Скафандр космонавта: как устроен костюм для жизни в космосе

Открытый космос — среда, к которой человеческий организм совершенно не приспособлен. Там нет атмосферного давления и кислорода, а поверхность скафандра может нагреваться на Солнце примерно до +121 °C и остывать в тени до −157 °C.

В вакууме организм быстро теряет способность нормально функционировать. При резком падении давления жидкости в тканях могут начать закипать — это явление называется эбуллизмом.

Поэтому скафандр должен одновременно решать несколько задач:

• удерживать давление;
• обеспечивать дыхание;
• отводить тепло;
• защищать от микрометеоритов и солнечного излучения;
• поддерживать связь с экипажем.

Скафандр можно представить как матрёшку: несколько слоёв находятся один внутри другого, и каждый отвечает за свою часть защиты. Например, американский EMU состоит из жёсткого торса, нижней части с ногами, перчаток и шлема. Под основным корпусом находится охлаждающая пододёжка с системой трубок для циркуляции воды. За спиной космонавта крепится ранец жизнеобеспечения, который подаёт кислород, удаляет углекислый газ и обеспечивает работу других систем.

Охлаждающий костюм

Первым космонавт надевает охлаждающий костюм из эластичного материала. Внутри него находятся десятки метров тонких трубок, по которым циркулирует вода.

Во время работы тело выделяет много тепла. На Земле значительную его часть уносит воздух, но в вакууме конвекция не работает. Поэтому скафандру приходится охлаждать человека искусственно.

Вода проходит по трубкам, забирает тепло от тела и поступает в систему жизнеобеспечения. Там она охлаждается и снова возвращается в костюм. Такой цикл продолжается весь выход в открытый космос.

Зачем скафандру нужно несколько слоёв

Поверх охлаждающего костюма находятся слои, которые удерживают внутреннее давление и защищают человека от внешней среды. В гибкой части американского EMU — 14 слоёв материалов.

Следующие слои отвечают за теплоизоляцию и защиту от микрометеоритов. В конструкции используются нейлон, дакрон, майлар, Gore-Tex, номекс и кевлар. Наружный слой отражает солнечный свет и защищает костюм от истирания и небольших повреждений.

У каждого материала своя задача. Так, например, кевлар помогает выдерживать удары мелких частиц, майлар отражает тепловое излучение, а номекс устойчив к возгоранию.

Шлем и перчатки

Шлем герметичен и оснащён прозрачным визором. На визор наносят тонкий слой золота: он отражает часть солнечного излучения и защищает глаза от слишком яркого света. В космосе нет атмосферы, которая на Земле рассеивает солнечный свет, поэтому прямое излучение гораздо интенсивнее.

Перчатки — одна из самых сложных частей скафандра. Они должны оставаться герметичными и тёплыми, но при этом позволять космонавту работать с инструментами. Внутреннее давление стремится распрямить перчатку, сгибать пальцы в ней непросто. Во время многочасовой работы это приводит к усталости рук, поэтому конструкцию перчаток постоянно совершенствуют.

Большая часть системы жизнеобеспечения находится в рюкзаке за спиной космонавта — PLSS. В нём расположены системы подачи кислорода и удаления углекислого газа, вентилятор, насос охлаждения, радиостанция и другие компоненты. Без этого блока скафандр оставался бы просто герметичной оболочкой.

Как космонавт дышит

Вентилятор обеспечивает циркуляцию газа внутри скафандра. Газ поступает к лицу, а затем проходит обратно через систему очистки.

Углекислый газ, который образуется при дыхании, поглощается специальным химическим фильтром. Это важно: если CO₂ начнёт накапливаться, человек может быстро потерять сознание.

Система постоянно следит за давлением и составом газовой смеси. Если показатели выходят за допустимые пределы, космонавт должен прекратить работу и вернуться на станцию.

Российский скафандр «Орлан» разработан предприятием «Звезда» и используется для внекорабельной деятельности с борта МКС. В отличие от американского EMU, отечественный скафандр — полужёсткая конструкция. То есть корпус и шлем сделаны жёсткими, а руки и ноги остаются гибкими. Благодаря этому костюм сочетает прочность с необходимой подвижностью.

Как надевают «Орлан»

У «Орлана» необычный способ входа: космонавт забирается внутрь через люк в спинке костюма. По сути, скафандр открывается как шкаф. Космонавт заходит внутрь, закрывает дверцу — и костюм можно герметизировать. Такое решение особенно удобно на орбитальной станции: человеку не требуется помощь техника, чтобы застегнуть и проверить множество отдельных соединений.

«Орлан-МК» весит около 110 кг. На Земле это очень тяжёлая конструкция, но в невесомости её масса не ощущается. При этом инерция никуда не исчезает: чтобы разогнать костюм или остановить его движение, всё равно приходится прикладывать силу.

Чем «Орлан» отличается от EMU

Американский EMU — модульный скафандр. Он собирается из отдельных элементов: торса, нижней части, перчаток и шлема. Их подбирают под астронавта.

«Орлан» представляет собой цельную конструкцию с регулировками длины рук и ног. Поэтому один костюм можно подстроить под разных членов экипажа.

Есть различия и в ресурсе. «Орлан-МК» рассчитан на четыре года эксплуатации или до 15 выходов в открытый космос. У более новой версии, «Орлан-МКС», ресурс увеличен до 20 выходов в течение пяти лет.

Перед тем как открыть люк, космонавты несколько часов готовятся к выходу. Проверяют герметичность скафандра, систему жизнеобеспечения, связь и страховочное оборудование.

Зачем космонавты заранее дышат кислородом

Перед выходом космонавты начинают дышать чистым кислородом. Это помогает вывести из организма азот.

Дело в том, что давление внутри скафандра ниже атмосферного. Если резко снизить давление, растворённый в крови и тканях азот может начать образовывать пузырьки. Это приводит к декомпрессионной болезни. Предварительное дыхание кислородом снижает количество азота в организме и уменьшает этот риск.

Что удерживает космонавта у станции

Космонавта дополнительно страхуют специальным фалом — тросом, соединяющим его со станцией. Если человек потеряет опору и оттолкнётся от станции, сам по себе скафандр не поможет вернуться. В условиях невесомости объект продолжит удаляться от станции, пока его движение не остановит внешняя сила. Поэтому в сам скафандр разрабатываются встроенные системы самоспасения на случай, если что-то пойдёт не так.

Выход в открытый космос ограничен не только запасом кислорода. Время работы определяют ресурс системы удаления углекислого газа, аккумуляторов и других компонентов. Кроме того, сам скафандр создаёт серьёзную физическую нагрузку.

Из-за внутреннего давления костюм стремится распрямиться, движения требуют больше усилий, чем в обычной одежде. Особенно тяжело работать руками. Подвижность тоже ограничена: для сгибания рук и ног приходится прикладывать больше силы. Поэтому космонавты заранее тренируются в специальных бассейнах. Тренировки в воде помогают отрабатывать движения и рабочие процедуры в условиях, близких к невесомости.

После возвращения на станцию экипаж проходит медицинский контроль. Несколько часов работы в скафандре — серьёзная нагрузка на организм.

Если хочется увидеть настоящий космический скафандр, его можно посмотреть в Музее космонавтики в Москве или на экскурсии в Звёздном городке. Перед поездкой стоит проверить актуальное расписание на официальных сайтах.