Первые космические скафандры в СССР и США: два подхода к одной задаче
На этой неделе в России празднуют День космонавтики — главный «космический» праздник, посвященный первому полету человека в космос. С момента подвига Юрия Гагарина прошло 65 лет — за это время отечественная космонавтика ушла далеко вперед, и теперь даже выходы в открытый космос воспринимаются как рутина. Но тогда человечество предпринимало неимоверные усилия, чтобы сделать полеты за пределы Земли безопасными. И важным звеном в этой цепочке был скафандр. Какой была история его создания в СССР и США — разобрался эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев.
Во второй половине 1950-х годов мир был на пороге первого полета человека в космос. Хотя конкретные испытания за пределами атмосферы оставались загадкой, инженеры активно работали над первыми системами жизнеобеспечения. Особое внимание уделялось разработке аварийно-спасательных скафандров, которые должны были защитить космонавта при разгерметизации кабины, аварийной посадке на воду и в экстремальных условиях.
Параллельно в двух странах, разделенных «железным занавесом», шли работы над пилотируемыми кораблями: в СССР создавался «Восток», а в США — Mercury. И там, и там инженеры решали схожие задачи, не зная, как продвигаются работы у конкурента. Но подходы к решению оказались разными — и это отчетливо проявилось в конструкции первых космических скафандров.
Первый советский скафандр: история и устройство СК-1
В апреле 1959 года завод №918 (ныне Научно‑производственное предприятие «Звезда»), которым руководил Семен Михайлович Алексеев, получил от Особого конструкторского бюро №1 (ОКБ‑1, ныне — Ракетно-космическая корпорация «Энергия») под руководством Сергея Павловича Королёва техническое задание на разработку скафандра с аварийной системой кондиционирования воздуха. Перед конструкторами стояла непростая задача: создать защиту, которая сработает в самых разных аварийных ситуациях — от разгерметизации на орбите до приводнения в бессознательном состоянии.
К концу 1959 года инженеры из конструкторского отдела высотного снаряжения под руководством Аты Михрабановича Бахрамова в стенах завода №918 завершили разработку эскизного проекта, рабочих чертежей и создали два опытных образца первого космического скафандра С-10. Конструкция была рассчитана на спасение космонавта в случае разгерметизации кабины на орбите, катапультирования и приземления в воду. Шлем скафандра оснащался системой автоматического закрытия иллюминатора, а подвесная система парашюта одновременно выполняла роль силовой конструкции.
В феврале 1960 года ОКБ-1 решило отказаться от громоздкого скафандра из-за его веса. Вместо него предложили специальный полетный костюм В-3 на основе морского спасательного снаряжения летчиков. Под водонепроницаемой оболочкой находилась теплозащита с системой вентиляции, которая обеспечивала комфорт на протяжении всего полета. Туловище было сделано из стеганого поролона, а рукава и штанины — из шерстяного трикотажа. Изготовили восемь комплектов В-3, которые успешно прошли испытания в холодной воде и на открытом воздухе зимой.
Споры о необходимости аварийно-спасательного скафандра не утихали все лето 1960 года. Особенно активно его требовали представители Военно-воздушных сил (ВВС) и медики. Наконец, в дискуссию вмешался сам Сергей Павлович Королёв, решительно потребовав вернуться к разработке скафандра и завершить ее к концу года.
Так возник аварийно-спасательный СК-1 — компромиссный вариант с упрощенной автономной системой жизнеобеспечения, рассчитанный на пять часов в разгерметизированной кабине. В его создании использовались лучшие решения от С-10 и В-3. Ведущим конструктором стал Абрам Михайлович Гершкович, оболочку спроектировала бригада Абрама Юделевича Стоклицкого, а системы жизнеобеспечения — бригада Игоря Петровича Абрамова.
Конструкция скафандра СК-1 была тщательно продумана. Двухслойная оболочка — силовой «лавсан» снаружи и листовая резина толщиной около 0,6 мм внутри — обеспечивала прочность и герметичность. Мягкие шарниры и регулируемая система шнуров позволяли свободно двигаться, а стальной трос с храповиком от подмышечных зон к бедрам помогал точно подогнать скафандр по росту.
Объемный шлем с двойным остеклением и автоматическим закрытием иллюминатора надежно защищал голову. Съемные перчатки с гермоподшипниками позволяли вращать кисть при избыточном давлении, а кожаные ботинки с пряжками предотвращали их потерю при спуске на парашюте.
От скафандра С-10 взяли теплозащитный костюм с системой вентиляции, а от В-3 — надежные принципы терморегулирования. Особое внимание уделили выживанию после приземления или приводнения. Яркий оранжевый комбинезон из капрона, надевавшийся поверх скафандра, помогал искать космонавта в безлюдной местности или на воде. К нему крепился спасательный плавательный воротник с системой наполнения от углекислотного баллона — его можно было надуть через специальную трубку с мундштуком. В нижней части комбинезона был «малый аппендикс» — приемник ассенизационной системы для бытовых нужд.
