Как астронавты выполняют выход в открытый космос?
Современные астронавты пока отправляются в единое место на орбите, где можно чувствовать себя относительно комфортно – Международная космическая станция. Это орбитальная станция, на которой члены экипажа живут, проводят исследования, фотографируют Землю и проходят различные тесты. Но порой им приходится выполнять космическую прогулку.
Космической прогулкой (выход в открытый космос) называют процедуру, в которой космонавты/астронавты покидают транспортное средство и выходят в открытое пространство. Сама процедура возникла в 1965 году, когда советский космонавт Алексей Леонов первым вышел в открытый космос 18 марта и пробыл за бортом корабля 12 минут.
С американской стороны первую космическую прогулку выполнил астронавт Эдвард Уайт 3 июня 1965 года, проведя за пределами космического корабля 23 минуты. Для современных астронавтов выход в открытый космос – все еще относительно опасная, но стандартная процедура. По сути, это часть работы. Например, недавно астронавты Лука Пармитано и Эндрю Морган выполнили первую из серии космических выходов.
Алексей Леонов стал первым человеком, вышедшим в открытый космос
Зачем проводить подобные процедуры? Космические прогулки позволяют членам МКС работать за пределами станции. И это важно, когда нужно установить эксперименты снаружи орбитальной станции, тестировать различное оборудование или проводить регулярные ремонтные работы и обновление компонентов.
Например, если бы не космические прогулки, то пришлось бы возвращать приборы на Землю, чинить их, а затем повторно доставлять на станцию. Как происходит выход в открытый космос?
Для космической прогулки потребуется примерить на себя скафандр, в котором есть кислород для дыхания и вода для питья (прогулки могут длиться по 6 часов). Причем скафандры надевают за несколько часов до того, как покинуть станцию. Это делается намеренно. Дело в том, что космические костюмы находятся под давлением и наполнены кислородом.
В самом скафандре космонавты дышат чистым кислородом в течение нескольких часов. Вдыхание кислорода позволяет избавиться от азота. Если этого не делать, то в теле начнут скапливаться пузыри газа, когда они будут в космосе. Это приведет к возникновению болей в локтях, плечах, запястьях и коленях. То же самое может происходить и с аквалангистами.
В феврале 1984 года Брюс Маккэндлесс стал первым астронавтом, который вышел в космическую прогулку без привязки тросом к космическому кораблю. Для перемещения он использовал реактивный рюкзак
Теперь можно выходить за пределы МКС. Выходом служит воздушный шлюз, располагающий двумя дверьми. Когда астронавт находится внутри корабля/станции, воздушный шлюз остается герметичным. При выходе открывается первая дверь и сразу плотно закрывается, когда человек оказывается внутри шлюза. Затем открывается вторая и, так как воздуха нет, астронавт свободно выходит в космическое пространство.
Конечно, членам МКС нужно гарантировать себе безопасность, поэтому они прикреплены к станции страховочными тросами. Прикрепляют к тросам и приборы, что не дает человеку и инструментам случайно улететь в космос.
Есть еще один метод обезопасить себя. Это прибор SAFER, который напоминает рюкзак. Речь идет о небольших реактивных двигателях, которые позволяют летать в космосе. То есть, если трос оторвется, то можно включить SAFER и подлететь к станции, маневрируя с помощью прибора, напоминающего джойстик.
Перед выходом в открытый космос все астронавты проходят тщательную подготовку в воде. Плаванье служит прекрасной тренировкой, потому что создает схожее сопротивление. Обычно для этого используют бассейн на 6.2 млн. галлонов воды, расположенный возле космического центра НАСА им. Джонсона.
Некоторые также тренируются с помощью виртуальной реальности, что напоминает видеоигру. Для этого используют шлем с видеоэкраном и специальные перчатки.
Что может угрожать астронавту в открытом космосе
Астронавты, работающие на Международной космической станции, совершили выход в открытый космос для выполнения ремонтных работ. И, хотя все прошло по плану и без происшествий, каждый раз, когда члены экипажа МКС покидают пространство станции, их подстерегают опасности.
Но что же может случиться с ними в открытом космосе?
1. Опасность утонуть в космосе
Космический скафандр можно сравнить с маленьким индивидуальным космическим кораблем. И, как с любым кораблем, с ним может случиться авария.
Это в полной мере испытал на себе итальянский астронавт Лука Пармитано, когда при выходе в космос в 2013 году его шлем неожиданно стал заполняться водой.
Как выяснилось позже, вода поступала из системы охлаждения. А поскольку в состоянии невесомости она не стекает вниз, вода скопилась в шлеме, попав астронавту в глаза, уши и нос.
