С этого момента прошло уже 57 лет: сильно изменилась подготовка к погружению в безвоздушное пространство, как и скафандры, которые при этом используют. Рассказываем о новшествах в этой сфере.
Первый выход человека в открытое космическое пространство продлился 12 мин. 9 сек. (хотя фактически Леонов пробыл вне корабля в условиях космического пространства 23 мин. 41 сек.). За это время стали очевидны многие проблемы конструкции обмундирования. Оказалось, что первый скафандр «Беркут» недостаточно крепкий. По воспоминаниям Леонова, на восьмой минуте нахождения в открытом космосе из-за разности давлений костюм раздулся и стал велик космонавту, в результате чего пальцы вышли из перчаток, а позже и ноги из сапог.
Нештатная ситуация могла стоить Леонову жизни: из-за увеличившегося скафандра он не мог втиснуться в люк шлюза, чтобы попасть обратно на корабль. Космонавту пришлось пойти на отчаянный шаг и сбросить давление внутри костюма до аварийных значений. Из-за этого у Леонова могла начаться декомпрессионная болезнь — заболевание, которое возникает при резком понижении давление окружающей среды. Подобное состояние приводит к тому, что растворенные в тканях человека газы начинают выделяться пузырьками в кровь, что приводит к ее вспениванию. В условиях невесомости и отсутствия доступной медицинской помощи это легко могло закончиться смертью Леонова. К счастью, все обошлось и космонавт успешно завершил миссию.
Этот опыт лег в основу всех дальнейших разработок для покорения открытого космического пространства и позволил сделать эту практику стандартной процедурой на МКС. Сегодня в открытом космосе проводят научные эксперименты и ремонтные работы, а вскоре и вовсе планируют сделать выходы за пределы кораблей частью туристической активности. Однако такие путешествия по-прежнему требуют серьезной подготовки, которая начинается еще на поверхности.
Как проходит подготовка к выходу в открытый космос на Земле?
Погружение в воду — один из лучших способов имитации условий невесомости на Земле. В жидкости тело человека может достигнуть нейтральной плавучести (гидроневесомости), при которой оно не будет ни тонуть, ни всплывать. Конечно, сила притяжения все еще будет ощущаться, но сопротивление воды скомпенсирует его. Кроме того, вода создает характерное сопротивление движениям, в результате чего специалисты привыкают к принципам работы мускулов в невесомости и осваивают нюансы координации в открытом космосе.
На базе Научно-исследовательского испытательного центра подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина (ЦПК) космонавты проходят подготовку в условиях моделируемой невесомости в специальной гидролаборатории. Они погружаются в огромный резервуар с водой с крупногабаритными макетами российских модулей МКС и отрабатывают различные типы внекарабельной деятельности (ВКД), начиная от выхода в открытое космическое пространство и заканчивая монтажно-демонтажными работами на орбите.
В настоящее время подобные гидролаборатории, помимо ЦПК, можно найти только в Лаборатории нейтральной плавучести NASA и Космическом центре имени Линдона Джонсона в Хьюстоне, штат Техас, что еще раз подчеркивает уникальность разработки.
Кроме того, в некоторых центрах по подготовке космонавтов, в том числе и в России, применяют дополненную и виртуальную реальность, чтобы подготовить будущих специалистов к новому опыту. Благодаря этим технологиям у космонавтов есть возможность изучить наружную поверхность МКС и отработать технику пользования орбитальными инструментами.
Как готовятся к выходу в открытый космос на МКС?
Каждый выход в космос — тщательно спланированная операция. Как рассказывает космонавт Олег Котов, подготовка к выходу начинается за две-три недели до запланированной даты: в этот период участники экспедиции тщательно проверяют снаряжение, в особенности скафандры, а также подготавливают саму станцию к предстоящей вылазке. Конструкция должна быть готова к снижению давления и разгерметизации модуля, с которого космонавты осуществляют выход для предстоящей ВКД.
Однако, как замечает Котов, самой ответственной частью работы остается подготовка по задачам экспедиции. Космонавты решают, какое оборудование им потребуется, и разрабатывают детальный план операции: кто и что будет нести, как именно будут закреплены необходимые инструменты, а также тщательно репетируют все этапы самого выхода. Одна вылазка в среднем длится 5−7 ч, за это время космонавты могут преодолевать значительные расстояния. Все передвижения в открытом космосе происходят исключительно при помощи рук: чтобы добраться до нужного места, космонавты пользуются страховочными тросами, которые цепляются за специальные поручни, расположенные снаружи МКС. В целом процесс напоминает подъем альпинистов в гору. При этом за физическими показателями участников экспедиции постоянно следят с помощью специального медицинского пояса: при любом отклонении может поступить приказ о прекращении операции, да и сами космонавты могут спокойно попросить об отдыхе, если чувствуют, что не справляются.
Однако, несмотря на всю сложность ВКД, благодаря слаженной работе и высокому профессионализму космонавты редко нарушают запланированный ход операций. Иногда специалисты даже заканчивают раньше установленных сроков. Так, в 2024 году отечественные космонавты смогли выполнить задачи первого в году выхода в открытый космос с опережением графика на 2 ч, всего за 4 ч 36 мин. вместо запланированных 6 ч 36 мин.
