Хоть до высадки людей на Марс должно пройти еще в лучшем случае несколько десятилетий, разработка космических скафандров, способных защитить будущих смельчаков, уже идет полным ходом.
В прошлом году NASA провели конкурс, в котором дали каждому человеку возможность предложить свой дизайн внешнего вида Z-2 – нового скафандра, обеспечивающего исследователям Красной планеты достаточную подвижность. В свою очередь, компания ILC Dover – опытный изготовитель скафандров, находящийся в городе Фредерика, штат Дэлавер, нанесла на образец финальные штрихи и уже в ближайшие месяцы продемонстрирует результат.
Кто-то может возразить, что человечество не сможет отправить людей на Марс так скоро. Современные скафандры созданы для удобной работы при нулевой гравитации, но никак не для сурового многомесячного путешествия к Горе Олимпа.
Что же будет из себя представлять первый марсианский скафандр? Будет ли он напоминать нынешнюю экипировку - жесткий наполненный газом мешок в форме человеческого тела? Или же нашему взору предстанет нечто облегающее как, например, концепт под названием BioSuit, в котором предполагалось использовать эластичные материалы, принимающие форму тела, что позволило бы правильно распределять давление путем равномерного сжатия тела, созданный в Массачусетском университете?
Дэвид Клаус – профессор аэрокосмической инженерии Колорадского университета в Боулдере утверждает, что мы, вполне вероятно, стоим на пороге дизайнерского прорыва. «Возможно, первые скафандры будут похожи на Z-2. Они будут справляться со своим предназначением, хоть и не будут идеальными»,- считает ученый.
Разработка Z-2 еще не завершена, но со слов инженеров и других экспертов по созданию скафандров можно приблизительно воссоздать то, во что будут экипированы первые люди на Марсе.
Главное требование, конечно, заключается в обеспечении будущим исследователям достаточной защиты. С точки зрения физиологических норм условия на поверхности Марса практически идентичны вакууму, то есть атмосфера красной планеты дает давление, составляющее менее 1% от земного. Из этого следует, что астронавтам будущего предстоит столкнуться с теми же опасностями, что и сегодняшним: любая трещина в скафандре быстро превратит воду в их тканях и венах в пар.
Но это не все, что будет поджидать путешественников на Марсе. Слабое магнитное поле планеты практически не дает защиты от частиц солнечного ветра и космической радиации, и влияние более разреженной атмосферы должно быть также учтено в конструкции скафандра. Защита, используемая на МКС, превращает вакуум в преимущество: благодаря ему между слоями скафандра обеспечивается теплоизоляция. Но стоит спуститься в таком костюме на поверхность Марса, как молекулы тут же просочатся между этими слоями и лишат тело астронавта тепла.
Будущим исследователям предстоит столкнуться с тем, что не беспокоило их со времен лунных миссий Аполлона: пылью. Висящая в воздухе и когда-то заточенная водой марсианская пыль, вероятно, мягче лунной, но она легко поднимается в воздух. Она может расцарапать забрало скафандра и забить собой его шарниры и суставы, что требует усовершенствования их отражательных свойств. Если она проникнет в марсоход или жилой отсек, здоровью человека может быть нанесен ощутимый вред.
Но даже если современные скафандры и смогут защитить исследователей Марса, работать в них будет весьма проблематично. Из-за того, что гравитация красной планеты составляет 38% от земной, притяжение на ней будет довольно сильным. Сегодня скафандры оптимизированы для движения в практически полном вакууме с использованием ручных зацепок, поэтому в районе бедер, суставов и колен они особенно гибкие. «Имеющиеся сегодня скафандры не созданы для прогулок»,- уверяет Джеффри Хоффман – бывший астронавт и нынешний директор лаборатории пилотируемых космических аппаратов (англ. Man Vehicle Laboratory) Массачусетского технологического института (MIT).
При создании Z-2 в NASA учитывают эту проблему. «Сейчас мы работаем в направлении скафандра, в котором можно отправиться на космическую станцию в качестве демонстрации, но нельзя забывать, что он предназначен, в первую очередь, для передвижения по поверхности планеты»,- рассказала Эми Росс – глава продвинутой команды разработчиков скафандров в Космическом центре имени Линдона Джонсона в городе Хьюстоне.