Перед полетом Юрия Гагарина скафандр прошел все испытания: его проверяли на прочность, имитировали взрывную декомпрессию, тестировали на вибростенде и центрифуге, испытывали в барокамере с кислородным оборудованием. Особое внимание уделялось тепловым нагрузкам — некоторые образцы провели 11 дней в кабине корабля и в холодной воде. Важной частью испытаний стали прыжки на сушу и в море. Проверки проходили не только на заводе №918, но и в Летно-исследовательском институте (ЛИИ), Государственном научно-исследовательском институте авиационной и космической медицины (ГНИИИАиКМ), на базе Военно-воздушных сил в Феодосии, а также в бассейне Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ).
К декабрю 1960 года изготовили восемь скафандров СК-1 по индивидуальным меркам первых космонавтов: Юрия Гагарина, Германа Титова и Григория Нелюбова. Один из скафандров СК-1 побывал на орбите до полета человека. Во время беспилотных запусков «Востока» в марте 1961 года в нем летал манекен «Иван Иванович» с подопытными животными.
После полета Германа Титова на «Востоке-2» конструкцию улучшили, сделав ее надежнее и удобнее. Для полета Валентины Терешковой разработали специальную модификацию — СК-2, учитывая особенности женского телосложения и добавив новое ассенизационное устройство. В 1962 году изготовили восемь таких скафандров для тренировок и миссии.
Сегодня некоторые экземпляры СК-1 можно увидеть в музеях. Один из них находится в Мемориальном музее космонавтики, а другой — в центре «Космонавтика и авиация» на ВДНХ.
Первый космический скафандр США: история и устройство Mark IV
В США работы над скафандром для первой пилотируемой программы Mercury начались примерно одновременно с СССР, где создавался СК-1 для кораблей «Восток». 29 января 1959 года NASA и представители промышленности провели конференцию, где определили ключевые требования к аварийно-спасательному «космическому костюму» мягкого типа. Существующие высотно-компенсирующие скафандры для авиации не подходили для космоса и требовали серьезной доработки, особенно в системах вентиляции и терморегуляции, чтобы обеспечить жизнедеятельность астронавта в случае разгерметизации кабины.
После сравнительных испытаний нескольких прототипов NASA выбрала фирму BF Goodrich. Инженеры компании модифицировали авиационный высотный скафандр Mark IV, созданный Расселом Колли для истребителей ВМФ. Эта модель уже подтвердила свою надежность в экстремальных условиях стратосферы: в мае 1961 года летчики Малколм Росс и Виктор Пратер поднялись в таких костюмах на воздушном шаре Strato-Lab V на высоту более 34 км. Mark IV отличался легкостью и относительной подвижностью в надутом состоянии благодаря эластичному шнуру, который затягивал оболочку и предотвращал её чрезмерное раздувание.
Для космической программы скафандр значительно модернизировали. В его конструкцию интегрировали замкнутую систему вентиляции: кислород поступал под оболочку через шланг на талии, распределялся вдоль тела, обеспечивая охлаждение и дыхание, и выходил через шланг на правой стороне шлема или через его лицевую часть. Благодаря этому отказались от резиновой диафрагмы вокруг лица, используемой в авиационных моделях для герметизации кислородной маски, что сделало ношение шлема более комфортным в длительном полете.
Темно-серую нейлоновую внешнюю оболочку заменили на двухслойную: внутренний слой из неопрена удерживал давление, а внешний из нейлона с алюминиевым напылением лучше отражал солнечные лучи и улучшал терморегуляцию. Кожаные сапоги сменили на специальные ботинки: первые версии были из белой кожи, позже появились чехлы из нейлона с алюминиевым покрытием. По форме они напоминали обувь автогонщиков — легкие и удобные, что было критично в условиях крайне тесной кабины корабля Mercury.
Шлем создавали индивидуально для каждого астронавта. Компания Alice King Chatham делала точные слепки головы, обматывая ее специальной лентой-наполнителем, известной как «ломбарды». Внешнюю оболочку шлема изготавливали из стекловолокна, а прозрачный иллюминатор — из плексигласа. Герметичность обеспечивали с помощью пневматического уплотнения: сжатый воздух подавали из газового баллона через шланг, присоединенный к левой части шлема. Для голосовой связи внутри размещали наушники и микрофоны, провода от которых выходили через разъем в правой задней части.
