в открытый космос и спасения при разгерметизации космического корабля. Относится к скафандрам «мягкого» типа, то есть, не имеющим жёсткого каркаса. [ 4 ]

«Орлан-МКС» - тип космического скафандра , созданного в СССР для осуществления безопасного пребывания и работы

Орлан-ДМА

Орлан-М

Орлан-МК (модернизированный, компьютеризированный)

Орлан-МКС (модернизированный, компьютеризированный, синтетический)

Эксплуатация

Салют-6, 1977-1979; Салют-7, 1982-1984г

Салют-7, Мир,

1985-1988г

Мир, 1988-1997

Мир, 1997-2000; МКС, 2001-2009г

МКС, с 2009-настоящее время

МКС, планируется с 2015

Производитель

НПП «Звезда»

НПП «Звезда»

НПП «Звезда»

НПП «Звезда»

НПП «Звезда»

НПП «Звезда»

Рабочее

давление

400 гПа

400 гПа

400 гПа

400 гПа

400 гПа

400 гПа

Масса

73,5 кг

88 кг

105 кг

112 кг

120 кг

110 кг

Время

автономности

5 часов

6 часов

7 часов

7 часов

7-8

7 часов

Назначение

Работа в открытом космосе

Работа в открытом космосе

Работа в открытом космосе

Работа в открытом космосе

Работа в открытом космосе







Основные отличия:

Автоматическая система терморегулирования.

Замена резиновой оболочки на полиуретановую. Использование нового материала позволит увеличить срок службы скафандров на орбите;

Автоматизация подготовки скафандра к выходу в открытый космос.

Приложение 6

Костюм будущего

«Когда я вырасту, я стану космонавтом» - эта фраза стала символом целой эпохи, которая началась с космической гонки между ведущими странами мира и закончилась несбывшейся мечтой для многих из нас. Однако есть на планете Земля люди, которые регулярно выходят в открытый космос. И если сегодня для нас стало привычным делом, что на орбите всегда есть кто-то, кто парит в невесомости, когда-то это было настолько захватывающим, что миллионы людей не отрывали глаз от телевизоров, с замиранием сердца наблюдая за первыми потугами освоить космос.

К сожалению, мы родились слишком поздно, чтобы исследовать Землю. К счастью, мы станем первым поколением, с которого начнётся освоение других планет. В этой статье мы поговорим об одежде, без которой не состоится ни один межпланетный перелёт, ни один выход разумного человека в космос, - о скафандрах будущего.

Современные скафандры

Открытый космос - крайне враждебная среда. Если вы случайно окажетесь в безвоздушном пространстве, едва ли вас удастся спасти. В течение 15 секунд вы потеряете сознание из-за отсутствия кислорода. Кровь закипит, а после замёрзнет из-за отсутствия давления. Ткани и органы расширятся. Резкий перепад температур довершит начатое. Даже если вам удастся пережить всё это, не факт, что солнечный ветер не наградит вас вредоносным излучением.

Чтобы защититься от всех этих факторов, космонавты используют защитные костюмы - скафандры. История космического гардероба довольно интересная, однако за последние лет 30 в ней произошло не так много важных событий. Гораздо увлекательней то, что ждёт нас в ближайшем будущем, особенно если учесть растущие темпы коммерческих перелётов и принять во внимание запланированные миссии.

Сегодня российские космонавты используют скафандры «Сокол КВ-2» и «Орлан-МК» (для выхода в открытый космос), разработанные в 1970–1980-х годах. В 2014 году планируются испытания «Орлана-МКС», конструкция которого претерпела незначительные изменения - в целом скафандр почти тот же, что и его предшественник. Сегодня и всегда их производством занимается ОАО «НПП „Звезда“ имени академика Г. И. Северина». Китай, кстати, наряжает своих космонавтов (или тайконавтов, если точнее) в костюмы, сделанные на базе советских: тот же «Сокол» и Feitian, представленные в 2003 и 2008 годах соответственно и используемые в миссиях «Шэньчжоу-5» и «Шэнчьжоу-7». США, хоть и заслуживающие уважения за многообещающие разработки, верны скафандрам 1994 и 1984 годов: ACES (AdvancedCrewEscapeUnit) и EMU (ExtravehicularMobilityUnit).

