А. ДУБРОВСКИЙ. Фото И. Константинова.

В этих скафандрах российские дворняжки первыми из землян преодолели силу притяжения планеты.

Скафандр СК с помощью разъема подключался к системе вентиляции, смонтированной в кресле космонавта.

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

Для перехода космонавтов из одного корабля в другой ранец с системой жизнеобеспечения скафандра "Ястреб" пришлось подвешивать у ног.

Наука и жизнь // Иллюстрации

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

На груди скафандра "Кречет" была укреплена откидывающаяся приборная панель системы жизнеобеспечения. Клавиши органов управления системами скафандра размещались на верхнем торце панели.

В скафандре "Кречет" советский космонавт должен был ступить на поверхность Луны.

Скафандры последнего поколения "Орлан" находились на орбитальной станции, и ими мог воспользоваться любой космонавт, подогнав по своему росту.

Ранец крепится к кирасе на петлях, как дверь. При отведенном ранце отверстие в кирасе позволяет космонавту почти мгновенно забраться в скафандр.

Рычаг с кулачком служит для прижимания ранца к кирасе и его фиксирования.

Органы управления находятся в области груди и живота скафандра. Они снабжены зеркально сделанными надписями - ведь увидеть их можно только с помощью зеркальца, укрепленного на рукаве.

В наспинном ранце "Орлана" размещаются баллоны с газовой смесью для дыхания, насосы, теплообменник и другие устройства жизнеобеспечения.

У спасательных скафандров семейства "Сокол" задняя часть шлема выполнена мягкой, чтобы голова и шея космонавта плотно прилегали к ложементу, повторяющему форму его тела.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Перед тем как влезть в скафандр, космонавт облачается в сетчатый комбинезон, пронизанный системой трубочек, по которым циркулирует вода, отводя излишки тепла. Общая длина трубок около 100 м.

В феврале 1953 года на завод № 918 в подмосковном Томилине поступил необычный заказ - изготовить скафандр и катапультирующуюся тележку для… собачек. Завод был организован в конце 1952 года на базе одного из корпусов Центрального склада Министерства авиационной промышленности и имел опытное конструкторское бюро и научно-исследовательский отдел. Там должны были заниматься разработкой и изготовлением высотных скафандров для пилотов реактивных истребителей и бомбардировщиков. Ныне это предприятие известно во всем мире под названием "НПП Звезда".

В то время ракетостроители под руководством С. П. Королева готовились открыть новую - космическую - страницу в истории человечества. В случае успешных запусков четвероногих можно было реально думать об отправке в космос человека.

Скафандры для хвостатых космонавтов шили из трех слоев прорезиненной ткани в виде мешка с глухими рукавами для передних лапок и съемным шлемом сферической формы из органического стекла. Скафандр шнуровали на спине животного.

В отсеках вертикально взлетающих ракет монтировали по две тележки с "испытателями". В них устанавливали баллоны с кислородом под давлением 150 атмосфер. Со старта включалась подача кислорода, и на высоте 35 км катапультировалась одна тележка, а на высоте 75-90 км - другая. После этого собак спускали на парашютах, подача кислорода продолжалась до высоты 3-4 км, после чего автоматически открывался лючок, связывающий полость скафандра с атмосферой.

В начале 1960-х годов собак выводили на околоземную орбиту в кабине корабля "Восток". Тележки устанавливали на кресле для космонавта и проверяли как реакцию животных на условия космического полета, так и работу катапультного кресла. В полете скафандры вентилировали воздухом из кабины корабля. Так, в августе 1960 года успешно прошли запуск и приземление ставших всемирно знаменитыми дворняжек Белки и Стрелки.

ГАГАРИН МОГ ОТПРАВИТЬСЯ В КОСМОС В УТЕПЛЕННОМ ТРЕНИРОВОЧНОМ КОСТЮМЕ

Первые эксперименты показали, что для полета в космос человека нет непреодолимых преград, и в 1959 году на 918-м заводе началось проектирование скафандра для первых космонавтов. Однако уже в феврале 1960 года работа была приостановлена, поскольку у создателей корабля "Восток" во главе с К. П. Феоктистовым возникли проблемы с избытком массы корабля и необходимостью жестко экономить на оборудовании. Феоктистов вообще считал, что вероятность разгерметизации кабины значительно меньше, чем появление других ситуаций, грозящих катастрофическими последствиями, и поэтому скафандр, по его мнению, был излишеством. Инженеры из ОКБ-1 предлагали обойтись обычным утепленным костюмом, который мог пригодиться лишь при приводнении.