Вес готового скафандра остался на уровне прототипа — около 10 кг. Рабочее давление в надутом виде составляло 25,5 кПа. Скафандр оставался «мягким» — то есть гибким и не стесняющим движений астронавта в штатном режиме полета. Он становился жестким и надувался только при внезапной разгерметизации кабины. Автономной системы жизнеобеспечения не было — вентиляцию и терморегуляцию обеспечивали корабельные системы. Ограниченная подвижность в надутом состоянии считалась приемлемым компромиссом для тесной кабины Mercury.
Конструкция состояла из четырех слоев, каждый из которых выполнял свою задачу. Внутренний подкладочный слой из вафельной ткани обеспечивал вентиляцию и уменьшал давление на кожу. Следующий, воздухораспределительный слой из вулканизированного нейлона, отвечал за равномерную циркуляцию воздуха для охлаждения тела. Третий слой был основным герметичным и состоял из нейлона, пропитанного неопреновым каучуком — именно он удерживал внутреннее давление. Внешний слой покрывался тонким слоем алюминия, чтобы отражать тепло. Для входа в скафандр использовалась длинная герметичная застежка-молния, которая шла по диагонали от плеча через торс — такой «асимметричный» крой был заимствован у высотных костюмов военных летчиков.
Особое внимание уделили подвижности. В локтях и коленях использовали специальные гофрированные складки, которые позволяли сгибать суставы. Чтобы ограничить раздувание оболочки по длине и сохранить форму костюма, в конструкцию были интегрированы специальные текстильные ленты. Тем не менее при сгибании надутого скафандра оболочка всё равно сопротивлялась изменению формы, что затрудняло движения. Для рук разработали перчатки с четырьмя заранее изогнутыми пальцами, что облегчало захват рукояток управления. Средний палец оставался прямым, чтобы астронавт мог нажимать кнопки и переключать тумблеры.
На правом бедре астронавта разместили герметичный разъем, так называемый «биомедицинский лоскут». К нему подключались датчики телеметрической системы, следящие за состоянием астронавта. Каждому участнику выдавали три скафандра: один — для обучения и подготовки, второй — для полета, третий — запасной.
В процессе использования обнаруживались недостатки, которые приходилось исправлять. После полета Алана Шепарда (миссия MR-3) выяснилось, что он с трудом сгибает запястья. Из-за этого конструкцию крепления перчаток изменили: если у Шепарда они соединялись с рукавами молниями, то для Вирджила Гриссома и последующих пилотов разработали новый поворотный узел с блокировкой на шарикоподшипнике с нейлоновым уплотнителем. Это позволило кистям вращаться даже в надутом состоянии.
Еще одним новшеством стал выпуклый зеркальный отражатель на груди, прозванный «медалью героя». Он позволял астронавту видеть нижнюю часть панели приборов, не поворачивая головы. Это устройство использовали Джон Гленн и Скотт Карпентер. После аварии Вирджила Гриссома, едва не утонувшего в конце миссии MR-4, в комплект добавили миниатюрный надувной спасательный жилет, который носили под «медалью героя».
С миссии Гриссома (MR-4) в скафандр интегрировали устройство для сбора мочи. К полету Гордона Купера (миссия MA-9) внесли еще ряд конструктивных улучшений. Сапоги заменили на более удобные, изменили плечевой узел: вместо складок-шарниров появились гладкие подвижные панели. Новые уплотнения люка шлема устранили необходимость в пневматическом баллончике и шланге. Шлем оснастили улучшенными микрофонами и оральным термометром, отказавшись от ректального. Сапоги и перчатки стали фактически частью внешней оболочки скафандра.
Для программы Mercury компания BF Goodrich создала около 20 скафандров по заказу NASA. Каждому астронавту «Первой семерки» выдавали три комплекта: для обучения, полета и резерв.
Скафандры тщательно испытали на Земле: проверяли герметичность при давлении 0,35 кгс/см², прочность, совместимость с кораблем и устойчивость к экстремальным условиям. В беспилотных миссиях сами скафандры не запускали — проверку систем жизнеобеспечения в реальном полете проводили с помощью специальных приборных имитаторов, которые воспроизводили потребление кислорода и выделение тепла, но не требовали наличия снаряжения.
Часть скафандров сохранилась до наших дней, но их судьба сложилась по‑разному. Некоторые оказались в частных коллекциях — например, один из комплектов в 2014 году выставлялся на аукционе Bonhams в Остине (Техас). Другие экземпляры представлены в музеях, включая Национальный музей авиации и космонавтики в Вашингтоне, где можно увидеть скафандр Алана Шепарда — первого американца в космосе.
Для последующих миссий (например, программы Gemini) эти скафандры уже не использовались: их заменили более совершенные модели, в том числе приспособленные для выходов в открытый космос. Опыт, накопленный при создании и эксплуатации скафандров Mercury, стал фундаментом для новых разработок. Инженеры учли все слабые места: ограниченную подвижность, зависимость от систем корабля, проблемы с терморегулированием. Эти уроки помогли создать экипировку, способную выдерживать многочасовые работы за бортом и готовиться к лунным экспедициям.
