Скафандр
Скафандр (от греч. σκάφος — «лодка» и ἀνήρ — «человек»)[1] — космический костюм-снаряжение для сохранения жизни человека и защиты от вредного влияния внешней среды (жидкостей, газов, излучений).
Скафандры защищают космонавтов в открытом космосе от экстремально низкой температуры и позволяют им свободно передвигаться.
История[править]
- В 1775 году французский аббат и математик Жан-Батист де ла Шапель предложил создать костюм из пробкового дерева для погружения в воду[2].
- В 1920-е годы в Англии стали применять водолазные костюмы для воздухоплавателей, так как чем выше поднимались летательные аппараты, тем более сложными становились условия для пилотов: низкие температуры, резкое изменение давления и кислородное голодание. Герметичный костюм помогал решать эти проблемы, но лишь до определенных высот.
- В 1936 году в СССР советский изобретатель, инженер Института авиационной медицины Евгений Чертовский разработал модель скафандра Ч-3, содержавшую в себе практически все элементы современных космических костюмов, включая термобельё. Чертовский также разработал порядка семи модификаций скафандров и первым решил проблему подвижности. Поскольку первые модели скафандров при поднятии на высоту раздувались, находящемуся внутри человеку было крайне сложно даже согнуть руку. Чертовский внедрил в конструкцию скафандра систему шарниров, что значительно повысило его мобильность[3].
Толчком к работе над скафандром, который позволит совершать полёты в космос, стала индустрия кинематографии. В 1936 году в СССР сняли фантастический фильм «Космический рейс». В работе над фильмом принимал участие Константин Циолковский. После выхода фильма молодые инженеры Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) стали вплотную заниматься созданием космического скафандра.
- В1940 году на основе полученного опыта инженеры ЦАГИ создали последний довоенный советский скафандр СК-ЦАГИ-8. Его испытали на истребителе И-153 «Чайка»[4].
В послевоенные годы инициатива по конструированию скафандров для космонавтов перешла к инженерам Летно-исследовательского института. Конструкторы получили задание на создание костюмов для авиационных пилотов, осваивающих новые высоты и развивающих новые скорости.
- в октябре 1952 года на заводе № 918 в подмосковном Томилине был создан специальный цех, который в дальнейшем получил название НПП «Звезда». Именно там был изготовлен скафандр Юрия Гагарина[3] , а также скафандры для актрисы Юлии Пересильд и режиссера Клима Шипенко для съёмок художественного фильма «Вызов» на МКС[5]
Первоначально планировалось отправлять космонавта в герметичной капсуле. Позднее капсулу заменили на кресло, и необходимость скафандра, который спасёт жизнь космонавту при любом ЧП, стала очевидной.
- В 1959 −1960 годы под руководством Сергея Павловича Королёва был создан первый в мире космический скафандр СК-1, основанный на высотном костюме «Воркута», предназначавшемся для пилотов истребителя-перехватчика Су-9. Для пребывания в космосе в шлеме установили автомат, управляемый датчиком давления: если оно резко падало, механизм мгновенно захлопывал прозрачное забрало[4].
Скафандр СК-1 использовался в пяти пилотируемых полётах кораблей «Восток». Только для полёта «Востока-6», в кабине которого находилась Валентина Терешкова, был создан скафандр СК-2, учитывающий особенности женской анатомии[4]
Скафандр — это не просто костюм. Это космический корабль, повторяющий форму тела. В начале ХХ века учёные уже знали, что условия в космосе и на других планетах сильно отличаются от земных.
Для будущих космических полётов нужно было придумать костюм, который защищал бы человека от воздействия убийственной внешней среды.— Антон Первушин
Типы скафандров[править]
В зависимости от способа образования дыхательной смеси различают вентиляционные, или вентилируемые скафандры, где кислород поступает по шлангу из какого-либо источника, например из баллона, и регенерационные скафандры, где выдыхаемая газовая среда в специальном патроне очищается от углекислого газа и влаги, обогащается кислородом и возвращается в систему.[6]
В зависимости от задачи, выполняемой космонавтом, скафандры делятся на перечисленные ниже типы.
