Внутри аквариума: что чувствует космонавт, оказавшись в открытом космосе
Первый раз на Байконуре Лука Пармитано оказался в декабре 2012 года, когда был дублером экспедиции 34/35. Больше всего его тогда поразило даже не масштаб космодрома, а лица людей, которым через несколько дней предстояло лететь в космос. Они были удивительно спокойны. Еще через полгода Лука вернулся на Байконур уже на свой собственный запуск и вдруг понял, что сам выглядит точно так же. На кадрах перед стартом «Союза» итальянский астронавт Европейского космического агентства и правда кажется человеком, который собрался не в орбитальный полет, а на легкую прогулку с друзьями. В тот момент он, конечно, не знал, что совсем скоро станет первым человеком в истории, который едва не утонул в открытом космосе.
Хьюстон, у нас проблемы
Открытый космос легко романтизировать. На самом деле это самая опасная среда, в которой когда-либо работал человек. Вокруг безжалостный вакуум, а между жизнью и смертью всего несколько слоев материала, который мы по привычке называем одним коротким словом: скафандр.
16 июля 2013 года Крис Кэссиди и Лука Пармитано работали за бортом Международной космической станции. Сначала все шло штатно, они даже опережали график. Лука спокойно укладывал кабели, когда вдруг почувствовал на затылке что-то холодное. Он сразу сообщил на Землю. В Хьюстоне сначала не поверили.
Лука Пармитано: Я чувствую много воды на затылке, но не думаю, что она течет со спины.
Крис Кэссиди: Ты потеешь? Ты сильно напрягаешься?
Лука Пармитано: Эм, я потею, но это ощущение большого количества воды.
Крис Кэссиди: Теперь я вижу это, в буквальном смысле.
Выход решено было прервать немедленно. В невесомости вода не стекает вниз. Она собирается в капли, капли соединяются, ползут по лицу, попадают в глаза, в нос, пропитывают коммуникационную шапочку и заливают ушные вкладыши. То, что на Земле выглядело бы просто неприятностью, в космосе мгновенно превращается в смертельную угрозу. Лука перестал видеть и слышать. Позже он описывал так: будто идешь с закрытыми глазами внутри аквариума.
Наконец Пармитано нащупал страховочный фал и сумел добраться до шлюза. Крис вошел следом, закрыл люк, начался наддув. Когда давление выровняли и с Луки сняли шлем, из него вылили около полутора литров воды. Еще несколько минут, и история открытого космоса получила бы одну из самых страшных развязок.
Причиной стала неисправность в системе вентиляции американского скафандра EMU. Смесь воздуха и воды попала в вентиляционный контур, за пластиковой деталью начала скапливаться водяная пробка, а потом вода пошла дальше. После этого случая американцы надолго приостановили выходы в открытый космос, чтобы доработать конструкцию скафандров.
Как устроен скафандр
И российский «Орлан», и американский EMU устроены намного сложнее, чем кажется со стороны. Это не просто герметичная оболочка. Внутри целый набор систем жизнеобеспечения: подача кислорода, вентиляция, охлаждение, удаление углекислого газа, радиосвязь, электропитание, датчики, компьютер. Поэтому специалисты сравнивают скафандр с космическим кораблем, только маленьким.
При этом он должен быть универсальным изделием. Под рост и комплекцию скафандры подгоняют с помощью ремней и внутренних регулировок. Практически все можно настроить. По-настоящему индивидуально подбирают только перчатки, потому что именно от них зависит чувствительность пальцев, а значит, и возможность работать. Их многократно испытывают в вакуумных камерах, добиваясь того, чтобы космонавт не просто влез в перчатку, а мог в ней что-то делать. И перчатки — одноразовые, в гигиенических целях.
Проблема в том, что работать приходится в очень странной среде. В тени температура может падать до минус 120 градусов, на солнечной стороне — подниматься до плюс 140. Сам скафандр, как хороший термос, плохо пропускает и холод, и тепло. Звучит здорово, пока не вспоминаешь, что внутри него находится живой человек, который выделяет тепло постоянно. Поэтому космонавт надевает специальный костюм с водяным охлаждением. По трубкам циркулирует вода, отводя лишнее тепло.
Удобство и надежность «Орлана» стали результатом десятилетий эволюции отечественных скафандров. Их производят в Томилине, на предприятии «Звезда». Именно там создавалась та самая неземная одежда, в которой летал Юрий Гагарин и в которой Алексей Леонов совершил первый в истории человечества выход в открытый космос.