Как и предшественники, Z-2 наполнен газом и состоит из трех основных слоев: силовой оболочки для поддержания давления; структурного слоя, придающего форму скафандру и обеспечивающего движение соединений и внешних слоев, поддерживающих теплоизоляцию и защищающую скафандр от проколов. Но главное его отличие в том, он достаточно гибкий, что в нем можно наклоняться. Z-2 оснащен усовершенствованными шарнирами и суставами, особенно в области бедер, плеч и талии.
Во всех современных скафандрах, как в русских, так и в американских, вход осуществляется сзади. Идея в том, чтобы костюм можно было хранить снаружи космического аппарата или жилого отсека, чтобы не допустить его контакта с пылью. Костюм будет частью компактной системы кондиционирования воздуха; исследователь Марса, предположительно, будет входить в него через комлпескную ранцевую систему со встроенной системой жизнеобеспечения. В открытом состоянии люк скафандра прикреплен ко внутреннему люку космического аппарата. По завершении входа, оба люка закрываются, и астронавт остается в закрепленном состоянии, пока не снимет фиксаторы.
Теоретически, подготовить скафандр к работе можно весьма быстро. Для улучшения подвижности, существующие российские и американские костюмы хранятся под относительно низким давлением. Астронавты должны надолго задержать дыхание, в то время как давление вокруг них постепенно понижается, чтобы снизить риск появления высотных болей. Аквалангисты сталкиваются с этой же угрозой при подъеме на поверхность с большой глубины, когда при низком давлении в теле появляются опасные пузырьки из растворенных газов.
Z-2 способен функционировать при давлении, равном примерно 8.3 футам на квадратный дюйм (57 000 паскалей). Давление на уровне моря и на МКС не превышает и половины этого значения, но все же астронавтам нельзя игнорировать процедуру задержки дыхания. Для сопротивления более высокому давлению на самых широких участках, таких как область паха и грудной клетки, в этих местах костюм сделан из жестких материалов, таких как композит волокна и полимеров. Джинни Ферл – управляющая разработкой скафандров в компании ILC Dover добавила, что эти уплотненные части могут также защитить астронавта от падений
Но Z-2 всё же ещё не готов для выхода на Марс. Ферл рассказала, что внешние слои скафандра еще не оснащены защитой от экстремальных температур и радиации.
Более того, решения некоторых проблем до сих пор не найдены. Конструкция Z-2 тесно связана с новой системой жизнеобеспечения, способной лучше удалять углекислый газ, и все это вместе весит 140 килограмм, что, по словам Росс из NASA, делает его довольно тяжелым. Такую же массу имеют скафандры, применяемые сегодня Соединенными Штатами на МКС, без аварийного двигателя. Однако она упоминает, что даже с такой массой новая система способна на большее: части Z-2 обладают большей подвижностью, а новая система жизнеобеспечения более надежна и может работать дольше.
В будущем мы сможем увидеть появление более подвижных и обволакивающих тело скафандров. Хоффман считает, что концепт BioSuit Массачусетского технологического института уже проложил путь в этом направлении несмотря на то, что находится лишь на начальной стадии разработки. То и дело возникают все новые и новые сложности, как, например, обеспечение давления на вогнутых участках костюма (с обратной стороны коленей и на суставах пальцев). В настоящий момент ученые еще не разработали прототип, обеспечивающий достаточное для защиты от вакуума давление, но работа над этим идет полным ходом.
В это же время в Колорадском университете в Боулдере Клаус с коллегами изучает другие возможности по увеличению возможностей скафандра. Например, уже в этом году он с окончившим университет студентом Кристофером Массина рассказал о возможности снизить расходы воды на поддержание стабильной температуры путем превращения космического скафандра в большой передвижной радиатор. Для этого используются материалы, способные изменять свойства поверхности и таким образом регулировать силу поглощения или отражения света по необходимости.
Клаус признает, что наше поколение вряд ли опробует все эти инновации. Но в случае с Марсом лучше думать наперед.
Будьте в курсе всех важных событий United Traders - подписывайтесь на наш
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.
«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.
Как изменялся дизайн космического костюма с течением времени.
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. В данной статье представлена краткая история 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.
«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.