Для выхода в открытый космос[править]
Предохраняет космонавтов от микрометеоритных частиц, от перегрева на солнечной стороне Земли и охлаждения в теневой, защищает глаза от солнечного излучения. Такой скафандр связывается с космическим кораблём гибким фалом-шлангом, по которому подаётся дыхательная смесь, либо имеет автономную систему жизнеобеспечения. Пример — скафандр «Орлан», позволяющий российским космонавтам выходить в открытый космос для работы вне станции.
Аварийно-спасательные[править]
Используются при аварийной ситуации — разгерметизации космического корабля в полете или во время стыковки, при отклонении параметров атмосферы в кабине от расчётных значений. Пример — скафандр «Сокол»
Для выхода на поверхность небесных тел[править]
В таком скафандре космонавт может самостоятельно передвигаться по поверхности небесного тела, а также подниматься после падения. Скафандры подобного типа бывают мягкими и жёсткими[6]. Силовая оболочка мягкого скафандра изготовляется из ткани и при отсутствии давления внутри облегает тело космонавта, не ограничивая его движений. Скафандр жёсткого типа имеет твёрдую оболочку из металла или пластмассы, выполненную по форме тела, с шарнирами в местах суставов.
Серии[править]
Серии скафандров различаются по назначению и времени выпуска.
СК[править]
Скафандр СК-1 использовался на кораблях серии «Восток». На первом отправился в космос Юрий Гагарин, а на последнем — Валентина Терешкова, для которой был создан специальный скафандр СК-2 с учётом женской анатомии. Основой для создания такого скафандра был взят лётный костюм «Воркута», предназначвшийся для пилотов истребителя-перехватчика Су-9.
Беркут[править]
«Беркут» — первый скафандр для выхода в открытый космос. Кроме безопасного нахождения за пределами корабля, скафандр также предназначался для спасения экипажа в случае разгерметизации космического аппарата. Это скафандр мягкого типа, без жёсткого каркаса. Ранец с кислородными баллонами надевался космонавтом в спускаемом аппарате корабля перед выходом и крепился к скафандру посредством подвесной системы. Чистое время нахождения Алексея Леонова в этом скафандре в открытом космосе составило 12 минут.
Скафандр «Ястреб» — преемник «Беркута». Использовался всего один раз, в 1969 году, при стыковке кораблей «Союз-4» и «Союз-5», когда впервые в мире космонавты Алексей Елисеев и Евгений Хрунов перешли из одного космического корабля в другой через открытый космос в скафандрах с автономной системой жизнеобеспечения[7]
Кречет-94
Скафандр полужесткого типа предназначался для экспедиции на Луну. Человек не надевал скафандр, а входил в него, для чего в задней части конструкции был предусмотрен люк. Скафандр имел собственные системы радиосвязи, телеметрии, устройство обеспечения питьевой водой и удаления жидких отходов. Однако по назначению данный скафандр использовать не довелось — лунная программа была закрыта.
Орлан[править]
Скафандр «Орлан-МКС» — это разработка 2006 года. Его масса вместе с системой жизнеобеспечения порядка 110 кг. «Орлан-МКС» — на сегодняшний день самый совершенный скафандр для работы в открытом космосе. Конструкция штанин и рукавов позволяет подогнать их под любой рост. На станции МКС постоянно хранятся три экземпляра «Орлана-МКС» (два рабочих и один запасной). Ресурс скафандра: до 15 выходов в открытый космос. Скафандр настолько комфортен, что предусмотрена даже так называемая «чесалка для носа», или устройство Вальсальва.
Сокол[править]
Скафандры серии «Сокол» — часть экипировки экипажей кораблей «Союз» при взлете и возвращении с орбиты, а также при стыковке и расстыковке с космической станцией. Подключен к бортовой системе вентиляции, а при разгерметизации корабля система подачи переключается с кислородно-воздушной смеси на чистый кислород. Время работы скафандра в штатном режиме 30 часов, а в автономном аварийном до двух часов. Скафандры серии «Сокол» успешно используются с 1973 года по сей день. Все они именные и изготавливаются индивидуально для каждого космонавта.
