Космический костюм

Не путать с одноместным космическим кораблем .

Скафандр Аполлона, который носил астронавт Базз Олдрин на Аполлоне-11

Скафандр «Орлан» в скафандре астронавта Майкла Финке возле Международной космической станции

Скафандр Фэйтянь выставлен в Национальном музее Китая

Скафандр — это одежда , или скафандр которую носят для поддержания жизни человека в суровых условиях космического пространства , вакуума и экстремальных температур. Скафандры часто носят внутри космического корабля в качестве меры предосторожности в случае потери давления в кабине и необходимы для выхода в открытый космос (EVA), работы, выполняемой вне космического корабля. использовались скафандры Для такой работы на околоземной орбите, на поверхности Луны и по пути обратно на Землю с Луны . Современные скафандры дополняют базовый компрессионный костюм сложной системой оборудования и экологических систем, предназначенных для обеспечения комфорта пользователя и минимизации усилий, необходимых для сгибания конечностей, противодействуя естественной тенденции мягкого компрессионного костюма к жесткости под действием вакуума. Автономная система подачи кислорода и контроля окружающей среды часто используется, чтобы обеспечить полную свободу передвижения независимо от космического корабля.

Для разных целей существуют три типа скафандров: IVA (внутрикорабельная деятельность), EVA (внекорабельная деятельность) и IEVA (внутри/внекорабельная деятельность). Костюмы IVA предназначены для ношения внутри герметичного космического корабля и поэтому легче и удобнее. Костюмы IEVA предназначены для использования внутри и снаружи космического корабля, например, костюм Gemini G4C . Они включают в себя дополнительную защиту от суровых условий космоса, например, защиту от микрометеороидов и резких перепадов температур. Костюмы для выхода в открытый космос, такие как EMU , используются за пределами космических кораблей либо для исследования планет, либо для выходов в открытый космос. Они должны защищать пользователя от любых условий пространства, а также обеспечивать мобильность и функциональность.

Некоторые из этих требований также применимы к скафандрам, которые носят для других специализированных задач, таких как высотные разведывательные полеты. На высоте выше предела Армстронга , около 19 000 м (62 000 футов), вода кипит при температуре тела, и необходимы герметические скафандры.

Первые скафандры полного давления для использования на экстремальных высотах были разработаны отдельными изобретателями еще в 1930-х годах. Первым скафандром, который носил человек в космосе, был советский скафандр СК-1, который носил Юрий Гагарин в 1961 году.

Требования

Скафандры используются для работы на Международной космической станции.

Скафандр должен выполнять несколько функций, чтобы позволить пассажиру безопасно и комфортно работать внутри или снаружи космического корабля. Он должен обеспечить:

• Стабильное внутреннее давление. Это может быть меньше, чем в земной атмосфере, поскольку обычно нет необходимости в скафандре переносить азот (который составляет около 78% земной атмосферы и не используется организмом). Более низкое давление обеспечивает большую мобильность, но требует, чтобы находившийся в скафандре некоторое время дышал чистым кислородом, прежде чем войти в это более низкое давление, чтобы избежать декомпрессионной болезни .
• Мобильность. Движению обычно препятствует давление костюма; мобильность достигается тщательной конструкцией суставов. См. раздел «Теории конструкции скафандров» .
• Поставка пригодного для дыхания кислорода и удаление углекислого газа ; эти газы обмениваются с космическим кораблем или портативной системой жизнеобеспечения (PLSS).
• Регулирование температуры. В отличие от Земли, где тепло может передаваться в атмосферу путем конвекции , в космосе тепло может теряться только за счет теплового излучения или за счет проводимости к объектам, находящимся в физическом контакте с внешней частью скафандра. Поскольку температура снаружи костюма сильно варьируется в зависимости от солнечного света и тени, костюм хорошо утеплен, и температура воздуха поддерживается на комфортном уровне.
• Система связи с внешним электрическим подключением к космическому кораблю или PLSS.
• Средства сбора и хранения твердых и жидких телесных отходов (например, одежда максимальной впитывающей способности )

Вторичные требования

Слева направо: Маргарет Р. (Рея) Седдон, Кэтрин Д. Салливан, Джудит А. Резник, Салли К. Райд, Анна Л. Фишер и Шеннон В. Люсид. Первые шесть женщин-астронавтов Соединенных Штатов стоят рядом Персональный спасательный корпус — шар жизнеобеспечения сферической формы для экстренной транспортировки людей в космос.

Усовершенствованные костюмы лучше регулируют температуру космонавта с помощью одежды с жидкостным охлаждением и вентиляцией (LCVG), контактирующей с кожей космонавта, из которой тепло сбрасывается в космос через внешний радиатор в PLSS.

Дополнительные требования для выхода в открытый космос включают в себя:

• Защита от ультрафиолетового излучения
• Ограниченная защита от излучения частиц
• Средства маневрирования, стыковки, освобождения и привязывания к космическому кораблю.
• Защита от небольших микрометеороидов , некоторые из которых летят со скоростью до 27 000 километров в час, обеспечивается устойчивой к проколам термальной микрометеороидной одеждой , которая является внешним слоем костюма. Опыт показал, что наибольшая вероятность облучения возникает вблизи гравитационного поля луны или планеты, поэтому впервые они были использованы в лунных костюмах для выхода в открытый космос «Аполлона» (см. Модели костюмов для США ниже).

Слои скафандра.

В рамках контроля космонавтической гигиены (т. е. защиты космонавтов от экстремальных температур, радиации и т. д.) скафандр необходим для выхода в открытый космос. Всего костюм Apollo/Skylab A7L включал одиннадцать слоев: внутренний подшлемник, LCVG, баллон давления, удерживающий слой, еще один подшлемник и термомикрометеороидную одежду, состоящую из пяти алюминизированных изоляционных слоев и внешнего слоя белой ортоткани. . Этот скафандр способен защитить космонавта от температур от -156 ° C (-249 ° F) до 121 ° C (250 ° F).