Американцев можно понять. Из-за проблем с финансированием космическая программа была серьёзно урезана. Возможно, если бы не это, они были бы уже на Венере (такая миссия действительно планировалась). Что касается успехов Роскосмоса, то, кроме вышеупомянутых испытаний «Орлана-МКС», ни о чём больше сказать нельзя. Если скафандры будущего в России делают, то делают подпольно.

НАСА планирует вернуться на Луну и активно разрабатывает новые скафандры, поскольку они понадобятся новым армстронгам и олдринам, которые будут оставлять следы на лунном песке. Однако, в отличие от программы «Аполлон-11», новые костюмы должны дать космонавтам больше возможностей. Например, свободное передвижение, которое облегчит работу на Луне, а также защиту от липкой как скотч лунной пыли.

Зато международные партнёры в лице Европейского космического агентства и Роскосмоса планируют пилотируемый полёт на Марс - о чём может свидетельствовать 500-дневный эксперимент, проведённый несколько лет назад. В рамках программы «Марс-500» шестеро членов международного экипажа (в том числе и россияне) провели 500 дней взаперти, имитируя полет на Марс. Возможно, в 2018 году полёт всё же состоится. Тут стоит знать, что основная проблема столь длительного перелета заключается в воздействии радиации, от которой не защищают ни скафандры, ни обшивка корабля. Полёт может оказаться крайне неблагоприятным.

Отметим, что для полета на Марс Роскосмосу совместно с партнёрами придётся разработать специальный скафандр. В рамках программы «Марс-500» члены экипажа использовали специальную версию скафандра «Орлан-Э» (что значит «экспериментальный»). Конструкторы в шутку называют его младшим братом - он практически идентичен остальным «Орланам», но в четыре раза легче и для космической прогулки по Марсу пока не подойдёт. Однако ляжет в основу будущего марсианского костюма.

Также полёт на Марс планируют еще несколько миллиардеров-филантропов - Бас Лансдорп (проект MarsOne, рассчитанный на колонизацию Марса в течение 2011–2033 годов) и Элон Маск (основатель SpaceX).

Сколько стоит скафандр? Модель, используемая НАСА, со всей экипировкой, системой жизнеобеспечения и оборудованием обходится в 12 миллионов долларов. «НПП „Звезда“» предпочитает не афишировать стоимость скафандра, однако поговаривают о 9 миллионах долларов.

Конструкция

Из каких материалов делают скафандры? Давайте разберём на примере EMU. Если первые космические скафандры целиком делали из мягких тканей, современные их варианты сочетают мягкие и жёсткие компоненты, которые обеспечивают поддержку, мобильность и удобство (хотя с последним ещё можно поспорить). Сам материал скафандр делается в 13 слоёв: два слоя внутреннего охлаждения, два сдавливающих слоя, восемь слоёв тепловой защиты от микрометеоритов и один внешний слой. Эти слои включают следующие материалы: трикотажный нейлон, спандекс, уретановый нейлон, дакрон, неопреновый нейлон, майлар, гортекс, кевлар (из которого делают бронежилеты) и номекс.

Все слои сшиты и скреплены вместе, чтобы стать цельным покрытием. Также, в отличие от первых скафандров, которые сшивались индивидуально для каждого космонавта, современные EMU обладают компонентами различных размеров, которые подойдут всем.

Скафандр EMU состоит из таких частей: MAG (собирает мочу космонавта), LCVG (устраняет излишки тепла в процессе прогулки по космосу), EEH (обеспечивает связью и биоинструментами), CCA (микрофон и наушники для связи), LTA (нижняя часть костюма, штаны, наколенники, наголенники и сапоги), HUT (верхняя часть костюма, твёрдая оболочка из стекловолокна, которая поддерживает несколько структур: руки, торс, шлем, рюкзак жизнеобеспечения и модуль управления), рукава, две пары перчаток (внутренние и внешние), шлем, EVA (защита от яркого солнечного света), IDB (внутрикостюмный мешок для питья), PLSS (первичная система жизнеобеспечения: кислород, энергия, уборка углекислого газа, охлаждение, вода, радио и система предупреждения), SOP (запасной кислород), DCM (модуль управления PLSS).

