Эволюция скафандров

Cегодня скафандр ассоциируется в основном с космическими полетами, но идея подобного приспособления возникла задолго до того, как человек вообще поднялся в воздух. Изначальное предназначение скафандра понятно из его названия: «скафе» в переводе с древнегреческого — лодка, «андрос» — человек.

Скафандром можно было назвать хорошего пловца, который в воде себя чувствует уверенно, как судно.

Первое приспособление под таким названием было придумано еще в 1775 году французом Жаном Батистом де ла Шапелем. Тогда это был не костюм для подводного погружения, а скорее что-то вроде пробкового спасательного жилета. Надев его, солдат с оружием мог переплыть водную преграду и не утонуть. Практической реализации идея де ла Шапеля не получила, но термин прижился и закрепился.

В XIX веке водолазные скафандры получили широкое применение и уже через сотню лет после идеи ла Шапеля перестали казаться странными. А дальше оставался всего один шаг до идеи применить водолазный скафандр в другой, тоже недружественной человеку среде.

Как и большинство крутых штук, космический скафандр впервые появился в научной фантастике. В 1898 году американец Гаррет Сервис специально для издания New York Journal написал «фанфик» по роману Герберта Уэллса «Война миров». В книге под названием «Эдисоновское завоевание Марса» фигурировали специальные герметичные костюмы, в которых земляне обслуживали в космосе свои корабли. Хотя скафандры Сервиса были из мягкой ткани и никак не учитывали физику вакуума, уже тогда было понятно, что одними кислородными баллонами люди в космосе не обойдутся.

Первые практические опыты по применению «высотных скафандров» начались в 1920-е годы. Тогда британец Джон Холден опубликовал серию статей, где обосновывал необходимость защиты летчиков на больших высотах. Ученый даже создал модель такого защитного костюма и испытал его при давлении, соответствующем 25 километрам над уровнем моря. Однако собрать деньги для испытаний на аэростате не сумел.

А вот советский инженер Евгений Чертовский имел солидную поддержку от государства, поэтому свой скафандр сумел испытать на пилоте бомбардировщика ТБ-3 в 1937 году. Работа над спецкостюмом заняла более 6 лет, за которые инженер сумел решить важную задачу: обеспечение подвижности костюма после наддува, применив для этого шарнирные сочленения.

Благодаря Чертовскому слово «скафандр» закрепилось в русском языке — изначально разработка называлась высотно-компенсационным костюмом.

В том же 1937 году был разработан и первый космический скафандр. До первого полета человека в космос оставалось еще почти четверть века, Гагарин еще даже в школу не пошел. Но инженеры из Центрального аэрогидродинамического института так вдохновились советским фильмом фильмом «Космический рейс», вышедшим за год до этого, что решили заранее подготовиться к межзвездным путешествиям.

Как это ни странно, первоначально предполагалось, что первый человек полетит в космос без скафандра. Роль защиты должна была играть специальная герметичная камера, которая выбрасывалась бы из спускаемого аппарата перед приземлением. Однако такая конструкция была чересчур сложной и несла слишком много рисков для космонавта. В 1960 году, менее чем за год до полета Гагарина, Сергей Королев и его сотрудники переработали конструкцию космического корабля, заменив камеру на кресло. Тут-то и пригодился скафандр.

Времени на разработку «с нуля» уже не было, поэтому скафандр СК-1 оказался фактически немного доработанным высотным костюмом «Воркута». «Воркуту» в то время создавали на опытном заводе номер 918 (сейчас это НПП «Звезда» в Московской области), и как раз успели испытать, а предназначался костюм для пилотов истребителя-перехватчика Су-9. Только шлем пришлось полностью переделать. Например, в нём был установлен специальный механизм, управляемый датчиком давления: если оно резко падало, механизм мгновенно захлопывал прозрачное забрало.