Споры между изготовителями скафандра и разработчиками корабля продолжались до лета 1960 года, и в дело пришлось вмешаться начальнику ОКБ-1 С. П. Королеву. Выслушав все аргументы за и против, он заявил, что готов "отдать" 500 кг, но чтобы скафандр с системой жизнеобеспечения был готов к концу года.

Специалисты "Звезды", имевшие к этому времени опыт создания скафандров для военных летчиков, с заданием справились. Первого в мире космонавта отправили в его славное путешествие в скафандре СК-1. Кстати, уже на старте обнаружилось, что на скафандре отсутствуют яркие опознавательные знаки, и чтобы после приземления Ю. А. Гагарина не приняли за шпиона (всем был памятен инцидент со сбитым в 1960 году американским летчиком Пауэрсом), инженер "Звезды" Виктор Давидьянц вывел красной краской на уже надетом на Гагарина шлеме надпись "СССР".

Скафандр сшили из двух слоев: силового лавсанового и герметичного резинового. Космонавта также одели в теплозащитный костюм. Запомнившийся всем оранжевый чехол к скафандру, собственно, не относился, и его роль сводилась лишь к облегчению поисковых работ, поскольку корабли "Восток" не имели системы мягкой посадки и космонавт после катапультирования из кабины приземлялся на парашюте.

Для поддержания комфортной температуры скафандр продували через шланг воздухом из кабины. При разгерметизации шланг отсекался, автоматически закрывался иллюминатор шлема и включалась подача воздуха, а затем кислорода из баллонов. Многих трудов стоило и решение проблемы, о которой не принято говорить вслух, а именно создание ассенизационных устройств (см. "Наука и жизнь" № 10, 2001 г.).

В скафандрах СК-1 летали все космонавты-мужчины на кораблях "Восток". Для В. В. Терешковой в "Звезде" изготовили скафандр СК-2, покрой которого учитывал особенности женской фигуры: более узкие плечи и широкие бедра.

ДЫШАТЬ И ДВИГАТЬСЯ

Скафандры типа СК были чисто спасательными, то есть не предназначались для проведения работ на орбите за пределами корабля. В 1964 году было решено осуществить запуск корабля "Восход-2", представлявшего собой модифицированный вариант "Востока", с выходом одного из двух членов экипажа в открытый космос. Для этого проекта нужен был принципиально новый скафандр, способный защитить космонавта от неблагоприятных условий открытого космоса, позволить выполнять определенные операции и имеющий автономную, не связанную с кораблем, систему обеспечения жизнедеятельности.

При разработке скафандра типа "Беркут" для внекорабельной деятельности (ВКД) пришлось искать компромисс. С одной стороны, в скафандре должно было поддерживаться достаточно высокое давление, чтобы у человека не возникло высотных декомпрессионных расстройств - аналога кессонной болезни . С другой стороны, давление не должно было сковывать движений космонавта. Дело в том, что в вакууме мягкая оболочка скафандра становится гораздо более жесткой. Например, покрышку футбольного мяча можно мять, сгибать, скручивать. Но стоит накачать мяч, и чтобы просто вмять поверхность покрышки, придется приложить большие усилия. В безвоздушном пространстве скафандр, как и мяч, расправляется, рукава расходятся в стороны, пальцы перчаток растопыриваются. Кроме того, под действием давления скафандр "растет": подошвы отходят от ступней, с рук сползают перчатки. В таких условиях даже простая съемка на кинокамеру становится тяжелым трудом. Правда, нет худа без добра. Развитие декомпрессионных расстройств идет более интенсивно при резких движениях, а в раздутом скафандре и плавно-то двигаться нелегко.

Эксперименты показали, что оптимальное давление газовой смеси в скафандре должно составлять порядка 400 гПа (0,4 атм) при возможности кратковременного снижения его до 270 гПа. Чтобы сохранить необходимое парциальное давление кислорода, его процентное содержание в смеси, подававшейся из баллонов в наспинном ранце, сделали выше, чем в атмосферном воздухе.

