Недавно на канале «Прогулки в стратосфере» была опубликована статья «Простыми словами о 100% кислороде в американских космических кораблях» (см. ссылку).
Практика ведения блога «Прогулки в стратосфере» и публикации статей, посвященных авиационной и космической физиологии показала, что как только речь заходит о 100% кислородной среде в американских космических кораблях, разговор моментально сводится в плоскость «возможно»/«невозможно»/"аФтАр, ты дурак!", но еще ни разу мне в комментариях не задали вопрос: «А почему американцы применяли чистый кислород?».
Ответ на этот вопрос мимолетно проскакивал в моих публикациях, но ни разу я не давал полного развернутого ответа (см. ссылку) , обобщая все преимущества этого решения в ранних пилотируемых программах США. Учитывая, что при написании статей на данную тему в комментариях все равно постоянно запрашивают ссылки на публикации в тему, данная статья уже снабжена ссылками, в которых вы сможете узнать более подробную информацию, дополняющую затронутую сегодня тему и получить более развернутое представление об этом интересном периоде американской космонавтики.
Проект «Меркурий»
Существует несколько причин, по которым США решили применить жидкий чистый кислород (см. статью о жидком кислороде в авиации) в своих первых пилотируемых программах:
Во-первых, в конце 50-х годов, США не обладали ракетой-носителем с достаточной мощностью для выведения пилотируемого космического корабля на околоземную орбиту (см. ссылку). Именно с этим связанно разделение программы «Меркурий» на два этапа: «Меркурий-Редстоун», позволявшей осуществлять только суборбитальные полеты и «Меркурий-Аталас» с более мощным ракета-носителем, способных вывести капсулу «Меркурий» на околоземную орбиту.
Изначальный проект первого американского пилотируемого космического корабля предполагал использование газовой среды с земными параметрами, однако из-за отсутствия ракеты-носителя, США остановили свой выбор на СОЖ со 100% кислородной средой при давлении 5psi (примерно 0,27 атмосферы). Конструкция такой СОЖ имела значительно меньший вес по сравнению со сложной системой, поддерживающей многогазовую сред (см. статью о сравнении СОЖ "Востока" и "Меркурия"), а снижение давления внутри капсулы позволяло применять более легкую конструкцию, не рассчитанную на высокое давление.
Во-вторых, система жизнеобеспечения, рассчитанная на поддержание среды, в составе которого всего один газ в чистом виде, конструктивно значительно проще (см ссылку на статью о СОЖ «Меркурия»(см. ссылку), чем сложная система, состоящая из нескольких баллонов с различными газами, смесителей, газоанализаторов и систем автоматического поддержания заданных параметров. Сложная система подвержена повышенным рискам выхода из строя и требует значительно большего времени на разработку и доведение до удовлетворительных показателей надежности в процессе ее эксплуатации.
Таким образом, применение СОЖ 100% кислородной средой в КК «Меркурий» было гениальным решением попытаться вырваться вперед и первыми в истории цивилизации, запустить человека в космос, учитывая такие обстоятельства, как отсутствие мощной ракеты-носителя, непродолжительности планируемых полетов и стремления победить в космической гонке.
Проект «Джемини»
Следующей программой США стал проект «Джемени», в котором американцы очень серьезно готовились к полету на Луну и отрабатывали технологии предстоящего полета, включая выход в открытый космос. По программе «Джемини» в четырех миссиях было осуществлено девять самостоятельных выходов в открытый космос, и еще один не состоялся по причине аварии на «Джемени-8», поэтому советская программа «Восход» с единственным, хоть и первым в мире выходом человека в космос выглядит очень бледно.
Справедливости ради, стоит сказать, что американцы не смогли разработать выходной шлюз для выхода в открытый космос для КК «Джемини» (см. статью о шлюзе для Восход-2) из-за неприспособленности примитивной колоколообразной конструкции к подобного рода дополнениям, зато американцы были сильны в электронике, поэтому могли без проблем полностью разгерметизировать капсулу Джемини, что бы астронавт вышел в открытый космос.
Если бы на «Джемини» применялась земная атмосфера, то во-первых, это бы увеличило вес корабля не только за счет оборудования, но и за счет необходимости иметь большие запасы газов для восстановления воздушной среды после разгерметизации. Во-вторых, требовало бы большего времени на процесс разгерметизации и обратной герметизации из-за большей разницы перепада давления. В-третьих, в случае применения земной атмосферы, астронавтам необходимо было бы перед разгерметизацией проходить процедуру десатурации, что так же требовало дополнительного времени (что такое десатурация в авиации и космонавтики, можно прочитать перейдя по ссылке).
