Федеральное государственное казённое общеобразовательное учреждение
«Ульяновское гвардейское суворовское военное училище
Министерства обороны Российской Федерации»
Конкурс «Через тернии к звездам»,
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
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 -100С.
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.
Скафандры космонавтов - это не просто костюмы для полетов на орбите. Первые из них появились еще в начале двадцатого столетия. Это было время, когда до космических полетов оставалось практически полвека. Однако ученые понимали, что освоение внеземных пространств, условия которых отличаются от привычных нам, неизбежно. Именно поэтому для будущих полетов придумали снаряжение космонавта, которое способно защитить человека от убийственной для него внешней среды.
Понятие скафандра
Что же представляет собой снаряжение для полетов в космос? Скафандр - это своеобразное чудо техники. Он представляет собой миниатюрную космическую станцию, повторяющую форму тела человека.
Современный скафандр оснащен целой космонавта. Но, несмотря на сложность устройства, в нем все расположено компактно и удобно.
История создания
Слово «скафандр» имеет французские корни. Ввести это понятие предложил в 1775 г. аббат-математик Жан Батист де Па Шапель. Конечно, в конце 18-го века о полетах в космос никто даже и не мечтал. Слово «скафандр», которое в переводе с греческого означает «лодко-человек», решено было применить к водолазному снаряжению.
С приходом космической эры это понятие стало использоваться и в русском языке. Только здесь оно приобрело несколько иной смысл. Человек стал взбираться все выше и выше. В связи с этим возникла необходимость в специальном снаряжении. Так, на высоте до семи километров это теплая одежда и кислородная маска. Расстояния же в пределах десяти тысяч метров из-за падения давления требуют наличия герметичной кабины и компенсирующего костюма. В противном случае при разгерметизации легкие летчика перестанут усваивать кислород. Ну а если подняться еще выше? В таком случае понадобится космический скафандр. Он должен быть весьма герметичным. При этом внутреннее давление в скафандре (как правило, в пределах 40 процентов от атмосферного) сохранит жизнь пилоту.
В 1920-х годах появился ряд статей английского физиолога Джона Холдена. Именно в них автором было предложено использовать костюмы водолазов для защиты здоровья и жизни воздухоплавателей. Автор даже попытался внедрить свои идеи в жизнь. Он построил подобный скафандр и испытал его в барокамере, где было установлено давление, соответствующее высоте 25,6 км. Однако строительство аэростатов, способных подняться в стратосферу, - удовольствие не из дешевых. И американский воздухоплаватель Марк Ридж, для которого и был предназначен уникальный костюм, средств, к сожалению, не собрал. Именно поэтому скафандр Холдена на практике испытан не был.
В нашей стране космическими скафандрами занимался инженер Евгений Чертовский, который являлся сотрудником Института авиационной медицины. В течение девяти лет, с 1931 по 1940 г., он разработал 7 моделей герметичного снаряжения. Первым в мире советский инженер решил проблему подвижности. Дело в том, что при подъеме на определенную высоту скафандр раздувался. После этого пилот вынужден был прилагать большие усилия даже для того, чтобы просто согнуть ногу или руку. Именно поэтому модель Ч-2 была сконструирована инженером с шарнирами.
В 1936 г. появился новый вариант космического снаряжения. Это модель Ч-3, содержащая практически все детали, присутствующие в современных скафандрах, которые используют российские космонавты. Испытание данного варианта специального снаряжения состоялось 19.05.1937 г. В качестве летательного аппарата был использован тяжелый бомбардировщик ТБ-3.
С 1936 г. скафандры космонавтов стали разрабатываться и молодыми инженерами Центрального аэрогидродинамического института. К этому их вдохновила премьера фантастического фильма «Космический рейс», созданного совместно с Константином Циолковским.
Первый скафандр с индексом СК-ШАГИ-1 молодые инженеры сконструировали, изготовили и испытали в течение всего лишь 1937 г. Даже внешнее впечатление от этого снаряжения указывало на его внеземное предназначение. В первой модели для соединения нижней и верхней частей был предусмотрен поясной разъем. Значительную подвижность обеспечивали плечевые шарниры. Оболочка этого костюма была изготовлена из двухслойной
Следующий вариант скафандра отличался наличием автономной регенерационной системы, рассчитанной на 6 часов непрерывной работы. В 1940 г. был создан последний советский довоенный скафандр - СК-ШАГИ-8. Испытание данного снаряжения осуществили на истребителе И-153.