Пармитано был вынужден срочно вернуться на МКС, чтобы не захлебнуться
Автор фото, NASA
Коллеги смогли прийти на помощь Луке Пармитано только после того, как он вернулся из открытого космоса
"Я направился в сторону шлюза, а вода продолжала прибывать – вспоминает итальянский астронавт. – Она полностью залила мне глаза и нос. Я не мог ничего разглядеть, ничего услышать. Я не мог дышать. Когда я попытался сообщить на землю, что у меня проблемы, и я не могу найти вход, они не могли меня расслышать, а я не мог услышать их. Я ощутил себя полностью изолированным. И тогда, вместо того, чтобы зацикливаться на проблеме и думать, что со следующим вдохом я могу захлебнуться, я принялся искать решение".
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
Конец истории Реклама подкастов
В итоге Пармитано ощупью добрался до шлюза, мимо "неприкасаемых зон" – участков внешней обшивки станции с острыми выступающими деталями, которые могут повредить скафандр, – и оказался в безопасности.
Итальянский астронавт — не единственный, у кого возникли проблемы со скафандром.
Во время выхода в космос в 2001 году канадский астронавт Крис Хэдфилд почувствовал раздражение в левом глазу, который тут же начал слезиться. Слезы в невесомости собрались в пузырь, который закрыл и правый глаз.
Крис практиически ослеп, находясь в открытом космосе, да еще и с дрелью в руках.
Опасаясь, что жжение могло быть вызвано утечкой ядовитого газа в скафандре, в центре управления полетами посоветовали Крису продуть систему, чтобы избавиться от загрязнения. И хотя инстинкт выживания подсказывал астронавту, что избавляться от воздуха в космосе не стоит, он последовал совету, и это решило проблему.
Слезы тем временем смыли раздражитель, Крис вновь прозрел, прекратил стравливать ценный кислород и вернулся на станцию.
Как выяснилось, раздражение было вызвано утечкой специальной смеси, служащей для предотвращения запотевания визора.
2. Опасность уплыть от станции
Автор фото, NASA
В 1984 году американский астронавт с реактивным ранцем отлетел на 100 метров от станции
Хотя ни один астронавт пока еще не потерялся в космосе, Хэдфилд говорит, что именно этого он боялся больше всего — даже больше, чем погибнуть на старте или сгореть при входе в плотные слои атмосферы.
Все, кто выходит в открытый космос, постоянно привязаны к МКС плетеным стальным тросом длиной 26 метров.
Обычно астронавты работают в команде по двое. Пока они не вышли из шлюза, отделяющего помещение станции от открытого космоса, они связаны друг с другом.
Первый астронавт, покидающий станцию, сначала привязывает свой трос к корпусу МКС, а затем – трос напарника. После этого второй астронавт отстегивает свой трос от крепления в шлюзе и присоединяется к товарищу снаружи.
Таким образом, риск отцепиться от станции сводится к минимуму. Но что делать астронавту, если он все же неожиданно отправится в свободный полет?
"У нас есть реактивные ранцы, вы нажимаете на рукоятку, и из маленького углубления перед вами появляется джойстик, — объясняет Хэдфилд. – С помощью этого джойстика можно управлять ранцем и подлететь обратно к станции".
Автор фото, nasa
Теоретически, реактивный ранец должен помочь оторвавшемуся астронавту вернуться на МКС
Автор фото, CHRIS HADFIELD NASA
Трос и ранец — это хорошо, но астронавты стараются не отрываться от поверхности станции
Однако в 1973 году у астронавтов Пита Конрада и Джо Кервина таких ранцев не было. Они находились снаружи космической станции "Скайлэб" и пытались раскрыть заклинившую панель солнечной батареи, когда она неожиданно развернулась, вытолкнув их в космос.
К счастью, тросы не лопнули, а сами астронавты не потеряли самообладания, и если верить их отчету, они вернулись на станцию в веселом настроении.
3. Опасность закипания крови
Автор фото, USAF
Джозеф Киттингер одним из первых испытал на себе последствия разгерметизации на большой высоте
Скафандр, в котором астронавты выходят в космос, находится под давлением, и любой прокол может привести к фатальным последствиям.
В вакууме человеческая плоть расширяется в два раза по сравнению с нормальными условиями. Это на собственном опыте выяснил пилот ВВС США Джозеф Киттингер, совершивший в 1960 году затяжной прыжок из стратосферы. Во время прыжка произошла разгерметизация его правой перчатки, и рука сильно раздулась.
