Выход в открытый космос
Материал из Documentation.
Первый шаг на пути освоения открытого космического пространства был сделан 18 марта 1965 года, когда лётчик-космонавт СССР Алексей Леонов первым из землян вышел за пределы космического корабля «Восход». Шлюзовой отсек, установленный на советском корабле «Восход», был надувным и располагался вне жёсткого корпуса космического корабля. Для компактного размещения его стенки были выполнены в виде гармошки, которая при наддуве раздвигалась и приобретала жёсткость.
Для выходов в открытый космос на последующих кораблях применялась разгерметизация либо одного из отсеков (бытового на ТК «Союз»), либо всего гермоотсека корабля (на американском «Джемини»).
Орбитальные станции с самого начала проектировались со специальными отсеками, которые при определённых доработках могли выполнять функции шлюза для выхода.
На советских орбитальных станциях («Салют» — «Салют-4») в качестве шлюзовой камеры мог бы служить переходной отсек (ПхО). Но в связи с тем, что ни скафандров для выхода, ни выходов в программе полета не было, отсеки соответствующим образом не дорабатывали. В программе полетов «Салюта-6» и «Салюта-7» выходы были, и ПхО был доработан соответствующей аппаратурой. Люк для выхода в космос находился на боковой поверхности отсека, однако для выхода мог использоваться и люк стыковочного узла.
20 декабря 1977 года ПхО «Салюта-6» был впервые использован для выхода в открытый космос (этот первый выход выполнялся через люк стыковочного узла, а не через штатный боковой люк).
На станции «Мир» ПхО Базового блока тоже служил шлюзом, но лишь до тех пор, пока в 1989 году в составе модуля дооснащения «Квант-2» на орбитальный комплекс не прибыл специальный шлюзовой отсек, который с 20 января 1990 года использовался как основной шлюз «Мира».
Для обеспечения выходов в открытый космос экипажей МКС предназначены универсальная шлюзовая камера «Квест» и стыковочный отсек «Пирс», расположенный на российском сегменте (РС) станции. Стыковочный отсек «Пирс» имеет двойное назначение. Он может использоваться как шлюзовой отсек для выходов в открытый космос двух членов экипажа и служит дополнительным портом для стыковки с МКС пилотируемых кораблей типа «Союз ТМ» и автоматических грузовых кораблей типа «Прогресс М». Кроме этого, он обеспечивает возможность дозаправки баков PC МКС компонентами топлива, доставляемыми на грузовых транспортных кораблях.
Стыковочный отсек (СО) «Пирс» состоит из герметичного корпуса и установленных на нем аппаратуры, служебных систем и элементов конструкции, обеспечивающих выходы в открытый космос.
В корпусе установлены два кольцевых шпангоута с люками для выхода в открытый космос. Оба люка имеют диаметр в свету 1000 мм. В каждой крышке имеется иллюминатор диаметром в свету 228 мм. Оба люка абсолютно равнозначны и могут использоваться в зависимости от того, с какой стороны «Пирса» удобнее проводить выход членов экипажа в открытый космос. Каждый люк рассчитан на 120 открываний. Для удобства работы космонавтов в открытом космосе вокруг люков имеются кольцевые поручни внутри и снаружи отсека.
Снаружи всех элементов корпуса отсека также установлены поручни для облегчения работы членов экипажа во время выходов.
Универсальная шлюзовая камера (ШК) «Квест» представляет собой герметичный модуль, состоящий из двух основных отсеков (состыкованных своими торцами при помощи соединительной перегородки и люка): отсека экипажа, через который астронавты выходят из МКС в открытый космос, и отсека оборудования, где хранятся агрегаты и скафандры для обеспечения внекорабельной деятельности (ВКД), а также так называемые агрегаты для ночного «вымывания», которые используются в ночь перед выходом в открытый космос для вымывания азота из крови астронавта в процессе понижения атмосферного давления. Эта процедура позволяет избежать проявления признаков декомпрессии после возврата космонавта из открытого космоса и наддува отсека.
Для выхода в открытый космос на МКС используются как российские скафандры «Орлан-М» — для работ на российском сегменте, так и американские EMU — на американском. Выходы в «Орлане-М» возможны как из российского СО «Пирс», так и из ШК «Квест», а в американских EMU — только из ШК «Квест».
Каждый из скафандров имеет свои плюсы и минусы. Скафандр «Орлан-М» существенно легче надевать. Для этого достаточно войти в него и закрыть за собой «дверь» — ранец, в котором размещены системы «Орлана». Скафандр имеет кислородную атмосферу при давлении 0,4 атм. Шлем скафандра и «туловище» — жесткие, «рукава» и «штанины» — мягкие. Кроме большого переднего иллюминатора, на шлеме имеется небольшой верхний, что улучшает обзор. Шлем снабжен опускаемым противосолнечным фильтром. Съемные у «Орлана» только перчатки. В местах сгибов рук (плечи, локти, запястья) и ног (голень) установлены гермоподшипники. «Орлан» рассчитан на автономную работу в течение 7 часов, однако это время может быть увеличено до 9 часов. В ранце, помимо основного, имеется запасной аварийный кислородный баллон на 30 минут. Органы управления расположены на груди, сигнальные лампочки — на груди и внутри шлема. Для работы в тени на шлеме имеются светильники.