Таким образом, применяя чистый кислород в программе «Джемини» (см. статью СОЖ «Джемини), во время выхода в открытый космос, экономились запасы кислорода, а астронавты тратили намного меньше времени на процесс шлюзования. Высвободившееся таким образом время можно было распределить в пользу дополнительного отдыха, либо решения других задач.
Проект «Аполлон»
«Аполлон» - самая грандиозная из реализованных на сегодняшний день космических программ. Даже предстоящая «Артемида» выглядит по сравнению с ним как реплика, хотя и предполагает куда более обширный объем работ.
Не смотря на то, что Сатурн мог выводить на околоземную орбиту до 150 тонн полезной нагрузки, этого было слишком мало. Предстояло отправить к Луне не просто капсулу Аполлона, но еще служебный и лунный модули, а так же кучу научной аппаратуры включая лунный ровер, что вызывало большой дефицит свободного веса. Здесь мне хочется напомнить, что с аналогичным парадоксом столкнулись и в СССР при запуске «Востока-1». Ракета-носитель Р-7 была намного мощней американского «Редстоуна», но и сам «Восток» был намного тяжелей. Корабль перегрузили катапультным креслом сложной СОЖ, АСУ (туалетом) и т.п. в результате чего не додумались ни до чего более умного, как отказаться от применения космического скафандра ради снижения общего веса (см. статью «почему Гагарина хотели отправить в космос без скафандра») . Благодаря настойчивости врачей и физиологов, скафандр вернули, но создавать его пришлось в кратчайшие сроки (см. статью Скафандр для Гагарина: 260 дней на разработку»).
В этом случае, как и с программой «Меркурий», применение чистого кислорода во-первых, существенно снижало вес системы жизнеобеспечения (см. ссылку на статью о СОЖ «Аполлона»); во-вторых, снижало требование к прочности, а следовательно и весу конструкции летящих к Луне модулей, т.к. в них поддерживалось избыточное давление всего 0,3 атмосферы вместо одной.
В-третьих, как и в программе «Джемини», снижались необходимые запасы газа на восстановление давления внутри лунного модуля после выхода на поверхность Луны – а это вело к снижению веса лунного модуля или возможности взять дополнительное оборудование. Ускорялся процесс шлюзования, который доставляет еще ту мороку (см. ссылку) и отпадала необходимость в десатурации, благодаря чему у астронавтов появлялось дополнительное время на отдых, либо решение других задач.
Чистый кислород хоть и давал преимущества, о которых сказано выше, но даже не смотря на то, что атмосферное давление внутри космических кораблей составляло порядка 250мм.рт.ст., а парциальное давление кислорода всего лишь на треть превышало физиологическую норму (см. ссылку), при длительном нахождении в этой среде у астронавтов начинались побочные явления в виде ателектазов. С этими явлениями можно было мириться во время непродолжительных полетов, занимающих максимум 2-3 недели, после которых они бесследно проходили, но предел физиологической переносимости, после которого побочные действия кислорода начинают негативно сказываться на организме, был достигнут. Все, что можно было выжить из этой технологии, было выжато по полной программе.
«Агония» в виде снижения содержания кислорода со 100, до 70% с добавлением азота позволила увеличить продолжительность космических полетов, доведя их до 84 дней (Скайлеб-4) – дальше был технологический тупик…
Но в недрах заводов и ангаров строился корабль нового поколения «Шаттл» - на нем была земная атмосфера, «первый американский космический туалет» и собственное казино с блек Джеком и …
P.S.
Дорогие читатели, что бы сэкономить свое и Ваше время, сразу отвечаю на самый часто задаваемый и наиболее глупый вопрос, который постоянно поднимается в публикациях, посвященных КК «Аполлон» людьми, у которых нет убедительных аргументов возразить по существу: «Как же они летали без туалета». Туалет на космических кораблях типа «Меркури», «Джемени» и «Аполлон» конечно же был, а ознакомиться с историей американского туалетостроения на космических кораблях начиная с Меркурия и кончая МКС, вы можете перейдя по ссылке.