Это не помешало Киттингеру успешно завершить прыжок, а на земле рука вернулась в нормальное состояние. Впрочем, ему сильно повезло: если бы не выдержал его скафандр или шлем, он не выжил бы перепада давления.
Впрочем, главную проблему при разгерметизации может вызвать потеря воздуха. В этом случае астронавт уже через 15 секунд потеряет сознание от кислородного голодания.
Именно это произошло с одним испытателем НАСА, который во время аварии при испытаниях в Хьюстоне в 1966 году оказался в условиях, близких к вакууму.
По его собственному описанию, он почувствовал, как слюна закипает у него на языке, после чего потерял сознание.
В космосе без защиты скафандра, обеспечивающего давление, жидкость в человеческом теле начнет вскипать по мере расширения содержащихся в ней газов. Так что если вы не успеете испытать недостаток кислорода, вас убьет что-то другое, и очень быстро.
Однако небольшие пробоины в скафандре еще не означают неминуемую гибель.
Автор фото, nasa
Небольшой порез перчатки заставил астронавта Рика Мастраччо срочно прервать работу в открытом космосе
В 2007 году американский астронавт Рик Мастраччо обнаружил небольшой разрез у большого пальца на внешнем слое его левой перчатки.
"Я вижу внутренний слой под вектраном, — сообщил в ЦУП Мастраччо. — Ума не приложу, откуда взялась эта дыра".
Этот случай почти точь в точь повторил инцидент, который произошел с другим американским астронавтом Робертом Бимером за 8 месяцев до этого. Тогда Бимер обнаружил на одной из перчаток разрез длиной в 2 сантиметра, который он скорее всего получил, когда переносил прибывшее на шаттле оборудование на МКС.
Этот выход в космос завершился без проблем, но если бы разрез был глубже и нарушил герметизацию, могла бы возникнуть чрезвычайная ситуация.
Скафандр астронавта состоит из семи слоев, которые защищают его от микрометеоритов. Эти крошечные частицы весят не более грамма, но их скорость относительно МКС может достигать 36200 км/ч.
При этом никакой скафандр не сможет уберечь вас от более крупных объектов. В настоящее время НАСА отслеживает более 500 тыс. рукотворных обломков космического мусора, находящихся на земной орбите, — от старых космических аппаратов до деталей, попавших на орбиту при запусках.
Около 20 тыс. из этих объектов размером с крупный апельсин или больше.
4. Опасность переутомления
Автор фото, nasa
Хотя в космосе скафандр ничего не весит, он не становится от этого менее громоздким
Когда американские астронавты Скотт Келли и Челл Линдгрен совершили свой первый выход в космос, они провели там более семи часов, смазывая роботизированный манипулятор, подключая кабели и устанавливая термозащиту на прибор по измерению интенсивности светового излучения.
Одна из причин необходимости столь долгого пребывания в открытом космосе заключается в том, что, несмотря на невесомость, 160-килограммовый костюм остается громоздким, и работать в нем нелегко.
"Если вы ткнете пальцем в человека, одетого в скафандр НАСА, у вас будет ощущение, что вы давите на волейбольный мяч: у этого материала точно такая же жесткость, — объясняет Хэдфилд. – При каждом движении вы вынуждены преодолевать такое же упругое сопротивление. Поэтому вы возвращаетесь с космической прогулки физически абсолютно измотанным, порой с кровавыми мозолями, и все из-за скафандра, работать в котором – сплошное мучение".
К тому же в условиях невесомости астронавты не могут просто стоять на месте и делать свое дело. Если они пытаются повернуть гаечный ключ, их тело пытается вращаться в противоположном направлении. Поэтому им приходится прилагать дополнительные усилия просто для того, чтобы удержаться на месте.
"Что бы вы ни делали в космосе, вам приходится затрачивать на это вдвое больше усилий, и это еще одна из причин делать все медленно", — говорит Хэдфилд.
Когда люди устают, они чаще совершают ошибки. Если вы дома оступитесь с работающей дрелью в руках, то можете оказаться в больнице. Но когда вы находитесь на орбите на высоте 400 километров, вызвать скорую помощь не удастся.
За бортом МКС: что чувствуют космонавты в открытом пространстве?
Об этом телеканал «МИР 24» спросил того, кто сам не раз это делал. На связи со студией побывал летчик-космонавт, герой России Сергей Волков.
Насколько я помню, на вашем счету четыре выхода в открытый космос! Вы четыре раза бывали в том самом межзвездном пространстве, в вакууме. Какой выход запомнился больше всего?
— Первый выход запомнился больше всего. Потому что, во-первых, он первый. Во-вторых, этот выход был нештатный, мы к нему не готовились на Земле, а готовились уже будучи на борту Международной космической станции. Поэтому все это в совокупности, наверное, и делает его самым любимым и запоминающимся.
