Человек в Космосе. 60 лет

21. Вне корабля

"Выход в открытый космос – работа или прогулка космонавта в космическом пространстве за пределами своего корабля, а также на поверхности Луны, планеты или другого космического объекта», – примерно такое определение в Интернете даётся термину "внекорабельная деятельность". Как же это понятие реализуется в космосе, и прежде всего каково человеку вне корабля?

Выходы в открытый космос опасны по многим причинам. Первая, порождённая самим человеком – возможность столкновения с космическим мусором. Орбитальная скорость на высоте 300 км над Землёй (типичная высота полёта пилотируемых космических кораблей) – около 7,7 км/с. Это в 10 раз превышает скорость полёта пули, так что кинетическая энергия частицы краски или песчинки эквивалентна энергии пули, обладающей в 100 раз большей массой. С каждым космическим полётом появляется всё больше и больше орбитального мусора, из-за чего эта проблема продолжает оставаться наиболее опасной.

Другая причина опасностей выходов в космос – то, что окружающая обстановка в космическом пространстве чрезвычайно сложна для предполётного моделирования. Выходы в космос обычно планируются на поздней стадии разработки полётного плана при обнаружении каких-либо насущных проблем или неисправностей, иногда даже в процессе самого полёта. Потенциальная опасность таких выходов ведёт к дополнительной эмоциональной нагрузке на космонавтов.

Потенциальную опасность несёт и возможность недопустимого удаления от корабля, грозящая гибелью из-за окончания запаса дыхательной смеси. Опасны также возможные повреждения или проколы скафандров, разгерметизация которых грозит аноксией и смертью. Всё это надо было предусмотреть, разрабатывая программы, связанные с выходом человека в открытый космос, возможности которого предсказывал ещё Константин Эдуардович Циолковский.

Исторически из-за разницы в конструктивных особенностях первых космических кораблей в США и в СССР по-разному определяют момент начала выхода в космос. В советских кораблях с самого начала имелся отдельный шлюзуемый отсек и началом выхода в космос считается момент, когда космонавт разгерметизирует шлюз и оказывается в вакууме, а его завершением – момент закрытия люка.

Ранние американские корабли шлюзовой камеры не имели, и при выполнении выхода в космос разгерметизировался весь корабль. В этих условиях за начало выхода в космос принимался момент, когда голова астронавта выступала за пределы корабля, даже если его тело ещё продолжало находиться внутри отсека. Современный американский критерий выхода в открытый космос принимает переключение скафандра на автономное питание в качестве начала и начало наддува – за окончание.

Выходы в открытый космос могут выполняться по-разному.

В первом случае космонавт связан с космическим кораблём специальным страховочным фалом, иногда объединённым со шлангом подачи кислорода (в этом случае его называют «пуповиной»), при этом для возвращения на корабль достаточно просто мышечных усилий космонавта. Другой вариант – полностью автономный полёт в космическом пространстве. В этом случае необходимо обеспечить возможность возвращения к космическому кораблю при помощи специальной технической системы.

В СССР для обеспечения выхода человека в открытый космос в НПО «Энергия» был создан переходной шлюз под кодовым названием «Волга». Он имел цилиндрическую конструкцию и состоял из 36 надувных секций, разделенных на 3 изолированных друг от друга группы. Шлюз сохранял свою форму даже в случае выхода из строя двух из них.

Космонавт, выходящий в открытый космос, соединялся с кораблем фалом, по которому обеспечивалась связь с бортом корабля и подавался кислород. Тем не менее на скафандре космонавта крепился дополнительный баллон с кислородом.

Теперь дело за скафандром. Таковой разработали на Научно-производственном предприятии «Звезда». Это был скафандр «мягкого» типа «Беркут» – костюм с многослойной герметичной оболочкой, которая поддерживала оптимальное давление для нормальной работы космонавта. Его вес вместе с ранцем – 40 кг.

Снаружи скафандр имел покрытие белого цвета для защиты человека от теплового воздействия солнечных лучей.

Шлем скафандра имел двойное остекление и фильтр, которые закрывали глаза космонавта.

Как известно, первый выход в открытый космос в таком скафандре из корабля «Восход-2» был совершён советским космонавтом Алексеем Леоновым 18 марта 1965 года. Вся процедура выхода была проверена во время наземных тренировок и смоделирована в невесомости на борту самолета. После выхода корабля на заданную орбиту космонавты начали подготовку к космической прогулке. Командир экипажа полковник Павел Беляев помог Леонову облачиться в скафандр и укрепить аварийный баллон с кислородом и тот вышел из шлюза в открытый космос.

Вот как выразил первое впечатление космонавт и художник Алексей Леонов: "Когда я выплыл из шлюзовой камеры, у меня в первую минуту дух захватило: яркое солнце, тишина необыкновенная!.. Картина космической бездны, которую я увидел, своей грандиозностью, необъятностью, яркостью красок и резкостью контрастов чистой темноты с ослепительным сиянием звезд просто поразила и очаровала меня…"

Он оттолкнулся от корабля, осторожно подвигал руками и ногами. Движения выполнялись довольно легко, и он, раскинув руки, стал свободно парить в пространстве, при этом 5-метровый фал связывал его с кораблем. С борта корабля за Леоновым постоянно следили две телевизионные камеры.