Забавно, но СК-1 побывал в космосе раньше Гагарина. 9 и 25 марта 1961 года при пробных запусках корабля «Восток» в этом скафандре был отправлен в космос манекен, в шутку прозванный Иваном Ивановичем. В его груди была установлена клетка с мышами и морскими свинками, а под забрало шлема положили табличку с надписью «Макет», чтобы очевидцы приземления не приняли Ивана Ивановича за захватчика с Марса.

Вплоть до полета Алексея Леонова космонавты отправлялись в полет в скафандрах, не позволявших выйти в открытый космос. Для этой задачи нужна была принципиально иная защита. Американские и советские конструкторы работали над проблемой параллельно. В СССР мудрить не стали, взяли за основу хорошо себя зарекомендовавший СК-1. Для большей надежности инженеры внесли некоторые дополнения. Они добавили второй герметичный слой, смонтировали заплечный ранец с кислородными баллонами, а в шлем установили солнцезащитный фильтр. Верхний слой из оранжевой ткани заменили на многослойную теплоизоляцию, а закрытую систему жизнеобеспечения сделали опять открытой — выдыхаемый воздух сбрасывался за борт. Вместо присвоения скучной аббревиатуры скафандру дали имя «Беркут», заложив традицию называть скафандры именами птиц.

В США в качестве прототипа выбрали герметичный костюм G3C, ранее разработанный для полетов на ракетном самолете X-15. Здесь также был резиновый герметичный слой, силовой слой из специальной ткани, несколько слоев нейлона и внешний слой из арамида, выдерживающий нагрев до 400 градусов Цельсия. В скафандре, обозначенном как G4C, 3 июня 1965 года совершил выход в космос первый американец Эдвард Уайт. Однако первым человеком в космосе он не стал — его на два месяца опередил Леонов в «Беркуте».

Костюм для Луны имеет свои особенности. При работе вне космического корабля или станции ноги в лучшем случае используются для фиксации на стреле-манипуляторе, а большую часть времени выглядят настоящим атавизмом «человека космического». На поверхности же небесного тела надо ими активно шевелить, и это должно быть удобно. Так что лунные скафандры по обе стороны океана уже не были модифицированным летным оборудованием.

Наиболее забавная история приключилась в США, где компания ILC, производящая женское белье, обошла на конкурсе всех профильных конкурентов, предложив наиболее удобное решение. Секрет был в инновационных шарнирах — гофрированная резина, стянутая проволокой, позволяла легко сгибать конечности даже в вакууме. А доработанная версия A7LB даже имела дополнительные шарниры на шее и в поясе, для большего удобства управления лунным ровером.

В СССР пошли другим путем, сделав ставку на автономность и надежность. Главной задачей скафандра «Кречет» с полужесткой конструкцией было обеспечить космонавту возможность пройти 5 километров до запасного корабля при проблемах с основным.

Новый скафандр был не слишком удобным, зато позволял провести до 10 часов в автономном режиме.

«Кречет» имел собственные системы радиосвязи, телеметрии, устройство обеспечения питьевой водой и удаления жидких отходов. Однако, к большому сожалению всех участников советской лунной программы, она была закрыта, несмотря на полную готовность скафандров к экспедиции.

В 1973 году появился настоящий долгожитель среди скафандров — «Сокол». В различных модификациях он используется до сих пор. «Сокол» — это в первую очередь спасательный скафандр, и для выхода в космос не предназначен, но выдерживает соответствующие условия. Он рассчитан на пребывание в вакууме до 125 минут. Забавно, что у него есть деталь конструкции, роднящая скафандр с водолазными костюмами — вместо герметичной молнии используется распах на груди, через который скафандр надевается.

Конструкция «Сокола» оказалась настолько удачной, что скафандр не только пережил развал СССР, но и был позаимствован китайцами для их космической программы «Шэнчжоу».

Для выходов в космос российские космонавты сегодня используют «Орлан». Его скорее даже не надевают, а заходят внутрь. «Орлан» представляет собой полужесткую конструкцию с дверкой сзади. В частности, этими скафандрами пользуются при работе на МКС — находиться в космосе он позволяет до 7 часов.