Да, такое наложение. И первый, и неожиданный, к которому не готовились. Вы говорите, на Земле готовят к выходу в открытый космос. А как? Не в невесомости же, не в условиях отсутствия земного притяжения. Да, возможны варианты, – полеты на самолете, в центрифуге, но это очень коротко. А надо же отрабатывать, как ты будешь вести себя на внешней поверхности станции?
— Для этого разработаны специальные методики. В центре подготовки космонавтов прекрасно умеют готовить для выхода в открытый космос. Есть специально построенная гидролаборатория, в которой, как правильно вы сказали, конечно, не имитируется невесомость. Но имитируется гидроневесомость. То есть гравитацию мы никуда не деваем. Но путем уравновешивания тела космонавта, который находится в скафандре, и инструментов, которыми ты работаешь и в гидролаборатории, и потом будешь работать во время реального выхода.
Все это позволяет подготовиться достаточно неплохо и проделать основные операции, которые будут во время планового выхода. Отработать типовые операции, и в том числе отработать циклограмму самого выхода. Потому что мы с вами понимаем, что ресурс скафандра ограничен. И именно этим определяется продолжительность нашего пребывания за бортом Международной космической станции. Именно ресурсом скафандра, в котором ты можешь работать за один раз, за один выход, вообще ограничена длительность выхода в открытый космос.
То есть в гидролаборатории, в этом огромном бассейне, который, если не ошибаюсь, в 80-м году был запушен, стоит полноразмерный макет станции, по которому в скафандрах перемещаются. И вот где, как, куда поставить ногу, где зацепиться рукой? Потому что надо все знать и помнить?
— Да, совершенно верно. И самое главное, что ты отрабатываешь в том числе и протокол по безопасной работе. Мы с вами понимаем, что работа внутри станции – это одно, а когда ты выходишь на поверхность станции – это немножко другое. И если не отрабатывать этот протокол, если не соблюдать его, то можно отлететь от станции и к ней уже не вернуться.
Это космос. Все-таки в чем самая главная опасность для космонавта во время выхода в открытый космос?
Конечно, самая страшная ошибка – это потеря космонавта. Но, слава богу, у нас всегда все заканчивалось успешно. Но к этому стоит относиться очень внимательно.
А как может произойти потеря космонавта? Есть же страховочные фаллы, чтобы не улететь совсем на орбиту?
— Конечно. У нас два страховочных фалла, здесь система надежная. Но дело в том, что для перемещения ты постоянно должен их двигать. То есть для любого перемещения ты берешь один карабин, переместил, взял второй карабин, переместил. Если ты еще переносишь какой-то груз, он, как правило, в зависимости от массы, может быть одним или двумя карабинами прикреплен. То есть это постоянная работа кистей, рук, они очень сильно устают под конец выхода. И когда уже эта общая усталость накапливается, начинается иногда желание как-то попытаться облегчить себе работу. Ну не одной рукой, а двумя взяться за карабин, а это сразу же ошибка.
А вообще насколько велик риск возникновения нештатной ситуации именно там, в пространстве, во время выхода? Вас готовят к тому, что, не дай бог, отказ дыхательной системы, и что тогда?
— Во-первых, скафандры у нас очень надежные. И жизненно важные системы или дублированы, или троированы. И если мы говорим все-таки о такой системе, как подача кислорода, которая обеспечивает дыхание, то запаса кислорода хватит на достаточно продолжительный период времени. Если откажет даже все, если аккумуляторная батарея сядет, и даже если будет течь в скафандре, она какое-то время будет компенсирована, и будет достаточно времени, чтобы вернуться.
Не у вас, а у кого-то была ведь обнаружена течь во время выхода?
— Я, честно говоря, не помню, чтобы скафандр именно подтекал. Что у него травило давление. Была ситуация еще на старых версиях скафандра. И, может быть, помните, как Алексей Архипович Леонов воспользовался этой особенностью. Когда он сознательно понизил давление, перевел кран давления на пониженное. Что позволило ему развернуться внутри шлюзового отсека своего корабля для того, чтобы успешно закончить свой выход.
И какое-то время на наших скафандрах эта функция сохранялась. Действительно, во время одного из выходов, в 80-е годы, случайно был этот переключатель переключен из штатного давления в пониженное. И космонавт, который находился внутри скафандра, не заметил этого переключения, и какое-то время было как падение давления. Но потом коллега его переставил переключатель в нормальное положение, и все стало нормально.