Как показали дальнейшие события, предусмотрительность конструкторов была совсем не лишней. При возвращении в шлюзовую камеру А. А. Леонов, видимо от волнения, по ошибке начал продвигаться в нее вперед головой. При штатном давлении ему не удавалось перевернуться, чтобы закрыть наружный люк. Снизив давление в скафандре, он смог это сделать, и все закончилось благополучно.

Поскольку выход в космос планировался на небольшое время, то для экономии места решено было обойтись без регенерационной установки: выдыхаемый воздух через предохранительный клапан уходил прямо в космическое пространство.

Скафандр "Беркут" имел еще ряд новшеств: двойную гермооболочку, экранно-вакуумную термоизоляцию, а шлем был снабжен светофильтром. Экранно-вакуумная изоляция, помещаемая под внешним чехлом, представляла собой несколько слоев металлизированной ткани и работала как сосуды Дьюара. Благодаря этому теплообмена между космонавтом и окружающим пространством практически не было.

ПРОДОЛЖЕНИЕ "ПТИЧЬЕЙ" ТЕМЫ

"Беркуты" стали первыми и последними универсальными скафандрами в истории освоения космоса. В них можно было выполнять работы в открытом космосе, а на участке снижения они становились спасательными. С началом полетов кораблей "Союз" руководство космической отрасли отказалось от применения в кабине спасательных скафандров, полагая, что она вполне надежна и гарантирована от разгерметизации. (К сожалению, впоследствии их заблуждение обошлось слишком дорого.)

Пока же было принято решение создать скафандр для длительного пребывания в открытом космосе, позволяющий переходить из одного корабля в другой.

Новый скафандр получил название "Ястреб". Основные изменения коснулись системы обеспечения жизнедеятельности. Ее снабдили элементами регенерации газовой смеси. Выдыхаемый воздух не выбрасывался наружу, а циркулировал по замкнутому контуру. Специальный патрон с гидрооксидом лития поглощал углекислый газ, в испарителе смесь охлаждалась, и там же конденсировалась излишняя влага, а затем смесь подпитывалась кислородом.

Ранец у "Ястреба" из-за этих дополнительных устройств получился довольно большим. Еще при наземных испытаниях выяснилось, что космонавт с ранцем, расположенным за спиной, с трудом протискивается в выходной люк диаметром 660 мм. Выход из положения нашли неординарный: ранец укрепили спереди на уровне ног космонавта.

В январе 1969 года в скафандрах "Ястреб" космонавты Е. В. Хрунов и А. С. Елисеев после стыковки кораблей "Союз-4" и "Союз-5" через открытый космос перешли в другой спускаемый аппарат.

СКАФАНДР ДЛЯ ПОЗЫ ЭМБРИОНА

Катастрофа, повлекшая в июне 1971 года гибель космонавтов Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева из-за разгерметизации кабины корабля "Союз-11" на спусковом участке, вновь заставила специалистов заняться спасательными скафандрами. Новые костюмы принципиально отличались от первых СК. На стартовом и спусковом участках космонавты в кораблях "Союз" располагались не в креслах, а на специальных ложементах, индивидуально отливаемых по фигуре для каждого члена экипажа. Поэтому шлем скафандра в задней части был мягким, чтобы голова и шея плотно прижимались к ложементу.

Необходимо было учитывать и еще одно условие. Оказалось, что человек лучше переносит перегрузки, находясь не в полулежачем положении, как на первых кораблях, а сгруппировавшись. Поскольку скафандр рассчитывали использовать только при взлете и посадке, то его кроили так, чтобы он наиболее комфортно облегал тело в так называемой позе эмбриона. Благодаря упрощенной системе обеспечения жизнедеятельности масса скафандров составляла всего 9-10 кг.

Скафандры семейства "Сокол", первые образцы которых появились в 1973 году, используют ся космонавтами до сегодняшнего дня.

ЛУННЫЕ КИРАСИРЫ

Еще в самом начале 1960-х годов перед разработчиками космической техники руководство страны поставило задачу готовить пилотируемый полет на Луну. Для лунной экспедиции, разумеется, нужны были особые скафандры. Специалисты предлагали два варианта: уже достаточно отработанный мягкий скафандр с надеваемым на спину ранцем и скафандр полужесткой конструкции, в которой корпус и ранец с системой жизнеобеспечения составляют одно целое. Оба варианта имели достоинства, но после скрупулезного анализа и тщательных сравнений на "Звезде" решили остановиться на полужесткой схеме.

