«Космический мотоцикл» для "Бурана": 35 лет испытаниям индивидуального транспорта космонавта
1 февраля 1990 года в открытом космосе проведены первые летно-конструкторские испытания установки для перемещения и маневрирования космонавта (УПМК), в обиходе прозванной «космическим мотоциклом». Во время испытаний, проходивших на орбитальном комплексе «Мир», бортинженер Александр Серебров удалялся от модуля «Квант-2» на 33 м, а командир экипажа Александр Викторенко - на 45 м. Испытания завершились полным успехом, но УПМК больше никогда не использовалась, поскольку имела узкую специализацию - ремонт на орбите теплозащиты челнока "Буран".
Летающая мастерская для ремонта космического челнока
В начале 1980-х годов для многоразового космического корабля «Буран» шло изготовление теплозащитных плиток с рабочим диапазоном от -130 до +1600 градусов по Цельсию, позволявших ему после орбитального полета входить с плотные слои атмосферы на гиперзвуковой скорости и не быть прожженным плазмой. Но у конструкторов не было уверенности, что при выведении на орбиту все теплозащитные плитки останутся целыми. Создатели теплозащиты из Всесоюзного НИ авиационных материалов (ВИАМ) разработали технологию ремонта поврежденных участков теплозащиты космонавтами прямо на орбите.
Предполагалось, что, подлетев к орбитальному комплексу «Мир», "Буран" будет вращаться вокруг своей оси, а космонавты со станции оценят состояние его теплозащиты. При обнаружении повреждений члены экипажа станции должны были выйти в открытый космос и "залатать" поврежденное место.
На научно производственном предприятии «Звезда» под руководством Гая Северина разработали специальное устройство с двумя отсеками, содержащими разные химические вещества. Космонавт нажимал кнопку, и начиналось смешивание этих веществ.
В итоге получалось кремнийорганическое соединение, которое наносилось на место отсутствующей плитки, размазывалось шпателем, и под воздействием солнечных лучей полимеризировалось.
Но возникла проблема: на обшивке "Бурана" не было никаких поручней, на которых могли бы зафиксироваться космонавты и начать ремонтные работы. Тогда на НПП «Звезда» была разработана установка для перемещения и маневрирования космонавта (изделие 21КС) которая обеспечивала их перемещение в открытом космосе и фиксацию на месте работ. Предполагалось, что эта установка также существенно повысит эффективность работы космонавтов и на поверхности станции «Мир» при выполнении монтажных, ремонтно-профилактических, научно-исследовательских, военно-прикладных и спасательных работ. Кроме того, с ее помощью можно было бы спасти космонавта, случайно оторвавшегося от поручней на станции. Одновременно на «Звезде» развернулись работы и по созданию полностью автономного скафандра «Орлан ДМА».
Но эти, казалось, очень важные работы, получили активную поддержку только после того, как аналогичное устройство - Пилотируемый маневрирующий модуль (MMU) 3 февраля 1984 года при выходе в открытый космос из шаттла «Челленджер» испытали американские астронавты Брюс МакКендлесс и Роберт Стюарт. После катастрофы американского шаттла «Челленджера» применение MMU было признано слишком рискованным и его дальнейшая эксплуатация прекращена.
Советская УПМК была выполнена в виде ранца массой 180 кг (без космонавта в скафандре). Космонавт в скафандре «Орлан ДМА» мог без посторонней помощи в ней зафиксироваться.
Космонавт мог вручную управлять установкой с помощью тумблеров и рукояток, расположенных на двух консолях — подлокотниках. Система управления УПМК позволяла космонавту перемещаться по трем осям или вращаться вокруг любой их них. Управление УПМК, ее стабилизация относительно места работы могло осуществляться не только в ручном, но и в полуавтоматическом и даже в автоматическом режимах. Перемещение и стабилизация достигались с помощью истечения струй сжатого воздуха из 32 сопел (тяга каждого 0,5 кГс), хранившегося в двух 20-литоовых баллонах под давлением 350 атмосфер.