— Наши скафандры сейчас позволяют работать в открытом космосе до десяти часов. Это считается максимальным количеством, которое можно штатно работать во время выхода в открытый космос.
А вообще легко ли выполнять какие-то сложные технические работы в этом скафандре? Это же еще и защита от каких-то повреждений, от тех же микрометеоритов, от того же космического мусора, который летает по орбите?
— Давайте мы не будем говорить про вероятность попадания космического мусора в космонавта во время выхода в открытый космос. Там уже особо ничего не поможет. А вернемся к нормальной штатной работе.
Конечно, это очень тяжело. Давление скафандра 0,38 атмосферы. То есть ты постоянно работаешь как будто с кистевым эспандером в руке. И здесь даже речь не о том, что перчатка сама по себе толстая или тонкая. Наши конструкторы сделали ее максимально удобной для работы. Все-таки для выхода в открытый космос разрабатывается и специальное оборудование, которое позволяет работать в этих перчатках. Конечно, бывают нюансы, но в целом все сделано так, чтобы ты мог выполнить задачу, работая в скафандре. Но основная проблема – это внутреннее давление скафандра, которое ты вынужден преодолевать. Отсюда и появляется усталость
То есть вокруг вакуум, скафандр даже при 0,33, это пониженное давление, но его все равно поддувает.
— Конечно, он надут, и тебе постоянно приходится это сопротивление преодолевать. То есть ты кистями рук преодолеваешь. Кистями, потому что двигаешься. Конечно, современные версии скафандра оборудованы – есть у нас и плечевой шарнир, и локтевой шарнир. И здесь у нас есть кистевые шарниры. Это, конечно, облегчает работу космонавтам, но не настолько, чтобы совсем сделать ее такой, как работа на Земле, когда ты просто работаешь в нормальной одежде без какого-либо дополнительного давления между слоями этой одежды и твоими руками.
А все-таки, что самое сложное при работе в открытом космосе?
— Это вопрос очень философский. Каждый, мне кажется, ответит на него по-своему. Но для меня, я бы даже сказал, это не столько сложность, сколько ответственность, которую ты несешь за работу, которую выполняешь и которая запланирована. Вот это, наверное, самое сложное, выполнить всю программу. Ели мы отбрасываем сам факт тяжелого, напряженного физического труда, потому что ты работаешь во временном регламенте, то это та ответственность, которую ты принимаешь, выполняя ту или иную работу. Чтобы эта работа была сделана максимально качественно, потому что второй попытки уже не будет. Закончил выход, зашел, закрыл люк – все.
Видео: Что происходит с космонавтами, которые отрываются от космической станции
Что будет, если космонавт потеряется в открытом космосе?
Космос таит в себе огромную опасность для всех, кто в него попадает. Именно поэтому космонавты обязаны обладать большим количеством знаний, понимать, как правильно вести себя в открытом космосе, и соблюдать технику безопасности. Иногда их жизнь может перечеркнуть одно неловкое движение. В видеоролике ниже рассказывается о том, что происходит с космонавтами, которым не повезло оказаться в открытом космосе без страховки.
В определенных ситуациях астронавтам приходится покидать космический корабль. Разумеется, все они страхуются тросом, который не дает космосу утянуть космонавтов в свои холодные объятия. Если же по тем или иным причинам трос рвется, астронавт оказывается в ужасной ситуации. Траектория движения тела в невесомости задается последним толчком от плотной поверхности. Чтобы спасти себе жизнь и вернуться на корабль, у космонавта есть три возможных варианта. Кстати, узнать о том, почему у космонавтов растут волосы даже на пятках, вы можете, перейдя по ссылке на другой наш материал.
Первый является одним из самых эффектных и эффективных. Скафандр современных космонавтов оснащен реактивным ранцем, с помощью которого можно изменить траекторию полета и вернуться к кораблю. Если по каким-либо причинам выровнять траекторию полета с помощью ранца не получается, у космонавта остается еще два варианта, которые не так радужны, как первый.
Космонавт, оторвавшийся от троса, либо начнет медленно удаляться в открытый космос, либо двигаться к Земле. В обоих случаях у него нет ни единого шанса спастись. Именно поэтому цена каждой ошибки так велика. Сейчас система страховки гораздо надежнее, чем была раньше, поэтому количество несчастных случаев уменьшается. А вы бы хотели когда-нибудь побывать в космосе?
Узнать о том, что рекомендуют ученые космонавтам, чтобы сохранить здоровье, вы можете из другого нашего материала.
Подписывайтесь на наш канал в Дзене — там еще больше интересного и полезного о путешествиях, странах и людях.
Присоединяйся к нашему сообществу в телеграмме, нас уже более 1 млн человек ��