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.

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

σκάφος - лодка, судно + ανδρός - родительный падеж от ανήρ - человек. Буквально - «лодкочеловек». В Древней Греции «скафандрами» называли хороших пловцов и ныряльщиков) - специальное снаряжение, предназначенное для изоляции человека (или животного) от внешней среды.

Части снаряжения образуют оболочку, непроницаемую для компонентов внешней среды (жидкостей, газов, излучений). Скафандры в основном подразделяются на авиационные, водолазные и космические .

Название

Гравюра изображает водолазный костюм Ла Шапеля (1775).

В Древней Греции «скафандрами» называли хороших пловцов и ныряльщиков.

В современное время термин «скафандр» был в первый раз предложен в 1775 году аббатом Ла Шапель в своей книге Traité de la construction théorique et pratique du scaphandre ou du bateau de l"homme . Аббат Ла Шапель назвал так предложенное им костюм из пробки, который бы позволял солдатам пересекать реки.

Опасности выходов в открытый космос

Тренировка водолаза . Нормобарический скафандр - снаряжение, предназначенное для глубоководных (до 600 метров) работ, во время которых пилот скафандра продолжает находится при обычном атмосферном давлении, что, соответственно, снимает заботу о декомпрессии , исключает азотное , кислородное и иные отравления

Показательно, что самый первый достаточно опасный инцидент случился во время первого выхода космонавта в открытый космос в 1965 г. Выполнив программу первого выхода, Алексей Архипович Леонов испытал трудности с возвращением на корабль, поскольку отпустив поручень, он в условиях невесомости не мог войти ногами в люк шлюзовой камеры космического корабля «Восход ». Это произошло из-за недостатков в подготовке к первому выходу в открытый космос. Его скафандр раздулся. Также шарниры скафандра «Беркут » имели недостаточную подвижность, которая напрямую зависит от уровня давления в скафандре. Совершив несколько попыток войти в шлюз ногами вперед, космонавт решил войти в него головой вперед. Повернув регулятор давления, космонавт снизил уровень избыточного давления в скафандре с режима 0,4 атм на режим 0,27 атм, что позволило ему вернуться в шлюзовую камеру. Возможность снижения давления была предусмотрена конструкцией скафандра. Внутри камеры космонавт с большим трудом развернулся и закрыл за собой люк. Затем шлюзовая камера была наддута, давление в ней сравнялось с давлением в кабине корабля. Космонавт Леонов вернулся в корабль.

Ещё один потенциально опасный случай произошёл во время второго выхода в открытый космос астронавтов космического корабля «Дискавери» (полёт STS-121). От скафандра Пирса Селлерса отсоединилась специальная лебёдка , которая помогает вернуться на станцию и не даёт астронавту улететь в открытый космос. Вовремя заметив проблему, Селлерс с напарником смогли прикрепить устройство обратно и выход был завершён благополучно.

В настоящее время (в 2008 г.) совершены сотни выходов в открытый космос. Решены многие научные задачи, произведены ремонты космических кораблей, станций и спутников. Наиболее известен ремонт телескопа «Хаббл », который отремонтировали астронавты. Скафандры для выхода в открытый космос совершили значительную эволюцию со времен «Беркута». Космонавтами и астронавтами собрано множество конструкций (антенны, фермы, солнечные батареи и т. д.). Доказана возможность успешной работы человека в открытом космосе. Разработка специальных телеуправляемых или автономных роботов пока не приводит к успеху.

«Стратонавты»

Эдвин Олдрин на поверхности Луны. Скафандр Apollo A7L

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Скафандр" в других словарях:

Водолазный шлем со стеклами, надевается на голову, позволяет видеть под водою и ограждает голову водолаза от ушибов. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Павленков Ф., 1907. СКАФАНДР от лат. scapha, челнок. Плавательный… … Словарь иностранных слов русского языка

- (Scaphander) см. Водолазный аппарат или скафандр. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 Скафандр индивидуальное герметичн … Морской словарь

- (от греч. skaphe лодка и aner род. п. andros человек), индивидуальное герметическое снаряжение (оболочка, шлем, перчатки, ботинки), обеспечивающее жизнедеятельность человека в условиях, отличающихся от нормальных (под водой, в космосе и т. д.).… … Большой Энциклопедический словарь

