Длительные космические путешествия, покорения других миров и построение новых цивилизаций – мечта человечества на протяжении десятилетий. Одна из самых реалистичных для первого длительного полёта планета – Марс. Отсутствие привычной атмосферы требует специальной защиты. Скафандр для Марса – особая конструкция, которая поможет первым поселенцам и исследователям переносить перегрузки.
Какие костюмы нужны космонавтам, чтобы выжить на Красной планете?
Оптимальный марсианский скафандр должен соответствовать определённым требованиям:
- Быть лёгким – в условиях безвоздушного космического пространства организм человека испытывает перегрузки. Тяжёлые элементы конструкции негативно отразятся на работе опорно-двигательного аппарата, мышц.
- Иметь подвижные конструкции – наличие шарниров снимет частично нагрузку, позволит быстрее выполнять действия, передвигаться.
- Защищать от воздействия радиации – солнечные лучи несут вредные частички. В большой концентрации они могут стать причиной патологических изменений в состоянии здоровья космонавта. Превышение дозировки или накапливание радиации в организме влечёт за собой негативные последствия, и даже смерть.
- Обеспечивать защиту от холода и жары – перепады температуры в космическом пространстве и на других планетах значительные. Наличие специальных материалов поддерживает комфортные для человека показатели.
- Быть прочным – непредвиденные ситуации не исключены во время космических путешествий. Надёжные материалы способны защитить от травмы.
- Полностью герметичным – утечка воды, кислорода является причиной возникновения внештатных ситуаций. Длительное влияние разгерметизации может повлечь за собой смерть человека.
- Иметь бортовые компьютеры – они необходимы для отслеживания показателей работы костюма, выполнения рабочих заданий и связи с кораблём. Датчики контролируют, сколько осталось кислорода в баллоне, что важно во время работы в открытом космосе.
- Иметь запас кислорода – он необходим для дыхания и стабильной работы всех систем организма.
- Системы защиты в экстренных ситуациях – резервный набор необходимых организму компонентов, автоматически срабатывающих в сложных или отличающихся стандартных ситуациях.
- Костюм должен позволять исследователям и поселенцам противостоять агрессивной марсианской среде.
Первый космический скафандр
Во времена СССР был спроектирован, а затем создан первый в мировой истории космический скафандр. Название – СК-1. Активное использование пришлось на 1961-1963 годы. Разработка началась в 1959 году. Первый прототип появился в 1960. Космический скафандр – не просто специальная одежда. Это полноценный комплекс систем жизнеобеспечения. В конструкцию включены средства выживания. Они предназначены:
- Гарантированного спасения человека в момент ЧП или аварии.
- В случае быстрых изменений условий. Окружающая среда вне корабля или в кабине также учитывается в этом случае.
Сработать механизмы обязаны на каждом этапе полёта и в момент приземления.
Особенностью СК-1 была мягкость. Его изготовили из 2 слоёв:
- Лавсан – усиленный, способный выдержать перегрузки и давление.
- Резина – герметичность – отличительная черта, субстанция, не имеющая промежутков в конструкции.
Дополнительный элемент – чехол яркого оранжевого оттенка. Он располагается снаружи, привлекая внимание. Комбинезон в таком окрасе хорошо заметен на суше и водной поверхности. После приземления космонавта с такой маркировкой его легче будет отыскать с высоты.
Интересные моменты в выборе конструкции:
- Раздельные элементы вентиляции.
- Шлем отделен от основной оболочки.
- В зоне кисти устанавливались особый тип подшипников.
- Также они имеются на локтях и коленях.
Под основной оболочкой находится комбинезон. Он имеет уникальную оболочку – усиленную тепловую защиту. В этом слое находятся трубопроводы системы вентиляции. Их задача – создание оптимального для организма человека теплового режима. Также там находились системы вывода влаги и углекислого газа. Предусматривалось продувание скафандра. Осуществлялось оно с помощью шланга воздухом из кабины. В момент разгерметизации:
- Шланг отсекается от основной конструкции.
- Иллюминаторное стекло шлема закрывается, оно изготовлено из особого усиленного материала.
- Включается в автоматическом режиме подача воздуха.
- Начинают работать без усилий со стороны человека кислородные баллоны.
Системы жизнеобеспечения первого скафандра рассчитаны на 5 часов беспрерывной работы. Технические характеристики СК-1:
- Масса – 20-23 кг в этом моменте данные разнятся.
- Давление – предельное значение составляет 300 ГПа, учитываются повышенные нагрузки и увеличение давления в момент приземления.
- Жизнеобеспечение в герметичной кабине – 12 суток.