Максимально достижимая скорость - 30 м/с. Расчетное время работы УПМК в одном выходе без дозаправки - 6 ч. Максимальное удаление - 60 м. Ресурс УПМК – 15 выходов в открытый космос.
УПМК могла работать в двух режимах: экономичном и форсированном. Первый ограничивал скорости перемещения и вращения вблизи станции, корабля «Буран» или спутника-мишени Так, что для разворота кругом требовалось не менее 20 секунд. Форсированный режим служил для быстрых перемещений на безопасном расстоянии от станции и для экстренного реагирования в случае риска столкновения. При этом линейные сопла работали импульсами по четыре секунды, а угловые ускорения могли быть почти втрое больше, чем в экономичном режиме.
На "мотоцикле" космонавты удалялись от станции до 45 метров
8 декабря 1989 года во время 5-й основной экспедиции на станцию "Мир" УПМК прибыл на орбитальный комплекс на борту модуля дооснащения «Квант-2». В рамках подготовки к испытаниям «космического мотоцикла» (другие неофициальные названия: «велосипед», «летающее кресло») Александр Серебров и Александр Викторенко 26 января 1990 года впервые вышли в открытый космос из шлюзового отсека нового модуля «Кванта-2», испытав новые полностью автономные скафандры «Орлан ДМА». Затем они смонтировали снаружи «выходное устройство», представляющее собой трап длиной 1,8 м с приспособлением для причаливания УПМК. Провели они и другие необходимые работы. Теперь можно было приступать к летным испытаниям "космического мотоцикла".
Первым испытателем УПМК стал Александр Серебров. Внутри шлюзового отсека он «вошел» в скафандр «Орлан ДМА» и пристегнулся к «креслу». Затем прикрепил к УПМК лебедку со страховочным тросом на случай невозможности вернуться с помощью двигателей устройства. При штатной эксплуатации УПМК должно было работать без «привязи», удаляясь на расстояние до 60 метров от станции «Мир» и до 100 метров от корабля «Буран». Разница объяснялась тем, что «Буран» мог в случае неполадок в УПМК догнать удаляющегося космонавта.
1 февраля 1990 года Александр Серебров вместе с установкой выбрался из люка и закрепился на «выходном устройстве». Александр Викторенко вышел вслед за ним и помог снять крышки с пультов управления. Когда все было готово Серебров выдал небольшой импульс и полетел от станции спиной вперед.
Трехмиллиметровый синтетический страховочный трос светился на солнце и казался толстым канатом. Когда скорость отлета замедлилась за счет трения лебедки, Александр Александрович перевел ее в режим сматывания и выдал импульс двигателями для возвращения к станции. Все работало отлично. Тогда Серебров отошел уже дальше от «Мира», и на расстоянии стал перемещаться вверх, вниз, вправо, влево. После этого Александр опробовал управление при разворотах по курсу, крену и тангажу. Серебров доложил на Землю: «Управляемость хорошая. УПМК четко выполняет команды. Особенно уверенно маневрирует в форсированном режиме, а в конце можно дорабатывать малыми импульсами».
Из-за неожиданно слабой силы трения страховочной лебедки Серебров отлетел от станции вместо расчетных 20 на 33 метра. При этом он сам затормозил и выполнил зависание, затем вернулся на «выходное устройство». Первое испытание УПМК продолжалось 4 часа 59 мин.
5 февраля отправился "покататься" в открытый космос Александр Викторенко. Кроме испытаний на маневренность «космического мотоцикла» у Александра Степановича была задача измерить уровень рентгеновского и гамма-излучений на различных расстояниях от орбитального комплекса. Для этого на гнезде стыковочного устройств УПМК разместили портативный спектрометр СПИН-6000. Викторенко вел измерения этим прибором удалившись на 45 м от «Мира».