Во время исследования Луны или Марса на скафандре может остаться лунная или марсианская пыль. Когда скафандр будет снят по возвращении на космический корабль, существует вероятность загрязнения поверхностей пылью и увеличения риска ее вдыхания и воздействия на кожу. Астронавтические гигиенисты тестируют материалы с уменьшенным временем удержания пыли и возможностью контролировать риски воздействия пыли во время исследования планет. новые подходы к входу и выходу, такие как порты-костюмы Также изучаются .

В НАСА скафандрах связь осуществляется через надеваемую на голову шапочку с наушниками и микрофоном. Из-за окраски версии, использованной для «Аполлона» и «Скайлэба» , которая напоминала окраску персонажа комиксов Снупи , эти кепки стали известны как « кепки Снупи ».

Рабочее давление

Астронавт Стивен Дж. Маклин делает предварительное дыхание перед выходом в открытый космос.

Как правило, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода для дыхания , скафандр, использующий чистый кислород, должен иметь давление около 32,4 кПа (240 Торр; 4,7 фунтов на квадратный дюйм), равное 20,7 кПа (160 Торр; 3,0 фунта на квадратный дюйм) парциальному давлению кислорода в земной атмосфере . атмосфера на уровне моря плюс 5,3 кПа (40 Торр; 0,77 фунтов на квадратный дюйм) CO ₂ и 6,3 кПа (47 Торр ; 0,91 фунтов на квадратный дюйм ) давление водяного пара , оба из которых необходимо вычесть из альвеолярного давления , чтобы получить парциальное давление альвеолярного кислорода в атмосфере со 100% кислородом по уравнению альвеолярного газа . Последние две цифры в сумме дают 11,6 кПа (87 Торр; 1,7 фунтов на квадратный дюйм), поэтому во многих современных скафандрах используется не 20,7 кПа (160 Торр; 3,0 фунтов на квадратный дюйм), а 32,4 кПа (240 Торр; 4,7 фунтов на квадратный дюйм) (это небольшая чрезмерная коррекция, поскольку альвеолярное парциальное давление на уровне моря немного меньше первого). В скафандрах, в которых используется давление 20,7 кПа, астронавт получает только 20,7 кПа - 11,6 кПа = 9,1 кПа (68 Торр; 1,3 фунта на квадратный дюйм) кислорода, что примерно соответствует парциальному давлению альвеолярного кислорода, достигаемому на высоте 1860 м (6100 футов) над уровнем моря. уровень моря. Это около 42% нормального парциального давления кислорода на уровне моря, примерно такое же, как давление в коммерческом пассажирском реактивном самолете , и является реалистичным нижним пределом для безопасной наддува обычного скафандра, который обеспечивает достаточную работоспособность.

Предварительное дыхание кислородом

См. Также: Практика декомпрессии § Кислородное предварительное дыхание.

Когда на кораблях, находящихся под давлением до нормального атмосферного давления (таких как космический челнок ), используются скафандры с давлением ниже определенного рабочего давления, это требует от астронавтов «предварительного дыхания» (то есть предварительного дыхания чистым кислородом в течение определенного периода времени), прежде чем надеть скафандры. скафандры и разгерметизация воздушного шлюза. Эта процедура очищает организм от растворенного азота, чтобы избежать кессонной болезни из-за быстрой разгерметизации азотсодержащей атмосферы.

В американском космическом корабле давление в кабине было снижено с нормального атмосферного до 70 кПа (что соответствует высоте около 3000 м) за 24 часа до выхода в открытый космос, а после надевания скафандра - 45-минутный период предварительного дыхания чистым кислородом перед декомпрессией до рабочее давление ЭМУ 30кПа. На МКС нет снижения давления в кабине, вместо этого используется четырехчасовая предварительная вентиляция кислородом при нормальном давлении в кабине для десатурации азота до приемлемого уровня. Американские исследования показывают, что быстрая декомпрессия со 101 кПа до 55 кПа имеет приемлемый риск, а российские исследования показывают, что прямая декомпрессия со 101 кПа до 40 кПа после 30 минут предварительного дыхания кислородом, что примерно соответствует времени, необходимому для проверки скафандра перед выходом в открытый космос, является приемлемой.

Физиологические последствия пребывания в незащищенном космосе

Основная статья: Космическое воздействие

Человеческое тело может ненадолго пережить жесткий космический вакуум без защиты. несмотря на противоположные изображения в некоторых популярных научно-фантастических произведениях . Сознание сохраняется до 15 секунд, когда наступают последствия кислородного голодания . Эффекта мгновенного замораживания не происходит, поскольку все тепло должно теряться за счет теплового излучения или испарения жидкостей, а кровь не закипает, поскольку остается под давлением внутри тела. , но человеческая плоть увеличивается примерно в два раза из-за кипячения в таких условиях, создавая визуальный эффект бодибилдера, а не переполненного воздушного шара.

В космосе существуют субатомные частицы с высокой энергией , которые могут вызвать радиационный ущерб , нарушая важные биологические процессы. Воздействие радиации может создать проблемы двумя способами: частицы могут вступать в реакцию с водой в организме человека, образуя свободные радикалы , которые разрывают молекулы ДНК, или непосредственно разрушая молекулы ДНК.

Температура в космосе может сильно различаться в зависимости от воздействия источников лучистой энергии. Температура солнечной радиации может достигать 250 ° F (121 ° C), а при ее отсутствии - до -387 ° F (-233 ° C). По этой причине скафандры должны обеспечивать достаточную изоляцию и охлаждение для условий, в которых они будут использоваться.

В вакуумной среде космоса нет давления, поэтому газы будут расширяться, а открытые жидкости могут испаряться. Некоторые твердые вещества могут сублимироваться . Необходимо носить костюм, обеспечивающий достаточное внутреннее давление тела в пространстве. Самая непосредственная опасность заключается в попытке задержать дыхание во время взрывной декомпрессии , поскольку расширение газа может повредить легкие в результате чрезмерного расширения. Эти эффекты были подтверждены различными авариями (в том числе в условиях очень высокогорья, космического пространства и учебных вакуумных камер ). Кожа человека не нуждается в защите от вакуума и сама по себе газонепроницаема. Его необходимо только механически зафиксировать, чтобы сохранить нормальную форму, а внутренние ткани — сохранить свой объем. Этого можно добиться с помощью плотно облегающего эластичного комбинезона и шлема для удержания дыхательных газов , известного как костюм для космической деятельности (SAS).