скафандр - а, м. scaphandre m. <гр. skaphe ладья, челнок + kephale голова. 1. устар. Корсет или камзол из пробкового дерева сделанный, наколотой и покрытой плотным холстом, с помощью которого человек может удобно держаться на воде и переходить реку не… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

- (от греческого skaphe лодка и aner, родительный падеж andros человек), индивидуальное герметичное снаряжение (костюм), обеспечивающее жизнедеятельность и работоспособность человека в условиях, отличающихся от нормальных (под водой, в космосе и… … Современная энциклопедия

СКАФАНДР, герметическая одежда, позволяющая космонавту находиться в космосе. Состоит из множества слоев, состоящих из восьми материалов. Внешний слой представляет собой обработанный нейлон, который предотвращает пробивание скафандра мелкими… … Научно-технический энциклопедический словарь

Скафандр… Космическая одежда… С документальных фотографий (и фантастических фильмов) смотрят на нас сквозь поднятые забрала шлемов одетые в скафандры летчики-космонавты. Страницы научно-фантастических романов показывают нам космонавтов будущего с их непременным реквизитом - скафандром. Какую же роль играет скафандр в космическом полете? Сохранится ли она в будущем? Как изменится?

Современный космический «костюм» имеет одно главное и единственное назначение - он должен оградить человека в полете от опасностей. «Мода» космической одежды, ее «покрой» целиком подчинены этой цели; ее создатели стараются предугадать все возможные в космосе опасности. Скафандр оградит человека от ворвавшейся в ракету космической «пустоты», если случайная авария разгерметизирует корабль. Он снабдит пилота воздухом, если вдруг нельзя станет дышать воздухом кабины. Он может выполнять роль холодильника и обогревательного устройства. Если космонавт покидает возвращающийся на Землю корабль, только скафандр защищает его. Защищает от удара о воздух в момент катапультирования из корабля, от разреженной атмосферы при спуске на парашюте, предохраняет от ушибов, когда приземление совершается в лесу или в горах. А если космонавт опустится на воду, скафандр удержит его на плаву и не даст замерзнуть в ледяной воде.

В грядущих космических полетах работы космонавтам прибавится. Соответственно усложнится и роль скафандра.

Визит на другие планеты потребует особого, планетарного скафандра, позволяющего выходить из космического корабля, совершать более или менее длительные «прогулки» как по раскаленной почве на освещенной стороне Луны, так и по ледяным покровам полярных «шапок» , а, быть может, и по кипящим океанам Венеры.

Развитие космонавтики, по-видимому, потребует, чтобы человек вышел из корабля в открытое межпланетное пространство, например, для сборки орбитальных станций, для осмотра и ремонта космических кораблей. Скафандр, предназначенный для открытого космоса, будет отличаться и от современного и от будущего планетарного. Взять хотя бы способ передвижения. В космическом пространстве можно двигаться только с помощью ракетного двигателя. Значит, скафандр должен будет иметь ракетную двигательную установку. Она может работать, например, на сжатом воздухе.

ЧЕМ ДЫШИТ КОСМОНАВТ

Нормальное дыхание в любой ситуации - одна из самых главных задач, решаемых во время создания скафандра. В зависимости от того, как снабжаются скафандры , их можно разделить на два типа, вентиляционные и регенерационные. Если полет протекает нормально, то воздух и для вентиляции тела и для дыхания забирается из кабины корабля. Вентилятором он нагнетается в вентиляционную систему скафандра, обдувает тело человека и возвращается в кабину. Дышит космонавт воздухом кабины, который свободно поступает в шлем, когда поднято переднее стекло. Но если почему-либо воздух кабины станет непригодным для дыхания, переднее стекло шлема (оно опускается вручную или автоматически) изолирует космонавта от атмосферы кабины, и в скафандр начнет поступать кислородно-воздушная смесь. Одновременно переключается на аварийные баллоны со сжатым воздухом и вентиляция.
Регенерационный скафандр полностью изолирован от окружающей среды. В этом случае газовая смесь, которой дышит человек и которая вентилирует скафандр, прогоняется через химический поглотитель и фильтр. Здесь она освобождается от выделяемых человеком углекислоты, влаги и других примесей. Пополнение кислородом может осуществляться несколькими способами: то ли за счет запасов из баллонов, то ли за счет химической реакции, а в будущем, возможно, и фотохимическим путем.

