История развития космических скафандров России. Ч.5 Скафандр для выхода в космос из КК «Союз-4» и «Союз-5»
В соответствии с Постановлением Правительства от 16.04.62 г. и ТЗ ОКБ-1, полученным ещё в ноябре 1961 г., уже в 1962 году на Звезде началась проработка спасательного скафандра, системы удаления отходов, а так же лёгкой катапультной конструкции для космического корабля 7К, предназначаемого для облёта Луны (проект «Союз»). Были проведены исследования на макетах и разработан эскизный проект изделий.
В сентябре 1962 года в связи с изменением конструкции корабля (вместо облёта Луны корабль 7К-ОК предназначался для решения проблем стыковки и сближения на ОИСЗ) от ОКБ-1 были получены новые ТЗ, кардинально изменившие направления работ. Вместо спасательного скафандра было получено ТЗ на специальную полётную одежду.
После объединения усилий ОКБ-1 и фирмы В.Н. Челомея по созданию системы для облёта Луны (программа Л1) в 1965 году появилась модификация пилотируемого корабля 7К-Л1, которая по составу систем Звезды была аналогична 7К-ОК. 27.04.66 г. по этому вопросу было выпущено соответствующее Решение.
Скафандр «Ястреб» для программы «Союз»
В конце 1964 года С.П. Королёвым было принято решение о стыковке на орбите двух кораблей «Союз», а в начале 1965 года Научно-технический Совет Министерства общего машиностроения по его предложению принимает решение о переориентации кораблей 7К на орбитальные полёты. При этом в соответствии с проектной документации ОКБ-1 спасательные скафандры для защиты экипажа в случае разгерметизации кабины также не предусматривались (несмотря на настоятельные просьбы специалистов Звезды и ВВС).
После успешного выхода А. Леонова 18 марта 1965 г. в июне того же года от ОКБ-1 получено техническое задание, а 18 августа 1965 года было выпущено правительственное «Решение об отработке на кораблях «Союз» возможности перехода экипажа из одного корабля в другой через открытый космос». Эта операция требовалась по одной из схем облёта Луны — пересадке на орбите ИСЗ из транспортного корабля типа «Союз» в корабль, направляющийся к Луне.
Основные отличия в требованиях к скафандру КК «Союз», которому было присвоено имя «Ястреб» — это использование скафандра только для выхода в космос с его надеванием в корабле непосредственно перед выходом в открытый космос, а так же увеличение времени работы в нём до двух часов.
Как обычно в то время сроки создания скафандра были ограничены (применение скафандра планировалось на 1966 год), поэтому проработка началась с оценки наиболее простой системы открытого типа, подобной применяемой на КК «Восход-2».
Следует отметить, что параллельно с работами по созданию скафандров по программе «Союз» на Звезде велись экспериментальные работы и по другим скафандрам и системам, связанным и полётами на большие высоты. В частности, это спасательные скафандры с регенерационной системой для ракетоплана (1962 год), прорабатываемого предприятием ОКБ-52 (главный конструктор В.Н. Челомей) и скафандр СК-III для самолёта-разведчика ЯСТРЕБ (1962-63 гг.), скафандр СКВ с регенерационной системой и возможностью выхода в открытый космос для тяжёлого спутника (1961-65 гг.). В 1965 году начались работы и по созданию изделий для Лунной программы Л-3 (предусматривающей посадку лунного корабля с человеком на поверхность Луны).
Поэтому, учитывая имеющийся задел разработок по схемам и отдельным элементам перспективных систем в дополнение к схеме открытого типа были рассмотрены ещё три варианта схем скафандра для выхода из КК «Союз»: замкнутая система с использованием костюма водяного охлаждения (КВО) и 2 замкнутые системы с охлаждением вентилирующим газом, с обеспечением циркуляции газа с помощью вентилятора или с помощью инжектора.
Схема открытого типа на время работы порядка двух часов оказалась неприемлемой из-за очень большой массы, так как требовала для обеспечения необходимых тепловых условий космонавту значительного увеличения величины подачи кислорода по сравнению со схемой СОЖ КК «Восход-2». С этой точки зрения оптимальной была бы схема с использованием КВО, однако она требовала довольно длительной отработки и с учетом относительно небольшого времени работы космонавта в скафандре было решено отложить начало ее применения до разработки скафандра по программе Л-З.
К разработке были приняты оставшиеся два варианта ранцевых систем со снятием тепла с человека вентилирующим газом. При этом вариант ранцевой СОЖ с вентилятором в качестве источника циркуляции под названием РВР-1 разрабатывался Звездой, а вариант с инжектором под названием РИР — в основном СКБ-КДА.
Были изготовлены и испытаны макеты обоих ранцев. На основании проведенного анализа основным вариантом был принят РВР-1 как более перспективный в случае необходимости дальнейшего увеличения времени работы. Схема РИР'а более простая, однако из-за необходимости расходования большого количества кислорода её применение было целесообразно только в случае использования бортового запаса газа с подачей его в СК по шлангу, наличие которого на КК «Союз» не предусматривалось.