Концепции дизайна

Скафандр должен позволять пользователю естественные и беспрепятственные движения. Почти все модели стараются поддерживать постоянный объем независимо от движений пользователя. Это связано с тем, что механическая работа для изменения объема системы с постоянным давлением необходима . Если сгибание сустава уменьшает объем скафандра, то астронавту приходится выполнять дополнительную работу каждый раз, когда он сгибает этот сустав, и ему приходится сохранять силу, чтобы удерживать сустав согнутым. Даже если эта сила очень мала, постоянная борьба против своего костюма может быть очень утомительной. Это также очень затрудняет тонкие движения. Работа, необходимая для изгиба сустава, определяется формулой

$W=\int _{V_{i}}^{V_{f}}\,P\,dV$

где V _i и V _f — соответственно начальный и конечный объем сустава, P — давление в скафандре, а W — результирующая работа. В целом верно, что все костюмы более мобильны при более низком давлении. Однако, поскольку минимальное внутреннее давление продиктовано требованиями жизнеобеспечения, единственным способом дальнейшего снижения работы является минимизация изменения объема.

Все конструкции скафандров пытаются свести к минимуму или устранить эту проблему. Наиболее распространенное решение — собрать костюм из нескольких слоев. Слой мочевого пузыря представляет собой эластичный воздухонепроницаемый слой, очень похожий на воздушный шар. Ограничительный слой выходит за пределы мочевого пузыря и придает костюму определенную форму. Поскольку слой мочевого пузыря больше удерживающего слоя, удерживающий слой принимает на себя все напряжения, вызванные давлением внутри костюма. Поскольку мочевой пузырь не находится под давлением, он не «лопнет», как воздушный шарик, даже если его проткнут. Ограничительный слой имеет такую ​​форму, что изгиб сустава приводит к тому, что карманы ткани, называемые «канавками», открываются на внешней стороне сустава, а складки, называемые «извитками», складываются на внутренней стороне сустава. Канавки компенсируют объем, потерянный на внутренней стороне сустава, и поддерживают почти постоянный объем костюма. Однако, как только выступы раскрыты полностью, сустав невозможно согнуть дальше без значительных усилий.

В некоторых российских скафандрах полоски ткани были плотно обернуты вокруг рук и ног космонавта снаружи скафандра, чтобы скафандр не раздувался в космосе.

Самый внешний слой скафандра, Thermal Micrometeoroid Garment, обеспечивает теплоизоляцию, защиту от микрометеороидов и защиту от вредного солнечного излучения .

Существует четыре основных концептуальных подхода к дизайну:

Экспериментальный скафандр НАСА с твердым корпусом AX-5 (1988 г.)

Мягкие костюмы

Мягкие костюмы обычно изготавливаются в основном из тканей. Во всех мягких костюмах есть твердые части; у некоторых даже есть жесткие шарнирные подшипники. Для работы внутри корабля и первые костюмы для выхода в открытый космос были мягкими.

Жесткие костюмы

Костюмы с жесткой оболочкой обычно изготавливаются из металла или композитных материалов и не используют ткань для соединений. В шарнирах жестких костюмов используются шарикоподшипники и сегменты клиновых колец, похожие на регулируемое колено печной трубы, что обеспечивает широкий диапазон движений рук и ног. В суставах поддерживается постоянный объем воздуха внутри и нет противодействия. Поэтому космонавту не нужно прилагать усилий, чтобы удерживать скафандр в любом положении. Жесткие скафандры также могут работать при более высоком давлении, что избавит астронавта от необходимости предварительно вдыхать кислород для использования скафандра с давлением 34 кПа (4,9 фунтов на квадратный дюйм) перед выходом в открытый космос из кабины космического корабля с давлением 101 кПа (14,6 фунтов на квадратный дюйм). Суставы могут оказаться в ограниченном или заблокированном положении, что потребует от космонавта манипулирования или программирования сустава. НАСА Исследовательского центра Эймса Экспериментальный скафандр AX-5 с твердым корпусом имел рейтинг гибкости 95%. Владелец мог принимать 95% позиций без костюма.

Гибридные костюмы

Гибридные костюмы состоят из твёрдых и тканевых частей. НАСА Подразделение внекорабельной мобильности (EMU) использует твердую верхнюю часть туловища (HUT) из стекловолокна и тканевые конечности. ILC Dover от I-Suit заменяет HUT тканевой мягкой верхней частью туловища для экономии веса, ограничивая использование жестких компонентов шарнирными подшипниками, шлемом, поясным уплотнением и задним входным люком. Практически все работоспособные конструкции скафандров включают в себя твердые компоненты, особенно в местах сопряжения, таких как поясное уплотнение, подшипники, а в случае скафандров с задним входом - задний люк, где полностью мягкие альтернативы нежизнеспособны.

Облегающие костюмы

Дополнительная информация: Механический костюм противодавления.

Плотно прилегающие костюмы, также известные как костюмы механического противодавления или костюмы для космической деятельности, представляют собой предлагаемую конструкцию, в которой для сжатия тела будет использоваться тяжелый эластичный чулок. Голова находится в герметичном шлеме, но остальная часть тела находится под давлением только за счет эластичного эффекта костюма. Это смягчает проблему постоянного объема, снижает вероятность разгерметизации скафандра и дает скафандр очень легкий. Когда эластичная одежда не надета, она может выглядеть как одежда для маленького ребенка. Эти костюмы может быть очень сложно надеть, и могут возникнуть проблемы с обеспечением равномерного давления. тела В большинстве предложений для сохранения прохлады используется естественное потоотделение . Пот легко испаряется в вакууме и может десублимироваться или оседать на близлежащих объектах: оптике, датчиках, смотровом стекле космонавта и других поверхностях. Ледяная пленка и остатки пота могут загрязнить чувствительные поверхности и ухудшить оптические характеристики.