Такой скафандр состоит из жесткого корпуса, или кирасы (в первых разработках кирасу изготавливали из стекловолокна, но позже стали применять более технологичный алюминиевый сплав АМГ-3), и мягких рукавов и штанин. К задней части кирасы на петлях крепился ранец с оборудованием - баллонами с кислородом, патроном для поглощения углекислоты, теплообменником, вентиляторами и еще многим другим оборудованием.

Космонавт не надевал скафандр, а влезал в него сзади, с помощью рычага с кулачком прижимал ранец к кирасе и закрывал шесть замков. Все это происходило гораздо быстрее, чем при использовании мягкого скафандра. Достоинством полужесткой конструкции было и то, что все шланги системы жизнеобеспечения проходили внутри скафандра и не было необходимости делать на корпусе дополнительные вакуум-плотные вводы.

Испытания прошли несколько модификаций скафандра, и наконец удалось найти оптимальный способ крепления рукавов и штанин к кирасе. Он обеспечивал хорошую подвижность и регулировку длины конечностей, так что одним скафандром могли пользоваться космонавты ростом от 168 до 182 см.

Чтобы легче было поднимать и опускать руки в плечевом соединении, установили гермоподшипник (такой же, как в запястье у более ранних скафандров). Благодаря этому новшеству удалось отказаться от режима пониженного давления, и в скафандре оно постоянно поддерживалось на уровне 400 гПа. Регулировку под рост осуществляли силовыми лентами: двумя - по бокам штанин и одной, центральной, - через пах. Силовые ленты ставили и на рукавах, предотвращая "вырастание" скафандра, о котором упоминалось выше.

К 1969 году скафандр "Кречет", предназначенный для выхода на поверхность Луны, прошел полный цикл испытаний, но американцы нас опередили, и вскоре советская лунная программа была свернута.

ДЛЯ ПОСТОЯННОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Основные принципы, заложенные в конструкцию лунного скафандра, нашли воплощение в семействе скафандров "Орлан" орбитального базирования. Эти устройства предполагалось постоянно держать на долговременной орбитальной станции и использовать для научных и ремонтных работ в открытом космосе.

Ими могли пользоваться космонавты, находившиеся в данный момент на борту, чтобы не было нужды каждый раз брать с собой в космос персональный скафандр.

Кстати, для "Кречетов" и "Орланов" инженеры разработали особую систему отвода тепла. На земле теплообмен между телом человека и окружающей средой в основном происходит за счет испарения пота, конвекции и излучения. Мягкие скафандры вентилировали газовой смесью, которая использовалась также для дыхания. В земных условиях практически отсутствует кондуктивная составляющая теплообмена. Мы ею пользуемся, разве что грея руки, прижимая их к горячей печке. И именно эту составляющую задействовали конструкторы для полужесткого скафандра.

Перед работой космонавт надевал на тело облегающий костюм, пронизанный сетью тонких пластиковых трубочек. Этот своеобразный радиатор соединялся с теплообменником скафандра в замкнутую систему, по которой циркулировала вода. Она обладает высокой теплоемкостью, поэтому ее требуется совсем немного, чтобы снять большое количество теплоты. Соответственно и насос может иметь незначительную мощность. Такой "кондиционер" отводит до 500 ккал/ч, то есть жара не мучает космонавта даже при тяжелой физической нагрузке.

Космонавт сам регулирует температуру и подачу охлаждающей воды по своим субъективным ощущениям. Если он занят и не может отвлекаться, то подачу воды регулируют автоматы. С помощью приборов по разнице температур на входе и выходе определяется количество удаленной теплоты, а по содержанию углекислоты в выдыхаемом воздухе - затраченная работа. Если эти величины не совпадают, то насос начинает работать соответственно быстрее или медленнее.