IVA[править]
Внутрикорабельный скафандр, используется на корабле Crew Dragon SpaceX. Изготовлен из огнеупорного кевлара и номекса. Единая точка подключения на ноге космонавта обеспечивает жизненно важные соединения как для воздуха, так и для питания. Перчатки предназначены для работы с сенсорным управлением.
EVA[править]
Некорабельный скафандр, предназначен для использования в космическом вакууме вне корабля. Функционирует как портативный космический корабль, предоставляя пассажиру все необходимое для выживания в течение длительного времени в неблагоприятной среде. Костюм EVA состоит из 16 слоев промышленно сшитого материала, способен удерживать кислород внутри скафандра и защищать от космической пыли.
Состав[править]
Скафандры по составу отличаются в зависимости от места нахождения космонавта.
Для работы в открытом космосе
Скафандр мягкого типа состоит из верхней одежды, экранно-вакуумной тепловой изоляции, защиты от метеоров, защитной, силовой и герметичной оболочек, вентилирующей системы, шлема, системы охлаждения, ботинок.
Верхняя одежда предохраняет скафандр от механических повреждений и отражает лучистую энергию Солнца. Изготовляется из термостойкой ткани белого цвета, например стекловолокна. Тепловая изоляция расположена под одеждой и состоит из несколько слоев тонкой плёнки с алюминированной поверхностью, разделённых сеткой из стекловолокна.
Защитой от микрометеоритных частиц служит весь скафандр и специальный костюм из фетра или прорезиненной синтетической ткани. Герметичная оболочка делается из резины или прорезиненной ткани. Система охлаждения включает костюм с водяным охлаждением (или испарительный костюм) и агрегаты, охлаждающие циркулирующую в системе воду. Шлем снабжается светофильтрами[6]
Внутри корабля[править]
Кроме скафандра, космонавту на орбите требуется повседневная и рабочая одежда. На первый взгляд она почти неотличима от земной, но на самом деле соответствует особым условиям космоса.
Повседневную одежду и бельё для космонавтов шьют из почти стопроцентного хлопка, в который иногда добавляют нити эластана, чтобы придать ткани лучшую форму и гладкость[8].
Внешняя и рабочая одежда изготовлена из ткани, в которой содержится в среднем 53 процента хлопка и 47 процентов полиэфира.
Эксперименты с полностью синтетическими вещами закончились неудачно: они накапливали заряд и космонавтов часто било статическим током.— Светлана Крютченко, ведущего конструктора Института медико-биологических проблем Российской академии наук
Из-за микрогравитации, карманы на одежде должны закрываться на молнии или трикотажные застежки-велкро (липучки), чтобы в условиях невесомости оттуда не вылетали мелкие предметы. Кроме того, на некоторые вещи по желанию можно нашить ленты-липучки. На них крепятся съемные карманы, подсумки или инструменты[8].
Комплект белья для российских космонавтов рассчитан в среднем на три дня. В него входят: фуфайка с короткими и длинными рукавами, трусы или кальсоны, а также носки. Носки могут оснащаться защитными подушечками из силикона с внешней стороны, чтобы космонавтам было удобнее держаться за перекладины ногами. По истечении трехдневной нормы комплект белья не утилизируется, а используется для физических упражнений на тренажерах.
Грязная одежда запечатывается в герметичный контейнер и вместе с прочими отходами помещается в грузовой корабль «Прогресс», который отстыковывается от станции и сгорает в земной атмосфере вместе с мусором.
Возможности скафандров «Орлан»[править]
После первой высадки людей на Луну стали проектироваться костюмы, которые могут позволить космонавтам десантироваться на ближайшие планеты[3]. В настоящее время на борту МКС используются скафандры «Орлан» и его модификации. С 1977 года в этих костюмах совершено боле 130 парных выходов в открытый космос.
_2.jpg)
Для того, чтобы максимально обезопасить космонавта, основной корпус скафандра состоит из алюминиевого сплава, жёсткий корпус и гермошлем представляют собой единое целое. Рукава и штанины сделаны из мягкого подвижного материала.
