На днях произошло эпохальное событие, связанное с первым в истории человечества выхода в открытый космос коммерческого туриста, а не профессионального космонавта, прошедшего углубленный курс подготовки.
В общих чертах об этом событии уже много сказано и автор блога «Прогулки в стратосфере» не видит смысла дублировать информацию, которую и так можно без труда найти в новостных лентах или авторских блогах.
В то же время, один из моих подписчиков и по совместительству автор достаточно качественного блога посвященного космонавтике оставил комментарий, который мне бы хотелось подробно разобрать. Учитывая, что я не только подписан на его канал, но и полностью доверяю тому, что он пишет, у меня нет сомнений в том, что эта информация была высосана из пальца, или написана не имеющим к космонавтике отношения человеком.
Не смотря на то, что в описании скафандра Илона Маска для выхода в открытый космос имеется много очень интересных пунктов являющихся новизной для космонавтики и главным предметом обсуждения, меня сразу же заинтересовал пункт «шлем получил дополнительную защиту от запотевания», на который большинство людей скорей всего не обратили внимание. Дело в том для любого профессионала, занимающегося разработкой скафандра, эта фраза скажем так, сразу вызовет неудобные вопросы.
Как говорится, нет дыма без огня. В уже далеком 2020 году, когда многие еще рассуждали, является ли скафандра Илона Маска скафандром, или это всего лишь высотный компенсирующий костюм, в своей статье «Скафандр Илона Маска – предварительный анализ» (см. ссылку на статью). , сделанную на анализе подробного изучения официальной видеотрансляции подготовки к запуску первой регулярной миссии корабля «Драгон», я осторожно указал на предполагаемые недостатки скафандра и его детские болезни, включая проблемы с вентиляцией, с которыми могут столкнуться астронавты во время эксплуатации этого скафандра.
В своей статье, написанной в декабре 2020 года, я прямо высказал опасение о наличии фундаментальной проблемы связанной с вентиляцией и неизбежностью ее модернизацией в ближайшем будущем. Судя по всему, пришло время к ней вернуться и подробней поговорить о причинах этой проблемы на скафандре «нового поколения» и том, почему эти опасения у меня возникли.
Причины запотевания стекол на скафандре
Проблему запотевания стекол на авиационных и космических скафандрах можно сравнить с туберкулезом. Мы все знаем о том, что он есть, опасен для человека, требует постоянных профилактических мер в виде вакцинаций, а человек в той или иной мере осведомлен об этой болезни, но в то же время, в социально благополучном обществе мы с туберкулезом практически не встречаемся.
Проблема запотевания стекла возникла с появлением первых скафандров в 30-х гг. прошлого века. Причина запотевания заключается в том, что выдыхаемый человеком воздух увлажняется в легких, а сразу после выдоха сталкивается с поверхностью более холодного остекления гермошлема. Этот эффект может наблюдать любой человек и в земных условиях, сделав глубокий выдох на поверхность зеркала. В авиации эта проблем достаточно быстро была устранена сперва двойными стеклами шлема, между которыми вентилировался подогретый воздух, а затем установкой электроподогрева стекла шлема.
С 50-х годов ХХ века электроподогрев стекол устанавливается на все без исключения авиационные гермошлема, решая столь деликатную проблему, которая теперь может возникнуть кратковременно на этапе катапультирования, когда шлем отключается от системы электропитания.
В космических скафандрах электрообогрев стекла не предусмотрен по причине вакуума. Не смотря на то, что атмосферное давление в стратосфере в десятки раз ниже земного, разреженная воздушная масса с температурой минус 50-60 градусов все же присутствует с внешней стороны стекла и приводит не только к запотеванию, но и обледенению более влажных паров выдыхаемого воздуха, осевших на стекле прямо перед лицом.
В космическом пространстве понятие температура носит условный характер, а тепловая энергия передается при помощи лучевой формы. В условиях вакуума, для предотвращения запотевания стекла достаточно интенсивной вентиляции, отводящей от стекла более влажный выдыхаемый воздух.
Наиболее известная проблема с запотеванием стекла космического скафандра возникла у Юджина Сернана при выходи в открытый космос из корабля Джемини-9. Недостаточная вентиляция лицевой зоны не справилась с отводом влажного воздуха, в следствии чего стекло запотело, а выход в открытый космос был прерван до завершения всех поставленных задач.
После случая с запотеванием стекла шлема у Юджина Сернана, были сделаны правильные выводи и с тех пор, «в приличном обществе» об этой проблеме почти не вспоминают.
