Скафандр- дословно переводится как человек-лодка.
Практически все в общих чертах знаю о том, что космический скафандр – это вид защитного снаряжения (одежды), создающего герметичную оболочку, внутри которой поддерживается пригодная для жизнедеятельности человека среда.
Идея применения космического СК принадлежит К.Э. Циолковскому, который еще в 1920 году описал его принцип действия в своей повести «Вне Земли».
Во всем мире найдется буквально пара-тройка тысяч человек среди космонавтов, научных работников и конструкторов, которые не только видели, как ведет себя СК в рабочем режиме, но и опробовали его применение на себе. Еще меньше профессионалов, имеющих высокие навыки работы в СК.
К большому сожалению, для остального большинства людей, представления о работе скафандра остаются чем-то абстрактным. В лучшем случае, эрудиты скажут что российский СК работает под давлением 0,4кгс/см2 и в нем создается кислородная среда – это все верно. В худшем, не имея достаточного объема информации, человек начинает додумывать, делая порой нелепые выводы, ушедшие далеко от истины.
Почему СК работает под избыточным давлением
СК предназначен для работы в условиях вакуума, либо крайне низкого давления. Соответственно, в СК будет всегда поддерживаться большее давление по отношению к внешней среде, причем повышенное до того уровня, что бы быть пригодным для жизнедеятельности человек. Это значит, что СК работает под избыточным давлением, часто его называют «режимом рабочего давления».
Режим рабочего давления российских скафандров составляет 0,4кгс/см2, о чем можно узнать в википедии.
На двух приведенных фотографиях можно наглядно сравнить разницу между просто одетым скафандром, и созданием в нем рабочего режима давления.
Атмосферное давление внутри скафандра
Даже О. Бендер знал, что «…На каждого человека, даже партийного, давит атмосферный столб весом в двести четырнадцать кило…»
Если быть точней, то на уровне моря, на площадь 1см2 давит один килограмм воздуха 1кгс/см2, либо «давление в одну атмосферу» (одна абсолютная атмосфера 760мм р.т.).
Исходя из этого, не сложно посчитать, что рабочая атмосфера в российском скафандре составляет 304 мм.рт.ст. (760х0,4)
Эквивалент высоты внутри скафандра, на которой находится космонавт
Зная, что рабочий режим СК составляет 0,4 кгс/см2 и то, что атмосферное давление при этом режиме составляет 304 мм.рт.ст., мы можем высчитать и барометрическую высоту, которой соответствует данная атмосфера.
Сделать это проще простого, достаточно заглянуть в таблицу «международная стандартная атмосфера» (МСА) и узнать из нее, что на высоте 7 км, атмосферное давление составляет 306мм.рт.ст.
Здесь нужно сделать поправку и указать на то, что режим рабочего давления в СК не постоянен и может иметь небольшие отклонения в одну, либо другую сторону, и требовать небольшой коррекции путем наддува, либо сброса избытка. Допустимый диапазон находится в промежутке 0,38-0,42кгс/см2, что вполне допустимо и может зависеть от индивидуальных особенностей измерительного манометра, микроутечек и т.п.
Газовая среда внутри скафандра.
Разобравшись с давлением внутри скафандра, и поняв, что на 7км кислорода мягко говоря не хватает, напрашивается предположение, что скафандр заполняется чистым кислородом – так оно и есть.
Причем СК не просто «заполняется», он достаточно серьезно «продувается» кислородом определенное время по вшитой в бортовой компьютер программе. Это делается для того, что бы кислород полностью заполнил внутреннюю среду СК и вытеснил азот из разных складок, при этом, космонавту рекомендуется интенсивно двигаться.
На практике, содержание кислорода составляет 97-95%, если количество азота повышается до 7-8%, о чем сигнализирует бортовой компьютер, включается инжектор и проводится дополнительная продувка кислородом. При длительной автономной работе, иногда приходится выполнять данную процедуру.
О том, как проходит десатурация космонавта (вымывание азота из организма) и происходит шлюзование, можно посвящать не одну статью и возможно, я напишу и об этом.
А теперь как я и обещал в заголовке: Российский СК «Орлан» VS американский «EMU».
Т.к. статья посвящена непосредственно давлению внутри скафандров и газовому составу внутренней среды, то сравнивать СК я буду только по этим критериям. Остальные вопросы достойный отдельных статей. Так же я не буду давать свою оценку в предпочтении того, или иного режима, американцы все же не такие дураки, как многим хочется, что бы делать откровенно глупые вещи – дуркаки в принципе не в состоянии преодолеть первую космическую скорость и тем более, вторую.