Содействующие технологии

Связанные предыдущие технологии включают стратонавтический скафандр , противогаз, использовавшийся во Второй мировой войне , кислородную маску, использовавшуюся пилотами высотных бомбардировщиков во Второй мировой войне, высотный или вакуумный скафандр, необходимый пилотам Lockheed U-2. и SR-71 Blackbird , гидрокостюм , ребризер , снаряжение для подводного плавания и многие другие.

Многие конструкции скафандров взяты из скафандров ВВС США, которые предназначены для работы в «высотном давлении самолетов». такие как костюм Mercury IVA или Gemini G4C, или Advanced Crew Escape Suits .

Перчаточная технология

Mercury IVA , первый скафандр в США, включал в себя фонари на кончиках перчаток для визуальной помощи. По мере того, как росла потребность в выходах в открытый космос, в такие костюмы, как Apollo A7L, входили перчатки, сделанные из металлической ткани под названием Chromel-r, чтобы предотвратить проколы. Чтобы космонавты сохранили лучшее осязание, кончики пальцев перчаток были сделаны из силикона. В рамках программы шаттлов возникла необходимость управлять модулями космического корабля, поэтому скафандры ACES имели возможность захвата перчаток. Перчатки EMU, которые используются для выхода в открытый космос, нагреваются, чтобы согреть руки космонавта. Перчатки Phase VI, предназначенные для использования с костюмом Mark III , являются первыми перчатками, разработанными с использованием «технологии лазерного сканирования, 3D-компьютерного моделирования, стереолитографии, технологии лазерной резки и обработки с ЧПУ». Это позволяет сделать производство более дешевым и точным, а также повысить детализацию подвижности и гибкости суставов.

Технология жизнеобеспечения

До миссий «Аполлон» системы жизнеобеспечения в скафандрах подключались к космической капсуле посредством пуповины . Однако в миссиях «Аполлон» жизнеобеспечение было реализовано в съемной капсуле под названием « Портативная система жизнеобеспечения» , которая позволяла астронавту исследовать Луну без необходимости прикрепляться к космическому кораблю. Скафандр EMU, используемый для выходов в открытый космос, позволяет космонавту вручную управлять внутренней средой скафандра. В костюме Mark III есть рюкзак, содержащий около 12 фунтов жидкого воздуха для дыхания, создания давления и теплообмена.

Технология шлема

Разработка шлема со сфероидальным куполом сыграла ключевую роль в обеспечении баланса между необходимостью обеспечения поля зрения, компенсации давления и небольшого веса. Одним из неудобств некоторых скафандров является то, что голова зафиксирована вперед и невозможно повернуть, чтобы посмотреть в сторону. Астронавты называют этот эффект «головой аллигатора».

Высотные костюмы

Прототип герметического костюма, разработанный военным инженером Эмилио Эррерой для полета на стратосферном воздушном шаре. в. 1935 год

• Евгений Чертовский создал свой полногерметичный скафандр или высотный « скафандр » ( скафандр ) в 1931 году. (скафандр also means " diving suit").
• Эмилио Эррера » полного давления спроектировал и построил в 1935 году « стратонавтический скафандр , который должен был использоваться во время стратосферного полета на воздушном шаре с открытой корзиной, запланированного на начало 1936 года.
• Wiley Post экспериментировала с рядом скафандров для рекордных полетов.
• Рассел Колли создал скафандры, которые носили астронавты проекта «Меркурий», в том числе примерил для Алана Шепарда его полет в качестве первого человека Америки в космос 5 мая 1961 года.

Список моделей скафандров

Советские и российские модели костюмов.

• Серия СК (СК) – скафандр программы «Восток» (1961–1963). Его носил Юрий Гагарин во время первого пилотируемого космического полета.
• не использовались скафандры На борту "Восхода-1" .
• Беркут ( Беркут означает « беркут ») - скафандр представлял собой модифицированную версию СК-1, использовавшуюся экипажем корабля «Восход-2» , в который входил Алексей Леонов во время первого выхода в открытый космос (1965 г.).
• На кораблях «Союз-1» и «Союз-11» скафандры не использовались (1967–1971) во время запуска и входа в атмосферу .
• Ястреб ( Ястреб означает « ястреб ») - скафандр для работы в открытом космосе, использовавшийся во время обмена экипажами между кораблями «Союз-4» и «Союз-5» (1969 г.).
• Кречет-94 ( Кречет означает « кречет ») - создан для отмененной советской пилотируемой высадки на Луну.
• Стриж ( Стриж означает « быстрая (птица) ») - разработан для пилотов орбитальных кораблей класса «Буран » .
• Сокол ( Сокол означает « сокол ») - скафандры, которые носили члены экипажа корабля «Союз» во время запуска и спуска в атмосферу. Впервые их надели на «Союз-12» . Они используются с 1973 года по настоящее время.
• Орлан ( Орлан означает « орлан » или « белоголовый орлан ») - костюмы для выхода в открытый космос, первоначально разработанные для советской лунной программы как костюм для выхода в открытый космос на лунную орбиту. Это нынешний российский костюм для выхода в открытый космос. Используется с 1977 года по настоящее время.

• 
  Скафандр СК-1
• 
  Скафандр Беркут
• 
  Yastreb space suit
• 
  Krechet space suit
• 
  Strizh space suit
• 
  Сокол-КВ2. Скафандр
• 
  Скафандр Орлан-МК