Плохо забытое старое

В 2012 году НАСА представило скафандр нового типа Z-1. Сделанный по образу и подобию скафандра Базза Лайтера из «Истории игрушек», этот костюм должен поступить в производство в 2015 году и будет обладать набором приятных качеств и функций.

Во-первых, шлем в форме пузыря обеспечивает огромное по сравнению с предыдущими вариантами поле зрения. Да, это не канонический «мотоциклетный шлем», но безопасность, по заверениям специалистов, будет на высшем уровне. Новый дизайн плечевых частей костюма предоставляет большую свободу движениям рук. Сзади в скафандре располагается люк, сквозь который пролезает космонавт, когда одевается. То есть скорее это скафандр, словно транспорт, принимает в себя пассажира, а не космонавт надевает на себя всё это.

Во-вторых, и очень важных «во-вторых», скафандр Z-1 будет одинаково пригоден как для выхода в открытый космос, так и для передвижений по поверхности планеты (в отличие от всего того, что носит экипаж МКС).

В-третьих, благодаря новейшим разработкам существенно упала необходимость лишний раз загружать скафандр канистрами с гидроксидом лития, абсорбирующим двуокись углерода, выдыхаемую человеком. Что ж, Z-1 мог бы стать отличной заменой EMU и отправить старый скафандр на пенсию.

В конце прошлого года стало известно, что НАСА испытывает новый облегчённый скафандр, поскольку Z-1 оказался слишком громоздким. Шаг назад? И вот второй: новый костюм станет модифицированной версией оранжевого костюма ACES, разработанного еще в 1960-х. Скафандр будет использоваться командой космического корабля «Орион», который будет ловить астероиды для сбора образцов и анализа. К сожалению, космическое агентство не приоткрывает завесу тайны над этой загадочной миссией, поэтому известно о ней не так много.

Два шага назад? Вот вам третий: челнок «Орион», по сути, является обновленным модулем «Аполлона». И здесь все элементы пазла складываются воедино: внутри ракетного модуля «Орион» слишком мало места, чтобы там можно было развернуться в скафандре типа EMU или Z-1. Кроме того, новый скафандр будет универсальным и предназначенным для работы как внутри, так и снаружи. Сами представители НАСА особенно подчеркивают такие плюсы нового скафандра, как низкая стоимость производства и наличие уже готовой системы жизнеобеспечения космонавта в новом скафандре. Однако есть твёрдая надежда, что Z-1, а вслед за ним и недавно анонсированный Z-2 всё же будут использовать, но в других миссиях.

Оранжевый оттенок был выбран для скафандров ACES из соображений безопасности. Это один из самых ярких цветов как в море, так и в космосе. Найти и спасти заблудшего космонавта было бы проще.

«Вторая кожа»

За время полёта в космосе позвоночник космонавта вытягивается на семь сантиметров. Это приводит к жутким болям в спине, что, конечно же, вызывает беспокойство у космических агентств. Специально для Европейского космического агентства немецкие инженеры разработали плотно прилегающий к телу костюм Skinsuit, который сшит из двунаправленной эластичной ткани из полиуретанового волокна. Костюм плотно сдавливает тело от плеч до стоп, имитируя обычное давление. Летные испытания костюма, сделанного из спандекса, запланированы на 2015 год. Впрочем, некоторые инженеры в своих разработках зашли ещё дальше.

Совсем недавно научный сотрудник лучшего в мире вуза (по версии QS) - Массачусетского технологического института - Дэва Ньюмен представила новый скафандр, над которым работала более десяти лет. Он называется Biosuit и, по мнению многих, может произвести революцию в освоении космоса силами людей.

Облегающий скафандр предоставляет астронавтам большую мобильность и предупреждает травмы («на плечах» астронавтов - 25 операций из-за травм от тяжелых скафандров). Основным мотивом работы Ньюмен было то, что женщины ниже определенного роста не могли использовать EMU, поскольку просто не делают таких маленьких скафандров. Для самой Дэвы это важный факт, поскольку высоким ростом она не отличается. Но есть и другие мотивы.