Как я уже писал, режим рабочего давления в отечественных СК составляет 0,4 кгс/см2, оно же 0,4 атмосферы, оно же 304мм.рт., оно же эквивалент высоты 7км.
У американцев другие стандарты, рабочее давление их скафандров традиционно составляет 0,25 кгс/см2 это не плохо и не хорошо – это «по-другому», точно так же, как отличается отечественная колея железных дорог 1542мм от европейской 1440мм. Спорить об этом можно не менее оживленно, чем при выборе шипованной или не шипованной резины.
Нам же остается смириться с таким положением дел.
0,25 атмосферы составляет уже 190 мм.рт., что из той же таблицы МСА является эквивалентом высоты 10км. Высота достаточно серьезная и риск высотно-декомпрессионной болезни здесь уже значительно выше.
Американский стандарт имеет два существенных недостатка:
1-режим может оказаться более рискованным для человека.
2-требуется значительно большее время для десатурации (вымывание азота из крови): Российские космонавты тратят на эту процедуру 30 минут, в то время, как американцы вынуждены грохать на это 4 часа интенсивно работая на велотренажере, успевая просмотреть пару-тройку фильмов.
Американский стандарт имеет некоторые преимущества:
1-т.к. избыточное давление американских СК фактически в два раза ниже чем российских, то существенно снижается и требование к прочностным характеристикам тканей и швов, им не нужно держать высокое давление. Кстати, разговоры по запасу прочности из серии «наш СК имеет двукратный запас, а американский только 0,5» мягко говоря бессмысленны. Вообще то, есть предохранительные клапана, которые в принципе, не дают создать давление большее, чем он клапан может держать, ну это так…
2-низкое давление не так сильно раздувает мягкие оболочки СК, благодаря чему подвижность и досягаемость до органов управления существенно облегчается (если они расположены грамотно с эргономической точки зрения).
3-ткань, находящуюся под более низким давлением тяжелей повредить (проколоть).
4-в случае разгерметизации, из отверстия равного диаметра, газы из среды с давлением 0,4атмосферы будут истекать быстрей, чем из 0,25, но это дело такое, бабушка на двое сказала т.к. и запас резервного времени во втором случае ниже.
От куда растут ноги у американского стандарта
Ответ: с программы Аполлон.
Первые высадки на Луну, особенно Аполлон-11 были достаточной краткосрочны. Как в СК, так и в лунном модуле была кислородная среда и более низкое давление 0,25 атмосферы. Т.к. давление и газовый состав в СК и ЛМ были фактически идентичны, астронавтам не требовалось тратить драгоценное время на лишнюю десатурацию.
Потом была станция Скайлаб с более высоким давлением и газовым составом 30% О2 и 70% N. А перейти на нормальный (в понимании физиологии и отечественного представления) стандарт их заставила совместная разработка МКС.
Преимущества и недостатки отечественных СК (Орлана)
Благодаря полужесткой конструкции и наличию кирасы из алюминиевых сплавов, проблема сильного раздувания СК была решена – кираса может раздуться только в том случае, если внутри СК взорвать противопехотную гранату.
С физиологической точки зрения, чем ближе параметры среды к естественным (физиологическим), тем лучше. В случае аварийной разгерметизации, космонавт в отечественном СК имеет больше резервного времени.
Т.к. рукава СК все равно из мягких тканей, то они сильней раздуваются под давлением 0,4 атмосферы и в некоторых случаях, зависящих исключительно от анатомических параметров оператора (космонавта) могут ограничивать подвижность и досягаемость до органов управления. Но проблему решает их грамотное расположение с эргономической точки зрения, так что, это дело такое, в смысле привычки и опыта.
P.S.
Как вы теперь знаете, скафандры действительно раздуваются и внутри образуется место, в котором космонавт/астронавт может совершенно свободно двигать руками и ногами, вынимать из перчатки руку и даже чесать себя за ухом собственным плечом не приводя в движение оболочку СК. Возможно, найдутся худощавые «извращенцы», у которых даже получиться полностью вытащить руку из рукава – «советский цирк творить умеет чудеса».
В то же время, давление оболочки не настолько сильное, что бы ограничивать движения в тех частях, которые дл этого предназначены и имеют шарниры или специальную конструкцию, как перчатки.