История развития космических скафандров России. Ч.4 Оборудование для выхода в открытый космос
Шесть полётов пилотируемых кораблей «Восток» в 1961-1963 гг. показали, что корабли и их оборудование обладают высокой степенью надёжности. Успешно выполненные научно-технические и медико-биологические исследования продемонстрировали, что возможности этого типа кораблей в плане дальнейшего развития работ по освоению космического пространства ещё далеко не исчерпаны. Поэтому в 1963 году началась постройка ещё 4-х кораблей «Восток», и обсуждался вопрос о дополнительном заказе на данный тип КК.
Для расширения функциональных возможностей новой партии кораблей Восток был рассмотрен ряд изменений их конструкции, часть из которых непосредственно касалась СОЖ. В частности, планировалась проведение «мягкой» посадки спускаемого аппарата, то есть без катапультирования космонавта, а так же осуществления ВКД (внекорабельной деятельности). Осуществление этих мероприятий имело большое значение для отработки предстоящих полётов уже строящихся в то время кораблей «Союз».
Модифицированным на базе КК «Восток» кораблям было присвоено название «Восход». В октябре 1964 года на таком корабле был осуществлён полёт 3-х космонавтов, а в марте 1965 года на корабле Восход-2 двух космонавтов с выходом А. Леонова в открытый космос (первоначально этот корабль имел условное наименование «Выход»). На этих кораблях с целью снижения влияния перегрузок, действующих на космонавтов при отказе системы мягкой посадки, были впервые амортизационные кресла.
Следует отметить, что из-за дефицита объёма и массы в связи с переходом на трехместный вариант корабля Восход, а впоследствии и на КК «Союз», специалисты ОКБ-1 отказались от применения скафандров в качестве аварийного средства спасения на случай разгерметизации кабины. Возражения оппонентов не возымели действия, тем более что проектанты ОКБ-1 ссылались на успешный опыт полётов кораблей «Восток».
После успешного завершения полёта КК «Восход-2» планировалось изготовить ещё пять таких кораблей, в том числе для проведения выходов в открытый космос. На этих кораблях предполагалось использовать вновь создаваемые ранец с СОЖ регенерационного типа и установку для перемещения и маневрирования в космосе (о ней будет отдельная заметка). Однако вскоре, в связи с расширением работ по лунной программе и созданию кораблей «Союз», работы по кораблям «Восход» были прекращены.
Оборудование для первого выхода в открытый космос
Применительно к выходу из корабля в открытый космос необходимо было срочно решить ряд совершенно новых задач, связанных с защитой человека и скафандра от неблагоприятных условий открытого космического пространства. Кроме того, заказчиком (ОКБ-1) были поставлены также такие задачи, как обеспечение выхода из спускаемого аппарата корабля без его разгерметизации, применение по возможности уже имеющегося оборудования, требующего минимальных доработок корабля, использование оборудования с минимальными массо-габаритными характеристиками. Правда, задача упрощалась тем, что первый выход из корабля планировался лишь на короткое время.
После проработок всех вариантов компоновки корабля и возможности осуществления выхода, окончательное предложение Звезды было принято на совещании у С.П. Королёва в апреле 1964г. (в январе этого года на должность главного конструктора НПП Звезда пришел Гай Ильич Северин), в котором от Звезды принимали участие Г.И. Северин, И.П. Абрамов и Н.Л. Уманский. 13 апреля 1964 года вышло Постановление правительства о сроках изготовления кораблей Восход (ЗКВ) и Выход (ЗКД).
Шлюзовая камера Волга корабля Восход-2 состояла из верхней жесткой части с люком для выхода в открытый космос и нижнего монтажного кольца, состыкованного с фланцем корабля. Они были соединены между собой гермооболочкой и силовым каркасом, состоящим из системы продольных аэробалок в виде надувных резиновых цилиндров, на которые был надет чехол из прочной ткани. Шлюзовая камера в сложенном виде крепилась снаружи спускаемого аппарата корабля над люком для выхода в космос. В камере размещались системы, обеспечивающие развертывание оболочки на орбите за счет наддува аэробалок, система регулировки давления в ШК при шлюзовании, пульт управления, элементы страховки и фиксации космонавта при выходе и ряд других элементов.
В течение 1964-65 гг. было изготовлено 7 комплектов ШК, два из которых были использованы при беспилотном и пилотируемом полетах корабля Восход-2. Остальные 5 изделий использовались в процессе испытаний ШК на Звезде и в качестве запасных.
В настоящее время 3 из них находятся в музее Звезды, РКК «Энергия» и мемориальном комплексе космонавтики в Москве. Другие два изделия находятся в частном музее фонда Тесса в Денвере (США) и в одной из частных коллекций за пределами РФ.