Значительные трудности возникли при применении впервые в Советском Союзе давления кислорода в баллоне величиной 42 МПа и соответствующего оборудования под него. Необходимо было создать новые конструкции и провести их окончательную сертификацию.
При системе вентиляции и регенерации газа основные проблемы касались вновь создаваемого патрона для поглощения углекислоты и вредных примесей и разработки центробежного вентилятора, работающего в кислородной атмосфере скафандра, при высокой влажности и со значительными колебаниями давления окружающей среды. В целях пожаробезопасности для вентилятора по ТЗ Звезды Всесоюзным НИИ электромеханики был специально разработан безколлекторный электродвигатель, хотя исследовался и специальный вариант щеточного электродвигателя.
В качестве вещества, поглощающего углекислоту, была выбрана гидратированная гидроокись лития, прессованного в виде блоков. Она по сравнению с другими известными веществами имела наилучшие массовые характеристики и меньшее выделение тепла. Использование веществ, одновременно выделяющих кислород, в данном случае не имело смысла из-за необходимости все равно иметь постоянную подачу кислорода для поддержания избыточного давления в СК. Разработка поглотительного патрона осуществлялась по ТЗ Звезды сначала в филиале НИИ-404 в г. Электросталь, а позднее — в ТамбовНИХИ.
При выборе системы терморегулирования анализировалась целесообразность использования всех проработанных к этому времени на Звезде способов отвода и уноса тепла от человека и возможность их реализации в поставленные сроки.
В частности рассматривались способы удаления тепла с помощью радиатора, установленного на скафандре, аккумулятора холода, различного типа охлаждающих панелей с испарением влаги в вакуум, испарительного или сублимационного теплообменника и даже с использованием полупроводниковой холодильной установки. В конечном счёте с учётом сравнительно ограниченного времени работы в космосе и планируемой физической нагрузкой космонавтов была выбрана схема уноса тепла вентилирующим газом с использованием в ранце испарительного теплообменника. Разработка его, работающего в условиях невесомости и имеющего минимальные габариты, потребовала проведения большого объема экспериментальных работ и анализа, особенно в части разделения жидкости и пара в условиях невесомости, предотвращения возможности замерзания жидкости на выходе из испарителя в вакуум. Схема испарителя была предложения и отработана Р.Х. Шариповым с группой инженеров.
Электропитание, радиосвязь и контроль телеметрических параметров осуществлялось с помощью бортовых систем кораблей по электрофалам. Электросхема СК, ранца и фала давала возможность вести непрерывную радиосвязь при очередной перестыковке электроразъёмов с одного фала на другой. Для этого был разработан специальный электроразъём, который легко стыковался и расстыковывался космонавтом в скафандре, находящимся под избыточным давлением. Предложенная оригинальная схема перестыковки электрофалов позволила иметь лишь 1 длинный фал для перехода двух космонавтов.
Оболочка скафандра ЯСТРЕБ была спроектирована на базе СК БЕРКУТ, но с рядом существенных отличий, учитывающих опыт, полученный при выходе А.А. Леонова, а также вызванных изменением методики использования СК и применением замкнутой схемы СОЖ.
Для облегчения одевания в условиях невесомости в бытовом отсеке корабля, имеющего ограниченный объём, оболочка СК имела раскрой для положения «стоя». Вентиляционный костюм был постоянно закреплён на оболочке СК, герметичные манжеты рукавов, как и перчатки, были выполнены съёмными, вместо кожаных ботинок использовалась мягкая обувь. Был проведен и ряд других изменений: разработан новый светофильтр, который в отличие от светофильтра СК БЕРКУТ размещался снаружи шлема, улучшена подвижность рук, разработан малогабаритный разъём коммуникаций (устанавливаемый на оболочке СК), на корпусе СК установлен аварийный баллон. Основное рабочее давление в СК — 400 гПа. Так же, как и в БЕРКУТе имелась возможность перехода на пониженное давление 270 гПа, однако схема размещения регуляторов давления на оболочке СК была выполнена по-другому.
Отработка скафандра потребовало большого объёма испытаний и тренировок; в термобарокамере Звезды ТБК-30, в термобарокамере ГК НИИ ВВС совместно с макетом бытового отсека КК и на летающей лаборатории Ту-104. Для облегчения прохода космонавтов в скафандре через выходной люк КК оказалось целесообразным закрепить ранец с СОЖ не на спине, а спереди на ногах космонавта. Это потребовало соответствующей переделки подвески ранца на скафандре. Модификация получила индекс РВР-1П (поясной).
Решением Правительства от 27.04.66 г. скафандры ЯСТРЕБ с ранцем РВР-1П были заказаны и для программы Л-1 (для пересадки на орбите из транспортного корабля 7К-Л1 в корабль, летящий к Луне).