Модели костюмов США

• В начале 1950-х годов Зигфрид Хансен и его коллеги из Litton Industries спроектировали и построили рабочий костюм с твердым корпусом, который использовался внутри вакуумных камер и был предшественником скафандров, используемых в миссиях НАСА.
• Navy Mark IV Высотный/вакуумный костюм - использовался в проекте «Меркурий» (1961–1963).
• Скафандры «Джемини» (1965–1966) - было разработано три основных варианта: G3C, предназначенный для использования внутри корабля; G4C специально разработан для выхода в открытый космос и использования внутри корабля; и специальный костюм G5C, который носил экипаж «Джемини-7» в течение 14 дней внутри космического корабля.
• пилотируемой орбитальной лаборатории МН-7 для отмененной программы MOL. Скафандры
• Костюм Apollo Block I A1C (1966–1967) - производный от костюма Gemini, который носили основной и резервный экипажи при подготовке к двум ранним миссиям Apollo. Нейлоновый компрессионный костюм расплавился и прогорел во время пожара в кабине Аполлона-1 . Этот костюм устарел, когда после пожара были прекращены пилотируемые полеты Block I Apollo.
• Костюмы Apollo / Skylab A7L для выхода в открытый космос и Луны - костюм Block II Apollo был основным скафандром, который носили во время одиннадцати полетов «Аполлона», трех полетов «Скайлэба» и американских астронавтов в испытательном проекте «Аполлон-Союз» в период с 1968 по 1975 год. Внешний слой герметичной одежды из нейлона. слой был заменен огнестойкой тканью Beta После пожара на Аполлоне-1 . В этом костюме впервые использовалась внутренняя одежда с жидкостным охлаждением и внешняя одежда из микрометеороидов. Начиная с миссии «Аполлон-13» , компания также ввела «командирские нашивки», чтобы пара космических путешественников не выглядела одинаково на камере.
• Спасательный костюм для катапультирования шаттла - использовался с STS-1 (1981 г.) по STS-4 (1982 г.) экипажем из двух человек и использовался вместе с установленными тогда катапультными креслами . Создано на основе модели ВВС США . Они были удалены после того, как Шаттл прошел сертификацию.
• От STS-5 (1982 г.) до STS-51-L (1986 г.) при запуске и входе в атмосферу скафандры не использовались. Экипаж будет носить только синий летный костюм и кислородный шлем.
• Стартовый костюм впервые использовался на STS-26 (1988 г.), первом полете после «Челленджера» катастрофы . Это был костюм частичного давления, созданный на основе модели ВВС США. Использовался с 1988 по 1998 год.
• Усовершенствованный спасательный костюм экипажа , используемый на космическом корабле "Шаттл" с 1994 года. Advanced Crew Escape Suit или костюм ACES - это костюм полного давления, который носят все экипажи космических шаттлов на этапах подъема и входа в полет. Этот костюм является прямым потомком ВВС США, высотных скафандров которые носили пилоты самолетов-шпионов SR-71 Blackbird и U-2, пилотов-астронавтов North American X-15 и Gemini , а также стартовых костюмов НАСА. космонавты стартуют в полет STS-26. Он основан на модели ВВС США.
• Блок внекорабельной мобильности (EMU) - используется как на космическом корабле "Шаттл", так и на Международной космической станции (МКС). EMU — это независимая антропоморфная система, обеспечивающая защиту окружающей среды, мобильность, жизнеобеспечение и связь для членов экипажа космического корабля «Шаттл» или МКС для выхода в открытый космос на околоземной орбите . Используется с 1982 года по настоящее время, но с 2019 года доступен только в ограниченном размере.
• Аэрокосмическая компания SpaceX разработала костюм IVA, который носят астронавты, участвующие в программах коммерческих экипажей , выполняемых SpaceX после миссии Demo-2 (см. Костюм #SpaceX («Костюм Starman») ). В продолжение этой конструкции костюма компания SpaceX в 2024 году разработала костюм для выхода в открытый космос. Версия костюма для выхода в открытый космос будет использоваться во время частной космической миссии Polaris Dawn для первого в истории коммерческого выхода в открытый космос.
• Система выживания экипажа «Орион» (OCSS) — будет использоваться во время запуска и повторного входа в атмосферу на « Орионе MPCV» . Он создан на основе спасательного костюма Advanced Crew, но способен работать при более высоком давлении и имеет улучшенную подвижность плеч.

• 
  Костюм Меркурия
• 
  Костюм Близнецов G4C
• 
  Скафандр МН-7 пилотируемой орбитальной лаборатории
• 
  Костюм Apollo Block I A1C
• 
  Скафандр Аполлона/Скайлэба
• 
  Спасательный костюм для катапультирования шаттла
• 
  Костюм для полетов шаттла
• 
  Запустить входной костюм
• 
  Спасательный костюм передового экипажа
• 
  Подразделение внекорабельной мобильности
• 
  Костюм SpaceX

Костюм SpaceX («костюм Звездного человека»)

В феврале 2015 года SpaceX начала разработку скафандра для астронавтов, который можно будет носить в космической капсуле Dragon 2 . Его внешний вид был разработан совместно Хосе Фернандесом — голливудским художником по костюмам, известным своими работами для фильмов о супергероях и научно-фантастических фильмах — и основателем и генеральным директором SpaceX Илоном Маском . Первые изображения костюма были опубликованы в сентябре 2017 года. Манекен по прозвищу «Звездный человек» (в честь Боуи Дэвида одноименной песни ) носил скафандр SpaceX во время первого запуска Falcon Heavy в феврале 2018 года. При запуске этой выставки костюм не находился под давлением и не имел датчиков.

Костюм, подходящий для вакуума, обеспечивает защиту от разгерметизации кабины с помощью единственного троса на бедре космонавта, который подает воздух и электронные соединения. Шлемы, напечатанные на 3D-принтере, содержат микрофоны и динамики. Поскольку костюмы нуждаются в привязном соединении и не обеспечивают защиты от радиации, их не используют для деятельности вне транспортных средств. Костюмы изготавливаются индивидуально для каждого космонавта.

В 2018 году астронавты коммерческого экипажа НАСА Боб Бенкен и Даг Херли протестировали скафандр внутри космического корабля Dragon 2, чтобы ознакомиться со скафандром. Они носили его во время полета Crew Dragon Demo-2, запущенного 30 мая 2020 года. Костюм носят астронавты, участвующие в программах коммерческих экипажей с участием SpaceX.

4 мая 2024 года SpaceX представила скафандр, предназначенный для выхода в открытый космос на основе скафандра IVA. Как и в случае с костюмом IVA, шлемы напечатаны на 3D-принтере, хотя шлем EVA оснащен проекционным дисплеем, предоставляющим информацию о показателях костюма во время работы.

Будущие контрактные костюмы НАСА

1 июня 2022 года НАСА объявило, что выбрало конкурирующие компании Axiom Space и Collins Aerospace для разработки и предоставления астронавтам скафандров следующего поколения и систем выхода в открытый космос для первых испытаний, а затем использования за пределами Международной космической станции, а также на поверхности Луны для экипажей. Миссии Артемиды и подготовка к экспедиции людей на Марс.

