60 лет назад, 12 апреля 1961 года Ю.А. Гагарин стал первым человеком, совершившим космический полет по орбите Земли. Американцы смогли «выйти на орбиту» лишь 20 февраля 1962 года при запуске ракеты-носителя Меркурий-Атлас «Френдшип-7» с американским астронавтом Джоном Гленном на борту.
По накалу страстей, космическая гонка за право стать первой космической державой многократно превосходила любое современное спортивное состязание. При этом, за личными психологическими качествами первого космонавта (являвшегося лишь вершиной айсберга) стоял огромнейший научный и технологический потенциал двух стран, пытавшихся решить одну и туже проблемы двумя разными путями.
Особенно ярко разница подходов и философии космического полета на заре пилотируемой космонавтики видна при сравнении программы «Восток» и «Меркурий».
В силу проблем с мощностью ракеты-носителя, американцы разделили программу «Меркурий» на два этапа: «Меркурий-Редстоун» (суборбитальные пилотируемые полеты) и «Меркурий-Атлас» (орбитальные пилотируемые полеты), в то время, как советский союз сразу поставил бескомпромиссную цель осуществить полноценный орбитальный полет.
Вторым, более спорным отличием был выбор принципа работы системы жизнеобеспечения космического корабля, т.е. способа сохранения жизнеспособности и работоспособности космонавта/астронавта во время космического полета.
Сравнивая два корабля и в частности их системы жизнеобеспечения, нельзя говорить о том, что они аналогичны, это не так – они альтернативны.
Несколько характеристик КК «Восток» и «Меркурий», определявших сложность применяемой СОЖ
КК «Восток» весил порядка 4,6 т, в то время, как КК «Меркурий» всего 2 т. Отличались корабли и своими размерами: диаметр «Меркурия составлял порядка 1,8 м, в то время, как «шарик» «Востока» 3 м. В свою очередь, масса космических кораблей определялась мощностью выводящей на орбиту ракеты-носителя и в этом плане американская ракета «Редстоун» существенно уступала советской Р-7 и была не способна вывести на орбиту даже более легкий КК «Меркурий» (см. статью о причинах суборбитальных полетов КК «Меркурий»). Разные возможности по выведению полезной нагрузки и стали одной из причин применения более «примитивной» в инженерном плане СОЖ со 100% кислородной средой.
Второе отличие заключалось в том, что КК «Меркурий», не имел систем аварийного спасения астронавта, подразумевавших аварийное покидание астронавтом самой капсулы во время ответственных этапов выведение на орбиту/приземление (спасение астронавта производилось при помощи САС, отстреливающей капсулу целиком), в то время, как на КК «Восток» было установлено катапультное кресло, отстреливаемое штатно на высоте 7-8 км,
1- см. статью об истории разработки катапультного кресла «В3-А» для КК «Восток».
2- см. статью с описанием конструкции кресла «В3-А» для КК «Восток»
обеспечивавшее при приземлении штатное покидание капсулы КК «Восток» на высоте 7-8 км, и аварийное на этапе выведения, что еще больше усложняло СОЖ КК «Восток».
Параметры газовой среды и давления внутри КК «Восток» и «Меркурий».
СОЖ КК «Меркурий» позволяла создать внутри капсулы 100% кислородную среду с давлением порядка 250 мм.рт.ст. (эквивалент высоты 10 км).
(см. статью "Обоснование выбора американцами 100% кислородной среды" для КК)
СОЖ КК «Восток» поддерживала давление внутри капсулы 600-900мм.рт.ст. (фактически земные условия) и газовый состав с нормальным (21%) содержанием кислорода и 79% азота.
Таким образом, конструкция СОЖ «Востока» занимала больше места, была значительно сложней в технологическом плане и тяжелей чем СОЖ КК «Меркурий» т.к. от нее требовалось поддерживать заданное соотношение концентрации газов.
Размещение СОЖ на борту космических кораблей.
СОЖ КК «Меркурий» была компактна и проста (см. статью о СОЖ КК «Меркурий»). Она располагалась внутри капсулы, преимущественно под сиденьем астронавта и включала в себя два баллона с кислородом, теплообменник, баллон с водой, поглотитель СО2 и фильтр.