Весь костюм снабжен несколькими слоями защиты, в том числе экранно-вакуумной теплоизоляцией. Под жёстким корпусом расположен мягкий терморегулирующий костюм, состоящий из трубок с циркулирующей по ним водой.
Ниже перечислен ряд особенностей и возможностей скафандра:
- система теплозащиты и теплообеспечения, для защиты от перепадов температуры на орбите, доходящих до 240 градусов между солнечной и теневой стороной Земли;
- система связи, передачи телеметрической информации;
- дисплей высокого разрешения, отображающий состояние всех систем скафандра и позволяющий управлять ими;
- отображение на экране местоположения космонавта относительно самой станции, так как МКС представляет собой комплекс из большого количества объектов;
- защита от солнечной радиации и метеорного вещества;
- возможность выполнять работу около корабля, в подобном костюме космонавт может находиться в автономном режиме жизнеобеспечения до 7 часов;
- самостоятельное надевание и снятие костюма, при его весе 110 кг;
- использование единого размера скафандра для космонавта при его росте от 165 до 190 см;
- возможность обслуживания скафандра на орбите без участия Земли;.
- простота замены отдельных элементов[3].
Самая современная модификация скафандра «Орлан-МКС»: модернизированный, компьютеризированный, синтетический. В новой модификации скафандра космонавт сможет находиться в автономном режиме до 10 часов. «Орлан-МКС» оснащён запасом питьевой воды и оборудован «чесалкой» для носа. Космонавт может надеть его самостоятельно за 5 минут без посторонней помощи.[3].
Ограничения[править]
Может ли космический скафандр плотно прилегать телу? Разработки подобных скафандров ведутся с 50-х годов прошлого века, к их достоинствам относится гораздо большая подвижность.
Атмосферное давление[править]
Когда человек находится на поверхности Земли, он испытывает на себе давление многокилометрового столба атмосферы. При этом тело не испытывает дискомфорта, поскольку внешнее давление уравновешивается внутренним давлением в человеческом организме. При отсутствии атмосферного давления и длительном пребывании в вакууме практически неизбежен летальный исход.
Чтобы защитить космонавтов от вакуума и создать для них комфортные условия, скафандры делают просторными внутри и закачивают внутрь воздух под атмосферным давлением. Благодаря этому внутри такого скафандра человек надёжно защищён от космического вакуума. Тем не менее, подвижность космонавтов в подобных громоздких скафандрах крайне ограничена.
Подвижность астронавта[править]
Одной из главных проблем на сегодняшний день является проектирование суставных соединений. При сгибании и разгибании суставов внутренний объем скафандра должен оставаться неизменным, иначе могут возникнуть перепады давления. Подобные суставные соединения еще более ограничивают подвижность космонавтов в скафандре.
Микрогравитация[править]
С физиологической точки зрения основной проблемой становится микрогравитация. Также космонавты сталкиваются с головными болями, проблемами со сном, вялостью и заторможенностью движений. На космических станциях предусмотрены различные тренажеры и разработаны специальные фармакологические препараты для сокращения периода адаптации космонавта, а также снижения негативных факторов влияния невесомости на организм[8].
Адаптация[править]
Помимо прочего, космонавту необходимо адаптироваться эмоционально. Ученые выявили, что, находясь в космосе, человек проходит несколько стадий смены настроения, среди которых скука, апатия, раздражительность, после чего наступает эйфория. По словам космонавтов, находясь на орбите, они чувствуют боль не так остро, как на Земле, и микротравмы не причиняют никаких болевых ощущений. Несколько лет назад ученые начали изучать этот вопрос, и исследования продолжаются до настоящего времени[3]
С учетом всех ограничений, в современных скафандрах люди могут выполнять различные весьма сложные задачи, например строительство МКС или ремонт телескопа Хаббл.
Примеры[править]
Скафандр «Беркут» был разработан специально для достижения космических рекордов[3]. В отличие от скафандра СК-1, новый костюм имел вторую герметичную оболочку, шлем со светофильтром и заплечный ранец с кислородными баллонами, запаса которых хватало на 45 минут. Кроме того, космонавт был соединён с кораблём семиметровым фалом, в состав которого входили амортизирующее устройство, стальной трос, шланг аварийной подачи кислорода и электрические провода.
