История развития космических скафандров России. Ч.3 Эра «Восток»
Начало работ
После запуска в 1957 году первого ИСЗ в ОКБ-1 начались предварительные проработки вопроса о создании космического аппарата для полёта человека в космос.
По указанию С.П. Королёва в ОКБ-1 под руководством М. Тихонравова и К. Феоктистова в августе 1958 года была подготовлена первая концепция полёта человека в космос. Был выпущен отчёт ОКБ-1 под названием «Материалы предварительных работ по проблеме создания спутника Земли с человеком на борту».
В январе 1959 года вышло постановление правительства и соответствующий приказ министра авиационной промышленности с указанием начать работы по подготовке полёта человека на ИСЗ.
17 апреля 1959 года Звезда (тогда завод №918) получила от ОКБ-1 техническое задание на разработку и изготовление скафандра с аварийной системой кондиционирования воздуха, а 22 мая вышло постановление правительства, определившее основных исполнителей работы и поставщиков отдельных изделий. Эти документы положили начало работам по созданию космических скафандров в Советском Союзе.
В течение 1959 года на Звезде было разработано и создано два первых прототипа космического скафандра для первого полёта человека в космос, они получили обозначение С-10. В те времена на заводе не было медицинского отдела для испытаний, поэтому они проводились на базе ГНИИИАиКМ (Государственном научно-исследовательском институте авиационной и космической медицины).
Конструкция скафандра и СОЖ должны была обеспечить спасение человека в самых различных аварийных ситуациях: при разгерметизации кабины на орбите, нарушении в ней газового состава, при катапультировании, при попадании в воду, в том числе в бессознательном состоянии, и т.д.
Оболочка скафандра С-10 была разработана на базе оболочек предыдущих авиационных скафандров. Шлем СК имел новую конструкцию и был снабжен системой автоматического закрытия смотрового стекла.
Был разработан вариант объединённой подвесной и привязной системы парашюта и кресла, используемой одновременно в качестве силовой системы скафандра, а также специальный объединенный разъем коммуникаций (ОРК).
Скафандр предполагалось использовать в комплекте с регенерационной системой, бортовая часть которой была частично заказана в ОКБ-124 (ныне ПАО НПО Наука) и частично (кислородная часть) СКБ-КДА (ныне АО «КАМПО»).
По ТЗ планировалось обеспечить вентиляцию СК кабинным воздухом с расходом от 50 до 150 л/мин до 10 суток при давлении в кабине 100кПа по открытой схеме и до 14 часов по замкнутой схеме от аварийной системы. При спуске корабля с орбиты до момента катапультирования и после катапультирования для кислородного питания использовались специальные кислородные приборы.
В связи с тем, что температура в кабине могла достигать 40 градусов по Цельсию, была разработана система вентиляции скафандра и оригинальная система впрыска воды в скафандр для охлаждения космонавта в аварийной ситуации.
Впервые был создан кислородный прибор КП-50, обеспечивающий автоматическую продувку скафандра кислородом (для удаления из СК азота) в случае падения давления в кабине.
Прорабатывались варианты обеспечения дыхания космонавта после приземления или приводнения в бессознательном состоянии. Этому вопросу придавалось важное значение, так как в то время было неизвестно, как человек перенесёт космический полёт.
В начале 1960 годы работы по отработке С-10 продолжались, однако в феврале того же года ОКБ-1 выдало Звезде новое ТЗ на защитный костюм (взамен скафандра). Отказ от скафандра был вызван несколькими причинами. Это прежде всего дефицит массы космического корабля, а так же негативное отношение к необходимости со стороны проектантов ОКБ-1 во главе с их руководителем К.П. Феоктистовым. Их логика исходила из того, что вероятность разгерметизации кабины гораздо меньше, чем появление в полете других аварийных ситуаций, которые так же могут иметь катастрофические последствия. Эта логика существовала до катастрофы корабля Союз-11 в 1991 году.
Защитный костюм — условное название «костюм В-3» — разрабатывался до конца августа 1960 года. Ему в то время было дано то же обозначение, что и космическому кораблю. Первая версия для корабля типа Восток была Восток-3 (или В-3), В-1 и В-2 были беспилотными версиями.