Скафандр «Беркут»
При выборе конструкции и концепции работы скафандра на основании проведённого анализа и с учётом ограниченного объёма было принято решение использовать скафандр (условное обозначение «Беркут») как в качестве спасательного (на случай разгерметизации СА), так и для выхода в открытый космос. В более поздних разработках (для орбитальных станций) для этих целей использовались два разных СК. При этом во главу угла ставилось безусловное обеспечение надёжности изделий, безопасность космонавта и создание ему возможности эффективно выполнять в скафандре поставленные задачи.
Основная часть агрегатов бортовой СОЖ была размещена в СА и скомпонована в двух блоках: по одному справа и слева от кресел. В отличие от бортовой системы КК Восток на борту корабля Восход-2 запас газа был рассчитан на 3 часа работы в аварийной ситуации.
Основная часть ранцевой системы (условное наименование КП-55) разрабатывалась в СКБ-КДА. Ранец одевался космонавтом в спускаемом аппарате корабля перед выходом в открытый космос и крепился к СК с помощью ременной системы.
Запас кислорода в ранце хранился в 3-х двухлитровых баллонах под давлением 22 МПа. Подача кислорода включалась самим космонавтом с помощью дистанционного управления. Кислород поступал в шлем, после чего попадал под оболочку скафандра и далее выбрасывался через регулятор абсолютного давления в окружающую среду. Расход кислорода от ранца был рассчитан на обеспечение наддува СК, кислородное питание и удаление углекислого газа в течение 45 минут. Фактически продолжительность выхода А. Леонова в открытый космос равнялась, как известно, 12 минут. Время его пребывание в вакууме — около 23 минут.
Ранец имел 3 режима работы: штатный с величиной расхода 16-20 нл/мин (приведённых к нормальным условиям), режим подачи в процессе шлюзования величиной 25-30 нл/мин (при окружающем давлении порядка 550 гПа) и аварийный величиной до 30 нл/мин. Аварийная подача включалась автоматически при падении абсолютного давления в СК ниже 270 гПа. Было также предусмотрено дублирование подачи кислорода в СК по шлангу от запаса газа, имевшегося в шлюзовой камере.
При выборе концепции системы и величины подачи кислорода были проведены эксперименты, показавшие, что даже при полном отсутствии отвода тепла через оболочку скафандра, человек в течении часа не терял работоспособности (тепло накапливалось в организме, что было допустимо при заданном времени выхода).
Скафандр Беркут А. Леонова был разработан с использованием конструктивных решений, отработанных на предыдущих типах авиационного и космического снаряжения и, в частности, скафандра СК-1 (оболочка корпуса с силовой системой, рукава, перчатки), экспериментального СК-10 (оболочка ног, система внутренней вентиляции).
Оболочка «Беркута» состояла из четырёх слоев: силового — из прочной капроновой ткани, двух герметичных (основного и резервного) — оба из листовой резины, и капроновой прокладки с системой внутренней вентиляции, СК «Беркут» в отличии от ранее применявшихся скафандров был снабжён специальной верхней одеждой с многослойной экранно-вакуумной теплоизоляцией (ЭВТИ).
Шлем скафандра был создан на базе авиационного гермошлема ГШ-8. Это был легкосъёмный неповоротный шлем, имеющий металлическую каску и открывающийся (сдвижной) иллюминатор. Внутри шлема размещался светофильтр, управляемый от специальной ручки вручную.
Страховка космонавта в открытом космосе осуществлялась специальным фалом длиной 7 метров, в состав которого входили амортизирующее устройство, стальной трос, шланг аварийной подачи кислорода и электрические провода, по которым на борт корабля передавались данные медицинских и технических измерений, а также осуществлялась телефонная связь с командиром корабля.
Полёт корабля Восход-2
Полёту корабля Восход-2 предшествовал полёт 22 февраля беспилотного корабля Космос-57, на котором были установлены ШК и имитатор скафандра «Беркут». Программой полета предусматривалось осуществить на орбите полную имитацию работы шлюза, системы шлюзования и наддув СК по команде с Земли. За несколько дней до этого полёта при проверках летного шлюза корабля «Восход-2» на космодроме было обнаружено, что выходной люк ШК при отсутствии перепада давления может быть не плотно закрытым, что было определено по размыканию контакта, контролирующего его закрытие. В результате в программе, управляющей работой шлюза, мог произойти сбой (неоткрытие люка). Об этом представителями Звезды было доложено С.П. Королёву, который тут же собрал совещание заинтересованных специалистов. Было предложено на всякий случай подать дополнительную команду на закрытие люка с одного из дальневосточных командно-измерительных пунктов и продублировать ее со следующего ближайшего пункта. Это решение было принято 19 февраля 1965 года, несмотря на возражения некоторых представителей службы управления полётом, которые опасались вносить какие-либо изменения в программу работы всего за несколько дней до пуска.