Создание специального производства
В послевоенные годы инициативу по конструированию скафандров для космонавтов перехватил Летно-исследовательский институт. Его специалисты получили задание на разработку костюмов, предназначенных для пилотов авиации, покоряющей все новые скорости и высоты. Однако для серийного производства одного института было явно недостаточно. Именно поэтому в октябре 1952 г. инженером Александром Бойко был создан особый цех. Он находился в подмосковном Томилино, на заводе № 918. Сегодня это предприятие называется НПП «Звезда». Именно на нем в свое время был создан скафандр Гагарина.
Полеты в космос
В конце 1950-х годов началась новая эра освоения внеземного пространства. Именно в этот период советскими инженерами-конструкторами было начато проектирование корабля «Восток» - первого космического транспортного средства. Однако изначально планировалось, что скафандры космонавтов для этой ракеты не понадобятся. Пилот должен был находиться в специальном герметичном контейнере, который перед приземлением отделялся бы из спускаемого аппарата. Однако данная схема оказалась весьма громоздкой и, кроме того, требовала проведения длительных испытаний. Именно поэтому в августе 1960 г. внутренняя компоновка «Востока» была переработана.
Специалисты бюро Сергея Королева поменяли контейнер на катапультируемое кресло. В связи с этим будущим космонавтам понадобилась защита на случай разгерметизации. Ею и стал скафандр. Однако времени на его стыковку с бортовыми системами катастрофически не хватало. В связи с этим все то, что было необходимо для жизнеобеспечения пилота, разместили непосредственно в кресле.
Первые скафандры космонавтов получили название СК-1. За их основу был взят высотный костюм «Воркута», разработанный для летчиков истребителя-перехватчика СУ-9. Полной реконструкции подвергли только шлем. В нем установили механизм, который управлялся специальным датчиком. При падении давления в скафандре мгновенно захлопывалось прозрачное забрало.
Снаряжение для космонавтов изготавливалось по индивидуальной мерке. К первому полету оно было создано для тех, кто показал самый лучший уровень подготовки. Это тройка лидеров, в которую вошли Юрий Гагарин, Герман Титов и Григорий Нелюбов.
Интересно, что космонавты в космосе побывали позже скафандра. Один из специальных костюмов марки СК-1 был отправлен на орбиту во время двух испытательных беспилотных запусков корабля «Восток», состоявшихся в марте 1961 г. Кроме подопытных дворняг на борту находился манекен «Иван Иванович», облаченный в скафандр. В груди этого искусственного человека установили клетку с морскими свинками и мышами. А для того чтобы случайные свидетели приземления не приняли «Ивана Ивановича» за инопланетянина, под забралом его скафандра была размещена табличка с надписью «Макет».
Скафандры СК-1 использовались на протяжении пяти пилотируемых полетов корабля «Восток». Однако женщины-космонавты в них летать не могли. Для них была создана модель СК-2. Впервые она нашла свое применение во время полета корабля «Восток-6». Изготовили данный скафандр, учитывающий особенности строения женского тела, для Валентины Терешковой.
Разработки американских специалистов
При осуществлении программы «Меркурий» конструкторы США пошли по пути советских инженеров, внеся при этом свои предложения. Так, первый американский скафандр учитывал то, что космонавты в космосе в будущем будут дольше находиться на орбите.
Конструктор Рассел Колли изготовил специальный костюм Navy Mark, изначально предназначенный для полетов летчиков военно-морской авиации. В отличие от других моделей, данный скафандр был гибким и имел сравнительно небольшой вес. Для использования этого варианта в космических программах в конструкцию было внесено несколько изменений, которые прежде всего коснулись устройства шлема.
Скафандры американцев доказали свою надежность. Один лишь раз, когда капсула «Меркурия-4» приводнилась и начала тонуть, костюм чуть не погубил астронавта Вирджила Гриссона. Пилот с трудом сумел выбраться наружу, так как долго не мог отсоединиться от бортовой системы жизнеобеспечения.
Создание автономных скафандров
В связи с бурными темпами освоения космоса понадобилось сконструировать новые специальные костюмы. Ведь первые модели были только лишь аварийно-спасательными. Из-за того, что их присоединяли к системе жизнеобеспечения пилотируемого корабля, космонавты в космосе в таком снаряжении побывать не могли. Для выхода в открытое внеземное пространство необходимо было сконструировать автономный скафандр. Этим занялись конструкторы СССР и США.
