Наедине с пространством

04 января 2023

18 марта 1965 года Алексей Леонов первым вышел в открытый космос. Он удалился от корабля на пять метров, используя для передвижения только пятиметровый страховочный фал. Если бы трос не выдержал, возникла бы серьезная проблема. Других вариантов вернуть космонавта в корабль не существовало.

Рискованный эксперимент с выходом в открытое пространство показал, что находиться там можно, но для продолжительного пребывания за бортом необходимо создавать специальную установку, которая являлась бы одновременно и спасательной шлюпкой. Ее разработкой занялись конструкторы завода №?918 в подмосковном Томилине (сейчас — Научно-производственное предприятие «Звезда») и создали устройство перемещения и маневрирования космонавта (УПМК).

Сделанное в форме подковы, УПМК как бы обнимало космонавта в скафандре. Впереди и сзади размещались тормозные и разгонные блоки с 42 твердотопливными двигателями в каждом. Они должны были обеспечивать движение по прямой. А изменения ориентации в пространстве, проще говоря, повороты, в шести степенях свободы обеспечивали 14 сопел на сжатом воздухе.

Предполагалось, что с помощью устройства космонавт мог не только облетать свой корабль, но и приближаться к космическому аппарату противника, чтобы провести его обследование, или, выражаясь профессиональным языком, инспекцию. Вернуться «домой» можно было без применения двигателей – посредством лебедки и суперпрочного троса.

Данному проекту не суждено было сбыться. По различным причинам испытать устройство в полете не удалось.

Первым в мире аппаратом для перемещения человека в открытом космосе, прошедшим проверку за пределами Земли, стало ручное устройство маневрирования (HHMU, Hand-Helded Maneuvering Unit), созданное по программе «Джемини». Оно работало на сжатом кислороде.

Астронавт Эдвард Уайт в 1965 г. испытал аппарат в полете на корабле «Джемини-5». По форме он напоминал пистолет, который все время приходилось держать в руке. Это оказалось серьезным недостатком системы, так как существенно ограничивало работоспособность астронавта в открытом пространстве. К тому же точность передвижения определялась «на глазок». В общем, этот проект тоже был закрыт.

Неудача не остановила американцев, и они создали установку AMU (Astronaut Maneuvering Unit) «ранцевого» типа. Топливом для ее двигателей служила 90-процентная перекись водорода. Масса AMU с астронавтом составляла около 185 кг.. Так как корабль «Джемини» был очень тесным, установка фиксировалась снаружи на агрегатном отсеке корабля. Чтобы воспользоваться ею, астронавт, облаченный в скафандр, должен был разгерметизировать кабину и по поручням перебраться к месту крепления аппарата. После этого можно было отделяться от корабля и маневрировать.

Испытания системы состоялись в июне 1966 г. во время полета «Джемини-9». Проделав все предварительные процедуры, астронавт Юджин Сернан вышел наружу. С кораблем его связывал страховочный трос, длина которого доходила до 43 метров. С большим трудом он добрался до «ранца» и влез в него. Однако изнурительная операция утомила его. Он вспотел, конденсат попал в глаза и осел на стекле гермошлема. Юджин перестал что-либо видеть вокруг. Кроме того, выяснилось, что его руки не дотягиваются до джойстика управления.

В итоге Сернан досрочно завершил свою миссию, отвязался от установки и вернулся в корабль.

В ходе полета орбитальной станции «Скайлэб» в 1973 г. американцы разработали и испытали еще три установки для полета астронавта в открытом космосе. Все тесты проводились внутри станции, где объема, в отличие от корабля, было достаточно.

Первый аппарат ASMU являлся усовершенствованным вариантом «ранца», который не покорился Юджину Сернану на «Джемини-9». Второй пистолетного типа HHMU — модернизированный аналог той самой реактивной рукоятки, которая испытывалась на «Джемини-5». Третья установка FCMU предполагала использование педалей, соединенных подставкой с сидением, напоминающим велосипедное седло.

Первые два образца астронавтам понравились, третий же оказался непригодным. Впрочем, эксперименты с персональными средствами передвижения после этих испытаний вновь затихли.

В начале 1980-х годов в США начала эксплуатироваться транспортная пилотируемая система «Спейс Шаттл», предусматривавшая, что астронавты немало времени будут проводить в открытом космосе. Для этой программы разработали «космическое кресло» MMU (Manned Maneuvering Unit, «пилотируемый маневрирующий блок»). Его 24 двигателя работали на сжатом азоте.

Первым испытателем стал астронавт Брюс МакКендлесс: в феврале 1984 г. он впервые в мире удалился от космического корабля (шаттл «Челленджер») без страховочного фала на расстояние 97.5 метра.

Позднее астронавты еще дважды использовали это «кресло» в открытом космосе. С его помощью в апреле 1984 г. прямо на орбите отремонтировали спутник SMM, а в ноябре того же года были пойманы и помещены в грузовой отсек «Челленджера» для возвращения на Землю спутники Westar?VI и Palapa?В2, которые за полгода до этого не смогли улететь с низкой орбиты на геостационарную из-за неисправности разгонного блока.

Казалось бы, успех открывал изобретению радужные перспективы. Но в январе 1986 г. произошло непредвиденное: в результате взрыва топливного бака «Челленджер» разрушился при старте и семь астронавтов погибли. После этого трагического события американское руководство поменяло акценты в своей космической программе, особенно там, где речь шла о безопасности астронавта. От концепции применения MMU отказались.

