Русский и американец: чем отличаются скафандры двух стран
Российский «Орлан-МКС» и американский Extravehicular Mobility Unit (EMU) — два ключевых средства для работ в открытом космосе. Они защищают человека от вакуума, экстремальных температур, радиации и микрометеороидов, а также обеспечивают автономное жизнеобеспечение. Несмотря на общую задачу, скафандры различаются по конструкции, эксплуатации и перспективам. Эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев разобрался в ключевых аспектах.
Для выходов в открытый космос российские космонавты используют скафандр «Орлан-МКС» — своего рода «мини-корабль», построенный по принципу «все в одном». Чем он отличается от американского EMU и какой из них удобнее и эффективнее?
История создания и назначение скафандров «Орлан» и EMU
Российский скафандр «Орлан» разработали в рамках советской лунной программы. Его созданием с 1967 по 1971 год занимался завод №918, ныне известный как Научно-производственное предприятие (НПП) «Звезда». После закрытия лунной программы инженеры адаптировали конструкцию скафандра для выхода в открытый космос с орбитальных станций.
Первое применение модифицированной версии «Орлан-Д» состоялось 20 декабря 1977 года, когда космонавты Юрий Романенко и Георгий Гречко вышли из «Салюта-6». Скафандр постоянно совершенствовался. С его помощью с борта Международной космической станции члены экипажа совершили 73 выхода, в том числе внеплановых.
С 2017 года используется полностью автономная модель «Орлан-МКС», оснащенная бортовым компьютером, контролирующим системы скафандра и выводящим диагностическую информацию на ЖК-экран.
Мини-корабль с AR и VR-технологиями: все о скафандре «Орлан-МКС»
Разработка американского модуля внекорабельной мобильности EMU (Extravehicular Mobility Unit) стартовала в 1974 году на базе скафандра A7L, который использовался для прогулок астронавтов Apollo по Луне и работы в открытом космосе экипажей Skylab. NASA заказало компаниям Hamilton Standard и ILC Dover скафандр для выхода в открытый космос из кораблей системы Space Shuttle. Исследования и испытания продолжались с 1975 по 1980 год.
Впервые EMU применили 7 апреля 1983 года: астронавты Стори Масгрейв и Дональд Питерсон работали в грузовом отсеке шаттла Challenger (миссия STS-6). С того времени этот скафандр стал основой для внекорабельной деятельности (ВКД) американских астронавтов. Благодаря ему астронавты совершили множество выходов в открытый космос, в том числе для ремонта телескопа «Хаббл» и захвата и ремонта спутников, а также для сложной многолетней сборки и обслуживания МКС.
Позже скафандр модифицировали для использования на станции. С его помощью на МКС были выполнены 202 выхода в открытый космос.
Конструкция и состав скафандров «Орлан» и EMU
«Орлан-МКС» — полужесткий автономный скафандр со входом через люк, расположенный в задней части. Комплект скафандра состоит из алюминиевой кирасы, выполненной заодно со шлемом и наспинным ранцем системы жизнеобеспечения, и мягких оболочек (рукава и штанины регулируемой длины) с гермоподшипниками и шарнирами для обеспечения подвижности конечностей. В комплект также входят внутренние гермооболочки (основная и резервная), внешняя экранно-вакуумная теплоизоляция, перчатки, выполненные индивидуально для каждого космонавта, и костюм водяного охлаждения.
«Орлан-МКС» — универсальный, рассчитан на космонавтов ростом 165–190 см, регулировка длины штанин и рукавов проводится прямо на орбите. Масса скафандра (без космонавта) — 114 кг, рабочее давление — 0,4 атм (атмосфера — почти чистый кислород), время работы в открытом космосе — 8–10 часов, каждый скафандр рассчитан на 20 выходов в течение 5–6 лет при обслуживании на орбите.
Для надежности все системы «Орлана-МКС» (гермооболочки, вентиляторы, водяные насосы, клапаны, регуляторы давления и т.п.) дублированы. Обслуживание скафандра с заменой элементов (баллоны со сжатым кислородом, поглотительные патроны) осуществляется самими космонавтами на борту станции. Выполняя ВКД, космонавт фиксирует свое положение с помощью двух страховочных фалов с карабинами.