Первый шаг, который чуть не стал последним
Если Гагарин доказал, что в космос можно летать, то Леонов доказал, что там можно работать. Без этого шага невозможно было бы даже всерьез говорить о стыковках, орбитальных станциях, ремонте аппаратов и сборке больших конструкций на орбите.
Но Леонов тогда чуть не погиб. Скафандр «Беркут» оказался слишком жестким. Под давлением он раздулся, движения стали мучительно трудными. Леонов чувствовал, что руки будто вышли из перчаток, а ноги из сапог. И главное, он не мог вернуться в узкий люк шлюза «Восхода-2».
Запаса кислорода оставалось все меньше. По правилам следовало докладывать на Землю, но времени не было и Леонов принял решение сам: снизить давление в скафандре с 0,4 до 0,27 атмосферы. Это было опасно. Резкий перепад мог привести к тяжелейшим последствиям. Но выбора не было. И именно эта самостоятельность спасла ему жизнь. Леонов сумел вернуться на корабль.
После полета специалисты разобрали ситуацию по винтикам. Оказалось, что у первого скафандра для ВКД (внекорабельной деятельности) было множество уязвимых мест: неудобное расположение манометра, трудности со сгибанием рук, недостаточная продуманность шарниров. Это послужило уроком.
Американский дебют в открытом космосе тоже не обошелся без приключений. 3 июня 1965 года Эдвард Уайт стал первым гражданином США, вышедшим за борт корабля. Однако при возвращении возникла проблема с люком: он не закрывался. Оказалось, что в вакууме некоторые поверхности могут буквально «схватываться» между собой.
Почему семь часов работы за бортом — это очень много
С тех пор технологии ушли далеко вперед. Современный «Орлан» позволяет работать вне станции не 60 минут, как ранние системы, а не менее семи часов. Каждый скафандр проходит массу проверок на Земле, а на станции хранится сразу несколько комплектов: рабочие и запасной. Между выходами их не спускают на Землю, а обслуживают прямо на орбите, меняя баллоны, влагосборники, аккумуляторы, литиевые патроны для удаления углекислого газа.
Надежность у таких систем в прямом смысле космическая. Многое дублируется. Если у «Орлана» отказал насос терморегулирования, есть резерв. Если повреждена одна гермооболочка, вторая должна спасти ситуацию. У космонавтов даже есть термин: «штатные нештатки». То есть неприятность, конечно, случилась, но алгоритм действий на нее уже предусмотрен.
Хотя инцидент с повреждением скафандра произошел только один раз. Случилось это в 1991 году, во время полета многоразового транспортного космического корабля «Атлантис» по программе «Спейс Шаттл». Маленький прут проколол перчатку одного из астронавтов. По счастливой случайности разгерметизации не произошло, поскольку прут застрял и блокировал собою образовавшееся отверстие. Прокол даже не был замечен до тех пор, пока астронавты не вернулись в корабль.
Но даже идеально работающий скафандр не делает ВКД легким занятием. Внутри поддерживается давление около 0,4 атмосферы чистого кислорода. По ощущениям такой скафандр похож на надутый мяч, который нужно все время сгибать и перемещать. Шарниры помогают, но сопротивление никуда не исчезает, особенно в пальцах. А ведь руками нужно держаться за поручни, перецеплять карабины, работать инструментом. Несколько часов такой нагрузки — и кисти получают тренировку, которой позавидует любой эспандер.
Факт: во время напряженной работы за бортом МКС космонавты могут терять до одного килограмма веса в час.
К этому добавляется еще одна странность космоса: дезориентация. На Земле у нас всегда есть верх и низ, а за бортом станции эти понятия исчезают. Достаточно развернуться, и мозг начинает слегка путаться. Поэтому космонавтов годами готовят в гидролаборатории, где в условиях нейтральной плавучести они отрабатывают маршруты, фиксацию, перенос укладок, работу с инструментом, открытие и закрытие люков. На первых тренировках отдельное внимание уделяют самому прозаическому и самому важному навыку: страховке.
Не улететь — уже половина успеха
Во время работы снаружи станции космонавт должен быть застрахован в двух точках. Это правило пришло в космонавтику из альпинизма. Иначе можно оторваться от поверхности станции и начать медленно уплывать туда, где уже никто не поможет.