За время существования пилотируемой космонавтики, физиологами и инженерами было проведена масса различных исследований, определивших оптимальный объем вентиляции воздуха, характеристики поглотительных патронов системы рециркуляции и наиболее рациональное расположение дефлекторов, через которые подается кислород.
Все рекомендуемые характеристики и расчеты давно расписаны и указываются в специализированных книгах и ГОСТе, а конструктора и инженеры обязаны учитывать эти требования при разработке Технического задания и проектирования нового скафандра (во всяком случае так делается в России).
Практически во всех современных скафандрах вентиляция на дыхание подается в области лица, а воздуховоды расположены по периметру остекления шлема. Поступающий свежий «воздух» во-первых более сухой, во-вторых, сразу вытесняет из зоны остекления более влажный выдыхаемый воздух и в-третьих, космонавт вдыхает свежий и прошедший рециркуляцию «воздух», а не пропитавшийся запахами и другими веществами выделяемыми телом человека и материалами скафандра.
Наглядный пример запотевания стекла можно увидеть на приведенной ниже фотографии в области правого глаза, когда ваш покорный слуга и автор блога «Прогулки в стратосфере» закончив эксперимент в полнолицевой кислородной маске типа ЛП-32, отстегнул байонетный разъем кислородного шланга от объединенного разъема коммуникаций катапультного кресла и начал дышать воздухом, свободно проходящим через кислородный шланг.
В штатных условиях, клапан, расположенный на ОРК, не дал бы выдыхаемому воздуху двигаться в обратном направлении контура кислородной системы. В этом случае, весь выдыхаемый воздух выходит через обратны клапан выдоха, расположенный на маске во внешнюю среду. Но при отстыковке кислородного шланга, выдыхаемый воздух начинает двигаться в сторону наименьшего направления, т.е. обратно через кислородный шланг, в котором образуется зона застоя, а воздух под смотровым стеклом быстро увлажняется образуя конденсат на стекле.
В первой четверти 21 века об этих проблемах всем известно и возникают они лишь в особых случаях и как правило, по вине самих людей. Для сравнения, принимая участие в эксперименте, в космическом скафандре Сокол-КВ2, целью которого было определить скорость запотевания стекла при полном отсутствии вентиляции, автор блога просидел около 15 минут в скафандре под давлением 0,4 атмосферы, в котором полностью отсутствовала какая либо вентиляция и приток свежего воздуха. Благодаря большому внутреннему объему скафандра, наполненному воздуху и свободного пространства в лицевой зоне, даже в столь экстремальном случае запотевание стекла было незначительным, а скорость его нарастания была достаточно мала.
Возвращаясь к гермошлему скафандра Илона Маска стоит отметить, что вопреки всем канонам, скафандр разрабатывался отталкиваясь не от обоснованных физиологических рекомендаций и жестких требований, а «дизайна», о чем Илон Маск заявлял лично.
С таким подходом, нормы предъявляемых к конструкции и функциональности шлема подгонялось под дизайн, а не в обратном порядке. Следствием этого, разработчикам пришлось идти на компромисс и в угоду дизайна шлема. Судя по всему, следствием этого компромисса стала вентиляционная система обеспечивающая минимальные требования, но не способная справиться с пиковыми нагрузками в виде индивидуальных особенностей астронавта обладающего большим жизненным объемом легких или во время высокого психо-эмоционального возбуждения в экстренной ситуации и тем более при физической работе в процессе внекорабельной деятельности.
Причины неудачной вентиляционной системы скафандра Илона Маска могут быть какими угодно, начиная с банальной невозможности физически установить в шлеме привычные вентиляционные дефлекторы в космическом шлеме конкретной формы с конкретным смотровым стеклом, созданным по конкретной технологии.
Естественно, что при создании версии скафандра Илона Маска для внекорабельной деятельности (буду использовать российскую классификацию ВКД), некоторые проблемы, терпимые при использовании спасательного скафандра требовали радикального решения, что бы позволить применить скафандр для выхода в открытый космос.
В заключении хотелось бы еще раз повториться: данная статья всего лишь предположение автора блога «Прогулки в стратосфере» касательно того, почему в описании нового скафандра появился пункт, связанный с необходимостью дополнительной защиты от запотевания стекла. Я всего лишь обобщил высказанные мной в 2020 году опасения с информацией, которая появилась спустя четыре года.