EMU — модульный скафандр, собираемый из частей для индивидуальной подгонки. Основными его компонентами являются жесткий торс HUT (Hard Upper Torso) из стеклопластика с креплениями рукавов, шлема и ранца, нижняя часть LTA (Lower Torso Assembly) со штанами и ботинками, шлем-«пузырь» с поликарбонатным «визором» и сдвижными светофильтрами, ранец с основной системой жизнеобеспечения PLSS (Primary Life Support System) и перчатки, выполненные индивидуально для каждого астронавта. Кроме того, принадлежностями скафандра являются жидкостно-вентиляционный костюм, реактивный ранец для аварийного возврата к станции SAFER (Simplified Aid For EVA Rescue) и дополнительный блок кислородных баллонов.
Каждая штанина и рукав EMU состоит из пары отдельных элементов, позволяющих как из кубиков собрать «костюм» девяти типоразмеров (S–XL), вследствие чего ВКД могут совершать астронавты с любыми антропометрическими особенностями (рост, длина рук и ног). Эти элементы, как и перчатки, подгоняются на Земле и совершают полет в космос вместе с очередным экипажем или доставляются на МКС заранее.
Внешняя теплозащитная оболочка EMU — многослойная. Внутренние слои — ЭВТИ, внешний прочный слой скроен из элементов ткани Gore-Tex, кевлара и номекса. Он обеспечивает защиту от разрывов и истирания.
Масса скафандра (без астронавта) — 145 кг, рабочее давление — 0,3 атм (чистый кислород), среднее время работы в открытом космосе — 8 часов плюс резерв (0,5 часа). Оборудование скафандра на системном уровне не дублируется. Каждый скафандр рассчитан на выполнение 25 выходов в течение 15 лет при наземном обслуживании. Изначально сервисные операции выполнялись после возвращения шаттла из миссии; сейчас практика продолжается с использованием кораблей Dragon, но некоторые операции по замене элементов могут быть выполнены непосредственно на борту.
Во время выходов в открытый космос астронавты закрепляются с помощью металлического тросика с карабином и натяжным механизмом. Если трос порвется или астронавт отцепится от станции, на помощь приходит ранец SAFER с соплами на сжатом азоте. Устройство с упрощенными органами управления включается, дает импульс и помогает двигаться в нужном направлении.
Как надевают скафандры «Орлан» и EMU
Космонавты могут облачаться в скафандр «Орлан-МКС» самостоятельно, без посторонней помощи. Шаги этого процесса таковы:
Сначала космонавт надевает трусы с влагоемким подгузником, нижнее термобелье, шлемофон и комбинезон водяного охлаждения.
Затем он регулирует длину рукавов и штанин, ориентируясь на цифровые метки на ремнях. Каждый космонавт знает свою ростовку, поэтому подгоняет элементы одежды под себя.
В скафандр «Орлан-МКС» входят через большой прямоугольный люк в задней части кирасы. Космонавт засовывает ноги в штанины, обычно сидя на нижней части входного люка.
Потом подключаются разъемы костюма водяного охлаждения, системы связи и медицинский пояс, который регистрирует электрокардиограмму, частоту сердечных сокращений и дыхания.
После этого, повернувшись лицом к дверце, следует просунуть руки в рукава и аккуратно соскользнуть внутрь.
Затем закрывается люк, представляющий собой ранец с системой жизнеобеспечения. Вход герметизируется с помощью надежного механического соединения.
Завершается процесс проверкой работоспособности всех систем скафандра, включая герметичность. Затем космонавт подключается к бортовым системам МКС для синхронизации и проверки всех функций.
Астронавты облачаются в EMU с помощью ассистентов, поскольку части скафандра нужно соединить между собой уже на человеке. Соединения представляют собой металлические герметичные разъемы кольцеобразной формы.
Процесс надевания EMU включает несколько этапов:
Перед облачением в скафандр астронавт надевает специальное «средство с максимальной абсорбирующей способностью» — памперс большого размера — и нижнее термобелье, которое впитывает пот.
Затем надевается костюм жидкостного охлаждения и вентиляции — по его тонким трубкам прокачивается вода, контролирующая температуру тела, а по более толстым идет воздух для обдува. Для предотвращения контакта с металлическими деталями скафандра используются накладные наплечники и напульсники на липучках.
После этого перед входом в шлюз астронавт надевает нижнюю часть скафандра (LTA), а затем — верхнюю часть (HUT). Шланг костюма жидкостного охлаждения и вентиляции подключается к разъему в HUT, и ассистент соединяет обе части скафандра с помощью герметичного уплотнения.
