Хотя астронавты носили множество различных комплектов одежды, термин «космический скафандр» обычно относится к общей системе жизнеобеспечения для внекорабельной деятельности (ВКД), которая происходит за пределами укрытия космического корабля. Экстремальные условия открытого космоса требуют ансамблей для выхода в открытый космос, которые являются одними из самых сложных предметов одежды из когда-либо созданных.
Опасности космического пространства
В космосе существует множество условий окружающей среды, в которых люди не могут выжить. Температура на Луне, например, колеблется от +250°F до -250°F (от +121°C до -157°C). Эти экстремальные температуры ощущаются мгновенно, как только человек уходит от солнечного света в тень. Астронавты подвергаются воздействию космических лучей и заряженных частиц Солнца. Фильтрация ультрафиолетового света незначительна, поэтому они также должны иметь значительную защиту для глаз.
Отсутствие атмосферы означает, что нет ни кислорода для дыхания, ни атмосферного давления, поддерживающего целостность тканей тела. Без хотя бы части давления земной атмосферы на тело его жидкости начинают кипеть и мигрировать наружу. Без защиты человек теряет сознание через 15 секунд, после чего быстро наступает смерть.
Наконец, микрометеороиды — это маленькие песчинки, похожие на частицы, которые движутся с большой скоростью. Это создает угрозу прокола костюма и риск потери давления.
Ранние скафандры
Большинство скафандров состоят из множества слоев ткани, сгруппированных для выполнения трех основных функций: (1) приложения давления, (2) тепловой защиты и защиты от ударов окружающей среды и (3) теплового и общего комфорта. Аксессуары добавляют воздух для дыхания, защиту от истирания, защиту зрения и средства связи.
Предшественники скафандра, скафандры, которые носили пилоты-высотники, были сосредоточены почти исключительно на одной функции: приложении давления. В 1934 году Уайли Пост разработал первый скафандр как практическую альтернативу герметизации своего самолета. Его скафандр был наполнен чистым кислородом, который также давал ему воздух для дыхания, и был адаптирован к его положению в кабине. Как и в случае с несколькими последующими поколениями костюмов, в надутом костюме Поста было почти невозможно двигаться.
Первые настоящие космические скафандры, которые астронавты надели в программе «Меркурий» в 1961 году, обеспечивали воздух для дыхания и охлаждения и позволяли аварийно надувать их в случае отказа герметизации космического корабля. Использование инфляции только в качестве экстренной меры решило проблемы с движением, созданные костюмом Поста. Костюмы Mercury также имели внешний слой алюминизированного майлара для тепловой защиты.
Когда в 1962 году для программы «Джемини» планировалась прогулка вне космического корабля, стало ясно, что нужен новый дизайн скафандра. Астронавтам потребуется большая мобильность и значительно повышенная тепловая и микрометеорная защита. Специально сконструированная ткань «сетка» покрывала слой «пузыря» костюма, надутый неопреновый костюм использовался для давления, чтобы костюм не раздувался. Это облегчало передвижение космонавтов. Для тепловой защиты и защиты от микрометеороидов костюмы Gemini были изготовлены из высокотемпературного нейлона и негорючих металлов, а внешний слой брюк Gemini IX был сделан из тканой нержавеющей стали. Костюмы Gemini охлаждались воздухом с помощью пуповины, которая привязывала астронавтов к космическому кораблю.
Костюмы Аполлона
Ансамбль EVA для лунной прогулки Аполлона в 1969 году включал ряд новых функций: перчатки с прорезиненными кончиками пальцев; бахилы для защиты от истирания; и дополнительные козырьки для защиты глаз. Для повышения теплового комфорта использовалась одежда с жидкостным охлаждением и вентиляцией (LCVG). Он состоял из растягивающегося комбинезона с охлажденной водой, циркулирующей по трубкам, покрывающим большую часть тела. Избыточное тепло тела отводилось воде в трубке, затем охлаждалось и рециркулировалось. Рюкзак, портативная система жизнеобеспечения (PLSS), позволил астронавту путешествовать в открытом космосе полностью без связи с космическим кораблем.
Тепловая микрометеороидная одежда (TMG), которая покрывала скафандр «Аполлон», обеспечивала защиту от проколов и перепадов температур. Он включал в себя несколько слоев ткани, многие из которых были покрыты алюминием с прокладками (неразборными конструкциями, включающими множество защищенных воздушных пространств) между ними. Внешний слой был сделан из Beta Fiberglass с тефлоновым покрытием, устойчивым к воспламенению и плавлению.
Формованные резиновые сильфонные соединения постоянного объема на плечах, локтях, бедрах и коленях значительно улучшили подвижность по сравнению с более ранними костюмами. Весь ансамбль EVA весил 180 фунтов (82 кг) на Земле, но только 30 фунтов (14 кг) под действием гравитации Луны. Этот базовый скафандр Аполлона также использовался для выхода в открытый космос во время миссий Скайлэб.
Дизайн для будущего
Уникальные цели миссий «Шаттл» нашли отражение в космическом костюме «Шаттл» — Внекорабельной мобильности (EMU). EMU не изготавливался на заказ и не предназначался для использования в одной миссии, как предыдущие костюмы. Верхняя часть туловища, нижняя часть туловища, руки и перчатки были изготовлены разных размеров, которые можно было собрать практически для любого размера и формы тела. Костюмы были рассчитаны на пятнадцать лет и множество миссий. EMU весил почти в два раза больше, чем скафандры Apollo EVA, но это было приемлемо, поскольку они должны были использоваться в условиях микрогравитации, а не гравитационного притяжения планеты. Внешний слой костюмов «Шаттл» был ортопедическим.ткань — смесь волокон тефлона, номекса и кевлара с уникальным переплетением. Это покрывало семь слоев алюминизированных материалов в TMG, а не четырнадцать, которые использовались для костюмов Apollo.
Еще одной новой особенностью Shuttle EMU была жесткая верхняя часть туловища (HUT), жесткая оболочка из стекловолокна, на которую крепился рюкзак. Тканевые покрытия рук и нижней части туловища, а также жесткий шлем соединялись с HUT жесткими опорными соединениями. Подобные жесткие конструкции можно увидеть в проектах будущих космических миссий, таких как полет на Марс, для которых были разработаны полностью жесткие жесткие костюмы, очень похожие на гидрокостюмы для глубоководных погружений. Предполагается, что эти скафандры обеспечивают большую легкость движений, они более прочные, легкие и их легче надевать, чем предыдущие космические скафандры.
См. также Техно-текстиль .
Библиография
Харрис, Гэри Л., изд. Происхождение и технология усовершенствованного внекорабельного скафандра. Серия истории Американского астронавтического общества, Vol. 24. Сан-Диего: Univelt, Inc., 2001.
Джоэлс, Керри М. и Грегори П. Кеннеди. Руководство оператора космического корабля “Шаттл”. Нью-Йорк: Баллантайн Букс, 1982.
Козлоски, Лилиан Д. Космическое снаряжение США: снаряжение американского астронавта. Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Смитсоновского института, 2000.
Молер, Стэнли Р. и Бобби Х. Джонсон. Уайли Пост, его Винни Мэй и первый в мире скафандр. Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Смитсоновского института, 1971.
Уоткинс, Сьюзен М. Одежда: портативная среда. Эймс: Издательство государственного университета Айовы, 1995.