Основное назначение костюма В-3 — защита космонавта после приземления или приводнения, особенно при попадании в холодную воду.
В качестве водонепроницаемой оболочки использовались элементы морского спасательного костюма лётчика. под него одевался специальный теплозащитный костюм (ТЗК) с системой вентиляции, которая осуществлялась от автономной вентиляционной установки кабинным воздухом в течение всего полёта. Туловище ТЗК выполнялось из стеганного поролона, рукава и штанины — из шерстяного трикотажа.
Всего было изготовлено 8 испытательных макетов костюма В-3. Часть из них была направлена в ГНИИИАиКМ, часть — в ЛИИ и последняя часть осталась на Звезде. На каждом из предприятий проводились свои типы испытаний. В первом — физиологические, во втором — прыжки с парашютом, а на «родине» В-3 — испытания в воде и на холоде.
После начала работ над защитным костюмом не прекращались дебаты о возврате к скафандру. Особенно настойчиво это требование выдвигали представители ВВС (начальник отдел Управления ВВС В.А. Смирнов и ГК НИИ ВВС С.Г. Фролов). Их поддерживали медики и специалисты Звезды.
К лету 1960 года эти дебаты достигли апогея. Снова предлагались варианты скафандра с СОЖ замкнутого типа. Проектанты ОКБ-1 говорили, что для этого нет веса. Споры продолжались пока решение не принял лично С.П. Королёв. На Звезде в конце лета 1960 г. было организовано совещание с участием представителей всех заинтересованных организаций.
Учитывая намеченные сроки первого полета человека, были рассмотрены различные варианты схем скафандра, в том числе система, замкнутая на регенерационную систему кабины. После заявления Г.И. Воронина (главный конструктор ОКБ-124), что бортовая система для регенерационного скафандра будет готова не ранее конца 1961 года, С.П Королёв заявил, что согласен выделить хоть 500 кг массы, но скафандр с соответствующей системой должны быть готовы к концу 1960 года. В результате, учитывая исключительно сжатые сроки поставки, был принят к разработке компромиссный вариант упрощенной автономной системы СОЖ скафандра с максимальным использованием имеющегося опыта создания высотных скафандров и уже отработанных элементов скафандра С-10 и костюма В-3.
В сентябре 1960 года было окончательно подписано ТЗ на скафандр (индекс СК-1), рассчитанный всего на 5 часов работы в разгерметизированной кабине, работающий по открытой схеме с использованием бортовых запасов сжатого кислорода и воздуха.
Первые космические скафандры кораблей Восток
Первый в мире пилотируемый космический полёт на корабле Восток был осуществлен Ю.А. Гагариным 12 апреля 1961 года в скафандре, разработанным Звездой, и получившим индекс СК-1.
В скафандрах СК-1 совершили свои полеты космонавты последующих кораблей Восток, а так же В.Н. Терешкова (в модификации этого скафандра СК-2)
Скафандр СК-1 совместно с СОЖ обеспечивал выполнение следующих основных требований:
• нормальные гигиенические условия космонавту в загерметизированной кабине в течение 12 суток.
• безопасное пребывание в разгерметизированной кабине до 5 часов на орбите и в течении 25 минут при снижении спускаемого аппарата.
• защиту при катапультировании на высотах до 8 км. и скоростном напоре до 1800 кг/см в кубе.
• обеспечении кислородом для дыхания при спуске на парашюте.
• сохранение жизни космонавта при пребывании в холодной воде (после приводнения) в течение 12 часов (вне лодки) и в течении 3 суток после приземления или при нахождении в лодке при температуре до -15 градусов Цельсия.
В случае разгерметизации кабины в скафандре поддерживалось рабочее давление 270-300 гПа, что способствует барометрическому давлению на высоте 10 км.
В комплект скафандра СК-1 входили система штатной вентиляции, а также система аварийной вентиляции и кислородного питания, разработанные с участием предприятий Наука и СКБ-КДА.
