Нет повести печальнее на свете, чем астронавт, оказавшийся за бортом своего космического корабля. Но ведь если в космосе есть корабли, значит должны быть и спасательные жилеты?
Одной из критических ситуаций, с которой может столкнуться космонавт во время выхода в открытый космос, является потеря физического контакта с кораблем или космической станцией. Если по какой то причине нет страховочного троса, то при выходе из аппарата во внешнюю среду достаточно всего лишь упустить из рук конструкционные элементы корабля, чтобы оказаться в патовой ситуации. В условиях невесомости, без возможности оттолкнуться от какой-либо поверхности, астронавт оказывается в критическом положении, так как не имеет возможности начать двигаться в нужном направлении.
Единственный выход — использование реактивного движения, когда с помощью выброса какого-либо вещества можно получить импульс движения, позволяющий перемещаться в пространстве. Основой для этого является закон сохранения импульса, который в данной ситуации работает следующим образом: струя газов вырывается из сопла двигателя, придавая объекту ускорение в противоположном направлении.
Такой сценарий потери контакта и попытки возврата к кораблю стал типичным сюжетом во многих научно-фантастических фильмах. В киноленте "Гравитация" доктор Райан Стоун, персонаж Сандры Баллок, сталкивается с проблемой потери связи с МКС после столкновения с космическим мусором. В фильме "Марсианин" Марк Уотни, персонаж Мэтта Дэймона, использует газ из скафандра для маневра в космосе. Также схожую ситуацию можно увидеть в фильме "Миссия на Марс", где команда астронавтов пытается спасти своего коллегу, потерявшего контакт с космическим кораблем на орбите Марса.
Для решения озвученной проблемы, ученые и инженеры из разных стран активно работали над созданием специальных устройств. Идея заключается в том, что бы оснастить скафандр космонавта индивидуальной реактивной системой, которая позволит ему перемещаться в космосе без корабля.
Рассмотрим один из примеров: агентство NASA разработало индивидуальное реактивное устройство под названием MMU (Manned Maneuvering Unit). Это изобретение представляет собой реактивный "ранец" (если так можно назвать средство передвижения размером с самого пилота), который крепится к телу человека и позволяет ему маневрировать за счет реактивных двигателей. Цель проекта состояла в том, чтобы предоставить астронавту возможность выполнять различные задачи в космосе, не завися от корабля или станции.
Проект MMU был начат ещё в 1960-х годах и изначально назывался ASMU (Astronaut Maneuvering Unit), и прошел через большое количество испытаний и модификаций. Первоначальные версии были значительно проще по дизайну и функционалу, но конечный облик устройства стал полноценным космическим аппаратом для одного пилота, который позволяет человеку ориентировать свое тело в космическом пространстве и лететь в нужном направлении.
Испытания данной технологии оказались крайне разнообразны. Некоторые прототипы тестировались в подводной среде. Такие тестовые испытания являются достаточно привычными в ходе подготовки астронавтов, поскольку они могут в некоторой степени симулировать пребывание человека в невесомости. Гораздо более интересными и необычными оказались тесты первых прототипов устройства в космосе, но в замкнутом пространстве. Космическая станция США Skylab обладала внушительным внутренним объемом, что позволяло оценить управление прототипом MMU в условиях подлинной невесомости.
За время развития технологии, привносилось множество модификаций. В основном они сводились к внедрению продвинутых и более комфортных систем управления, улучшению стабилизации астронавта в пространстве, а также приводили к оптимизации и повышению эффективности реактивных двигателей.
Технически MMU оснащен двумя резервуарами с гидразином, который служит топливом. При прохождении через каталитический конвертер гидразин разлагается на азот и водород, с выделением большого количества тепла. Таким образом выделяются горячие газы, которые выбрасываются через сопла нескольких двигателей, и создают реактивную тягу. В зависимости от того, какие из миниатюрных двигателей активируются, создается сила, толкающая или разворачивающая человека в нужном направлении. Все это позволяет астронавту изменять направление движения, скорость и ориентацию в пространстве.