Первый выход в космос в полужестком скафандре осуществили на станции "Салют-6" космонавты Г. И. Гречко и Ю. В. Романенко в 1977 году. С тех пор скафандры орбитального базирования постоянно модифицировались. Часть изменений в конструкциях появилась по замечаниям самих космонавтов. Но главную роль играло совершенствование земной и космической техники. Первые "Орланы" были связаны со станцией кабелем из силовых и сигнальных проводов, который, естественно, не способствовал свободе движений и позволял работать лишь неподалеку от шлюзовой камеры. Появление малогабаритных источников тока высокой емкости и мобильных средств связи позволило космонавтам обходиться лишь страховочными фалами.

В настоящее время создана модель скафандра со встроенным компьютером, и теперь космонавт непрерывно получает информацию о состоянии систем скафандра, о возникновении нештатных ситуаций и рекомендации по их устранению. Безопасность работающих в открытом космосе людей стала еще выше благодаря применению устройства под названием "Сейфер" (спасатель), с помощью которого космонавт может вернуться на станцию даже при обрыве фалов.

С 1977 года на орбите использовались 28 скафандров "Орлан". Члены сорока двух экипажей совершили в них 226 выходов в космос и проработали там более 1000 часов.

СКАФАНДР - МОЯ КРЕПОСТЬ

За 45 лет "мода" на космическую одежду неоднократно менялась. Скафандр, в котором Гагарин совершил первый в мире виток вокруг Земли, должен был спасти ему жизнь в случае аварии и помочь продержаться до появления спасателей. Скафандры последних поколений - это уже нечто среднее между костюмом и домом. В такой оболочке космонавт может свыше десяти часов находиться в открытом космосе. Теперь внутри скафандра есть даже запас питьевой воды, чтобы во время работы вне станции у человека была возможность утолить жажду, не возвращаясь на борт.

Редакция выражает благодарность Б. А. Иванову и профессору А. С. Бареру за помощь в подготовке статьи.

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

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

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

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

Другое дело - скафандр, по сути, представляющий собой герметичный мешок, в котором создано избыточное давление. Время пребывания человека в скафандре практически не ограничено. Но и он имеет свои недостатки - ограничение подвижности летчика или космонавта. Что такое рукав скафандра? Практически это аэробалка, в которой создано избыточное давление (в скафандрах обычно поддерживается давление в 0,4 атмосферы, что соответствует высоте 7 км). Попробуйте согнуть накачанную автомобильную камеру. Трудновато? Поэтому один из самых охраняемых секретов производства скафандров - технология производства специальных «мягких» шарниров. Но обо всем по порядку.
«Воркута»
Первые скафандры, до войны изготавливаемые в ЛИИ им. Громова, создавались в исследовательских целях и использовались в основном для экспериментальных полетов на стратосферных воздушных шарах. После войны интерес к скафандрам возобновился, и в 1952 году в подмосковном Томилине было открыто специальное предприятие по изготовлению и разработке таких систем - Завод № 918, ныне НПП «Звезда». В течение 50х годов предприятие разработало целую линейку экспериментальных скафандров, но только один из них, «Воркута», созданный под перехватчик «Су-9», был выпущен малой серией.Практически одновременно с выпуском «Воркуты» предприятию было выдано задание на разработку скафандра и системы спасения для первого космонавта. Первоначально КБ Королева выдало «Звезде» техзадание на разработку скафандра, целиком замкнутого на систему жизнеобеспечения корабля. Однако за год до полета Гагарина было получено новое задание - на обычный защитный костюм, рассчитанный на спасение космонавта только при его катапультировании и приводнении.