Имелась защита при катапультировании с высоты до 8 км. Разработка стала основой для всех последующих костюмов космонавтов и астронавтов.
Современный космический скафандр и его роль для человека
Технологии постоянно совершенствуются. Не обходят стороной они и космические костюмы. Специалисты выделяют 2 типа современных скафандров:
- Жёсткий.
- Мягкий.
Жёсткая конструкция вмещает системы защиты и жизнеобеспечения. Мягкая – манёвренная и лёгкая. В момент первого выхода человека в открытое космическое пространство было разделение ещё на 3 подвида скафандров:
- Применяемый в аварийных и внештатных ситуациях – ЧП на борту, сложности в период выхода в открытый космос, этап подготовки к приземлению, период после него.
- Автономный – использовался для выполнения рабочих заданий. В том числе, в открытом космосе.
- Универсального назначения – при нахождении в герметичной кабине.
Флагманским вариантом, основной моделью и базой для разработки других защитных комбинезонов, которые не предполагают выход в космос, является для России Сокол, для США – это разработка, которую назвали ACES.
Исходный вариант костюма для выхода в космическое пространство Сокол появилась 48 лет назад, в 1973 году. Современный вариант имеет 2 слоя:
- Наружный – под названием силовой.
- Затем находится цельная основа с герметичными свойствами.
К внутреннему пространству подведены и закреплены особо прочные и надёжные трубки. Их задача – вентилирование. Кислород подводится только к шлему – это особенность конструкции и самого костюма. Способ крепления – клей. Уникальным элементом является также отсутствие прямых требований к параметрам космонавта – габариты скафандра неизменны. Требования предъявляются к росту и обхват груди. Минимальный рост составляет 1,61 м, максимальный показатель равен 1,82 метра. Обхват груди должен укладываться в параметры 96 см -1,08 м. Главные задачи – обеспечение безопасности.
Ещё один современный скафандр – название его Орлан-МК. Применяется на МКС 12 лет. Конструкция является автономной. Задача – обеспечение безопасности в период выхода в открытый космос. Длительность пребывания за приделами кабины – 7 часов. В конструкцию включены:
- Компьютерная составляющая – отслеживается состояние систем.
- Шлем – устройство, защищающее голову и шею, нанесено золотое напыление. Уменьшается негативное воздействие солнечных лучей.
- Система, защищающая уши по способу продувки – встроена в шлем. Реагирует на изменение давления внутри защитного костюма.
- Прочный короб – ранец. В нем располагается система подачи кислорода.
Вес костюма составляет более 111 кг. Позволяет осуществлять работы в космосе 7 часов без перерыва.
A7L, в чем заключается основная роль скафандра:
- Он защищает от травм и повреждений.
- Способствует адаптации в условиях космического вакуума.
- Поддерживает показатели организма в стабильном состоянии.
- Защищает мышцы и ткани от перегрузок.
- Регулирует показатели давления.
Особенности модели заключаются в следующем:
- Основных слоёв 5.
- Входит слой, защищающий от метеоритов.
- Огнестойкий слой.
- Оболочка состоит из 30 материалов.
- Они обеспечивают повышенную прочность.
- Ранец содержит основные элементы системы автономного обеспечения жизнедеятельности.
В костюме постоянно циркулирует вода. Система создана, для того чтобы исключить запотевание шлема. Также она защищает от перегрева. Жидкость забирает и перераспределяет тепло, которое выделяется телом человека. Вода по специальным трубкам переходит в ранец, где проходит этап охлаждения.
EMU – ещё один современный костюм для космических полётов. Предназначается для работ и миссий, выполняемых вне корабля. Является полужёстким по структуре. Имеет ряд отличий:
- К шлему подключается контейнер с водой.
- Корпус усиленный – может выдержать значительные перепады температуры. Минимальные показатели – 184 градуса, максимальные значения около +149 градусов.
- Позволяет работать в открытом космосе до 8 часов.
- Встроенная видеокамера.
- Давление внутри костюма составляет 0,3 атм.
- Вес равен по разным оценкам 140-145 кг.
А что будет, если человек окажется вне земной атмосферы без защиты
Исследования показывают, что в космосе без скафандра можно находиться всего 1,5 минуты. После этого наступает гипоксия и смерть. В безвоздушном пространстве наблюдается:
- Значительная разница давления.
- Вакуумное пространство приводит к тому, что человеческое тело начинает раздуваться.
- Кровь перестаёт циркулировать и поставлять кислород в клетки и ткани.
- Потеря сознания происходит уже через 15 секунд.
Нахождение без защиты на других планетах также опасно для жизни. Считается, что на Марсе без скафандра долго находиться не получится. Причины:
- Тонкая атмосфера.