Во-первых, современные скафандры весят около 100 килограммов. Да, они предназначены для использования в невесомости, но с ними приходится возиться. Во-вторых, пространство само по себе не является пустым. В космосе также есть газ, и для стабилизации давления изнутри и снаружи скафандр «раздувается», ещё больше осложняя движения человека. Biosuit представляет собой плотно стянутую ткань из полимеров и активных материалов - сплава никеля и титана, поэтому самостоятельно оказывает давление на ткань человека, предотвращая её расширение и оставаясь при этом упругим и эластичным.

Также, поскольку этот костюм разделен на автономные секции, в случае прокола одной части у космонавта будет время наложить «повязку». Современные скафандры такого не умеют: треснул значит треснул, разгерметизация происходит по всей ширине предмета одежды. Однако у Дэвы остаются определённые проблемы со шлемом, поэтому сама изобретательница признаёт, что, как ни крути, скорее всего, мы увидим симбиоз EMU и Biosuit. Компромиссным решением было бы оставить нижнюю часть от Biosuit и шлем от EMU. Это обеспечит космонавта нужной мобильностью и проверенной безопасностью шлема. До первых полётов на Марс ещё есть время - и возможность придумать что-то новое.

Поехали?

Что касается начинки скафандров, то учёные серьёзно планируют превратить космонавтов будущего в ходячие лаборатории. Команда учёного Патрика Макгира из Чикаго занимается разработкой портативного компьютера для скафандра, который сможет самостоятельно (или почти самостоятельно - при помощи алгоритмов искусственного интеллекта на основе нейронных сетей) проводить целый ряд анализов: от оценки ландшафта до микроскопической структуры камней. Этот разумный скафандр готовится для полётов на Марс и успешно проходит испытания в полузасушливых районах Испании и отличил лишайник от налёта на камне. В диких условиях какого-нибудь Марса такой помощник может стать бесценным.

Конечно, только костюмами космонавтов современные разработки не ограничиваются. Эпоха космических путешествий объявляется открытой - и кто знает, может быть, именно вы войдёте в число первых космических туристов. В январе успешно прошёл третий и очень впечатляющий тестовый полёт космического корабля Space Ship Two, созданием которого занимается Virgin Galactic и лично Ричард Брэнсон. Похоже на то, что именно «Девственная галактика», по всей видимости, станет первой компанией, предоставляющей шикарную экскурсию на околоземную орбиту, а может, и дальше.

Скафандры для нас с вами тоже готовятся. Американская компания Final Frontier Design представила легкий вариант костюма 3G Space Suit для космических туристов. Удобный, лёгкий (всего семь килограммов - это вам не 100-килограммовый EMU) и недорогой скафандр создавался четыре года на гребне славы предыдущего изобретения компании, сорвавшего престижную награду Popular Science 2013, - особых космических перчаток. Только послушайте, как круто звучит: «Плавленый слой нейлона с уретановым покрытием, 13 уровней под индивидуальный размер, кольцо из углеродного волокна вокруг талии, съёмные перчатки, встроенный коммуникационный разъём, а также охлаждающие контуры в районе груди, рук и ног, защищающие путешественника от перегрева…»

Кажется, запахло космосом. Выбирайте костюм по плечу и приготовьтесь увидеть, как на лунном востоке поднимается слепящий шар - наша с вами Земля.

Следует начать с самого определения слова скафандр, которое с древнегреческого дословно переводится как «судно человека» или «лодкочеловек». Первым употребил данное слово, в известном нам смысле, французский аббат и математик Ла Шапель для описания разработанного им костюма. Упомянутый костюм являлся аналогом водолазного и предназначался для комфортной переправы солдат через реку. Несколько позже были созданы авиационные скафандры для летчиков, цель которых – обеспечить спасение летчика при разгерметизации кабины и во время катапультирования. С началом космической эры сформировался новый тип скафандра – космический.