Во время испытательного полета Космоса-57, когда половина программы была выполнена, связь с кораблём была потеряна. По результатам последующего анализа телеметрии было выявлено, что при одновременной подачи одинаковой команды на закрытия люка ШК с двух пунктов на борт прошла другая команда — на его аварийный подрыв. Хотя программа полёта не была полностью выполнена, основная часть операций по ШК и скафандру была проведена, что явилось подтверждением работоспособности изделий. Было решено проверить только операцию по отстрелу шлюза, которая не была выполнена в полёте Космоса-57. Это было выполнено на макете ШК, установленном на подготовленному к полёту корабле Космос-59 7 марта 1965 года. После этого полёт КК «Восход-2» был разрешён.
Утром 18 марта 1965 года А.А. Леонов и П.И. Беляев в лаборатории Звезды на Байконуре были облачены в скафандры Беркут и отвезены на старт для посадки в КК «Восход-2».
Проведение операций по выходу в открытый космос было запланировано буквально на следующий виток после выведения корабля на орбиту 18 марта 1965 года. С.П. Королёв придавал очень большое значение этой операции и с целью оперативного решения вопросов (при необходимости) просил Г.И. Северина вместе с И.П. Абрамовым находиться на стартовой позиции в бункере в помещении рядом с пунктом управления запуском корабля. Там же в это время находился и Председатель Госкомиссии Г.А. Тюлин.
Следует отметить, что в то время ещё не было Центра Управления Полетами в том виде, который он сейчас, поэтому вся поступающая с пунктов слежения важная информация немедленно передавалась в виде докладов руководству полёта.
Выход в космос осуществлялся полностью в соответствии с подготовленной программой. На основании последующего анализа телеметрии и доклада экипажа можно отметить лишь следующие особенности: значительное повышение ЧСС у А. Леонова в связи с возникшими у него трудностями при обратном входе в шлюз. Некоторые журналисты, описывая эту ситуацию, говорят о сильном раздутии СК, что неверно. Скафандр при рабочем избыточном давлении 400 гПа имеет определенные размеры, одинаковые как в вакууме, так и в наземных условиях. А. Леонов для облегчения входа в шлюз правильно снизил давление до 270 гПа, что несколько уменьшило усилия для сгибания оболочки СК.
В целом же возникшие трудности можно объяснить тем, что методика входа в шлюз была недостаточна отработана в наземных условиях (ведь при тренировках на самолёте невесомость длилась всего несколько десятков секунд, а тренировки в СК в гидролаборатории тогда ещё не проводились). Кроме того, как неоднократно рассказывал после полёта сам А. Леонов, он пытался войти в шлюз вперёд головой, а не ногами как отрабатывалось на Земле, в результате чего ему пришлось уже внутри шлюза переворачиваться для входа в СА. Эти затруднения могут быть объяснены необычными условиями отрытого космоса и невесомости, которых не было при наземных испытаниях. Леонов также доложил о трудностях при перемещении, держа в руках кинокамеру.
Комбинацией необычных условий невесомости и открытого космоса, отсутствующих при наземной отработке, можно объяснить и тот факт, что А. Леонов не сумел дотянуться до тросика включения фотоаппарата, размещенного на скафандре (это хорошо видно на кадрах киносъемки, сделанных киноаппаратом, смонтированном на шлюзе. Этот аппарат Леонов снял и вернул на землю).
Следующая нештатная ситуация: уже после осуществления выхода в открытый космос один из космонавтов при перемещении внутри СА случайно включил подачу воздуха из автономного запаса газа в скафандр, что привело к значительному росту давления в кабине. На Земле была некоторая паника, пока не разобрались, в чём дело.
И, наконец, из-за сбоя в системе ориентации корабля космонавты были вынуждены вручную посадить корабль и, как известно, попали в заснеженную тайгу. При этом экипаж на деле использовал СК и носимый аварийный запас для обеспечения своей жизнедеятельности в течение почти двух суток.
В целом же на корабле «Восход-2» был успешно осуществлён первый в мире выход человека в открытый космос, что было выдающимся достижением и дало толчок дальнейшим исследованиям в области создания средств для внекорабельной деятельности космонавтов. В частности, были получены ценные данные по двигательной деятельности человека в безопорном пространстве, что было учтено при подготовке экипажей для следующих полётов.
В следующей части цикла я расскажу про скафандр для выхода в открытый космос из КК «Союз-4» и переход в «Союз-5».
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 ---> 💰