В связи с необходимостью поддерживать постоянные параметры более сложной мультигазовой среды, СОЖ КК «Восток» была более громоздкой и располагалась за пределами капсулы КК «Восток» в отделяемом приборном отсеке (баллоны с воздухом и кислородом, фильтры и редукторы).
При сходе с орбиты, бортовая СОЖ отделялась при помощи отрывных разъемов и в шлем космонавта начинал автоматически поступать кислород от двух кислородных баллонов (по 2 л) кислородно-вентиляционного устройства. При штатном катапультировании на высоте 7 км, кислород начинал подаваться от кислородного баллона (объемом 1 л), установленного в отделявшемся от кресла сиденье.
1-см. статью «Принцип работы скафандра «СК-1» в случае разгерметизации КК «Восток»»;
2-см статью «Работа скафандра «СК-1» при спуске с орбиты и катапультировании из СА «Восток».
Специфика работы СОЖ КК «Меркурий» и КК «Восток»
Т.к. давление внутри КК «Меркурий» составляло порядка 250 мм.рт. ст. (эквивалент высоты 10 км) при 100% О2 среде, то «…в случае уменьшения давления в кабине, регулятор автоматически устанавливал бы давление, равное 4,6 фунта на кв.дм (0,32кгс/см2) и следовательно, давление в СК было бы сохранено на необходимом уровне…»
Таким образом, у астронавта не было запаса по парциальному давлению кислорода и он вынужден был сразу переходить к режиму автономной работы скафандра (см. статью об американском скафандре « Navy Mark -4» для программы «Меркурий»).
В случае разгерметизации КК «Восток», падение давления с 760 до 530 мм.рт.ст. (эквивалент высоте 3км) считалось допустимым и безопасным с точки зрения гипоксии и высотно-декомпрессионной болезни, однако сам факт утечки сигнализировал о разгерметизации кабины и давал дополнительное время на оценку ситуации и принятие решения.
При падении ниже 530 мм.рт.ст., включалась первая группа барореле и начиналась дополнительная подача воздуха для поддержания давления внутри кабины.
При падении давлении ниже 400 мм.рт.ст. (эквивалент высоты 5км) начиналась дополнительная подача кислорода идущего в скафандр на дыхание. Содержание кислорода увеличивалось по мере падения давления. И только на высоте 9 км срабатывало автоматическое закрытие щитка остекления гермошлема, начинал подаваться чистый кислород и скафандр переходил в режим рабочего давления.
Выводы:
Сравнивая пилотируемую программу «Восток» и «Меркурий», можно с уверенностью сказать, что космический корабль «Восток» в технологическом плане значительно превосходил КК «Меркурий» по сложности и функциональности системы жизнеобеспечения, а также по мощности ракеты-носителя и функциональности применявшегося на корабле «Восток» скафандра «СК-1», разработанного на Заводе №918 (АО «НПП «Звезда»).
1-см. статью о скафандре Ю.А. Гагарина «СК-1»
2-см статью о скафандре Джона Глена « Navy Mark -4»
3-см. статью о сравнении скафандра Ю.А. Гагарина «СК-1» и скафандра Джона Глена « Navy Mark -4».
Попытка американцев применить более простую СОЖ со 100% кислородной средой тоже была при определенных условиях оправданной: во-первых, в условиях напряженной гонки американцам любой ценой нужно было вырваться вперед и применение примитивной СОЖ с моногазовой средой можно сравнить с заменой вратаря на шестого игрока на последней минуте хоккейного матча. Во-вторых, авиационные ученые того времени искренне верили что пребывание человек в 100% кислородной среде при атмосферном давлении порядка 250мм.рт.с может быть сколь угодно долгим (см. статью «Кислородная интоксикация в КК «Аполлон», «Джемини», «Меркурий»), но реальная практика и дополнительные исследования наглядно показали предел длительности космических полетов с 100% кислородной СОЖ, который составлял 2-3 недели.
Поздравляю моих коллег и посетителей блога "Прогулки в стратосфере" с 60-летним юбилеем полета Ю.А. Гагарина.