Скафандр первого космонавта («СК-1») – Юрия Гагарина, был спроектирован как раз на базе авиационного костюма «Воркута». «СК-1» являлся мягким типом скафандра, который состоял из двух слоев: термопластика и герметичной резины. Внешний слой скафандра был обличен в оранжевый чехол, для более удобного проведения поисковых работ. Кроме того, под скафандр надевался теплозащитный комбинезон. К последнему крепились трубопроводы, задача которых заключалась в вентиляции костюма, вывода влаги и углекислоты, выделяемой человеком. Вентиляция происходила при помощи специального шланга, подключаемого к скафандру внутри кабины. Также «СК-1» имел так называемое ассинтезирующее устройство – нечто вроде эластичных трусов со сменными поглощающими прокладками.

Основная цель такого скафандра – уберечь космонавта от пагубного влияния окружения в аварийной ситуации. Поэтому при разгерметизации вентиляционный шланг мгновенно отсекался, опускалось забрало шлема и запускалась подача воздуха и кислорода из баллонов. При нормальной работе корабля, время работы скафандра составляло около 12-ти суток. В случае же разгерметизации или неполадки системы жизнеобеспечения (СЖО) – 5 часов.

Современный космический скафандр

Выделяют два основных типа космических скафандров: жесткий и мягкий. И если первый может вместить внушительный функционал системы жизнеобеспечения и дополнительные защитные слои, то второй — менее громоздкий и значительно повышает маневренность космонавта.

К первому выходу человека в открытый космос (Алексей Леонов) космические скафандры разделились еще на три типа: для спасения в случае аварийной ситуации, для работы в открытом космосе (автономный), а также универсальный.

Базовой моделью российского скафандра без выхода в открытый космос является «Сокол», американского «ACES». Первая модель «Сокола» вошла в эксплуатацию в 1973-м году, и надевается космонавтами при каждом полете на кораблях «Союз».

«Сокол»

Конструкция современной версии скафандра («СОКОЛ КВ-2») включает два склеенных слоя: силовой – снаружи, и герметичный – внутри. К гермооболочке подведены трубопроводы для осуществления вентиляции. Трубопровод для подведения кислорода подключен только к шлему скафандра. Габариты скафандра зависят напрямую от параметров человеческого тела, но имеют требования к космонавту: рост 161-182 см, обхват груди – 96-108 см. В целом значительных нововведений в этой модели не было и скафандр отлично справляется с поставленной целью – сохранение безопасности космонавта во время космической транспортировки.

«Орлан-МК»

Советский космический скафандр, предназначенный для ведения работ в открытом космосе. Модель МК применяется на МКС с 2009-го года. Данный скафандр является автономным и способен поддерживать безопасную работу космонавта в открытом космосе в течение семи часов. В конструкцию «Орлан-МК» входит небольшой компьютер, который позволяет видеть состояние всех систем скафандра во время внекорабельной деятельности (ВКД), а также рекомендации в случае неполадок какой-либо из систем. Шлем скафандра имеет золотое напыление для уменьшения вредного влияния солнечных лучей. Стоит отметить, что в шлеме имеется даже специальная система для продувки ушей, которые закладывает при изменении давления внутри скафандра. Ранец, расположенный позади скафандра, содержит механизм снабжения кислородом. Вес «Орлан-МК» составляет 114 кг. Время работы вне корабля – 7 часов.

О стоимости такого скафандра можно лишь предполагать: в диапазоне от 500 тыс. долларов до 1.5 млн долларов.

«A7L»

Настоящие испытания для разработчиков скафандров начались с момента начала подготовки высадки астронавтов на Луну. Для осуществления поставленной задачи был разработан скафандр «A7L». Кратко говоря о конструкции данного скафандра, следует упомянуть несколько особенностей. «A7L» состоял из пяти слоев, имел теплоизоляцию. Внутренний гермокостюм имел несколько разъемов для СЖО, внешняя прочная оболочка включала два слоя: противометеорный и огнестойкий. Сама оболочка была сделана из 30-ти различных материалов для обеспечения вышеупомянутых характеристик. Заметным компонентом «A7L» являлся носимый на спине ранец, который содержал основные компоненты СЖО. Примечательно, что во избежание перегрева астронавта, а также запотевания гермошлема, внутри скафандра циркулировала вода, которой передавалось тепло, выделяемое телом человека. Нагретая вода поступала в ранец, где охлаждалась посредством сублимационного холодильника.