Примером такой регенерационной системы питания кислородом может служить скафандр американских космонавтов. Запас кислорода, рассчитанный на 28 часов полета, хранится в двух сферических баллонах под давлением, превышающим вначале 560 атмосфер. Через редуктор, который снижает давление до 0,36 атмосферы, кислород подается в вентиляционную систему скафандра и смешивается с газом, выходящим из герметического шлема. Образовавшаяся газовая смесь пропускается через поглотитель углекислоты и влаги, фильтр и теплообменник. Из этого блока очистки выходит уже чистый кислород, охлажденный до 18-24 градусов. Он подается в скафандр через клапан, находящийся на уровне талии космонавта, и по распределительным трубочкам (спиралькам, обшитым нейлоном, в которых проделаны отверстия) идет по скафандру, омывает тело и проникает в герметический шлем. А затем газовая смесь отсасывается из скафандра вентилятором и, снова пополненная кислородом из баллонов, начинает новый цикл кругооборота.

Авиационные скафандры - регенерационный и вентиляционный могут быть выполнены в двух вариантах: масочном и безмасочном. В первом случае, как это понятно из названия, на лицо человека надевается маска, в которую и поступает дыхательная смесь. Во втором случае кислород подается прямо в шлем, лицо человека остается открытым. В чем преимущества и недостатки каждого из этих вариантов?

Маска позволяет создать совершенно независимую систему дыхания, изолированную от вентиляционной системы скафандра. Кроме того, клапанное устройство подает смесь газов только в момент вдоха - значит, кислород расходуется более экономно. Влажный выдыхаемый воздух отводится по трубопроводу сразу на очистку, не попадая в шлем и не ухудшая гигиенических условий вентиляции скафандра. Однако здесь есть и свое «но». Носить маску в продолжение всего полета, особенно длительного, пожалуй, не совсем приятно. Она мешает работать, в ней очень неудобно есть и пить.

Поэтому и первые советские космонавты и американские были одеты во время полетов в скафандры безмасочного типа. Лучше всего, если человек в космическом полете будет дышать нормальным, «земным» воздухом.

ДЕКОМПРЕССИЯ

Космонавты во время полетов дышали воздухом кабины, переднее стекло шлема было поднято и лицо открыто. Никаких неожиданностей не произошло. А что если бы, например, от удара метеорита нарушилась герметичность кабины корабля?

Резкое падение давления воздуха - взрывная декомпрессия - явление, известное в высотной авиации. Взрывная декомпрессия тем страшнее, чем больше неожиданный перепад давлений воздуха. Промежуток времени от момента аварии до потери человеком сознания называется резервом времени. Так, например, опыты, проведенные врачами в годы освоения полетов самолетов на больших высотах, показали, что резкое снижение концентрации кислорода от нормальной атмосферы до соответствующей высоте 10 километров приводит к потере сознания через 40 секунд. Если же разрежение соответствует высоте 15 километров, то резерв снижается до 15 секунд.

При разгерметизации космического корабля падение давления не может произойти мгновенно, оно займет хотя бы несколько секунд. В это время космонавт успеет опустить и загерметизировать переднее стекло шлема, Если же он растеряется, это сделает за него автоматическое устройство.

Но здесь появляется новое осложнение: возникнет перепад давлений внутри и снаружи скафандра. Воздух, заключенный в скафандр, стремясь вырваться из плена, станет раздувать, или, как говорят специалисты, нагружать его силовую оболочку. Два нежелательных следствия сопровождают этот факт. Расскажем о них подробнее.

Всякий материал под действием нагрузки в большей или меньшей степени растягивается. Этим свойством обладает и материал силовой оболочки скафандра. Легко представить, к чему приведет растяжение скафандра. Шлем точно подгоняется по голове, ноги обуты в туго зашнурованные ботинки. Под действием перепада давлений шлем будет стремиться оторваться от скафандра, расстояние между ним и ботинками увеличится, скафандр начнет растягивать космонавта. С какой силой?