- Углекислый газ – её основа на 95%.
- Низкое давление – в 160 раз ниже оптимального для человека.
- Резкие перепады температуры по сезонам -163-+35.
Предположительное время, которое можно выдержать без защитного костюма – 1,5 минут. Затем наступает потеря сознания и смерть.
Части защитного костюма и их назначение
Знать и понимать устройство космического облачения необходимо для безопасности. Скафандр является не просто спецодеждой. Это настоящая система, поддерживающая жизнь вне кабины космического корабля или капсулы для приземления. Одежда для космонавта состоит:
- Особого комбинезона.
- Шлема.
- Перчаток.
- Систем связи.
Не менее важно наличие особых слоёв. Они спасают от негативных ситуаций, обеспечивают потребности человека.
Охлаждающая одежда
Особый слой, расположений под герметичным внешним покрытием. Оболочка представляет собой комбинезон из искусственной ткани. На поверхности располагаются специальные трубки. Они тонкие и небольшие по размеру. По ним без перерыва перемещается вода. Принцип работы можно сравнить с устройством тёплого пола в домах. Можно выставить показатели температуры. Заданные параметры: 5-30 градусов. Человек выбирает их для себя лично, согласно комфортным ощущениям.
Жёсткий верх торса
Основа является центральным элементом. Применяется она в скафандрах, как производства РФ, так и США. Жёсткая основа создана из особого материала. Задача:
- Регулирование давления на тело человека.
- Обеспечение безопасности.
- Создание условий мобильности.
- Создание комфорта при длительной эксплуатации.
В составе представлены точки крепления:
- Руки человека.
- Нижнюю часть его туловища.
- Грудную клетку.
Торс имеет модуль дисплея и систему управления. Также представлен рюкзак с основой для обеспечения потребностей выживания.
Перчатки
По форме напоминают кисть руки человека. Перчатки изготовлены из очень прочного и плотного материала. Основу составляют два слоя – герметичный и силовой. Кистевой шарнир обеспечивает отсутствие затруднений при выполнении работы или обычных движений. В конструкции присутствуют особые ленты. Они повторяют анатомическое строение руки. Специальный прорезиненный состав повышает показатели прочности. Задача: обеспечение комфорта и безопасности, мобильности и подвижности в сложных условиях внутри корабля или в вакуумном пространстве.
Нижняя часть торса
Нижняя часть предназначена для защиты ног. Имеет специальные резервуары для приёма отходов жизнедеятельности. Применяются они во время выхода в открытый космос. Материал используется усиленный и герметичный – 2 слоя. Основные задачи:
- Регулирование показателей давления внутри костюма.
- Обеспечение подвижности и мобильности.
- Создание комфортных условий.
К нижней части относятся также особые ботинки.
Слои
Конструкция выполнена из специальных тканевых материалов. Слои можно разделить: защитные и герметичные. Они оберегают:
- От негативных и любых других внешних воздействий.
- Регулируют температуру.
- Поддерживают мобильность.
В жёстких типах используется стекловолокно или сплавы алюминия. Их задача – безопасность во время выхода в открытое космическое пространство.
Система жизнеобеспечения
Представлена она:
- Датчиками.
- Миникомпьютерами.
- Системами подачи кислорода.
- Трубками с циркулирующей водой. Производится охлаждение внутри скафандра до оптимальных температурных показателей.
Присутствует резервуар для отходов. Им можно пользоваться, не снимая костюм. Постоянный контроль со стороны датчиков сообщит о сбоях.
Система связи
Защитный костюм имеет встроенные переговорные датчики. Некоторые типы снабжены небольшими дисплеями или компьютерами. Они помогают связываться с кораблём. С их помощью происходит передача команд. Присутствует радиосвязь. Контроль безопасности и внештатные ситуации также отслеживаются и передаются с помощью систем связи.
Шлем
Обеспечивает защиту головы человека. К нему подводятся трубки, через которые подаётся кислород. Имеется специальное обзорное стекло. Имеет золотое напыление. Оно позволяет работать под прямыми солнечными лучами. Главная задача – поддержание оптимальных показателей давления. На внутренней части присутствует защита для ушей.
Из чего шьют защитную экипировку
Любой космический скафандр – объект сложный. Он сшит из ткани с прорезиненной основой. Вторым слоем идёт высококачественный натуральный каучук. Внешняя оболочка произведена из ткани. Это может быть прочный нейлон или капрон. Прорезиненный слой помогает поддерживать форму, защищает от механического воздействия.