«EMU»

Extravehicular Mobility Unit или «EMU» — американский костюм для внекорабельной деятельности, который наряду с «Орлан-МК» используется космонавтами для выхода в открытый космос. Является полужестким костюмом, по большей части схожем с российской разработкой. Среди некоторых отличий:

• Литровый контейнер с водой, подключенный трубкой к шлему;
• Усиленный корпус, способный выдерживать температуры в диапазоне от –184 °с до +149°с;
• Время работы в открытом космосе – 8 часов;
• Несколько меньшее давление внутри скафандра – 0,3 атм., в то время как у «Орлан МК» — 0,4 атм.;
• Имеется видеокамера;
• Наличие вышеперечисленных особенностей сказалось на весе костюма, который составляет около 145 кг.

Стоимость одного такого скафандра составляет 12 млн долларов.

Одежда космонавтов будущего

Недалеко заглядывая, скажем о введение в эксплуатацию новой модификации скафандра «Орлан-МКС» в 2016-м году. Основными особенностями данной модели является автоматическая терморегуляция, в зависимости от сложности выполняемой космонавтом работы в данный момент, и автоматизация подготовки скафандра для выполнения выхода в открытый космос.

НАСА также занимается разработкой новых скафандров. Один из таких прототипов уже проходит тестирование – «Z-1». Несмотря, что «Z-1» внешне очень схож со скафандром Базза Лайтера из мультфильма «История игрушек», его функционал имеет некоторые значительные инновации:

• Наличие универсального порта в задней части скафандра позволит подключать к нему как автономную СЖО, в виде ранца, так и систему жизнеобеспечения, предоставляемую кораблем;
• Повышенная подвижность астронавта в скафандре достигнута за счет: новая технология «вставок» в местах сгиба частей тела, мягкая конструкция костюма, а также относительно небольшой вес – около 73-х кг, в сборке для ВКД. Мобильность астронавта в «Z-1» настолько высока, что позволяет ему наклониться и достать до пальцев ног, присесть на колено, а то и вовсе сесть в позу похожую на позу «лотоса».

Но с «Z-1» уже на начальных этапах возникли проблемы – его громоздкость не позволяет находиться в нем астронавтам на борту некоторых космических кораблей. Поэтому НАСА, помимо «Z-1» и уже анонсированной модификацией — «Z-2», сообщает о работе над еще одним прототипом, особенности которого пока не раскрываются.

Нельзя не отметить, что в данной области возникают и инновационные смелые предложения, наиболее известное из которых — «Biosuit». Дэва Ньюмен — профессор Аэронавтики одного из лучших вузов мира (Массачусетского технологического) работала над концепцией такого костюма более 10-ти лет. Особенностью «Biosuit» является отсутствие пустого пространства в костюме для наполнения его газами с целью создания внешнего давления на тело. Последнее – производится механическим образом при помощи сплава титана и никеля, а также полимеров. То есть скафандр сам стягивается, создавая давление на тело. Будучи разделен на сегменты, «Biosuit» «не боится» проколов скафандра в том или ином места, так как место прокола не приведет к разгерметизации всего костюма, и может быть просто заклеено. Кроме того, данная технология значительно понизит вес скафандра и предотвратит травмы астронавтов, возникающие в результате работы в тяжелом костюме. Что еще остается в процессе разработки – так это шлем, который, к сожалению, по указанной технологии создать скорее всего не удастся. А посему, вероятно, в будущем нас ожидает некий симбиоз скафандра «Biosuit» и «EMU».

Подводя итоги, хочется отметить, что стремительное развитие технологий приводит к столь же стремительному развитию космической техники, инструментов и снаряжения. Тормозным фактором развития скафандров может быть лишь финансирование, так как данное снаряжение стоит миллионы долларов.