О выходе майора Леонова Алексея Архиповича в открытый космос подробно рассказано в 13-й главе настоящего обзора.

Международная авиационная федерация утвердила мировой рекорд продолжительности пребывания человека в космическом пространстве вне космического корабля – 12 минут 9 секунд, и абсолютный рекорд максимальной высоты полета над поверхностью Земли космического корабля «Восход-2» – 497,7 километра.

Как оказалось, первая модификация «Беркута» имела недостатки. Из-за разности давлений скафандр раздувался и мешал движениям космонавта, что, в частности, затруднило Леонову возвращение на корабль. По итогам первого выхода, были сделаны выводы о возможности человека выполнять работы в открытом космосе и необходимости доработки оборудования.

Американская пилотируемая программа в этот момент была сосредоточена на других задачах, но резонанс от полета «Восхода-2» вызвал беспокойство в НАСА. Представителям агентства ставили на вид – на вас тратятся огромные средства, а впереди снова оказываются русские.

Уравнять достижения было поручено экипажу американского корабля «Джемини-4» в составе Джеймса МакДивитта и Эдварда Уайта, который стартовали с космодрома на мысе Канаверал 3 июня 1965 года. Главной задачей полета «Джемини-4» называлась проверка возможности длительного нахождения экипажа в космосе, что рассматривалось как подготовка к лунной миссии. «Американским Леоновым» предстояло стать Уайту. Он имел инженерное образование и опыт работы летчика-испытателя.

Первой по плану операцией на орбите было сближение с отработавшей второй ступенью ракеты-носителя, однако сразу эту задачу выполнить не удалось. Экипажу дали команду – переходить к выходу в открытый космос.

Для этого нужно было провести разгерметизацию корабля. Астронавтам пришлось повозиться с открытием люка, и когда он, наконец, он поддался, Эдвард Уайт шагнул в бездну.

Скафандр Уайта был высотным герметичный костюм G3C, созданный под проект ракетоплана Х-15 – его модификация называлась G4C. Скафандр был подключён к системе жизнеобеспечения корабля, однако на случай проблем было предусмотрено автономное устройство ELSS, ресурсов которого хватало на поддержку астронавта в течение получаса.

Если Леонов был прикреплен к кораблю фалом, а передвигаться мог только при помощи собственных движений, то у Уайта было ещё специальное приспособление – так называемый «самострел», представляющий собой газовый пистолет. Отлетев от корабля на несколько метров, Уайт пустил «самострел» в ход. Как оказалось, маневрировать с ним довольно легко, и астронавт продолжил эксперименты. Он так увлекся, что командному центру пришлось напомнить ему, что пора возвращаться на борт. "Это самый печальный момент в моей жизни», – произнёс Уайт.

Правда, скоро стало не до шуток: когда он оказался внутри корабля, выяснилось, что люк не хочет закрываться. После безрезультатных попыток справиться с люком по инструкции, астронавты поступили «по-русски» – навалились вдвоем, используя грубую силу. Сработало – люк закрылся, и экипаж продолжил выполнять задачу.

Дальнейший полет прошел без особых происшествий, кроме одного инцидента. На 48-м витке произошёл сбой в работе бортового компьютера фирмы IBM. По этой причине спускаемый аппарат приводнился в стороне от расчетного района. Тем не менее полет «Джемини-4» завершился успешно, и Эдвард Уайт стал новым героем американской нации.

Следующее поколение советских скафандров появилось под названием «Ястреб». Он также предназначался для выхода в открытый космос и был очень похож на «Беркут». «Ястреб» использовался всего один раз на новом космическом корабле «Союз», который совершил свой первый полет в 1967 году. А затем его заменила усовершенствованная модель – скафандр «Орлан».

«Орлан» – самый массивный из всех существующих на сегодняшний день российских скафандров. Его основная задача – защита космонавтов от микрометеоритов и радиации во время выхода в космос. «Орлан» прочный и многослойный, но очень тяжелый – он весит около 115 кг., но за пределами космической станции космонавты обычно работают только руками, паря в невесомости. Впервые «Орлан» был опробован для выхода в открытый космос в 1977 году и его различные версии до сих пор используются на МКС.

Испытать себя в скафандре «Орлан» пришлось и первой женщине, вышедшей в открытый космос – Светлане Савицкой. Её выход был с борта орбитальной космической станции «Салют-7». Вот её впечатления:

«Скафандры, в которых стартуют и спускаются, их шьют индивидуально для каждого. А вот скафандры для выхода в открытый космос совершенно одинаковые, что для женщин, что для мужчин. Они только подгоняются специальными затяжками, можно на больший, можно на меньший рост.