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

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

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

Внешняя оболочка - тканевая. Американцы для нее используют нейлон, мы - отечественный аналог, капрон. Она защищает резиновую оболочку от повреждений и держит форму. Лучшей аналогии, чем футбольный мяч, придумать сложно: кожаный внешний чехол защищает внутреннюю резиновую камеру от бутс футболистов и обеспечивает неизменные геометрические размеры мяча.Провести продолжительное время в резиновом мешке никакой человек не сможет (кто имеет армейский опыт марш-бросков в прорезиненном общевойсковом защитном комплекте, поймет это особенно хорошо). Поэтому в каждом скафандре в обязательном порядке присутствует система вентиляции: по одним каналам подводится ко всему телу кондиционированный воздух, по другим - отсасывается.По методу работы системы жизнеобеспечения скафандры делятся на два вида - вентиляционные и регенерационные. В первых, более простых по конструкции, использованный воздух выбрасывается наружу, аналогично современным аквалангам. По такому принципу были устроены первые скафандры СК-1, скафандр Леонова для выхода в открытый космос «Беркут» и легкие спасательные скафандры «Сокол».
Термос
Для длительного пребывания в космосе и на поверхности Луны потребовались регенерационные скафандры длительного пребывания - «Орлан» и «Кречет». В них выдыхаемый газ регенерируется, из него отбирается влага, воздух донасыщается кислородом и охлаждается. По сути, такой скафандр в миниатюре копирует систему жизнеобеспечения целого космического корабля. Под скафандр космонавт одевает специальный сетчатый костюм водяного охлаждения, весь пронизанный пластиковыми трубками с охлаждающей жидкостью. Проблемы обогрева в выходных скафандрах (предназначенных для выхода в открытый космос) не возникала никогда, даже если космонавт работал в тени, где температура стремительно падает до -1000С.

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

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

Помимо всего этого на космонавтов надевается хлопчатобумажное белье со специальной антибактериальной пропиткой, под которым расположен последний элемент - специальный нагрудник с закрепленными на нем телеметрическими датчиками, передающими информацию о состоянии организма космонавта.
Соколята
Скафандры были на кораблях не всегда. После успешных шести полетов «Востоков» они были признаны бесполезным грузом, и все дальнейшие корабли («Восходы» и «Союзы») проектировались на полет без штатных скафандров. Целесообразным было принято использование только внешних скафандров для выхода в открытый космос. Однако гибель в 1971 году Добровольского, Волкова и Пацаева в результате разгерметизации кабины «Союза-11» заставила снова вернуться к проверенному решению. Однако старые скафандры в новый корабль не влезали. В срочном порядке под космические нужды стали адаптировать легкий скафандр «Сокол», изначально разрабатываемый для сверхзвукового стратегического бомбардировщика Т-4.

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

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

В итоге «Сокол» стал бестселлером: начиная с 1973 года их было изготовлено более 280 штук. В начале 90-х два «Сокола» были проданы в Китай, и первый китайский космонавт полетел покорять космос в точной копии русского скафандра. Правда, нелицензионной. А вот скафандры для открытого космоса китайцам никто не продал, поэтому выхода в открытый космос они пока даже не планируют.
Кирасиры
В целях облегчения конструкции и увеличения подвижности внешних скафандров существовало целое направление (прежде всего в США), изучавшее возможность создания цельнометаллических жестких скафандров, напоминающих глубоководные водолазные. Однако частичное воплощение идея нашла только в СССР. Советские скафандры «Кречет» и «Орлан» получили комбинированную оболочку - жесткий корпус и мягкие ноги и руки. Сам корпус, который конструкторы называют кирасой, сваривается из отдельных элементов из алюминиевого сплава типа АМГ. Такая комбинированная схема оказалась на редкость удачной и сейчас копируется американцами. А возникла она по необходимости.

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

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

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

Космические шлемы также делились на два типа - съемные и несъемные. Первый СК-1 комплектовался несъемным шлемом, а вот леоновский «Беркут» и «Ястреб» (в котором Елисеев и Хрунов в 1969 году переходили из корабля в корабль) имели съемные шлемы. Причем присоединялись они специальным герморазъемом с гермоподшипником, что давало возможность космонавту вертеть головой. Механизм поворота был довольно интересен.На кадрах кинохроники хорошо видны шлемофоны космонавтов, которые изготавливаются из ткани и тонкой кожи. На них смонтированы системы связи - наушники и микрофоны. Так вот, выпуклые наушники шлемофона входили в специальные пазы жесткого шлема, и при повороте головы шлем начинал вращение вместе с головой, как башня танка. Конструкция была довольно громоздкой, и от нее в дальнейшем отказались. На современных скафандрах шлемы несъемные.Обязательный элемент шлема для выхода в космос - светофильтр. У Леонова был маленький внутренний светофильтр самолетного типа, покрытый тонким слоем серебра. При выходе в космос Леонов ощутил очень интенсивное нагревание нижней части лица, а при взгляде в сторону Солнца защитные свойства серебряного светофильтра оказались недостаточными - свет был ослепительно ярким. Исходя из этого опыта, все последующие скафандры стали оборудоваться полными наружными светофильтрами с напыленным довольно толстым слоем чистого золота, обеспечивающего пропускание всего 34% света. Самая большая площадь остекления - у «Орлана».