С другой стороны, если не предусмотреть все нюансы, может случиться несчастный случай. Так, 18 ноября 2008 года астронавт NASA Хайдемари Марта Стефанишин-Пайпер во время ВКД потеряла сумку с инструментами. Может показаться, что ситуация пустяковая, однако объекты в космосе разгоняются до огромных (около 25 200 км/ч) скоростей, в результате чего при столкновении могут повредить целостность МКС или навредить космонавту. К счастью, в случае с Стефанишин-Пайпер все обошлось: через какое-то время сумка вошла в земную атмосферу, где и сгорела вместе со всем содержимым.
Какая конструкция у современных скафандров?
В целом существующие сегодня скафандры для выхода в открытый космос похожи друг на друга. Во-первых, внутри специально создается избыточное давление, обычно в 0,4−0,3 атмосферы, чтобы компенсировать отсутствие давления в вакууме. В том числе из-за этого двигаться внутри костюма трудно (один из самых охраняемых секретов их производства — технология создания специальных «мягких» шарниров, которые позволяют космонавту совершать различные манипуляции в открытом космосе).
Еще одна особенность скафандров — их многослойность. Внутренний слой отвечает за герметичность, а внешний — за усиление конструкции. Задача внешнего слоя — защитить внутреннюю часть от повреждений, а также удерживать форму костюма. По схожему принципу делают футбольные мячи: слой из кожи снаружи не дает резиновой камере с воздухом внутри разорваться при ударе ногой, а также помогает поддерживать неизменную форму предмета.
Кроме того, в скафандрах обязательно присутствует система жизнеобеспечения. Обычно в костюмах для длительного пребывания в открытом космосе она работает по регенерационному принципу. Выглядит это так: специальные системы внутри костюма не просто выкидывают выдыхаемый космонавтом воздух в космос, как это было в скафандре Леонова, а очищают его от посторонних газов, осушают и охлаждают его, после чего донасыщают кислородом и вновь подают для дыхания. Благодаря этому расход кислорода становится меньше и человек может непрерывно находиться в открытом космосе до 10 ч.
Какие модели скафандров используют российские космонавты на МКС сейчас?
Сегодня отечественные космонавты используют тип скафандра «Орлан» от научно-производственного предприятия «Звезда» (их первые испытания прошли еще в конце 70-х годов XX века). С тех пор конструкция постоянно совершенствовалась: на сегодняшний день в эксплуатации на МКС находится восьмое поколение скафандра — «Орлан-МКС».
Новейший скафандр выгодно отличается от предшественника, «Орлана-МК». Прежде всего, в костюме появилась автоматическая система терморегулирования, которая самостоятельно адаптируется к температурным условиям окружающей среды. Дело в том, что при длительном пребывании в открытом космосе космонавты то и дело сталкиваются с температурными перепадами, а также занимаются разной по степени интенсивности физической нагрузкой. В результате перегреться или замерзнуть становится очень легко. Для того чтобы этого избежать, под скафандр надевают специальные костюмы, в которые подается холодная или теплая вода для поддержания нормальной температуры тела. Раньше система терморегуляции управлялась вручную, что отвлекало специалистов от непосредственных задач ВКД, однако в новых «Орланах» удалось создать автоматизированную систему климат-контроля, которая самостоятельно определяет наиболее подходящую для тех или иных условий температуру.
Новый скафандр отличает и инновационная конструкция рукавов и штанин. Их стали делать из более надежного материала на основе полиуретана, в результате чего срок службы гермооболочек скафандра на орбите увеличился минимум в полтора раза (в прошлом поколении «Орланов» применяли менее прочные резиновые гермооболочки).
Еще одно новшество «Орлана-МКС» — более мощный встроенный компьютер. Установленные в него программы постоянно тестируют, как работает скафандр по 50 различным параметрам, и при необходимости выводят полученные данные на встроенный в «Орлан-МКС» жидкокристаллический дисплей, который также претерпел некоторые изменения. Экран стал больше, что позволило увеличить размер надписей на нем. Благодаря модернизации космонавтам стало легче считывать информацию, что сделало работу в открытом космосе безопаснее и эффективнее.
В чем разница между российскими и американскими скафандрами?
Как отмечает в своем комментарии для ТАСС научный журналист Михаил Котов, хотя американские скафандры EMU мало чем отличаются от «Орланов» по техническим характеристикам, конструкция отечественных костюмов удобнее.
Дело в том, что американские EMU состоят из двух частей, которые соединяются между собой. Сначала астронавт надевает «штаны», а затем «кофту». Из-за такой конструкции надеть космический костюм самостоятельно не получится, астронавты нуждаются в помощи коллег, чтобы подготовиться к выходу в открытый космос.
С другой стороны, «Орланы» цельные: космонавт залезает в костюм через дверцу в задней части скафандра, после чего может самостоятельно ее закрыть. Это означает, что у отечественных специалистов есть возможность подготовиться к ВКД без посторонней помощи.
Другое отличие между нашими и американскими костюмами — уровень давления внутри. У американских скафандров оно немного меньше (0,3 атмосферы против 0,4 атмосферы), поэтому астронавтам проще двигаться в космосе. Однако и тут есть свои минусы: из-за более низкого давления астронавтам требуется больше времени на десатурацию (процесс дыхания чистым кислородом перед выходом в открытый космос, призванный предотвратить развитие декомпрессионной болезни).
Также американские скафандры отличает наличие технологии самоспасения SAFER. По сути, это специальный реактивный двигатель, который, как ранец, надевается на скафандр. При экстренном отцеплении страховочного троса астронавты могут воспользоваться им, чтобы подлететь к кораблю. Однако прецедентов использования SAFER по назначению еще не было.
Мария Богрянова.