Американцы под свою космическую программу «Джемини» создали новые модификации скафандров G3C, G4C, а также G5C. Вторая из них была предназначена для выхода в открытый космос. Несмотря на то что все американские скафандры подключались к бортовой системе жизнеобеспечения, в них было встроено автономное устройство. В случае необходимости его ресурсов вполне хватило бы на поддержку жизни астронавта в течение получаса.
В скафандре G4C 03.06.1965 г. вышел в открытый космос американец Эдвард Уайт. Однако он не был первопроходцем. За два с половиной месяца до него рядом с кораблем в космосе побывал Алексей Леонов. Для этого исторического полета советские инженеры разработали скафандр «Беркут». Он отличался от СК-1 наличием второй герметичной оболочки. Кроме того, в скафандре имелся заплечный ранец, оснащенный кислородными баллонами, а в его шлем встроили светофильтр.
Во время нахождения в открытом космосе человека соединял с кораблем семиметровый фал, в составе которого имелось амортизирующее устройство, электрические провода, стальной трос и шланг для аварийного снабжения кислородом. Исторический выход во внеземное пространство состоялся 18.03.1965 г. находился за пределами 23 мин. 41 сек.
Скафандры для освоения Луны
После освоения земной орбиты человек устремился дальше. И первой его целью стало осуществление полетов на Луну. Но для этого нужны были особые автономные скафандры, которые позволили бы находиться вне корабля в течение нескольких часов. И они были созданы американцами в ходе разработки программы «Аполлон». Эти костюмы обеспечивали защиту астронавта от солнечного перегрева и от микрометеоритов. Первый разработанный вариант лунных скафандров назвали A5L. Однако в дальнейшем он был усовершенствован. В новой модификации A6L предусмотрели теплоизоляционную оболочку. Версия A7L являлась огнестойким вариантом.
Лунные скафандры представляли собой цельные многослойные костюмы, имевшие гибкие сочленения из резины. На манжетах и вороте находились металлические кольца, предназначенные для присоединения герметичных перчаток и шлема. Застегивались скафандры при помощи вертикальной молнии, вшитой от паха до шеи.
Американцы ступили на поверхность Луны 21.07.1969 г. Во время этого полета нашли свое использование скафандры A7L.
Собирались на Луну и советские космонавты. Для этого полета создали скафандры «Кречет». Это был полужесткий вариант костюма, на спинке которого имелась специальная дверца. Космонавт должен был влезть в нее, облачившись, таким образом, в снаряжение. Закрывалась дверца изнутри. Для этого был предусмотрен боковой рычаг и сложная схема из тросиков. Внутри скафандра находилась и система жизнеобеспечения. К сожалению, побывать на Луне советским космонавтам так и не удалось. Но созданный для таких полетов скафандр в дальнейшем использовался при разработке других моделей.
Снаряжение для новейших кораблей
Начиная с 1967 г. Советский Союз начал запуск «Союзов». Это были транспортные средства, предназначенные для создания Время нахождения на них космонавтов неизменно увеличивалось.
Для полетов на кораблях «Союз» был изготовлен скафандр «Ястреб». Его отличия от «Беркута» состояли в конструкции системы жизнеобеспечения. С ее помощью производилась циркуляция дыхательной смеси внутри скафандра. Здесь она очищалась от вредных примесей и углекислоты, а затем и охлаждалась.
Новый спасательный скафандр «Сокол-К» был использован во время полета «Союза-12» в сентябре 1973 г. Более усовершенствованные модели этих защитных костюмов приобрели даже торговые представители из Китая. Интересно, что при запуске пилотируемого корабля «Шаньчжоу» находящиеся в нем астронавты были облачены в снаряжение, очень напоминающее российский образец.
Для выхода в открытый космос советские конструкторы создали скафандр «Орлан». Это автономное полужесткое снаряжение, схожее с лунным «Кречетом». Облачаться в него также приходилось через дверцу в спине. Но, в отличие от «Кречета», «Орлан» был универсальным. Его рукава и штанины легко подгонялись под нужный рост.
В скафандрах «Орлан» совершали полеты не только российские космонавты. По образцу этого снаряжения китайцы сделали свои «Фэйтянь». В них они вышли в открытый космос.