Собственно скафандр включал: оболочку (двухслойную с раздельными силовой и герметичной оболочками), шлем с двойным остеклением и устройством для автоматического закрытия иллюминатора, съемные перчатки и манжеты, внутренний ТЗК с системой вентиляции, верхнюю защитную одежду, ботинки, спасательный плавательный ворот с системой наполнения от углекислородного баллончика, ОРК, шлемофон.
Кроме того, скафандр был укомплектован аварийной радиостанцией и предметами первой необходимости на случай приземления в необитаемом районе (нож, пистолет, зеркало, сигнальные устройства и т.д.).
Масса скафандра составляла 23 кг.
Скафандр СК-1 был спроектирован, изготовлен, испытан и подготовлен к штатной эксплуатации в рекордно короткий срок, практически за полгода. Это стало возможным благодаря тому, что для создания скафандра были привлечены ведущие специалисты по авиационному снаряжению и были использованы отдельные конструктивные элементы и узлы авиационных скафандров, а так же СК С-10 и костюма В-3. В частности, от костюма В-3 был заимствован ТЗК с системой вентиляции, шлем СК был разработан на базе шлема СК С-10, снабженного устройством для автоматического закрытия.
Основной узел скафандра — оболочка, была выполнена по схеме оболочки авиационного скафандра Воркута, про который можно прочитать в предыдущей части цикла. Оболочка состояла из двух раздельных слоев: наружного — силового, сшитого из прочной ткани «лавсан» и внутреннего — герметичного из листовой натуральной резины толщиной около 0,6 мм (в отличие от скафандра Воркута, в котором гермооболочка выполнялась из толстой резины с герметичными порами).
Так же у скафандра Воркута мягкие шарниры были выполнены по типу шарниров с «корочками», силовая система рукавов и оболочек ног была изготовлена из шнуров, длина которых могла регулироваться, в силовой системе корпуса использовался стальной трос, который проходил по бокам от подмышечных зон к «бёдрам», а затем на полужесткий разрезанный спереди и сзади пояс. Трос замыкался на расположенном спереди барабане с храповиком. С помощью барабана регулировалась длина троса при подгонке корпуса по росту космонавта.
На опасных участках полёта, во время взлёта и посадки, СК должен был находиться в герметичном состоянии: шлем закрыт, перчатки надеты. После выхода на орбиту можно было открыть шлем и снять перчатки. В таком положении космонавт мог выполнять все работы по управлению системами корабля, принимать пищу и справлять естественные надобности, для чего на СК имелся т.н. «малый аппендикс», расположенный в нижней части распаха, через который внутрь скафандра вводился специальный приёмник ассенизационной системы. В течение всего полета распах бфл зашнурован, аппендикс завязан.
В случае падения давления космонавт должен был закрыть шлем и надеть перчатки.
Приземление космонавта производилось на парашюте после автоматического катапультирования кресла на высоте около 8 км.
Скафандр СК-1 безмасочный, вентиляционного типа. Объём его шлема был отделён от объема корпуса резиновой шторкой, на которой были установлены клапаны выдоха и подсоса воздуха. При открывании иллюминатора шторка автоматически оттягивалась от шеи, создавая космонавту необходимый комфорт.
Для повышения надежности и устранения запотевания иллюминатор шлема имел двойное остекление с зазором 8 мм между стеклами.
На оболочке скафандра были установлены регуляторы абсолютного давления, а так же предохранительный клапан, который открывался при повышении избыточного давления в скафандре выше 285 гПа.
Поверх скафандра надевалась верхняя декоративная одежда в виде комбинезона, изготовленного из оранжевой капроновой ткани. На ней был установлен спасательный плавательный ворот с системой наполнения от углекислотного баллончика. Ворот так же мог поддуваться через специальную трубку с мундштуком.
На верхней одежде имелись карманы для пистолета, ножа, радиостанции, датчиков измерения уровня радиации.
Оранжевый цвет одежды был выбран для облегчения поиска космонавта в случае его приводнения или приземления в безлюдной местности.
Следует отметить, что созданию СК-1 в заданные предельно сжатые сроки способствовало то, что работы по проектированию, изготовлению летных изделий и испытаниям проводились практически параллельно.
Так в ноябре 1960 года в ОКБ-1 уже были начаты комплексные испытания лётных образцов СОЖ скафандра корабля Восток. К этому времени были проведены лишь лабораторные испытания изделий, а зачётные испытания скафандра только начинались.