В Советском Союзе после выхода в открытый космос Алексея Леонова решили, что все работы за пределами космического аппарата будут проводиться без отрыва от корпуса корабля. Космонавты должны были страховать себя фалами с карабинами.

Для программы «Энергия-Буран» создали немало любопытной техники, в том числе полностью автономный вариант скафандра «Орлан-ДМА», который работал без «пристегивания» фалом к системам электропитания и связи корабля. Как и в случае с шаттлами, российские конструкторы предполагали, что космонавты будут часто находиться в открытом космосе.

В отличие от американского «кресла» MMU, работавшего на азоте, советское средство передвижения космонавта (СПК) использовало сжатый воздух, хранившийся в 20-литровых баллонах под давлением 350 атмосфер, и имело два режима. Первый — экономный — для работы вблизи станции. Второй — форсированный — для быстрых рывков на случай спасения напарника.

Испытания СПК-21КС в открытом космосе провели в 1990 г. космонавты Александр Серебров и Александр Викторенко в ходе экспедиции на орбитальный комплекс «Мир». 1 февраля Серебров закрепился в СПК, находившемся в шлюзовом отсеке модуля «Квант-2», затем вышел наружу и стал постепенно удаляться от комплекса на расстояние до 33 метров. Во время «прогулки» Серебров, как и положено, был пристегнут к станции страховочным фалом с лебедкой, которая позволяла вернуться в модуль при отказе СПК.

5 февраля испытания продолжил Александр Викторенко, маневрируя и удаляясь от «Мира» на 45 метров.

Однако по ряду причин (в том числе из-за закрытия программы «Энергия-Буран») разработанное средство в дальнейшем не использовалось, а космонавты и сейчас продолжают работать в открытом космосе, страхуясь двумя фалами с карабинами.

В российское время в НПП «Звезда» была разработана установка спасения космонавта (УСК) ранцевого типа. Она не служила для маневрирования, имела небольшой запас топлива и являлась средством возвращения к станции случайно отцепившегося космонавта

В 2001–2002 годах «Звезда» закончила испытания и изготовила три летных образца для транспортировки на МКС. Доставку планировалась осуществить одним из шаттлов. Но после катастрофы «Колумбии» в январе 2003 г. полеты «челноков» приостановили на два года. Снабжать станцию грузами выпало российским кораблям «Прогресс». Поскольку других возможностей не было, «под лупой» рассматривался каждый грамм, отправлявшийся в космос. Российский «ранец» не значился в числе первоочередных грузов, а потому его миссия так и не состоялась.

Один из экземпляров УСК занял свое место в музее предприятия.

Аналогичная установка самоспасения есть и в арсенале NASA на МКС. Правда, по мнению некоторых экспертов, работать с ней непросто: астронавту в громоздком скафандре, случайно оторвавшемуся от станции и находящемуся в состоянии стресса, придется стабилизироваться, сориентировать тело в пространстве и вернуться «на базу», используя лишь одноручный пульт управления.

Специалисты НПП «Звезда», учитывая накопленный опыт, несколько лет назад начали разработку более совершенной модели, где все операции по возвращению «оторвавшегося» от станции космонавта будут выполняться автоматически.

«Это устройство гарантированно вернет космонавта, если тот во время выхода в открытый космос удалился на опасное расстояние, — описывал новинку гендиректор, главный конструктор НПП «Звезда» Сергей Поздняков. — Нажал кнопку — и спасательное устройство возвращает космонавта к станции. В этом случае счет идет на секунды».

Руководитель предприятия уточнил, что есть идея интегрировать систему спасения прямо в скафандр «Орлан», который используется для работы в открытом космосе. «У него жесткая кираса, которая позволяет это сделать», — уверен Сергей Поздняков.

Траекторию возвращения к станции обеспечат радиомаяки, а импульс движения зададут 16 микродвигателей, работающих на сжатом воздухе. Как стало известно редакции, уже давно был испытан прототип российского «сейфера» на специальном стенде на воздушной подушке, оценена рациональность этой концепции. Нужны лишь средства для его изготовления.

Совершенно иной принцип спасения космонавта недавно предложили конструкторы Самарского национального исследовательского университета имени С.?П.?Королёва. По их идее, спасать космонавтов должен роботизированный наноспутниковый комплекс, который может быть размещен на внешней поверхности создаваемой Российской орбитальной станции. Комплекс включает в себя наноспутник с блоком маневрирования, устройство его отделения от станции, электромеханическую лебедку с рулоном сверхпрочного троса, высокоточное пусковое следящее устройство и автоматизированную систему управления.

«Подлетев к терпящему бедствие космонавту, наноспутник автоматически или с помощью самого космонавта произведет стыковку со стыковочным устройством скафандра. При этом блок маневрирования компенсирует вращение космонавта, после чего включится лебедка, наматывающая трос, — и космонавт будет доставлен к станции», — рассказал заведующий межвузовской кафедрой космических исследований Самарского университета, профессор Игорь Белоконов.

Предполагается, что в ближайшее время Самарский университет направит в Роскосмос предложение о включении этой разработки в структуру Российской орбитальной станции.

источник - https://www.roscosmos.ru/38623/