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

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

Проектировать первые высотные скафандры, создающие вокруг человека среду с избыточным давлением по отношению к окружающей атмосфере, начали еще в 1930-е годы. Тогда их изобретали для полетов человека на стратостатах (высотных воздушных шарах). Сейчас существует всего три «ателье», где делают скафандры. Находятся они в России, США и Китае.

РОССИЙСКИЙ СКАФАНДР

Скафандр «Орлан-МК» производится ОАО «НПП „Звезда“» имени академика Г.И. Северина» (Московская область). Это пятая модификация отечественных скафандров, она оборудована встроенной компьютеризированной системой. Используется на МКС.
1. Шлем имеет светофильтр с золотым напылением - для защиты от солнечного света. Внутри шлема встроена «Вальсальва» - устройство для продувки ушей при изменениях давления в скафандре (выглядит как маленькая подушечка с двумя бугорками, которые, если в них упереться, зажимают нос).
2. Рукава и штанины съемные и могут регулироваться по длине. Внутри внешней части костюма - кираса (жесткий металлический корпус).
3. Перчатки изготавливаются по индивидуальным меркам и имеют термоизолирующие подкладки, чтобы не мерзли руки.
4. Электрофал - провод, по которому в скафандр поступает электричество, когда космонавт еще находится на борту.
5. Электронный блок управления. Надписи на блоке нанесены в зеркальном отражении, чтобы космонавт мог читать их с помощью надетых на рукава зеркал 6.
7. Кнопка входа в меню блока управления и отключения аварийного сигнала.
8. Ранец системы жизнеобеспечения. Содержит основную и запасную системы снабжения кислородом и блок коммуникаций.
9. Светодиоды. Оповещают космонавта в аварийных ситуациях (при утечке, проблемах с вентиляцией, кислородом и пр.).
10. Крепление троса, закрывающего люк скафандра на спине. Через этот люк космонавт попадает в скафандр.
Вес - 114 кг, внутри скафандра поддерживается постоянное давление в 0,4 атмосферы.
Время работы системы жизнеобеспечения скафандра в одном цикле (от надевания до снятия) - 10 часов (из них 7 часов отводится на работу в открытом космосе, остальное время - на нахождение в отсеке перед выходом в космос и после возвращения).
Внешняя оболочка скафандра - ткань фенилон, способная выдерживать значительные статические и динамические нагрузки и многослойная экранно-вакуумная теплозащита, состоящая из алюминиевой фольги и минеральных волокон.

СКАФАНДР США

Костюм для выхода в открытый космос EMU (Extravehicular Mobility Unit) производится компанией ILC Dover, системы жизнеобеспечения поставляются Hamilton Standard. Первая версия EMU использовалась с 1979 по 2002 год, в настоящее время в эксплуатации ее модернизированный вариант. Стоимость одного скафандра - 12 млн долларов.
1. Шлем имеет светофильтр с золотым напылением - для защиты от солнечного света. Шлем соединен трубкой с контейнером воды объемом 0,95 литра.
2. Светодиоды - необходимы для работы на теневых участках.
3. Блок управления и контроля, включающий регуляторы температуры, поступления кислорода и связи. Надписи на блоке нанесены в зеркальном отражении, чтобы космонавт мог читать их с помощью вшитых в рукава зеркал.
4. Ранец системы жизнеобеспечения, содержащий основную и запасную системы снабжения кислородом и блок коммуникаций.
5. Система обеспечения кислородоом. Наряду с основной существует аварийная, запаса которой хватает на 30 минут.
6. Перчатки с подогревом. Позволяют сохранять чувствительность пальцев за счет прорезиненных элементов.
7. Видеокамера.
8. Страховочный карабин.
Вес - 178 кг, внутри скафандра поддерживается постоянное давление в 0,3 атмосферы.
Время работы в открытом космосе - до 7 часов.
Скафандр состоит из 14 слоев (в том числе нейлон, неопрен, синтетическое полиэфирное волокно и термопластик) и способен выдерживать перепады температуры от –184 до +149 градусов Цельсия.

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.