Образ космической красотки в искусстве 20-21 века - всего лишь эротика, или намек на продвинутую научную фантастику? Можно ли в космосе выглядеть стильно и сногсшибательно, без вреда для здоровья?
В мире фантастики космические скафандры часто изображаются как вторая кожа, облегающая тело, позволяя астронавтам двигаться с легкостью и грацией. Откуда же исходит такое представление, и почему оно так сильно отличается от реальных космических скафандров?
Образ тонкого космического костюма, подчеркивающего силуэт, часто встречается в комиксах начиная, как минимум с 1920-х годов. В них супергерои, облаченные в футуристичные комбинезоны, борются со злом с блестящими бластерами наперевес. В современных фильмах также не раз показывались скафандры будущего - будь то персонажи фильмов "Марсианин" или "Прометей". Авторы этих фильмов постарались избежать лишнего эротизма, придав облачениям актеров более строгий и высокотехнологичный вид.
Игровая индустрия также не стоит в стороне. Например, серия видеоигр "Mass Effect" представляет обширную коллекцию различных космических одеяний, от облегающей униформы до тяжелой брони для штурмовых сражений. Эти костюмы представляют собой слияние функциональности и эстетики, создавая впечатление, что они являются продолжением самого человека.
Итак, искусство и развлекательная индустрия создали этот узнаваемый образ скафандра будущего, который многие из нас ассоциируют с космическими путешествиями. Но реальные космические скафандры, как правило, громоздки, объемны и служат конкретным функциональным целям. Так почему же настоящие скафандры выглядят именно так?
Космический вакуум, радиация, экстремальные перепады температур — космос представляет собой враждебную среду, и чтобы в ней выжить, астронавтам требуется специализированное снаряжение. При создании такого оборудования инженеры и ученые стоят перед сложной задачей — обеспечить комфорт и безопасность космонавта, но при этом оставить возможность для выполнения трудовой активности.
В качестве примера рассмотрим EMU (Extravehicular Mobility Unit, скафандр для внекорабельной деятельности) — стандартный современный скафандр, используемый NASA. На первый взгляд он может показаться громоздким и неуклюжим. Однако каждый элемент его конструкции имеет определенное назначение.
Главная цель EMU — поддерживать жизнь человека в открытом космосе. Это достигается благодаря структурному дизайну - такой скафандр является скорее индивидуальным космическим кораблем, чем одеждой, и образует внутри себя "жизненное пространство" для астронавта. Структура таких космических костюмов многослойна, и различные слои служат для множества целей - одни позволяют коже космонавта комфортно дышать и отводят испарения пота, другие отвечают за терморегуляцию, иные служат механической и радиационной защите, еще одни - обеспечивают герметичность. Но все они находятся в сцеплении с жесткой конструкцией, которая создает опору и поддерживает форму скафандра, а также позволяет создать воздушную прослойку - собственную мини-атмосферу для человека внутри. Подобный дизайн позволяет свободно циркулировать воздуху внутри, обеспечивая приток свежего кислорода и удаление выдыхаемого углекислого газа. За циркуляцию воздуха и тепла отвечают специальные устройства в ранце жизнеобеспечения, но сейчас нас интересует только сам "костюм" и его специфика.
Скафандры изолируют человека от вакуума, но чем он так опасен? Если какая-то часть тела человека окажется в вакууме, это может вызвать ряд неприятных последствий, хотя многие популярные мифы о воздействии вакуума на человека преувеличены. На самом деле, даже если человек целиком окажется в вакууме, в течение короткого времени он может выжить, пока не наступит удушение. Все остальные вредные физиологические проявления будут травмирующими, но не смертельными:
- Воздействие вакуума может вызвать локальный отек тканей из-за того, что жидкость в тканях будет пытаться испариться в условиях низкого давления.
- Газы, растворенные в крови, могут начать выделяться из раствора и образовать пузырьки. Это основная причина декомпрессионной болезни (болезни дайверов), которая может возникнуть, если человек слишком быстро переходит из высокого давления к нормальному или низкому.
- При воздействии вакуума мелкие кровеносные сосуды (капилляры) на поверхности кожи могут лопнуть из-за разницы давлений. Это может вызвать гематомы или "синяки" на коже.
- Вакуум может быстро высушить кожу, так как вода на поверхности кожи быстро испаряется.
Воздушная прослойка внутри скафандра создает необходимое давление для дыхания и защиты от вакуума. EMU заполнен чистым кислородом под давлением около 0,3 атмосферы - то есть около 30% от нормально земного давления. Это примерно соответствует давлению воздуха на вершине Эвереста - он очень разрежен, но поскольку состоит из чистого O2 - позволяет без проблем дышать и в достаточной степени насыщать кровь кислородом. О том, почему для скафандра предпочтительно такое низкое давление, мы поговорим ниже.
Понимая устройство стандартного скафандра, становится понятно, почему он выглядит таким громоздким и неповоротливым. Основной недостаток такого дизайна — ограниченная подвижность. Из-за своей массы и структуры, скафандр ограничивает движения астронавта, делая некоторые задачи весьма трудоемкими. Например, манипуляции с инструментами или перемещение в пространстве требуют значительных усилий.
Однако, вернемся к идее облегающего скафандра, которая приобрела такую популярность в массовой культуре. В реальной жизни тоже существует альтернативный путь развития космических скафандров - разработки, больше похожие на обтягивающие комбинезоны из научной фантастики. Речь идет о концепции скафандров на основе механического контр-давления (Mechanical Contrpressure, MCP).