Скафандры будущего
На сегодняшний день NASA разрабатывает новые космические программы. В них входят полеты на астероиды, на Луну, а также Именно поэтому продолжается разработка новых модификаций скафандров, которые в дальнейшем должны будут соединить в себе все положительные качества рабочего костюма и спасательного снаряжения. На каком варианте остановятся разработчики, пока неизвестно.
Может, это будет тяжелый жесткий скафандр, защищающий человека от всех негативных внешних воздействий, а может, современные технологии позволят создать универсальную оболочку, элегантность которой по достоинству оценят будущие женщины-космонавты.
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, скафандра, муж. (от греч. skaphe лодка и aner человек). 1. Водолазный костюм с особыми приспособлениями для дыхания и работы под водою. 2. Специальный костюм для стратонавтов. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
В Древней Греции «скафандрами» называли хороших пловцов или ныряльщиков. Но по мере развития человеческих технологий так стали называться все средства защиты человека, позволяющие проникать в среды, где незащищенный человеческий организм ждет быстрая и не всегда легкая смерть. Сначала под воду, затем в воздух, а с относительно недавних пор и за пределы Земли.
История скафандра
Первым слово «скафандр» в его современном понимании использовал в 1775 году французский аббат-математик Жан Батист де ла Шапель. Так он назвал свой костюм из пробки, который должен был помочь солдатам форсировать реки. Идея была подхвачена, и уже к середине XIX столетия водолазы были штатной единицей на всех крупных морских флотах. В двадцатых годах XX века английский физиолог Джон Холден предложил использовать костюмы водолазов для защиты здоровья и жизни воздухоплавателей. Он же сконструировал первый подобный скафандр и испытал его в барокамере, имитировав давление, эквивалентное тому, что образуется на высоте в 25 км. Но собрать денег на строительство аэростата для подъема в стратосферу ему не удалось, и на практике костюм испытан не был.
После окончания Второй мировой войны начался бурный прогресс в реактивной авиации и человек стал забираться в воздух все выше и выше. И для покорения новых высот понадобился космический скафандр.
Первые проекты наши и зарубежные
Создание скафандра - это одна из самых технологически сложных и ключевых программ космического проекта. И прогресс в этой сфере достигался за счет соперничества двух космических сверхдержав.
В нашей стране космическими скафандрами первым стал заниматься Евгений Чертовский из Института авиационной медицины. В сороковых годах он разработал 7 типов герметичного снаряжения и первым в мире решил проблему мобильности, сконструировав модель 4-2 с шарнирами. С 1936 года разработкой скафандров космонавтов стал целенаправленно заниматься специально созданный Центральный аэрогидродинамический институт. В результате модель 4-3 содержала уже практически все детали, которые используют в современных скафандрах. В послевоенные годы конструировать скафандры стал Летно-исследовательский институт. А в октябре 1952 года в подмосковном Томилино инженером Александром Бойко был создан особый цех при заводе №918 (сегодня это НПП «Звезда»). Именно на нем и был создан скафандр Гагарина. Если в нашей стране испытания нового снаряжения проводились летчиками, то американцы пришли к созданию своей версии скафандра через стратосферную программу. В начале шестидесятых для испытания космических и авиационных скафандров были построены несколько стратостатов, оборудованных открытыми гондолами для приземления с большой высоты.
Программа оказалась смертельно опасной - из шести стратонавтов погибли трое. Но в итоге проект Excelsior все же закончился успехом. 16 августа 1960 года Джозеф Киттингер установил сразу несколько рекордов. Его падение из стратосферы длилось 4 минуты 36 секунд, за которые пилот пролетел 25 816 метров, развив скорость около 1000 км/ч.
Что такое современный скафандр?
Современный космический скафандр должен решать сразу несколько важных задач. С падением давления человеческому организму становится все труднее усваивать кислород. Без проблем человек может находиться на высоте не более 4-5 км. На больших высотах необходимо добавление кислорода во вдыхаемый воздух, а с 7-8 км человек должен дышать чистым кислородом. При подъеме на высоту выше 12 км легкие теряют возможность усваивать кислород и необходима компенсация давления.
На сегодня существует два типа компенсации давления: механическая компенсация и создание вокруг человека газовой среды с избыточным давлением. Первый вариант - это высотные компенсационные летные костюмы. Тело пилота опутывают ленточки, напоминающие восьмерку, в которые пропущена резиновая камера.