Испытания СК-1 включали в себя такие виды, как: прочностные, на динамическое воздействие с имитацией взрывной декомпрессии от давления 1013 гПа до 41 гПа, испытания на механические воздействия на вибростенде и центрифуге, испытания в барокамере с кислородным оборудованием, летно-прыжковые на сушу и в море, тепловые (в том числе 11-суточные в кабине космического корабля и в бассейне с холодной водой), ресурсные испытания, натурные морские испытания при штормовых условиях.
Перед первым полётом корабля с человеком в 1 квартале 1961 года были осуществлены два полета с манекеном, с лёгкой руки журналистов названный «Иван Иванович». При этом скафандры и его бортовые системы готовились аналогично пилотируемому варианту и были готовы работать в случае разгерметизации кабины.
Антропометрический манекен «Иван Иванович» с регистрирующей аппаратурой был спроектирован в 1960 году. Собственно манекен был разработан с помощью Московского научно-исследовательского института протезирования. Для обеспечения возможности надевания скафандра на манекен и его размещения в кресле Востока он был снабжён подвижными конечностями, для которых были использованы протезы рук и ног, имевшие шарнирные соединения в суставах. Внутри манекена имелись полости, в которых размещалась контрольно-измерительная аппаратура для регистрации перегрузок, угловых скоростей, уровня космической радиации и проверки радиосвязи путем ретрансляции на Землю звуков через микрофон. Для этого использовались записи популярных русских песен.
Конечный участок полёта — катапультирование и спуск на парашюте — прошли штатно, что явилось окончательным подтверждением работоспособности всех систем. Для опознавания одетого в СК манекена на его лице уже на космодроме была сделана надпись «макет».
Следует отметить, что перед первым полётом ещё была недостаточно изучена способность человека сохранять работоспособность в процессе космического полёта, в связи с чем скафандр был насыщен рядом автоматических систем.
Несмотря на это, у многих специалистов сохранялась обеспокоенность за результат полёта. Даже в последние дни и часы перед полетом продолжались дискуссии на эту тему. Так родилась идея прикрепить на подвесную систему парашюта табличку с рисунком, как открыть шлем скафандра, если космонавт не сможет сделать этого сам.
В день старта работы в лаборатории Звезды на Байконуре были начаты более чем за 5 часов до пуска. Примерно за 4 часа прибыли Ю.А. Гагарин и Г.С. Титов вместе с сопровождающими их инструкторами и руководством. Они прошли медицинский осмотр, после чего началось одевание скафандров.
Звезда оборудовала специальный автобус для доставки космонавтов на стартовый стол. Это был обычный пассажирский автобус, но салон его был доработан с целью размещения в нем двух сидений для одетых в скафандры космонавтов. К сидениям были подведены линии вентиляции, в которых подавался воздух из баллонов, закрепленных в задней части автобуса.
А что было дальше, всем известно. СССР, да и всё человечество в целом, вступило в эру пилотируемых полётов. Этот полет состоялся благодаря всем, кто участвовал в этой программе. От начальства то простых токарей, которые делали регуляторы давления для СК-1. Я выражаю признательность и бесконечное уважение всем этим людям.
Скафандр СК-2.
Для полета женщины-космонавта Валентины Терешковой была разработана специальная модификация скафандра, получившего индекс СК-2.
СК-2 отличался от СК-1 в основном раскроем оболочки, отвечавшим особенностям женского телосложения. В частности, была уменьшена ширина плеч и увеличен обхват по бёдрам, уменьшено отверстие в шейной шторке.
Кроме того, было изменено положение силового троса, удерживающего шлем спереди. Он был смещён с груди вниз. Были доработаны перчатки: уменьшена толщина теплозащитного слоя, увеличена подвижность большого пальца. Для улучшения досягаемости и удобства управления были доработаны рычаг открытия клапана дыхания и рукоятки на иллюминаторе.
Необходимые изменения внесли и в конструкцию приёмника ассенизационного устройства.
Следующим этапом космической программы СССР был выход человека в открытый космос, о чём 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 ---> 💰