Легко подсчитать, что при перепаде давлений в кабине и внутри скафандра, равном, скажем, 0,36 атмосферы, что соответствует американским космическим скафандрам, эта сила достигает 200-300 килограммов. Естественно, что скафандр должен иметь какие-то «силовые» элементы, воспринимающие на себя нагрузку, препятствующие растяжению. У скафандров американских космонавтов есть шнуры, притягивающие шлем к силовой оболочке. Сама оболочка, изготовленная из очень прочной ткани, имеет швы, в которые вшиты упрочняющие ее шнуры.

Второе следствие перепада давлений - ограниченная подвижность человека в скафандре. Здесь имеются в виду не те неудобства, которые вызваны вообще громоздкостью скафандра как одежды. Если бы скафандр не имел специальных приспособлений, то при наличии перепада давлений даже просто согнуть руку очень трудно, а при значительном избыточном давлении в скафандре сделать это и вовсе невозможно. Объясняется это тем, что мягкие его оболочки под действием внутреннего давления стремятся распрямиться. Попробуйте надуть обыкновенную грелку, а потом согнуть ее - она тут же распрямится.

Для того чтобы космонавт мог сравнительно свободно двигаться в своем одеянии, скафандр должен быть снабжен специальными устройствами, например, такими, как шарниры американского космического скафандра, получившие название «апельсиновых корочек». Они представляют собой гофрированные участки рукавов и штанин.

Основную трудность создания шарниров скафандра американские ученые видят в том, что нужно обеспечить продольную жесткость - не дать растянуться «гармошке» сустава. Достигается это хитроумными комбинациями шнуров, скользящих по роликам или заключенных в направляющие оболочки.

ЗЕМНАЯ РОЛЬ КОСМИЧЕСКОГО СКАФАНДРА

Еще совсем недавно существовало мнение, что в космосе царит ужасающий холод, что температура там близка к абсолютному нулю. Однако, по последним данным науки, скорости газовых частиц в межпланетном пространстве настолько велики, что соответствуют температурам в тысячи градусов. Значит ли это, что все живое в космосе неминуемо испепелится?

Нет, плотность межпланетного газа настолько ничтожна, что теплообмен с ним любого тела, попавшего в космос, практически равен нулю. Температура поверхности тела в космическом пространстве определяется, по существу, теплообменом этого тела и Солнца. И если бы не этот теплообмен, то многие тысячи лет пришлось бы ждать, пока температура запущенного с Земли спутника сравняется с температурой частиц в космическом пространстве.

Какую же тогда роль играет теплоизолирующий костюм, входящий в комплект космического скафандра? Назначение его главным образом земное. Сядет космический корабль в холодных районах земного шара - скафандр защитит космонавта от любого мороза. Даже в ледяной воде человек, одетый в космический скафандр, может плавать в течение многих часов, не опасаясь за свое здоровье.

Во время космического полета скафандр с его теплоизолирующим костюмом и вентиляционной системой может обеспечить космонавту комфортабельные температурные условия, независимо от температуры и влажности воздуха в кабине корабля и даже в случае ее разгерметизации.

P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, что интересно узнать, как выглядят свадебные фотокниги у космонавтов. Есть ли там фотографии в скафандрах, а вообще было бы круто провести свадьбу на космическом корабле, с фото в открытом космосе, вы не находите?

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

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

Немного докосмической истории

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

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

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

Начало разработки

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

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

Всего существует 3 класса скафандров:

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

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

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

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

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

Аналог

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

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

Беркут

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

Перед разработчиками ставились две основные задачи:

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

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

Все эти требования удалось реализовать в скафандре «Беркут»

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

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

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

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

Аналог

Аналогом для беркута был скафандр для кораблей «Джеминай»

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

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

Ястреб

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

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

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

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

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

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

Аналог

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

Кречет

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

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

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

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

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

Аналог

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

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

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

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

Орлан

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

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

Всем известно, что экипажи на орбитальных станциях меняются.

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

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

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

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

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

Аналог

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

Стриж

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

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