Тренировка космонавтов в Звездном городке:
— Так, выключаю, похоже, страховочный фал оборвался.
— А, точно, оборвался в прямом смысле слова. Передаю.
— Так, держим карабин.
— Отпускаю.
Такая отработка может показаться странной, но случаи бывали. Один из самых сложных эпизодов произошел с Олегом Скрипочкой в 2010 году. Во время перецепки карабин соскользнул, и космонавт начал удаляться от станции. Все длилось секунды, но в Центре управления полетами в это время, по воспоминаниям очевидцев, повисла тишина. Спасла случайность: Скрипочка ударился об антенну, и та отпружинила его обратно.
Американцы устроили страховку иначе. У них основной физический контакт часто обеспечивается системой лебедки, похожей на поводок-рулетку: нажимаешь на кнопку — фал разматывается, отпускаешь кнопку — сматывается. А в качестве последнего шанса используется реактивный ранец-спасатель. В 1984 году Брюс Маккэндлесс в миссии «Челленджер» испытал такую установку и стал первым человеком, свободно летавшим в открытом космосе без фала к кораблю. Со стороны это выглядело почти как триумф научной фантастики. На деле же весь экипаж шаттла сидел в полной готовности: если что-то пойдет не так, пришлось бы срочно спасать коллегу.
В СССР тоже разработали аналогичные системы. В 1990-м году космонавты Александр Серебров и Александр Викторенко успешно испытали установку 21КС для перемещения и маневрирования в открытом космосе. Правда, в отличие от Брюса Маккэндлесса, они были привязаны фалами к орбитальной станции «Мир».
Зачем вообще выходить наружу
Уж точно в открытый космос выходят не ради красивого вида на планету. Хотя вид, конечно, такой, что его потом вспоминают всю жизнь. Но выходят туда работать. Это и установка оборудования, и замена антенн, прокладка кабелей, монтаж новых модулей, ремонт, научные эксперименты, даже взятие мазков с внешней поверхности станции, где умудряются выживать микроорганизмы.
Для такой работы нужен специальный инструмент. С виду он может напоминать земной, но внутри почти всегда скрыты отличия. У космического молотка шарики гасят отдачу, чтобы он не отпрыгивал от поверхности. У отверток и шуруповертов особая геометрия и безопасный режим работы. Нож должен резать материал, но не должен порезать перчатку, если за него неловко схватятся. А еще любой инструмент обязан позволять работать одной рукой, потому что второй космонавт почти всегда держится за поручень.
Иногда для конкретной операции разрабатывают устройства, которым на Земле и названия-то не сразу подберешь. И вся эта оснастка непременно фиксируется ретрактабл-тезерами и другими системами крепления.
Сегодня работы за бортом станции особенно много. МКС на орбите уже больше двадцати лет, оборудование стареет, появляются новые модули (в 2021 году вывели новый модуль «Наука» — прим.ред.), старые требуют ремонта и модернизации. Без этого станцию давно пришлось бы свести с орбиты. Так что внекорабельная деятельность — способ продлить жизнь огромному орбитальному комплексу.
Что будет дальше
Выходы в открытый космос продолжают меняться. Китайская программа очень быстро набирает темп, сочетая черты российских и американских подходов. А
Частные компании уже добрались до коммерческих выходов: в 2024 году миссия Polaris Dawn провела испытания новых, более гибких скафандров SpaceX. Правда, и тут физика быстро напоминает о себе. Хочется сделать костюм легким, тонким, удобным, почти как в кино. Но открытый космос требует защиты от вакуума, перепадов температур, микрочастиц и радиации. Поэтому скафандры еще долго не будут похожи на модную спортивную экипировку.
Наверняка часть работ в будущем перейдет к роботам, манипуляторам и герметичным машинам. Уже сегодня космонавты на орбите управляют робототехническими системами, отрабатывая сценарии будущих экспедиций к Луне и Марсу. Это должно сократить число опасных выходов и упростить освоение других миров. Но полностью убрать человека из этой цепочки пока не получается. Любая сложная техника требует гибкости, сообразительности и умения решить проблему на месте.
И слова Королева о том, что без выходов в открытый космос дальнейший прогресс невозможен, всегда будут актуальными.
По материалам фильма «Открытый космос» канала «Наука».