В США во время расцвета программы шаттлов использовались три модели скафандров. Для экспериментальных полетов использовали SEES — модифицированный скафандр от самолета-разведчика SR-71.

Когда шаттл объявили пригодным к эксплуатации, астронавты летали без скафандров вообще. После катастрофы «Челленджера» из доступных компонентов собрали даже не скафандр, а высотно-компенсирующий костюм LES. Вместо трубок и лент там использовались надувные мешки, а для герметизации шлема вокруг шеи надувался воротник.

Уже начиная с полета «Колумбии» LES заменили на скафандр ACES. Его создавали в компании David Clark Company, а по сути он был прямым потомком скафандра для миссии Gemini — первого выхода в космос американского астронавта.

Все три перечисленные выше модели использовались для нахождения внутри корабля. Для выходов в космос американцы создали свой полужесткий скафандр EMU.

В отличие от «Орлана» он делится на большее количество частей — верхняя часть торса, нижняя, конечности, шлем, рюкзак. Универсальность обеспечивается подбором под конкретного астронавта компонентов подходящего размера. Спорить о том, чей скафандр лучше, можно до потери пульса, ведь обе модели имеют свои плюсы и минусы. Например, «Орлан» легче, но EMU имеет вдвое больший срок службы и ремонтопригоден (EMU возвращается на землю для ремонта после 25 сеансов внекорабельной деятельности, «Орлан» выбрасывается после 12).

Правдивые истории о туалете и фейк о чешущемся носе

Большинству людей, которые смотрят на астронавта в скафандре, в первую очередь интересно лишь одно: «Как в этом ходить в туалет?» Не знаем точно, когда конструкторы скафандров озаботились этим вопросом, но проблема стала очевидной, когда в 1961 году при запуске в космос корабля «Меркурий-Редстоун-12» астронавту Алану Шепарду пришлось справлять нужду прямо в скафандр. Конечно, Шепард был человеком импульсивным и нетерпеливым — вряд ли другой перед самым стартом ракеты вслух произнес «Please, dear God, don't let me f**k up» («Господи, не дай мне обделаться»). Такой не стал бы терпеть, как это делали остальные (или просто не признавались). Но туалетный вопрос надо было как-то решать.

В следующие полеты астронавты отправлялись со специальными латексными мочеприемниками, которые подсоединялись к скафандру через трубку и специальный клапан. По форме они напоминали гигантские презервативы, были жутко неудобными и часто протекали. Примерно тогда же для астронавтов ввели и мешки для опорожнения кишечника. Это были обычные мешки, что доставляло очень много неудобств. После того, как космонавт справил нужду, необходимо было протолкнуть фекалии в пакет, отклеить мешок от себя, разорвать другой пакет с дезинфектантом и высыпать содержимое в первый, потом убрать салфетки в третий пакет. Естественно, что при таком подходе космонавтам неоднократно приходилось ловить летающие по кораблю экскременты.

Впоследствии для женщин-астронавтов были разработаны специальные шорты-памперсы с несколькими абсорбирующими слоями, а начиная с первых шаттлов у космоплавателей появились туалеты. А вот для длительных (более 6 часов) сеансов работы в открытом космосе космонавтам приходится надевать банальные подгузники.

Еще одна интересная ситуация связана с подушечкой из упругого материала. напоминающего монтажную пену. Она прикреплена к шлему изнутри слева. во многих источниках можно прочитать о том, что это специальное приспособление для чесания носа — мол, иногда как начнет чесаться на орбите, хоть обратно на Землю просись. Однако все не так банально. Подушечка действительно предназначена для носа, но не для чесания, а для затыкания. Она нужна для выполнения так называемого «маневра Вальсальвы» при выходе в открытый космос, когда давление в скафандре нагнетается искусственно и уши астронавта закладывает. Человек в этом случае затыкает нос подушечкой и дует через рот, выравнивая давление.