Испытания закончились полным успехом, но УПМК больше никогда не использовалось. Одной из главных причин было отсутствие конкретных задач на ее использования на ОК «Мир», а работы по кораблю «Буран», в развитии программы которого УПМК отводилось особое место (ремонт и профилактика особо ценных автоматических аппаратов), были свернуты.
Испытанная установка все последующие годы была закреплена снаружи модуля «Квант-2» и 21 марта 2001 года, после сведения орбитального комплекса "Мир" с орбиты, сгорела вместе с ней в атмосфере.
Несколько лет назад для передвижения в космосе в НПП "Звезда" придумали новый космический "мотоцикл" - Установку спасения космонавта. Выглядит он как рюкзак, который крепят на скафандр. На нем 16 реактивных двигателей и специальные штанги с пультами управления. Он гораздо легче и совершеннее своего предшественника. Пока его испытания на МКС не планируются...
Краткая история индивидуальных космолетов
Видимо, увидев по телевидению, как сложно было Алексею Леонову, первому человеку, вышедшему в открытый космос, ориентироваться в свободном полете вне корабля, НАСА решило оснастить астронавтов хоть каким-то средством для маневрирования. Такое средство в виде пистолета (HHMU - Hand-Helded Maneuvering Unit), стрелявшее сжатым кислородом, было создано. 3 июня 1965 года первый американец, вышедший в открытый космос, Эдвард Уайт попытался им воспользоваться, но эффективность оказалась невысокой: вектор импульса было трудно направить точно через центр масс астронавта, а запаса газа хватило всего на 4 минуты. Больше «пистолет» не применялся.
Более совершенную установку AMU (Astronaut Maneuvering Unit) в виде ранца массой 75,3 кг с 16-ю газовыми двигателями, работающими на перекиси водорода, в США сделали чуть позже. Провести ее испытания, удаляясь на 25 метров, предполагалось в июне 1966 года во время полета корабля «Джемини-9».
Астронавт Юджин Сернан выбрался из разгерметизированной кабины корабля и с большим трудом добрался до установки, закрепленной снаружи. Во время этого 5 метрового перехода Сернан так вспотел, что пот залил ему глаза, а стекло гермошлема изнутри сильно запотело. Несмотря на это Юджин закрепился в установке, но не мог дотянуться до джостиков управления. Когла это все же удалось, джостик сломался. С горем пополам Сернан отцепился от установки и вернулся на корабль. От планируемых испытаний AMU в полете «Джемини-12» отказались. Больше AMU не использовалась.
В СССР в 1965-1966 годах на заводе № 918 (будущее НПП «Звезда») было создано “устройство перемещения и маневрирования космонавта” для использования на кораблях «Восход», а после прекращения их полетов -- в программе военных орбитальных станций "Алмаз". Эта установка как бы обнимала космонавта в скафандре. Спереди и сзади своеобразной подковы размещались разгонный и тормозной блоки с 42 пороховыми одноразовыми двигателями на каждом. Каждый двигатель давал космонавту приращение скорости на 0.2 м\с. Испытания установки в космосе не проводились.
В начале 1970-х в США вернулись к разработке "космических мотоциклов". Были созданы установки трех типов:
ранцевого - усовершенствованный вариант использовавшейся на «Джемини-9»;
пистолетного - усовершенствованный вариант установки, испытанной на «Джемини-4»;
с ножным управлением , в которой астронавт сидел в «седле», опираясь на «доску» с газо-реактивными соплами.
Испытания этих установок начал 13 августа 1973 года астронавт Джек Лаусма внутри космической станции “Скайлэб». Затем к испытаниям внутри орбитальных станций подключились астронавты Алан Бин и Оуэн Гэрриотт. Установки «пистолет» и с ножным управлением астронавтами были забракованы, а лучшим оказался реактивный ранец ASMU. Однако, его испытаний в открытом космосе не проводилось из соображений безопасности.
Самое популярное