Скафандр EMU состоит из верхней и нижней части, соединяемых кольцевым гермозамком в районе талии. Нижняя часть (Lower Torso Assembly) стандартная, верхняя (Upper Torso Assembly) выпускается нескольких размеров. Отдельно на скафандр надевается ранец с носимой системой жизнеобеспечения PLSS. У EMU съемные перчатки и шлем. Облачиться в EMU без посторонней помощи достаточно проблематично даже с помощью специального приспособления EDDA. Штатное давление кислородной атмосферы в EMU 0,3 атмосфер. Как и у «Орлана», «туловище» и шлем у EMU жесткие, а все остальные части — мягкие. Скафандр рассчитан на работу в вакууме в течение 7 часов, из которых по 15 минут отводится на вход и выход из ШК, 6 час на работу за бортом и 30 минут резерва. Кроме того, еще 30 мин работы может обеспечить запасной (аварийный) кислородный баллон SOP, закрепленный внизу ранца PLSS. Органы управления на EMU тоже расположены на груди, сигнальные лампочки внутри шлема. На запястье американского скафандра имеется жидкокристаллический дисплей, служащий астронавтам во время выходов в качестве электронной записной книжки. На шлеме также имеется светофильтр от солнца и светильники для работы в тени. Для дополнительной безопасности на скафандры EMU одевается небольшая реактивная установка SAFER, работающая на сжатом газе и служащая для возвращения к станции в случае, если астронавт оторвался от поверхности и не связан с МКС страховочным фалом.
Ресурс «Орланов» составляет 4 года, или 10 выходов, однако в некоторых скафандрах было сделано и больше «прогулок за борт». Для EMU ресурс составляет 25 выходов в течение 180 дней, после чего требуется наземное обслуживание скафандра.
Между скафандрами есть и много общего: связь со станцией осуществляется в обоих скафандрах в UHF-диапазоне; используются костюмы водяного охлаждения, одеваемые человеком на тело; через интерфейсные разъемы от систем станции обеспечивается подача в скафандры кислорода, электроэнергии, воды для костюма водяного охлаждения.
Непосредственно процедура выхода в открытый космос имеет ряд особенностей. Прежде всего, это связано с различием параметров атмосферы в отсеках МКС и в скафандрах космонавтов.
На МКС поддерживается давление 1 атм и соотношение азота и кислорода как на Земле. В скафандрах необходимо обеспечить давление, которое, с одной стороны, не наносит вреда здоровью человека, а с другой — обеспечивает подвижность мягких частей скафандра. При более высоких давлениях скафандры становятся жесткими, и в них трудно работать в течение длительного времени.
Процедура понижения давления и изменения состава атмосферы проводится достаточно медленно. Это связано с тем, что при быстром переходе азот, растворенный в крови человека, может перейти в газообразную фазу, вызвав смертельно опасное явление декомпрессии. Перед шлюзованием (стравливанием воздуха) выполняется десатурация — вымывание азота из крови человека за счет вдыхания чистого кислорода при нормальном давлении. В скафандре постепенно создается «чисто» кислородная атмосфера с одновременным снижением давления.
Модуль «Квест» может обеспечить воздушную среду с пониженным содержанием азота, в которой космонавты могут «ночевать» перед выходом в открытый космос, благодаря чему их кровоток очищается от излишнего содержания азота
Перед открытием люка отсека экипажа для выхода в открытый космос, давление в отсеке снижается сначала до 0,2 атм, а затем до нуля.
Внутри скафандра поддерживается атмосфера из чистого кислорода при давлении 0,3 атм для американского скафандра и 0,4 атм для российского.
Выход в открытый космос несет в себе множество опасностей.
Как только человек выходит в открытый космос, сразу возникает несколько проблем: как и с помощью чего передвигаться, как и с помощью чего фиксировать свое тело в нужном положении для работы. Здесь нужен комплекс устройств для передвижения космонавтов, нужна специальная технология монтажных и ремонтных работ, специальный безынерционный рабочий инструмент: ключи, отвертка.
Выход космонавтов в открытый космос, обеспечение их деятельности требуют от специалистов учёта многих особенностей при разработке необходимой техники.
Оказавшись за бортом, космонавт сам становится искусственным спутником Земли и подпадает под действие законов небесной механики. Эти особенности он должен обязательно учитывать, иначе ему будет трудно вернуться на корабль или достичь другого корабля без использования каких-либо дополнительных средств.
Опасность таит в себе и космический мусор. Орбитальная скорость на высоте 300 км над Землей (типичная высота полет пилотируемых космических кораблей) — около 7,7 километров секунду. Это в 10 раз превышает скорость полета пули, так что кинетическая энергия маленькой частицы краски или песчинки эквивалентна той же самой энергии пули, обладающей в 100 раз большей массой.
Опасны также возможные повреждения или проколы скафандров, разгерметизация которых грозит декомпрессией и быстрой смертью, если космонавты не успеют вовремя вернуться в корабль.
