Вследствие потовыделения и выделения пара вместе с дыханием концентрация влаги в атмосфере скафандра растет. Так как значительное количество водяного пара в подскафандровом пространстве может вызвать ощущение духоты и кроме того привести к запотеванию стекла гермошлема, то СОЖ должна обеспечивать удаление выделяемой человеком влаги.
Внешний теплообмен скафандра для выхода в космос осуществляется тремя основными способами: конвекцией, теплопроводностью и излучением. Выход человека в открытый космос на околоземной орбите происходит на таких высотах, где окружающая атмосфера имеет очень малую плотность. На окололунной орбите и на Луне атмосфера еще более разрежена. В этих условиях внешний теплообмен скафандра с окружающей средой в виде конвекции отсутствует.
Для сохранения теплового баланса в скафандре существует костюм водяного охлаждения. Он представляет собой систему пластмассовых тонкостенных трубок, вшитых в эластичный комбинезон, одеваемый непосредственно на тело или на белье Трубки объединены в коллекторы входа и выхода, последние соединяются с теплообменником и насосом, приводящим воду в движение. Преимущества водяного охлаждения обусловлены высокой объемной теплоемкостью воды по сравнению с воздухом.
Достаточно актуальной является задача создания автоматической системы терморегулирования. Основным параметром, характеризующим изменение теплопродукции при прочих равных условиях изменение перепада концентраций углекислого газа. При проектировании испарительного теплообменника определяют количество необходимой для охлаждения испаряющейся воды; площадь поверхности теплообменника и гидравлическое сопротивление контуров теплообменника; количество влаги, конденсирующейся из охлажденного газа. Разделяющая охлаждаемую и охлаждающую среды теплообменная поверхность аппарата является для испаряющейся воды поверхностью нагрева.
Большие требования предъявляют к материалу теплоизоляционной оболочки скафандра. Основными из них являются:
1. Малый коэффициент теплопроводности при минимальной толщине оболочки.
2. Высокая гибкость (эластичность), чтобы слой изоляции не препятствовал подвижности человека в скафандре.
Кроме того, изоляция должна иметь малую массу, быть пожаробезопасной, обладать высокой эксплуатационной прочностью и способностью сохранять свои свойства в достаточно широком диапазоне температур.
Важное значение имеет влагосборник. Назначение влагосборника – удержание, в том числе в условиях невесомости, в определенном объеме конденсата пота, выпадающего в результате охлаждения газа в теплообменнике СОЖ. К влагосборнику предъявляются следующие основные требования: отсутствие капельной влаги в потоке газа после него, максимальная влагоемкость материала сборника, возможность утилизации (повторного использования) собранной влаги. Влагосборник состоит из пакета влагоемкого материала, в котором имеются отверстия для прохода вентилирующего газа. Пакет прижат к трубной доске теплообменника, и под действием капиллярных сил материала пленкаконденсата всасывается в него из внутренней поверхности трубок. Наиболее подходящим материалом для сборника по влагоемкости, скорости впитывания, удельной массе, является технический поливинилформаль ТПВФ.
Требуемый объем влагосборника такой конструкции подсчитывается так,
где Мвл –расчетное количество влаги (пота), выделяемое за выход, - коэффициент влагоемкости материала. Для ТПВФ можно принять = 0,6…0,8.
Одной из главных задач при проектировании скафандра является выбор его формы и размеров. Для этого необходимо знать строение тела человека и его размеры. Эти данные (антропометрические характеристики) получают путем обработки результатов измерений человеческого тела, проводимых в процессе антропометрических исследований.
Как часть скафандра шлем должен быть герметичным, прочным, иметь небольшую массу, быть удобным в эксплуатации, отвечать требованиям технической эстетики. От конструкции шлема и системы вентиляции в нем во многом зависит обеспечение необходимых физиолого-гигиенических условий в зоне дыхания.