В отличие от традиционных скафандров, MCP-модели не полагаются на воздушную прослойку для поддержания давления. Вместо этого они используют специальные эластичные материалы, которые плотно прилегают к телу астронавта, создавая необходимое давление с помощью механической силы. Для понимания принципа, представьте себе плотный комбинезон из эластичных материалов, наподобие гидрокостюма. Такие материалы обтягивают тело человека с определенной силой, не позволяя проявиться негативным биологическим последствиям от воздействия вакуума.
Стоит отметить, что подвижность в классических скафандрах, заполненных воздухом, ограничена не только габаритами и жесткими элементами конструкции, но и самим давлением газа внутри. Отчасти и поэтому в современных скафандрах NASA давление составляет всего 30% от привычного нам на Земле.
Если попробовать представить себе ощущения от ношения разных типов скафандров, традиционный EMU можно сравнить с надутой ростовой куклой, внутри которой вы находитесь. Под давлением воздуха он расширяется, создавая изнутри напряжение. Когда вы пытаетесь двигать рукой или ногой, вы сразу же сталкиваетесь с сопротивлением — ведь воздух внутри костюма стремится вернуть его в исходное положение. Это означает, что вам нужно прилагать усилия для каждого движения. Вам постоянно приходится "бороться" с вашим скафандром, чтобы выполнить даже самые простые действия.
Если же говорить о костюме на принципах механического давления, его можно сравнить с плотным, облегающим комбинезоном. Он прилегает к телу, но не сковывает движений и позволяет свободно двигаться. Вы чувствуете контакт с материалом, но это не мешает вашим активным действиям.
Ученые из NASA начали активно исследовать возможность создания скафандров на основе механического давления еще в 1960-х годах, однако современные научные исследования и технологические достижения дали второе дыхание этой идее.
Примером попытки реализации этой концепции может служить BioSuit, разработанный специалистами из Массачусетского Технологического Института (MIT). Этот проект, под руководством профессора Давы Ньюман, был создан с учетом анатомии человека и его подвижности. Скафандр состоит из упругих сегментов, которые обеспечивают необходимое давление на различные части тела. Кроме того, в дизайне используются специальные "линии ненапряжения", которые следуют контурам мышц и позволяют скафандру максимально адаптироваться к движениям человека. Эксперты в области проектирования скафандров высказывают следующие критические замечания об этой технологии:
- Одним из главных преимуществ MCP-скафандра является его способность обеспечивать астронавта большей подвижностью по сравнению с традиционными "воздушными" скафандрами. Облегающий костюм позволяет делать движения естественным образом, а отсутствие давления воздуха изнутри не создает натяжения материалов, с которым нужно было бы бороться при каждом движении.
- Без необходимости поддерживать внутренний воздушный слой, не требуются жесткие структурные элементы, поэтому такое снаряжение может быть гораздо легче и компактнее, и больше походит на привычную одежду.
- В случае повреждения традиционного скафандра (например, прокола) может возникнуть ситуация, когда жизнь астронавта окажется под угрозой из-за потери воздуха. У MCP-скафандров, такая проблема компенсируется – при небольшом повреждении общее давление на тело практически не меняется. Угрозу представляют только повреждения шлема или других дыхательных устройств.
- Одной из основных проблем является обеспечение равномерного давления на все части тела, особенно в области суставов. Неравномерное давление может привести к дискомфорту или даже травмам.
- Надевание и снятие такого костюма может быть сложным из-за его плотной посадки, по другой стороны проблема надевания актуальна и для большинства традиционных скафандров, и редко может быть осуществлена в одиночку.
- Создание MCP-скафандра требует индивидуального проектирования и производства под каждого конкретного астронавта и, как следствие, представляет собой техническую проблему. Подгонка такого скафандра – сложная задача, так как нужно обеспечить равномерное давление на все части тела.
- Несмотря на технические трудности, такие скафандры как BioSuit рассматривается как потенциальный вариант будущих космических скафандров, особенно для длительных миссий на другие планеты.
Подводя итог, скафандры на технологии механического давления требуют еще длительной отработки и тестирования, и не могут быть внедрены в эксплуатацию в сжатые сроки. Как и любые другие перспективные технологии, представляющие альтернативу уже существующим разработкам, такие концепты могут быть отложены в долгий ящик, вероятно, пока в них не возникнет серьезная необходимость. Сегодня космонавты не проводят в открытом космосе столько времени, чтобы им потребовался легкий и подвижный костюм взамен габаритному, но надежному скафандру-панцирю.
Традиционные космические скафандры, такие как EMU, проверены временем и многочисленными космическими миссиями. Они стали результатом десятилетий исследований, тщательных тестов и постоянных модернизаций. Несмотря на свою массивность и относительную неповоротливость, эти скафандры надежно защищают астронавтов от крайне агрессивной космической среды. Этот опыт и накопленные знания делают EMU стандартом, к которому приходится приспосабливаться новым технологиям.
Одним из главных вызовов для MCP-скафандров становится доказательство их безопасности и надежности. Для этого необходимы масштабные и длительные тесты в различных условиях — от наземных лабораторий до настоящего космического пространства.
Также стоит учесть, что многие технологические аспекты MCP еще требуют совершенствования. Вопросы износостойкости материалов, их способности выдерживать различные температурные режимы и воздействие космической радиации — все это требует дополнительных исследований.
Тем не менее, потенциал MCP-скафандров огромен. Если их разработчики смогут преодолеть существующие препятствия, это может кардинально изменить подходы к космическим экспедициям. Улучшенная подвижность и комфорт использования могут стать огромными плюсами при долгосрочных миссиях, например, на Марс.