Сравнение скафандров СК-1 и Mark IV
История первых космических скафандров — это не только технический рассказ, но и яркий пример того, как разные инженерные школы решали общие задачи космической эры. Скафандры для советской программы «Восток» и американской Mercury воплотили два противоположных подхода, сформировавшихся под влиянием стратегических целей, ограничений и представлений о роли человека в космосе.
СК-1 стал символом философии избыточности, направленной на выживание. Его вес в 23 кг (вместе с теплозащитным комбинезоном) был оправдан: поддержка жизнедеятельности в течение пять часов при разгерметизации кабины, спасательный воротник для удержания головы на плаву после приводнения, яркий оранжевый комбинезон для облегчения поиска и продуманная теплозащита создавали многоуровневую систему безопасности. Основная идея заключалась в том, что космонавт должен выжить даже при потере корабля и в ходе поисково-спасательной операции после катапультирования. Этот подход отражал советскую инженерную традицию: ставка на надежность и способность работать в экстремальных условиях
Американский скафандр представлял собой иную логику — адаптацию проверенных решений. Инженеры BF Goodrich, взяв за основу Mark IV, оптимизировали конструкцию для программы Mercury. Легкость (всего 10 кг), компактность и полная интеграция с системами корабля позволяли астронавту сосредоточиться на управлении полетом. Здесь приоритет отдавался эргономике и комфорту в штатных условиях: в тесной кабине «Меркурия» каждая деталь имела значение. Это отражало прагматичный инженерный подход — стремление к жесткой минимизации массы всей системы при высоком доверии к автоматике и бортовым системам корабля.
Философия испытаний скафандров в СССР и США различалась. В Советском Союзе скафандр готовили к экстремальным условиям автономного выживания: его испытывали в кабине и холодной воде в течение 12 суток, имитировали приводнение и проверку на выживание в безлюдной местности после катапультирования. Американские инженеры делали ставку на слаженность всей системы «астронавт–корабль». Они тестировали скафандр на герметичность при нужном давлении, совместимость с телеметрией и удобство управления, чтобы пилот мог эффективно выполнять задачи в штатных условиях и при аварийной разгерметизации кабины.
Эволюция обеих моделей шла по похожему пути — через постоянное улучшение на основе реального опыта. Советские инженеры дорабатывали скафандр СК‑1 после полета Германа Титова, добавляя элементы удобства и надежности. Американцы, в свою очередь, вносили изменения после каждого запуска. Например, они изменили крепление перчаток после миссии Шепарда и добавили спасательные жилеты после инцидента с Гриссомом. Это подчеркивает главную черту эпохи: первые скафандры были не готовыми продуктами, а инструментами, которые «учились» вместе с космонавтикой.
В долгосрочной перспективе эти подходы не конкурировали, а дополняли друг друга. Советский опыт научил будущих инженеров ценить автономность в критических ситуациях, что стало основой для современных спасательных скафандров: «Сокола» и предназначенного для открытого космоса «Орлана». Американский подход заложил принципы эргономики и модульности, которые позже использовали в программах Gemini и Apollo. Без этих первых шагов не появились бы современные скафандры, способные выдерживать многочасовые выходы в космос или готовиться к миссиям на Луне и Марсе.
История аварийно-спасательных скафандров для первых космических кораблей — это диалог двух инженерных культур. Их конкуренция ускорила прогресс, а синтез идей создал основы современной космической экипировки. Первые скафандры были не только защитой тела, но и посланием человечеству: космос покоряется тем, кто сочетает смелость с расчетом, а инновации с опытом.
Сегодня конкуренция (или диалог) между российскими и американскими скафандрами ведется в открытом космосе. «Орлан-МКС» или EMU — рассказали, что у них общего и в чем их различия.
А здесь подробнее разобрали российский «Орлан-МКС» — почему его называют мини-кораблем с AR и VR-технологиями.
В рамках Недели космоса, которая проводится в нашей стране впервые, Pro Космос публикует материалы, посвященные отечественной космонавтике — ее прошлому, настоящему и будущему. Подробнее о мероприятиях, которые пройдут на этой неделе, рассказывали здесь.
Читайте также:
Дмитрий Баканов о суперсилах России, мультипланетности и атомных технологиях
На первых космических играх «МАРС-2045» покажут купол для автономной жизни на Красной планете
Участники со всего мира присоединятся к Звездному диктанту «Поехали!»
Опубликована архитектура программы Российского космического форума
«Моя собака — космонавт»: дата, сюжет, актеры и интересные факты о фильме про легендарную Белку