Модели китайских костюмов

• Скафандр Шугуан : скафандр первого поколения для выхода в открытый космос, разработанный Китаем для отмененной в 1967 году проекта 714 пилотируемой космической программы . Он имеет массу около 10 килограммов (20 фунтов), оранжевый цвет и изготовлен из высокопрочной многослойной полиэфирной ткани. Астронавт мог использовать его внутри кабины, а также выйти в открытый космос.
• Скафандр проекта 863 : отменен проект китайского скафандра второго поколения для выхода в открытый космос.
• Скафандр Шэньчжоу IVA (神舟): Скафандр впервые надел Ян Ливэй на Шэньчжоу-5 , первом китайском космическом полете с экипажем. Он очень напоминает скафандр Сокол-КВ2 , но считается, что это версия китайского производства, а не скафандр. настоящий русский костюм. На фотографиях видно, что костюмы на Шэньчжоу 6 в деталях отличаются от более раннего костюма; Сообщается также, что они легче.
• Haiying (скафандр Haiying) Скафандр для выхода в открытый космос: Импортированный российский костюм для выхода в открытый космос «Орлан-М» называется Haiying . Используется на Шэньчжоу-7 .
• Feitian (скафандр Feitianhao) Скафандр для выхода в открытый космос: скафандр, разработанный в Китае, также использовался для миссии «Шэньчжоу-7». Скафандр был рассчитан на выход в открытый космос продолжительностью до семи часов. Китайские астронавты тренируются в скафандрах внекапсульного типа с июля 2007 года, и движения в скафандрах серьезно ограничены, поскольку каждый из них весит более 110 килограммов (240 фунтов). Скафандр нового поколения Feitian используется с 2021 года, когда началось строительство космической станции Тяньгун .

• 
  Космический скафандр Шэньчжоу для внутриавтомобильной деятельности
• 
  Фейтянский космический скафандр
• 
  Второе поколение скафандра Фейтянь

Новые технологии

Несколько компаний и университетов разрабатывают технологии и прототипы, которые представляют собой усовершенствования по сравнению с нынешними скафандрами.

Аддитивное производство

3D-печать (аддитивное производство) может использоваться для уменьшения массы скафандров с твердым корпусом, сохраняя при этом высокую мобильность, которую они обеспечивают. Этот метод изготовления также дает возможность изготовления и ремонта костюмов на месте — возможность, которая в настоящее время недоступна, но, вероятно, будет необходима для исследования Марса. В 2016 году Университет Мэриленда начал разработку прототипа жесткого костюма, напечатанного на 3D-принтере, на основе кинематики AX -5 . Прототип сегмента руки предназначен для оценки в перчаточном боксе Лаборатории космических систем для сравнения мобильности с традиционными мягкими костюмами. Первоначальные исследования были сосредоточены на возможности печати жестких элементов костюма, обойм подшипников, шарикоподшипников, уплотнений и уплотнительных поверхностей.

Испытание перчаток астронавта

Существуют определенные трудности в разработке ловких перчаток скафандра, а существующие конструкции имеют ограничения. По этой причине был создан конкурс Centennial Astronaut Glove Challenge, чтобы создать лучшую перчатку. Соревнования проводились в 2007 и 2009 годах, планируется еще один. Конкурс 2009 года требовал, чтобы перчатка была покрыта слоем микрометеоритов.

Ауда.X

Ауда.X

С 2009 года Австрийский космический форум занимается разработкой «Aouda.X», экспериментального аналога марсианского скафандра с упором на усовершенствованный человеко-машинный интерфейс и бортовую вычислительную сеть для повышения ситуационной осведомленности . Костюм предназначен для изучения векторов загрязнения в аналоговых средах планетарных исследований и создания ограничений в зависимости от режима давления, выбранного для моделирования.

С 2012 года для миссии-аналога Марс2013. Австрийским космическим форумом в Эрфуде , Марокко , у аналогового скафандра Aouda.X есть сестра в виде Aouda.S. Это немного менее сложный скафандр, предназначенный в первую очередь для помощи в операциях Aouda.X и для изучения взаимодействия между двумя (аналоговыми) астронавтами в одинаковых скафандрах.

Скафандры Aouda.X и Aouda.S были названы в честь вымышленной принцессы из романа Жюля Верна 1873 года «Вокруг света за восемьдесят дней» . Публичный макет Aouda.X (называемый Aouda.D) в настоящее время выставлен в ледяной пещере Дахштайн в Обертрауне , Австрия , после экспериментов, проведенных там в 2012 году.

Биокостюм

Био-костюм — это костюм для космической деятельности , разрабатываемый в Массачусетском технологическом институте , который по состоянию на 2006 г. состоял из нескольких прототипов голеней. Биокостюм подбирается индивидуально для каждого пользователя с помощью лазерного сканирования тела.

Система скафандра Созвездие

2 августа 2006 года НАСА сообщило о планах выпустить запрос предложений (RFP) на проектирование, разработку, сертификацию, производство и техническое обслуживание скафандра Constellation для удовлетворения потребностей программы Constellation . НАСА предвидело единый костюм, способный обеспечить: живучесть во время запуска, входа и прерывания; выход в открытый космос в невесомости ; лунная поверхность в открытый космос; и выход в открытый космос на поверхность Марса.

11 июня 2008 года НАСА заключило с Oceaneering International контракт на сумму 745 миллионов долларов США на создание нового скафандра.

Космический скафандр Final Frontier Design IVA

Космический скафандр Final Frontier Design IVA

Final Frontier Design (FFD) разрабатывает коммерческий скафандр IVA, первый из которых был завершен в 2010 году. Скафандры FFD задуманы как легкие, высокомобильные и недорогие коммерческие скафандры. С 2011 года FFD модернизировала конструкцию, оборудование, процессы и возможности костюмов IVA. С момента основания FFD построила в общей сложности 7 скафандров IVA (2016 г.) для различных учреждений и клиентов, а также провела высокоточные испытания на людях на симуляторах, самолетах, в условиях микрогравитации и в гипобарических камерах. У FFD есть Соглашение о космосе с Управлением коммерческих космических возможностей НАСА по разработке и реализации Плана оценки человека для костюма FFD IVA. FFD классифицирует свои костюмы IVA в соответствии с их миссией: Terra для наземных испытаний, Stratos для полетов на большой высоте и Exos для орбитальных космических полетов. Каждая категория костюмов предъявляет разные требования к производственному контролю, проверкам и материалам, но имеет схожую архитектуру.