Космический корабль «Восход-2» стартовал 18 марта 1965 года. В начале второго витка Алексей Леонов покинул борт, а командир экипажа Павел Беляев торжественно заявил по радиосвязи:
Внимание! Человек вышел в космическое пространство!— Командир экипажа Восход-1 Павел Беляев
Изображение парящего на фоне Земли космонавта было опубликовано в средствах массовой информации по всему миру. Леонов находился в открытом космосе 23 минуты 41 секунду[3].
_2.jpg)
Скафандры SpaceX были разработаны специально для полётов на космическом корабле Crew Dragon и шились индивидуально под каждого из членов первого экипажа корабля[9]. Дизайнером новинки выступил известный голливудский костюмер Хосе Фернандес, автор костюмов супергероев из фильмов «Бэтмэн против Супермена», «Фантастическая четвёрка», «Железный человек 2» и «Люди Икс 2». Фернандес реализовал задачу владельца и главного идеолога SpaceX Илона Маска.
Скафандры подобного типа, как и российские «Сокол», а также голубые скафандры Boeing, предназначенные для полетов на корабле Starliner, разработаны исключительно для использования на борту космического корабля и предназначены для защиты астронавтов в случае непредвиденной разгерметизации корабля[9].
Эти скафандры не могут защитить астронавтов во время выхода в открытый космос и работах на внешней поверхности корабля— Профессор Университета Северной Дакоты Пабло Де Леон
Скафандр для «внекорабельной мобильности» AxEMU — Axiom Extravehicular Mobility Unit разработан инженерами NASA, в Axiom Space миссии Artemis III, запуск которой намечен на декабрь 2025 года.
Скафандры, предназначенные для использования астронавтами на Луне, будут иметь белое покрытие, отражающее тепловые лучи и защищающее владельца от экстремально высоких температур и воздействия солнечной радиации. Скафандр изначально проектировался для использования членами экипажа независимо от их пола и физического состояния[10].
Хошиди в скафандре EMU во время тренировки к 32 экспедиции
МКС-10. Американский астронавт Лерой Чиао в российском скафандре «Орлан» во время выхода в открытый космос
Бортинженер 22-й экспедиции Олег Котов во время выхода в открытый космос
Схема надевания скафандра типа «Орлан»
Источники[править]
- ↑ Словарь Крылова Скафандр (2023). Проверено 19 мая 2023.
- ↑ Как появилось слово «скафандр»?. Вокруг света. Проверено 30 мая 2023.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 Просто о сложном. Скафандр. Государственная корпорация по содействию разработке, производству и экспорту высокотехнологичной промышленной продукции «Ростех» (27.03.2018). Проверено 19 мая 2023.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Антон Первушин Скафандр. История и устройство // MIRF.RU : журнал. — 2015.
- ↑ ТАСС Для Пересильд начали изготавливать скафандр для полета на МКС // Kino.mail.ru : новости. — 2021.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 Вологодская областная универсальная научная библиотека Скафандр // https://www.booksite.ru : сайт.
- ↑ Центр Космонавтика и Авиация Космические скафандры. Макеты и натурные образцы. // АО «ВДНХ». — 2021.
- ↑ 8,0 8,1 8,2 Дмитрий Левин Одеться в космос. Что космонавты носят на МКС // N + 1 Интернет-издание / Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-67614. — 2021.
- ↑ 9,0 9,1 Американский эксперт сравнил скафандр SpaceX с российским "Соколом" // РИА-Новости. — 2019.
- ↑ Сергей Сурабекянц Axiom представила скафандр для будущей экспедиции NASA на Луну // 3dnews.ru : Журнал. — 2023.
|
Одним из источников этой статьи является статья в википроекте «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Скафандр», находящаяся по адресам:
«https://baza.znanierussia.ru/mediawiki/index.php/Скафандр» «https://znanierussia.ru/articles/Скафандр». Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.
|