Когда половинки скафандра соединены, астронавт надевает шлемофон Snoopy Cap — шапочку с встроенными наушниками и микрофоном.
Затем надеваются и закрепляются перчатки и шлем, и скафандр проверяется на герметичность. После удаления технических шлангов включаются регуляторы и вентиляторы.
Сравнение скафандров «Орлан-МКС» и EMU
Оба скафандра предназначены для работы за бортом станции или космического корабля, но не для выходов на поверхность других планет, таких как Луна или Марс. Несмотря на схожесть функций, их конструкция и особенности надевания существенно различаются.
Каким будет скафандр для выхода на поверхность Меркурия
В основе философии российского скафандра типа «Орлан» для выхода в открытый космос лежали простота конструкции и эффективность работы. Российский «Орлан-МКС» рассчитан на более узкий диапазон роста космонавтов — от 165 до 190 см. Он построен по принципу «все в одном» и позволяет подогнать штанины и рукава индивидуально.
Американский скафандр EMU создан с акцентом на практичность и комфорт. Его главные цели — обеспечить астронавту выживание в открытом космосе, а также сделать работу удобной. EMU модульный, что позволяет адаптировать его под индивидуальные параметры человека. Он состоит из отдельных частей, которые быстро соединяются между собой. Это делает EMU универсальным и подходящим для людей с разными физическими характеристиками.
Размеры EMU варьируются от M до XL, и на каждого участника полета скафандры подгоняют индивидуально на Земле.
Подготовка к выходу в скафандре типа «Орлан» занимает меньше времени, но из-за более высокого рабочего давления движения в нем более скованные. Кроме того, у «Орлана» довольно толстые перчатки, что снижает тактильную чувствительность, но это не критично: российские инструменты для работы в космосе рассчитаны на «грубый захват и удержание». Даже самая тонкая операция — стыковка и расстыковка электрических разъемов — адаптирована для работы в перчатках.
В EMU давление ниже, поэтому его подвижность выше. Перчатки более мягкие и эластичные, но они так плотно прилегают к ладони, что американцы столкнулись с проблемой обморожения кончиков пальцев. Из-за пониженного давления процесс удаления азота из крови перед работой в открытом космосе занимает больше времени: астронавты проводят десатурацию как пассивно, находясь в заполненном кислородном шлюзовом отсеке (например, ночуя там), так и активно, надевая кислородную маску и занимаясь физическими упражнениями.
Герой России, командир отряда космонавтов, заместитель начальника ЦПК имени Ю.А. Гагарина Олег Кононенко отмечал, что, несмотря на высокую технологичность зарубежного аналога, отечественный скафандр выполняет те же функции: «С моей точки зрения, американский скафандр, конечно, шедевр инженерной мысли. Но наш скафандр гораздо проще, гораздо удобнее его эксплуатировать, гораздо безопаснее. Он достаточно надежно и хорошо работает. Самая основная причина — наш скафандр космонавт может надеть самостоятельно, просто открыв дверцу ранца, залететь туда и закрыть. Американский скафандр очень сложно надеть одному, потому что он состоит из трех частей: это гермошлем, это торс и это ноги. Поэтому, конечно, скафандр дорогой, высокотехнологичный. Наш скафандр гораздо проще, но выполняет те же функции».
В итоге можно сказать, что технологии, лежащие в основе обоих скафандров, схожи. Эта «спецодежда для космоса» настолько универсальна, что подходит как для астронавтов, так и для космонавтов. В период с 1997 по 2009 год на «Мире» и МКС американские астронавты совершили 24 выхода в российских «Орланах», а российские космонавты использовали EMU для пяти выходов.
12 стран, представители которых совершили выход в открытый космос
Российский скафандр более практичный — космонавт может облачиться в него самостоятельно и быстро выйти в космос. И масса его меньше, что очень важно при доставке на МКС.
Американский скафандр отличается своей универсальностью: он подходит для людей любого телосложения и роста. Например, если бы Николай Валуев захотел отправиться в космическое путешествие, ему пришлось бы использовать именно этот скафандр, несмотря на его непатриотичное происхождение.
Однако даже американские специалисты признают, что EMU устаревает. В программе Artemis NASA намерено перейти на xEMU (Exploration EMU), имеющий лучшую мобильность, комфорт и защиту. В 2022 году для создания новых скафандров были выбраны фирмы Axiom Space и Collins Aerospace. На изготовление предсерийных образцов и проведение их испытаний на МКС требуется немалая сумма — не менее $200 млн.