I-костюм

I -Suit — это прототип скафандра, также созданный компанией ILC Dover, который включает в себя несколько конструктивных улучшений по сравнению с EMU, включая облегченную мягкую верхнюю часть туловища. И Mark III, и I-Suit принимали участие в ежегодных полевых испытаниях НАСА по исследованиям и технологиям пустыни (D-RATS), во время которых обитатели скафандра взаимодействуют друг с другом, а также с марсоходами и другим оборудованием.

Марк III

Mark III — это прототип НАСА, построенный компанией ILC Dover, который включает в себя жесткую нижнюю часть туловища и смесь мягких и твердых компонентов. Mark III заметно более мобилен, чем предыдущие скафандры, несмотря на его высокое рабочее давление (57 кПа или 8,3 фунта на квадратный дюйм), что делает его скафандром с нулевым предварительным дыханием, а это означает, что астронавты смогут переходить непосредственно из одной атмосферы. среду космической станции, например, на Международной космической станции, без риска декомпрессионной болезни, которая может возникнуть при быстрой разгерметизации атмосферы, содержащей азот или другой инертный газ.

МХ-2

MX-2 представляет собой аналог скафандра, созданный в Университета Мэриленда Лаборатории космических систем . МХ-2 используется для испытаний нейтральной плавучести с экипажем в Центре исследования нейтральной плавучести Лаборатории космических систем. Приблизительно приближаясь к рабочему диапазону реального костюма для выхода в открытый космос, но не отвечая требованиям летного костюма, MX-2 обеспечивает недорогую платформу для исследований в открытом космосе по сравнению с использованием костюмов EMU на таких объектах, как Лаборатория нейтральной плавучести НАСА .

MX-2 имеет рабочее давление 2,5–4 фунта на квадратный дюйм. Это костюм с задним входом и хижиной из стекловолокна . Воздух, охлаждающая вода LCVG и электропитание представляют собой системы с открытым контуром, подаваемые через шлангокабель . В костюме находится Mac Mini. компьютер для сбора данных датчиков, таких как давление в костюме, температура воздуха на входе и выходе, а также частота сердечных сокращений. Элементы костюма изменяемого размера и регулируемый балласт позволяют костюму вмещать субъектов ростом от 68 до 75 дюймов (170–190 см) и весом до 120 фунтов (54 кг).

Костюм Северной Дакоты

Начиная с мая 2006 года пять колледжей Северной Дакоты совместно работали над прототипом нового скафандра, финансируемого за счет гранта НАСА в размере 100 000 долларов США, чтобы продемонстрировать технологии, которые могут быть включены в планетарный скафандр. Костюм был испытан в Национального парка Теодора Рузвельта бесплодных землях на западе Северной Дакоты. Скафандр имеет массу 47 фунтов (21 кг) без рюкзака жизнеобеспечения и стоит лишь часть стандартной стоимости скафандра НАСА, предназначенного для полетов, в 12 000 000 долларов США. Костюм был разработан всего за год студентами Университета Северной Дакоты , штата Северная Дакота , штата Дикинсон , Государственного научного колледжа и общественного колледжа Черепаховой горы . Мобильность костюма North Dakota можно объяснить его низким рабочим давлением; в то время как костюм Северной Дакоты проходил полевые испытания при перепаде давления 1 фунт на квадратный дюйм (6,9 кПа; 52 Торр), костюм НАСА EMU работает при давлении 4,7 фунтов на квадратный дюйм (32 кПа; 240 Торр), давлении, рассчитанном на подачу примерно на уровне моря. парциальное давление кислорода для дыхания (см. обсуждение выше ).

ПХС

Прототип исследовательского костюма НАСА (PXS), как и серия Z, представляет собой костюм с задним входом, совместимый с портами костюма. В костюме есть компоненты, которые можно напечатать на 3D-принтере во время миссий в соответствии с различными спецификациями, чтобы подходить различным людям или меняющимся требованиям к мобильности.

Костюмпорты

Порт для костюмов является теоретической альтернативой шлюзовой камере , предназначенной для использования в опасных средах и при пилотируемых космических полетах , особенно при исследовании поверхности планет . В системе скафандров скафандр с задним входом прикрепляется и герметизируется снаружи космического корабля, так что астронавт может войти и запечатать скафандр, а затем выйти в открытый космос без необходимости использования шлюза или сброса давления в кабине космического корабля. . Порты для костюмов требуют меньше массы и объема, чем шлюзы, обеспечивают снижение уровня пыли и предотвращают перекрестное загрязнение внутренней и внешней среды. Патенты на конструкции портов костюма были поданы в 1996 году Филипом Калбертсоном-младшим из Исследовательского центра Эймса НАСА и в 2003 году Йоргом Беттчером, Стивеном Рэнсомом и Фрэнком Стейнсиком.

Z-серия

Основная статья: Скафандры серии Z

Костюм серии Z-1

В 2012 году НАСА представило скафандр Z-1, первый в серии прототипов скафандров Z, разработанных НАСА специально для планетарной деятельности в открытом космосе. В скафандре Z-1 особое внимание уделяется мобильности и защите для космических полетов. Он имеет мягкий туловище по сравнению с твердым туловищем, которое было в предыдущих скафандрах НАСА для выхода в открытый космос, что уменьшает массу. Его назвали «костюмом Базза Лайтера» из-за зеленых полос на дизайне.