Идея создания скафандра появилась еще в XIX веке, когда гений фантастики Жюль Верн опубликовал свое «С Земли на Луну прямым путём за 97 часов 20 минут». Бывший на короткой ноге с наукой, Верн понимал, что космический костюм пройдет долгий путь своего развития и будет абсолютно непохож на водолазный.

Нынешние скафандры – это сложный комплекс одежды и устройств, служащих для защиты человека от неблагоприятных факторов космического путешествия. Параллельно с эволюцией этого комплекса увеличивалась дальность полетов и усложнился характер работ, производимых астронавтами. Мы проследили за историей развития скафандростроения от начала прошлого века до наших дней.

Так в 1924 году ученые представляли себе скафандр будущих космонавтов. В то время они уже понимали, что космический скафандр должен отличаться от водолазного костюма. Однако разработка принципиально нового костюма все же велась на его основе.

X-15

В 1956 году ВВС США принялись за разработку высотных костюмов, призванных защищать человека от перепадов давления. Несмотря на его смешной вид, двигаться в этом скафандре было вполне возможно. Но этот прототип так и не поступил в производство.

Спасательный скафандр-1 был разработан в СССР в 1961 году для полетов на кораблях серии «Восток». Первые скафандры шились по размерам отобранных для полета космонавтов – Ю. Гагарина и его дублеров – Г. Титова и Г. Нелюбова.

Алан Шепард, участвовавший в первом космическом полете американских астронавтов «Меркурий-7» в 1961 году, был одет именно в такой костюм. Этот скафандр плохо изменял свою форму, и под высоким давлением астронавты были практически обездвижены.

Также известный как АХ1-L, был произведен в 1963 году. Черные резиновые спирали на коленях, локтях и бедрах позволяют астронавтам свободно сгибать свои конечности. Поддерживающая система из ремней на груди удерживает костюм от чрезмерного расширения. Без нее скафандр под давлением раздулся бы как воздушный шарик.

ILC Industries– компания, заключившая контракт с НАСА на разработку космических скафандров – создала А5-L в 1965 году. Прототип был выполнен из голубого нейлона. Космонавты, высадившиеся в первый раз на Луну, расхаживали там как раз в модифицированной версии этого костюма.

Разработанный компанией Gus Grimsson в том же 1965 G3-C скафандр состоял из 6 слоев белого нейлона и одного слоя номекса (огнеупорного материала). Разноцветные клапаны на костюме служили для вентиляции воздуха в нем. Синие – для накачивания внутрь «хорошего» воздуха, красные – для удаления углекислого газа.

Прототип «Ястреба» был создан и испытан в 1967 году. Он представлял собой скафандр мягкого типа со съемным металлическим шлемом. Первыми космонавтами, использовавшими скафандр «Ястреб», стали Е. Хрунов и А. Елисеев во время полета кораблей «Союз-4» и «Союз-5».

АХ-2 был выполнен из фибергласа и слоистого пенопласта. Его прототип разработали в исследовательском центре Эймса, отделении НАСА в 1968 году. Стальные пружины на талии позволяли астронавтам легко наклоняться, но этот громоздкий скафандр имел существенный недостаток: в тесных условиях космического корабля в нем было очень неудобного перемещаться.

«Орлан» создан в СССР для защиты космонавтов при работе в открытом космосе. Эта модель скафандра была создана в 1969 году и с тех пор постоянно модифицируется и улучшается. В настоящее время модифицированный вариант «Орлана» обеспечивает безопасную внекорабельную деятельность космонавтов с МКС.

Z-1 был разработан и сконструирован ILC Dover, и по версии журнала «Тайм» был назван лучшим изобретением 2012 года. Для более эффективного контроля давления используется сочетание нейлона и полиэстера. А для ускорения процесса одевания, вход в скафандр расположен сзади, в отличие от предыдущих моделей.

Согласно идее инженеров, эластичная ткань скафандра нового поколения будет выложена по всей площади тонкими нитями из никель-титанового сплава. Подключенный к источнику питания костюм заставит нити сократиться, плотно облегая тело астронавта. В таком защитном облачении люди смогут с легкостью передвигаться по поверхности иных планет.