Технологии поддержания жизни космонавта внутри скафандра
Космический скафандр представляет собой сложную автономную систему жизнеобеспечения, которая использует множество передовых технологий для сохранения жизни космонавта в экстремальных условиях космического пространства. Современные технологии позволяют обеспечить безопасную работу в открытом космосе на протяжении многих часов.
Дыхательные системы и регенерация воздуха
Системы очистки от углекислого газа
Химическая регенерация воздуха является основой систем жизнеобеспечения скафандров. В современных скафандрах используются несколько технологий удаления углекислого газа. Первые советские космические корабли «Восток» применяли надпероксид калия для удаления диоксида углерода и обеспечения кислородом. Этот материал взаимодействует с углекислым газом, в результате чего выделяется кислород.
В более поздних разработках используется гидроксид лития, который химически связывает углекислый газ с образованием углекислого лития. Также применяются активированные угли для очистки атмосферы от микропримесей и запахов.
Подача кислорода
Скафандры имеют два основных типа систем подачи кислорода. Вентиляционные скафандры (открытая схема) подают кислород из баллонов, размещённых в ранце или поступающий с борта космического корабля по шлангу. Часть кислорода используется для дыхания, остальной выбрасывается в космос вместе с углекислым газом.
Регенеративные скафандры (закрытая схема) имеют замкнутый вентиляционный контур, который обеспечивает подачу, очистку и циркуляцию газа. Кислород подается через редуктор из баллона, где хранится в сжатом газообразном или жидком виде. Выходящий газ поступает в устройство регенерации воздуха, где удаляются углекислый газ и другие вредные компоненты.
Автономность систем
Современные скафандры, такие как российский "Орлан-МКС", обеспечивают автономную работу космонавта в течение 7-10 часов. Ранцевая система жизнеобеспечения включает основной и запасной кислородные баллоны, блоки обработки и передачи телеметрической информации, влагоотделитель и другие компоненты.
Системы терморегуляции
Костюм водяного охлаждения
Костюм водяного охлаждения (КВО) является ключевой технологией поддержания температуры тела космонавта. Этот сетчатый комбинезон из трикотажного полотна пронизан сетью тонких пластиковых эластичных трубочек, по которым циркулирует вода. Вода обладает высокой теплоёмкостью, поэтому требуется совсем немного жидкости для снятия большого количества теплоты.
Костюм подключается к радиатору скафандра, образуя замкнутую систему циркуляции. Космонавт самостоятельно регулирует температуру и подачу охлаждающей воды по своим субъективным ощущениям. Система позволяет регулировать температуру воды в диапазоне от 5 до 30°С.
Сублимационное охлаждение
Сублиматор является основным средством отвода тепла от скафандра во время внекорабельной деятельности. При использовании сублиматора вся тепловая нагрузка концентрируется и отправляется в теплообменник. Процесс основан на том, что вода, проходя через металлокерамические поры сублиматора, замерзает в вакууме и затем сублимирует, минуя стадию плавления.
Сублимация происходит с поглощением тепла, что обеспечивает охлаждение скафандра. На выходе из сублиматора воздух имеет температуру 4-5 градусов Цельсия. Минусом системы является перерасход воды, поэтому современные скафандры имеют запасы воды для этой цели.
Автоматические системы терморегуляции
Современные скафандры оснащены автоматической системой терморегуляции (АСТР). Она оценивает энерготраты космонавта и при интенсивной работе автоматически увеличивает степень охлаждения для более эффективного теплосъёма. По мере прекращения физической работы система переключается в более тёплый режим без вмешательства оператора.
Разрабатываются климат-контрольные системы, которые способны учитывать уровень нагрузки космонавтов, их собственную температуру, количество потребляемого кислорода и выделяемого углекислого газа.
Электронные системы мониторинга и контроля
Компьютеризированные системы контроля
Современные скафандры, такие как "Орлан-МКС", называют "умными скафандрами". Их "мозг" спрятан в компьютере, расположенном в накладном отсеке наспинного ранца. У космонавта перед глазами находится жидкокристаллический дисплей, на который автомат выдает все данные по состоянию систем скафандра и подсказки.
Тестирование проходит по 50 параметрам, и на всё про всё отводится лишь полминуты. При сбое тут же высвечивается информация и раздается звуковой сигнал.
Биомедицинский мониторинг
Российские учёные разработали комплекс для дистанционного отслеживания состояния космонавтов во время тренировок в скафандре. Система позволяет оперативно отслеживать ключевые физиологические параметры: изменение температуры тела, частоту сердечных сокращений и частоту дыхания.
Датчики для фиксации сигналов расположены на поясе, который надевается под скафандр. Внешняя часть системы состоит из электронного блока, который усиливает и обрабатывает сигналы с датчиков, а затем передаёт данные на компьютер врачей.
Системы защиты от опасных факторов
Защита от радиации и микрометеоритов
Скафандры защищают космонавтов от ультрафиолетового и электромагнитного излучения. На шлемы наносится золотое напыление для защиты от солнечной радиации. Наружный слой скафандра изготавливается из огнестойких материалов и специальных тканей, способных защитить от столкновений с микрометеоритами.
Многослойная защита
Скафандры состоят из 16 слоев различных материалов. Несколько слоев тонкой терефталатной пленки с алюминиевым напылением практически полностью блокируют теплообмен. Внешний слой белого цвета эффективно отражает солнечные лучи, не давая скафандру перегреваться.
Поддержание давления
В скафандрах поддерживается стабильное давление от 270 до 340 мм ртутного столба. При разгерметизации регулятор давления автоматически поддерживает абсолютное давление в скафандре на уровне 308 мм рт. ст..
Системы связи и навигации
Современные скафандры оснащены радиосистемами для связи с землёй и другими членами экипажа. Наружный слой скафандра выполняет функции антенны для связи благодаря встроенным волноводам.
Передовые материалы и конструкции
Современные материалы
В конструкции скафандров используются высокотехнологичные материалы: полиуретановые герметичные оболочки вместо резиновых, огнестойкие ткани, специальные металлизированные покрытия. Это повышает срок эксплуатации скафандров с 5 лет и увеличивает количество возможных выходов в открытый космос с 15 до 20.
Регенеративные продукты нового поколения
Разрабатываются нанокристаллические регенеративные продукты на основе надпероксида калия. Такие продукты имеют максимально развернутую поверхность, легко доступную для взаимодействия с парами воды и диоксидом углерода. Достигается полное выделение активного кислорода с коэффициентом регенерации примерно равным 1,5.
Эти технологии в совокупности создают надёжную систему жизнеобеспечения, которая позволяет космонавтам безопасно работать в открытом космосе в течение многих часов, поддерживая все жизненно важные функции организма в экстремальных условиях космического пространства.