18 марта 1965 года человек впервые вышел в открытый космос. Всё было рассчитано - давление, кислород, время работы. Инженеры кропотливо просчитали тысячи параметров.
Но уже через несколько минут стало ясно, что в расчётах всё-таки была ошибка. Сработало золотое правило с занятной формулировкой - если хоть что-то может пойти не так, то оно обязательно пойдёт не так. Вскоре Алексей Леонов понял страшную вещь. Обратно в корабль он может просто не войти. Потому что дверь слишком... узкая...
Как вообще ученые могли допустить такой просчёт? Ведь кажется, что если вопрос прорабатывать, то уж такие механические мелочи нужно просто просчитать в прямом смысле этого слова. Но всё работает гораздо сложнее.
В какой-то степени подобные ситуации иллюстрируют, что простая интерполяция работает далеко не всегда и что реальный эксперимент - это всегда главный инструмент на пути научного познания. Но вернёмся к ситуации.
По сути за двенадцать минут в открытом космосе Алексей Леонов столкнулся с физикой, которую никто пока ещё не проверял на себе. Его скафандр раздулся так, что он не мог согнуть пальцы, чтобы схватить поручень. Шлюзовой отсек стал узким, как горлышко бутылки, а системы скафандра начали отказывать.
Чтобы понять, что именно произошло со скафандром Леонова, нужно вспомнить базовый принцип термодинамики - закон Бойля-Мариотта. Он гласит, что при постоянной температуре давление газа и его объём связаны обратной пропорцией. Чем ниже внешнее давление, тем сильнее расширяется газ внутри замкнутой оболочки.
Скафандр «Беркут» - это, по сути, герметичная оболочка, в которой поддерживается избыточное давление. На Земле снаружи давит атмосфера, и скафандр держит форму за счёт баланса сил.
В открытом космосе внешнее давление равно нулю. Избыточное давление внутри «Беркута» составляло около 0,4 атмосферы. Ничто снаружи не уравновешивало это давление.
Вот и получилось, что оболочка скафандра натянулась как шар с воздухом и раздулась наружу настолько, насколько позволяла конструкция.
Инженеры это, в общем-то, знали.
Скафандр строился с силовой оболочкой - системой нерастяжимых тросов и стяжек, которые должны были удерживать форму. Но в вакууме «Беркут» распух сильнее, чем предполагалось. Перчатки отошли от ладоней почти на три сантиметра. Ботинки перестали касаться подошв. Леонов болтался внутри скафандра, как горошина в стручке. Что интересно - учёные предполагали такое развитие событий, но никто толком не понимал, как оно проявится.
Но что это? Халатность? Ошибка?
На первый взгляд и правда кажется, что всё действительно можно было просто и точно посчитать. Есть давление внутри, вакуум снаружи, известна прочность ткани. Значит можно вычислить, насколько скафандр раздуется. Но в реальности задача была гораздо сложнее.
Поскольку мы имеем несколько слоёв, ткань растягивается нелинейно, складки расправляются, швы перераспределяют нагрузки, а разные слои скользят друг относительно друга. Такое поведение сегодня считают методом численного моделирования. Но в начале 1960-х компьютеров для таких расчётов практически не было.
Когда скафандр увеличивается, каждый этап резко меняет его геометрию. Это делает задачу нелинейной и нестабильной для расчётов. Добавьте к этому элементы локтей и коленей, и получите почти нерешаемую задачу.
При этом ещё и само тело человека меняется. В космосе позвоночник разгружается, и человек становится выше на 3–5 см. Это влияет на взаимодействие скафандра и тела, что порождает разные интересные перераспределения усилий в динамике процесса.
Более того, проверить это на Земле было невозможно. Проводились кратковременные тесты с моделированием условий, но из-за ограниченности технических возможностей было нереально увидеть проблему.
Так что говорить тут о принципиальной ошибке не совсем корректно. Инженеры сделали максимум того, что было возможно сделать на том этапе развития науки.
В итоге по инструкции Леонов должен был войти в шлюз ногами вперёд. Но шлюз «Волга» имел диаметр всего 120 сантиметров. Раздувшийся «Беркут» в номинальном состоянии имел ширину около 118 см. При нормальных условиях оно проходимо. Но когда скафандр распёрся, войти было физически невозможно.
На принятие решения у Леонова было несколько минут, иначе корабль уйдёт в тень, температура упадёт до −100°C, и батареи скафандра начнут умирать. Он принял решение самостоятельно, не запрашивая Землю, стравить давление.
На скафандре «Беркут» был предохранительный клапан сброса давления. Леонов открыл его вручную, снизив давление внутри скафандра с 0,4 до примерно 0,27 атмосферы.
Это опасный манёвр. При таком давлении кислорода в крови начинает не хватать. Возникает риск декомпрессионной болезни. Растворённый в крови азот начинает выделяться в виде пузырьков, закупоривая сосуды. Леонов шёл на это осознанно и не то, чтобы имелось много других вариантов.
Одновременно он нарушил ещё одну инструкцию - вошёл в шлюз головой вперёд.
Пока Леонов боролся с раздувшимся скафандром, его метаболизм работал на пределе. Мышечная активность генерирует тепло пропорционально потреблению кислорода. Система вентиляции рассчитывалась на спокойный выход, а не на борьбу за выживание. В итоге за двенадцать минут Леонов потерял около трёх литров пота. Внутри шлема плескалась влага.
Если бы он не успел войти ещё через несколько минут, водяной пар сконденсировался бы на стекле шлема изнутри. Обзор был бы потерян полностью.
В итоге Леонов выжил. Но на «Восходе-2» уже накапливались другие проблемы. Клапан шлюза не закрылся полностью, и в кабину начал поступать кислород — концентрация поднялась до 46%. Любая искра означала пожар. Беляев и Леонов всё утро следующего дня провели, медленно дыша, стараясь не двигаться лишний раз. Но это уже совсем другая история.
Ценность всей ситуации в том, что в результате ученые не пересчитали всё правильным образом, а изменили подход к проектированию скафандров. В последующих скафандрах (советском «Орлане» и американском EMU) появились сочленённые шарниры, мягкие секции переменного объёма и жёсткие торсы, перераспределяющие нагрузку так, чтобы раздувание не блокировало движения.
⚠️ Как обычно попрошу вас подписаться на канал и поставьте статье лайк!