Тестирование материалов здесь, на Земле
Каждый тип ткани или материалов проходит ряд испытаний. Проводятся они в разных средах:
- В воде.
- На открытом воздухе.
- В вакууме.
Также их нагревают, чтобы проверить термостойкость и пожарную безопасность.
Тестирование материалов на другой планете
Подобные исследования провести в настоящих внеземных условиях пока не представилось возможности. Тестирование возможно в вакууме, с повышенными показателями влажности, давления. Также проводится воздействие перепадами температур, низкими и высокими их показателями.
Марсоход НАСА Perseverance исследует образцы будущей спецодежды
Устройство доставит на поверхность Красной планеты только образцы тканей. Космическая миссия поможет установить, как будет действовать на отдельные образцы марсианская среда. Непосредственно скафандр для полётов на Марс будет собираться с учётом полученных результатов. Расчётный срок прибытия научной лаборатории – 18 февраля 2021 года. С этого момента начнётся исследование доставленных образцов непосредственно в марсианских условиях.
Соображения по поводу дизайна защитной экипировки
Для того чтобы прожить во внеземных условиях, требуется защита. Человек в марсианском скафандре сможет выполнять работу по обустройству поселения и изучению особенностей планеты. Поэтому внешняя защита должна быть усиленной. Шлем у костюма герметичный с системой подачи кислорода, хорошей вентиляций и теплозащитой. Также человек должен иметь хорошую защиту корпуса, рук и ног. Внутри встраиваются системы оповещения о ЧП, связь, жизнеобеспечение.
Как будут выглядеть космические скафандры в будущем
Сегодня существуют не только объёмные, но и облегающие варианты космического скафандра. В будущем технологии позволят сделать его невидимым и неощутимым – будут работать специальные силовые поля. Подача воздуха и воды в костюм сможет производиться с помощью специальных приборов, миниатюрного размера. В реальности современные космические и марсианские скафандры могут избавиться от массы. Добиться этого помогут новые материалы и технологии. Облегчённые сплавы, особые защитные ткани станут легче, но будут выполнять поставленные задачи лучше.
Облегающие костюмы для красной планеты
Подобные костюмы разрабатываются. Их задача – обеспечение мобильности. Человек должен получить возможность двигаться, и не ощущать нагрузки или дискомфорта. Используются для этого особые материалы и современные ткани. Снижение объёма позволит свободнее перемещаться, как по поверхности планеты, так и во время нахождения в закрытых исследовательских помещениях, где будет проводиться работа или вестись наблюдение. Организм получит возможность адаптироваться к новым для себя условиям без излишней нагрузки.
SmartSuit: интеллектуальный и мобильный скафандр EVA для исследовательских миссий нового поколения
Пример внедрения технологий будущего в современные космические разработки. Он сочетает в себе наработки, способствующие безопасности с новыми результатами исследований. Основа – улучшение показателей ловкости во время работы в космическом пространстве. Интеллектуальные компьютерные разработки и технологии повышают комфорт и безопасность для космонавта и исследователя других планет.
Защита от Клеман Балавуана, чтобы путешественники на Марс оставались здоровыми
Французский дизайнер разрабатывает материалы, которые поддерживают здоровье опорно-двигательной системы. Укрепление идёт на позвоночник, спину и грудь. В волокнах специальной ткани имеются микроскопические датчики. Они посылают мышцам разряды электрического тока. За счёт этого не происходит их ослабления.
Экипировка NASA для визита на Марс
Разработка имеет увеличенное количество подшипников. Благодаря этому облегчаются выполняемые космонавтом движения. Двигаться в новом костюме человеку также станет легче. Костюм готовится к производству с учётом лунной программы. Внешнюю защиту человека планируется испытать в этой миссии, затем применять в программе полёта на Красную планету. Созданные варианты отличаются:
- Повышенной мобильностью.
- Наличием подшипников на локтях, коленях и талии.
- Универсальностью, как для мужчин, так и для женщин – используется специальная ткань, которая может растягиваться и сжиматься.
Также разработка костюма включает в себя возможность поглощения углекислого газа в неограниченных количествах.
Экипировка SpaceX
Разработка полностью облегает тело астронавта. Применены современные технические решения относительно подачи воздуха и обеспечения жизнедеятельности человека. Процесс облачения производится с помощью специальной герметичной молнии.
Путешествия на Марс и заселение Красной планеты уже не кажутся фантастикой или несбыточной мечтой смелого учёного. Современные разработки показывают – человек способен создать скафандр, который поможет ему противостоять сложным условиям планеты, передвигаться и выполнять все необходимые для её развития действия. Новые разработки и материалы помогут сохранить здоровье.