Габариты устройства составляют приблизительно 1.4 х 0.9 метра, а его масса около 140 кг. Для управления MMU используются ручные джойстики, которые позволяют астронавту управлять углами поворота и силой тяги. Для стабилизации положения в космосе в корпус встроена система гироскопов.
Испытания MMU в реальных условиях, в открытом космосе происходили в рамках миссии STS-41B космического шаттла Challenger в феврале 1984 года. Эта миссия вошла в историю как первое использование MMU для независимого передвижения и маневрирования человека в космосе, без физической связи с космическим кораблем.
Астронавт Брюс Маккэндлесс стал первым человеком, который взял под контроль этот космический "ранец", и совершал свободный полет, удаляясь от шаттла на расстояние более 100 метров. Позже его коллега, Роберт Стюарт, также успешно испытал устройство, проведя ряд маневров вблизи шаттла.
Полет с использованием индивидуального маневрового устройства продолжался около 6 часов. По завершении миссии оба астронавта поделились своими впечатлениями. Маккэндлесс описал свой опыт как "подобный полету сокола", отмечая, что устройство было интуитивно понятным в управлении, хоть и требовало определенных навыков для эффективного маневрирования.
Специалисты в космической отрасли оценили результаты этой миссии как успешные, подтвердив возможность использования MMU для независимого перемещения астронавтов в открытом космосе.
Тем не менее, в последующих миссиях, во время внекорабельной деятельности, предпочтение было отдано использованию других, более простых подходов. Для перемещения по внешнему корпусу космических кораблей и станций было решено как и прежде использовать простые страховочные тросы и структурные скобы, за которые могут держаться астронавты. Помимо этого, в ряде случаев также используются роботизированные манипуляторы, на которых может быть закреплен астронавт.
Отметим, что советские инженеры также проводили работы над собственным устройством для перемещения в космосе, известным как "Установка для перемещения и маневрирования в космосе" (УПМК).
После завершения программы шаттлов и с появлением Международной космической станции (МКС), требования к безопасности астронавтов окончательно сформировались и унифицировались. Исходя из описанного выше опыта опыта и необходимости иметь более компактное и легкое оборудование для чрезвычайных ситуаций, был разработан SAFER (Simplified Aid for EVA Rescue).
SAFER — это более миниатюрная и упрощенная версия MMU, предназначенная исключительно для использования в экстренных ситуациях. Это небольшое устройство, закрепленное на нижней части ранца системы жизнеобеспечения скафандра. Как и его предшественник, SAFER использует гидразин в качестве топлива.
Основное отличие от "старшего брата" заключается в его компактности и узкой специализации. Устройство не предназначено для длительных маневров или сложных операций, его главная цель — позволить астронавту вернуться на борт МКС в случае обрыва страховочного троса или другой нештатной ситуации.
На данный момент SAFER является стандартным комплектом оборудования для всех астронавтов NASA, выполняющих выходы в открытый космос на МКС. Хотя реальных случаев, когда потребовалось использовать эту систему не было, присутствие такого "спасательного круга" у астронавта добавляет уверенности в безопасности пребывания в открытом космосе.
Работа в открытом космосе всегда сопряжена с определенными рисками, и организации, занимающиеся космическими исследованиями, стремятся сделать эту деятельность максимально безопасной. Разработка и использование индивидуальных реактивных устройств, таких как MMU и SAFER, является лишь одним из множества способов предоставления дополнительных гарантий безопасности.
Следует помнить, что, несмотря на техническое совершенство и сложность таких устройств, они всего лишь часть обширной системы протоколов, стандартов и оборудования, предназначенных для минимизации рисков. Кроме того, к астронавтам предъявляются строгие требования по физической подготовке, проводятся длительные тренировки, и каждый шаг их миссии тщательно планируется и согласовывается.
С каждым годом, по мере развития технологий и накопления опыта, космическая отрасль становится все более безопасной. Однако исследование космоса всегда будет сопряжено с определенной долей риска. Инструменты, такие как SAFER, подчеркивают стремление человечества обеспечить максимальную защиту своих исследователей даже в самых экстремальных условиях.