Позже в том же году новым «Решением» было предусмотрено изготовление СК ЯСТРЕБ и РВР-1П и для пилотируемого корабля, разрабатываемого предприятием В.Н. Челомея также для облёта Луны, а позднее и для орбитальной станции «Алмаз».
Был проведён ряд экспериментальных работ и примерок СК ЯСТРЕБ на этих кораблях, однако из-за перехода к работам по программе Л-З вариант использования скафандров для программы Л-1 не получил дальнейшего развития. Использование СК ЯСТРЕБ на ОС «Алмаз» также не состоялось, так как в 1969 г. он был заменён на СК ОРЛАН.
Полёт кораблей «Союз-4» и «Союз-5»
К запуску готовились сразу 2 корабля: на первом должен был лететь один космонавт, на втором 3 космонавта, двое из которых должны были в скафандрах перейти в первый корабль через открытый космос.
В связи с серьезными замечаниями, выявленными в полёте на борту «Союза-1», 23 апреля 1967 г. было принято решение о его досрочном спуске и отмене полёта второго корабля.
Как известно, космонавт В.М. Комаров погиб при спуске корабля «Союз-1» 24.04.1967 г. из-за неполного раскрытия парашюта. После устранения причин аварии и проведения нескольких беспилотных запусков кораблей, а также только после полёта Г.Т. Берегового на корабле «Союз-3» со стыковкой с беспилотным кораблем «Союз-2» 25-30 октября 1968 г. была подготовлена вторая пара кораблей «Союз-4» и «Союз-5», на которых планировалось провести ранее несостоявшийся эксперимент по переходу космонавтов из одного корабля в другой через открытый космос.
14-18 января 1969г. полёт был успешно выполнен. 17 января 1969 г. космонавты А.С. Елисеев и Е.В. Хрунов перешли из КК «Союз-5» в КК «Союз-4» через открытый космос и затем спустились на землю. Время пребывания космонавтов в открытом космосе составило 37 минут.
Руководство операциями по стыковке кораблей и выходу в открытый космос осуществлялось на этот из из Центра управления, размещенного вблизи города Евпатория в Крыму. Туда сразу после запуска корабля «Союз-5» переместилось руководство полётом и группа специалистов. Там же сосредотачивалась телеметрическая информация о работе систем кораблей, а также скафандров.
Переход экипажа из корабля «Союз-5» в корабль «Союз-4» проходил в соответствии с программой с некоторой задержкой по времени. Как объясняли космонавты после полёта, дефицит времени возник из-за того, что некоторые операции в условиях невесомости в полёте выполнять труднее, а также из-за повышения эмоциональной напряженности при выходе в космос. Кроме того, выход был начат на 11 минут позже запланированного времени из-за того, что Е. Хрунов, выходящим первым, при перестыковке на длинный фал ошибочно подсоединил к бортовой системе электропитание не своего СК, а А. Елисеева. Почувствовав снижение вентиляции, Е. Хрунову пришлось вернуться в корабль для повторной перестыковки разъёмов.
Перемещение космонавтов по внешней поверхности кораблей осуществлялось по специальным жестким поручням с помощью рук. Эта методика в дальнейшем использовалась и используется до сих пор при ВКД на орбитальных станциях, хотя в ряде случаев космонавты жаловались на усталость кистей рук и трудность выполнения тонких координированных движений. Были также затруднения в конце выхода с закрытием люка КК «Союз-4» из-за попадания в него плохо закрепленных плавающих элементов.
Во время перехода из-за того, что портативная камера не была закреплена, она уплыла от космонавтов. В связи с этим фотографий из космоса процесса ВКД не имеется.
Этот полёт дал возможность приобрести дополнительный опыт работы космонавтов в открытом космосе и оценить работоспособность СОЖ скафандров регенерационного типа в натурных условиях.
Кроме того, переход двух космонавтов через открытый космос подтвердил как возможность такого способа пересадки экипажа из одного корабля в другой, в частности, по программе Н1-ЛЗ, так и возможность проведения спасательных операций в открытом космосе.
После этого Советы решили, что пора пилить что-то еще более грандиозное. Подготовка к проведению лунной программы Н1-ЛЗ набрала максимальные обороты, про скафандры этой программы я расскажу в следующей части.
Список использованной литературы:
1) И.П. Абрамов, М.Н. Дудник, В.И. Сверщк, Г.И. Северин, А.И. Скуг и А.Ю. Стоклицкий «Космические скафандры России»
2) С.М. Алексеев «Космические скафандры вчера, сегодня, завтра»
3) Личный опыт и общение с людьми, которые стояли у истоков советской космонавтики:)
Подписывайся на телеграм-канал Cat_Cat, чтобы не пропустить интересные посты
НА КОРМ КОТИКАМ ---> 💰