В 2014 году НАСА опубликовало проект прототипа Z-2, следующей модели Z-серии. НАСА провело опрос, предложив общественности определиться с конструкцией скафандра Z-2. Дизайны, созданные студентами факультета моды из Университета Филадельфии, назывались «Технологии», «Тенденции в обществе» и «Биомимикрия». Победил проект «Технология», а прототип построен с использованием таких технологий, как 3D-печать . Костюм Z-2 также будет отличаться от костюма Z-1 тем, что туловище превращается в твердую оболочку, как это видно в НАСА EMU . костюме

В художественной литературе

Основная статья: Скафандры в художественной литературе

Самая ранняя космическая фантастика игнорировала проблемы путешествия в вакууме и отправляла своих героев в космос без какой-либо специальной защиты. Однако в конце 19 века появилась более реалистичная разновидность космической фантастики, в которой авторы пытались описать или изобразить скафандры, которые носят их персонажи. Эти вымышленные костюмы различаются по внешнему виду и технологии и варьируются от очень аутентичных до совершенно невероятных.

Очень ранний художественный рассказ о скафандрах можно увидеть в Гаррета П. Сервисса « романе Покорение Марса Эдисоном» (1898). Более поздние серии комиксов, такие как Бак Роджерс (1930-е) и Дэн Дэйр (1950-е), также содержали свои собственные взгляды на дизайн скафандров. Авторы научной фантастики, такие как Роберт А. Хайнлайн, внесли свой вклад в разработку концепций вымышленных скафандров.

См. также

• Атмосферный водолазный костюм - шарнирно-устойчивый к давлению антропоморфный корпус для подводного дайвера.
• Дыхательный аппарат - оборудование, позволяющее или помогающее пользователю дышать в агрессивной среде.
• Высотный дыхательный аппарат - оборудование, которое позволяет пользователю дышать на гипоксической высоте.
• Влияние космического полета на организм человека – Медицинские проблемы, связанные с космическим полетом
• Внекорабельная деятельность - деятельность, выполняемая астронавтом или космонавтом вне космического корабля.
  • По эпохе:
    • Список выходов в открытый космос и лунных походов 1965–1999 гг.
    • Список выходов в открытый космос 2000–2014 гг. - Астронавты, выходящие в космос на сегодняшний день
  • По станции:
    • Список выходов Мира в открытый космос
    • Список выходов в открытый космос Международной космической станции - внекорабельная деятельность за пределами орбитальной лаборатории
  • Список совокупных рекордов выходов в открытый космос
• Пилотируемая маневренная установка - двигательная установка астронавтов НАСА.

Библиография

• Абрамов Исаак П.; Скуг, О. Ингемар; и др. (2003). Российские скафандры . Лондон; Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN  1-85233-732-Х . LCCN   2003045585 . OCLC   51922847 .
• де Моншо, Николас (2011). Скафандр: Моделирование Аполлона . МТИ Пресс. ISBN  978-0-262-01520-2 .
• Козлоски, Лилиан Д. (1994). Космическое снаряжение США: экипировка астронавта . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Смитсоновского института. ISBN  0-87474-459-8 . LCCN   92-34611 . OCLC   623508754 .
• Сидхаус, Эрик (2010). Новая космическая гонка: Китай против США . Берлин; Нью-Йорк: Спрингер. ISBN  978-1-4419-0879-7 . LCCN   2009936076 . ОСЛК   695700526 .
• Томас, Кеннет С.; Макманн, Гарольд Дж. (2006). Американские скафандры . Берлин; Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN  0-387-27919-9 . LCCN   2005929632 . OCLC   61477760 .
• Янг, Аманда (2009). Скафандры: Коллекция Смитсоновского национального музея авиации и космонавтики . Фотографии Марка Авино; введение Аллана Ниделла; предисловие Томаса П. Стаффорда (1-е изд.). Бруклин, Нью-Йорк: PowerHouse Books . ISBN  978-1-576-87498-1 . LCCN   2009075080 . OCLC   276334393 .

Внешние ссылки

• «Космические скафандры». Архивировано 27 апреля 2018 года в Wayback Machine в «Полевом справочнике по американским космическим кораблям». Архивировано 25 марта 2018 года в Wayback Machine . Список американских скафандров и музеев, где они выставлены, составлен Ли Следжем и Джеймсом Х. Джерардом.
• «Космические скафандры» в энциклопедии Astronautica . Полный список скафандров.
• Russian space suits at NPP Zvezda
• «Скафандр» (на русском языке). Архивировано 29 марта 2018 года в Wayback Machine English Г. Ильиным, Владимиром Ивановым и Иваном Павловым. Первоначально опубликовано в журнале «Наука и жизнь» , № 6, 1978 год.
• «История пилотируемых космических полетов США» в Космическом центре Джонсона. См. ссылку в конце страницы на « Путешествие на Олимп: хронология выхода в открытый космос» (PDF).
• Интернет-космические заметки NASDA в Национальном агентстве космического развития Японии (NASDA) (2001 г.)
• «Анализ модуля внекорабельной мобильности космического корабля-челнока - 1986 г.» (PDF)
• «Справочник инструментов и оборудования для выхода в открытый космос космического корабля НАСА - 1993 г.» (PDF)
• «Эволюция космического костюма от индивидуального изготовления до готового решения. Архивировано 31 января 2017 г. в Wayback Machine (PDF)»
• «Инженерные аспекты Аполлона» в журнале Apollo Lunar Surface Journal, заархивировано 31 декабря 2020 года в Wayback Machine . Раздел о скафандре «Аполлон» и портативной системе жизнеобеспечения.
• «Фотографии космического скафандра» на историческом космическом корабле
• «Галерея изображений истории космических скафандров и выходов в открытый космос». Архивировано 25 октября 2012 г. в Wayback Machine в НАСА.
• Zvezda history (in Russian) English
• «Скафандры» на МЛЦ Дувр
• Клесиус, Майкл (10 июня 2009 г.). «Космические скафандры прошлого и будущего» . AirSpaceMag.com . Вашингтон, округ Колумбия: Смитсоновский институт . Проверено 20 июня 2013 г.
• В апреле 2011 года специальная английская служба « Голоса Америки » транслировала 15-минутную программу об эволюции скафандров. Транскрипт и MP3 программы, предназначенной для изучающих английский язык, можно найти на сайте «Эволюция скафандров» .