В случае разгерметизации в камеру подается сжатый воздух, она увеличивается в диаметре, сокращая диаметр кольца, опутывающего пилота. Однако в разгерметизированной кабине пилот может провести не более 20 минут. Второй путь - скафандр. По сути, это герметичный мешок, в котором создано избыточное давление. Время пребывания человека в скафандре практически не ограничено, но при этом существенно ограничивается подвижность. Рукав скафандра с избыточным давлением фактически представляет собой аэробалку с давлением в 0,4 атмосферы. Согнуть руку в таких условиях все равно, что согнуть накачанную автомобильную камеру. Поэтому скафандр делают составным, а одна из самых сложных технологий - производство специальных «мягких» шарниров.
Скафандр состоит из двух оболочек: внутренней герметичной и внешней силовой. Первая состоит из листовой резины, для производства которой используется высококачественный каучук. Внешняя оболочка - тканевая (американцы используют нейлон, мы - отечественный аналог, капрон). Она защищает резиновую оболочку от повреждений и держит форму. Очень похоже на устройство футбольного мяча, где кожаный чехол защищает накачанную резиновую камеру. Долго находиться в «резиновом мешке» человек не сможет, поэтому в скафандре присутствует система вентиляции.
Первые скафандры работали по вентиляционному принципу, выбрасывая использованный воздух наружу, как акваланг. По такому принципу были устроены первые скафандры СК-1, скафандр «Беркут», в котором Леонов выходил в открытый космос, спасательные скафандры «Сокол». Однако для длительного пребывания в открытом космосе и для американской лунной программы они не подходили. Для этих целей были разработаны регенерационные скафандры (советские «Орлан» и «Кречет» и американские A5L, A6L, A7L). В них выдыхаемый газ регенерируется, из него отбирается влага, воздух снова насыщается кислородом и охлаждается.
Под скафандр надевается специальный сетчатый костюм водяного охлаждения. А экранно-вакуумная изоляция внешнего костюма работает по принципу термоса и состоит из нескольких слоев специальной полиэтиленовой пленки с напыленным алюминием. В результате нивелируется воздействие как экстремально высоких, так и экстремально холодных температур.
Берегите голову
Шлем - одна из наиболее сложных деталей скафандра. В «авиационную эпоху» шлемы были двух типов: масочные (летчик использовал кислородную маску) и безмасочные (шлем отделялся от остального скафандра герметичной шторкой и становился одной большой кислородной маской с непрерывной подачей дыхательной смеси). В итоге победила безмасочная концепция, которая обеспечивала лучшую эргономику, хотя и требовала большего расхода кислорода. Именно такими стали делать шлемы для космоса, которые в свою очередь разделились на съемные и несъемные. Первый СК-1 комплектовался несъемным шлемом, а вот леоновские «Беркут» и «Ястреб» были съемными. Причем присоединялись они специальным герморазъемом с гермоподшипником, что давало возможность космонавту вертеть головой. Но дополнительная мобильность обернулась громоздкостью конструкции и в дальнейшем от нее отказались.
Обязательный элемент шлема для выхода в открытый космос - светофильтр. На первых моделях использовались светофильтры самолетного типа, покрытые тонким слоем серебра. Но их защитные свойства оказались недостаточными и в дальнейшем светофильтры скафандров стали напылять довольно толстым слоем чистого золота, обеспечивающего пропускание всего 34% света. Разбить «стекло» шлема практически невозможно: оно делается из сверхпрочного поликарбоната лексана. В результате это чудо инженерной мысли безумно дорого - современный американский шлем стоит около $12 млн; российский, как это часто бывает, несколько дешевле.
Скафандры будущего
Не секрет, что космические программы и СССР, и США были большой частью глобального военного соперничества. Крушение СССР резко затормозило прогресс в этой области. Нашей стране долгое время было вовсе не до космоса и лишь недавно последние советские наработки вытащили из-под сукна. Финансирование американской программы также было значительно сокращено (экспедиции на Марс, Венеру, астероиды и вновь на Луну отложены на неопределенное время). Китай пока на оригинальность не претендует и одевает своих тайконавтов в костюмы, сделанные на базе советских.
Так что пока, не имея конкретных, целевым образом финансируемых проектов, конструкторы развлекаются, создавая костюмы а-ля Голливуд. Американский перспективный проект Z-1, за сходство с нарядом мультяшного персонажа, прозвали «скафандром Базза Лайтера». А перспективное детище от Роскосмоса отлично подойдет то ли Робокопу, то ли Терминатору.