Шлем предназначен для защиты головы космонавта, поэтому к нему дополнительно предъявляются такие требования, как обеспечение обзора; защита глаз от вредного действия излучения Солнца, органов слуха от шума, головы от удара. По конструктивному исполнению различают шлемы пространственный и поворотный. Первый имеет относительно большой внутренний объем ,позволяющий поворачивать голову внутри шлема, и закрепляется на оболочке неподвижно. Второй фиксируется на голове и поворачивается вместе с ней относительно корпуса скафандра.
Как известно, первый выход в космос был осуществлен из корабля «Восход-2» А.А. Леоновым 18 марта 1965 года. Фактически , продолжительность выхода космонавта в открытый космос равнялась, как известно, 12 мин. Страховка космонавта в открытом космосе обеспечивалась специальным фалом длиной 7 м , в состав которого входили амортизирующее устройство, стальной трос, шланг аварийной подачи кислорода и электрические провода, по которым на борт корабля передавались данные медицинских и технических измерений, а также осуществлялась телефонная связь с командиром корабля.
На кораблях серии «Джемини» применялось несколько модификаций скафандров, предназначенных как для работы в кабине, так и для выхода в космос. При пребывании в кабине скафандры обоих членов экипажа были подсоединены к бортовой регенерационной системе обеспечения жизнедеятельности.
Скафандры экипажа корабля «Союз-5» использовались при переходе из одного корабля «Союз» в другой через открытый космос. Циркуляция кислорода через костюм и ранец скафандра объемом порядка 250…300 л/мин осуществлялась центробежным вентилятором с приводом от бесщеточного электродвигателя. На случай отказа вентилятора был предусмотрен аварийный инжектор. На скафандре устанавливался аварийный кислородный баллончик на случай аварии, вызывающей преждевременное израсходование основного запаса кислорода. Скафандр мог применяться с двумя режимами давления 39,2 кПа (0,4 кгс/см кв.) и 26,4 кПа (0,27 кгс/см кв.). Смена газового состава в скафандре («продувка» его кислородом) и проверка герметичности осуществлялась перед выходом от запасов кислорода в СОЖ с помощью специального устройства ,размещенного на объединенном разъеме скафандра.
После выхода из космоса проводится сушка скафандра, КВО, белья, шлемофона, перчаток.
Накопление данных о штатной работе скафандров и СОЖ несомненно способствует совершенствованию систем обеспечения работ в открытом космосе.
С развитием космических исследований все более расширяется круг задач, решаемых при внекорабельной деятельности космонавтов. Недалек и тот день, когда человек выйдет на поверхность Марса и других планет.
У России есть национальная марсианская программа « Фобос-Грунт ». Эта программа предусматривает высадку спускаемого аппарата на спутник Марса в 2009 году. Аппарат возьмет грунт и вернется на Землю. Если все получится, это будет первый случай возврата марсианского ( вернее, околомарсианского ) грунта на Землю.
В связи с этим остаются актуальные проблемы повышения эффективности работы человека за бортом космического корабля за счет совершенствования скафандра и его систем. Работы в этом направлении сводятся в основном к улучшению эксплуатационных характеристик скафандра, и в первую очередь, подвижности, эффективности работы СОЖ, повышению ресурса, снижению массы за счет поиска и применения новых технологий и технических решений.
________________________________________________
*1 СОЖ- система обеспечения жизнедеятельности.
*2 ВКД- внекорабельная деятельность.
Список литературы
1.Абрамов И. П. , Барер А. С.,Стоклицкий А. Ю., Филипенков С. Н. (1994). Некоторые аспекты выбора оптимальной величины давления в космическом скафандре.
2.Абрамов И. П. , Сверщек В.И. (2002). Космические скафандры и системы жизнеобеспечения.
3.Алексеев С. М., Уманский С. П. Высотные и космические скафандры. М.: Машиностроение, 1973, 280с.
4.Скуг А. И.(1994). Разработка скафандра для ВКД в Европе.
Беседа- экскурсия с главным консультантом по авиа космической медицине, доктором медицинских наук Барером Арнольдом Семёновичем.