Когда мы прилетели и выходили в открытый космос, там было два скафандра на борту. Они были в принципе одинаковые, но подобраны – один на командира Кизима, тот невысокий, не выше меня, и другой на бортинженера Соловьева, он высокий и крупный. Капитанский был с красной полосой, а у бортинженера – с синей, чтобы знать, где кто за бортом.

Джанибеков, прилетевший со мной, был крупнее и выше меня, поэтому ему достался скафандр бортинженера, хотя он был у нас командиром. А мне командирский пришлось надеть, с красной полосой. Все это условно и ничего не меняет, подумаешь, где какая полоса».

За пределами орбитальной станции Светлана Евгеньевна была более 3 часов. Вместе с космонавтом Владимиром Джанибековым они провели испытания уникального универсального ручного инструмента, с помощью которого можно было сваривать, резать и паять металл.

«Мы попеременно находились за бортом станции три с четвертью часа. Это около двух витков „свет – тень“. В „тени“ не работали, прибор требовал максимальной точности. В принципе, скафандр позволял провести в открытом космосе и до шести часов», – вспоминает Светлана. Когда её спросили – испытывала ли она «непередаваемые ощущения», ответ был такой: «Когда делаешь что-то первой и если будет отрицательный результат, то думаешь, как на это в своей стране и за рубежом смотрели бы. Вот об этом я и думала, чтобы сделать всё хорошо.

Мы просто делали свою работу, у нас была задача – сделать её хорошо. Не могу сказать, что у меня дыхание сперло или что-то еще в этом роде».

Её коллеги – мужчины потом не скрывали своего восхищения: Светлана поразила их своей железной волей, отменной дисциплинированностью и спокойствием. Никаких лишних эмоций, только чёткое выполнение работы!

Испытательные работы экипаж закончила даже на несколько минут раньше отведенного на эксперимент времени. Никаких нештатных ситуаций не произошло. На Землю «Союз Т-12» вернулся 29 июля. Все поставленные задачи были выполнены в полном объеме.

Светлана Савицкая стала первой женщиной, совершившей два космических полета и ставшей Дважды Героем Советского Союза. На её счету не мало и других достижений, так что она заслуживает более подробного знакомства.

Родилась в семье известного лётчика Дважды Героя Советского Союза Е. Я. Савицкого, Маршала авиации. Поступила в МАИ и параллельно начала учебу в авиационном летно-техническом училище города Калуги. В 1971 году было окончено летное училище, а в следующем году получен диплом МАИ.

Окончание летного училище принесло Светлане квалификацию летчик-инструктор, причем в этой профессии девушка уверенно теснила многих мужчин. Вошла в состав сборной СССР по пилотажному спорту.

В 1970 году в Великобритании Светлана стала чемпионкой Мира по пилотированию поршневых самолетов среди женщин. За это достижение её удостоили звания заслуженного мастера спорта СССР. Членом сборной страны Савицкая была по 1977 год, получив множество различных международных титулов и установив изрядное количество авиационных и парашютных рекордов.

После окончания института училась в школе лётчиков-испытателей. В 1976 году начала работать лётчиком-испытателем НПО «Взлёт». Летала на самолётах «МиГ-21», «МиГ-25», «Су-7», «Ил-18», «Ил-28». С 1978 года работала лётчиком-испытателем Московского завода «Скорость» КБ А. С. Яковлева откуда и была командирована в отряд подготовки космонавтов.

В августе 1982 года в должности космонавта-исследователя Светлана на корабле "Союз Т-7" отправилась к станции "Салют-7", на борту которой успешно выполнила программу исследований. Пробыв в космосе больше недели, вернулась на Землю на корабле "Союз Т-5". Второй полет Савицкой к станции "Салют-7" состоялся в июле 1984 года, о котором рассказано выше.

Выходы в открытый космос постепенно становились рутинной работой по обслуживанию космических станций с внешней стороны. Рекорд по количеству выходов (16) и по общей продолжительности пребывания (82 часа 22 минуты) принадлежит советскому и российскому космонавту Анатолию Соловьёву. Практически все его 16 выходов за пределы орбитальной станции были связаны с серьёзной внекорабельной деятельностью: установка нового оборудования, испытания скафандра, ремонты.

Один из наиболее заслуживающих уважения выходов в открытый космос совершили Анатолий Соловьёв и Александр Баландин из орбитальной станции «Мир» в 1990 году. После того, как ими в течение шести с половиной часов была проведена сложнейшая операция по закреплению отслоившейся обшивки корабля «Союз», они возвращались на "Мир".

Но оказалось, что на модуле «Квант-2» люк невозможно закрыть. Заканчивался ресурс скафандров, и на всё про всё у них оставалось примерно полчаса.

Космонавты не потеряли самообладание, смогли вернуться на «Мир» через шлюз основного блока станции. А ещё через 9 дней был новый выход и попытка в течение трёх с половиной часов ремонтировать злополучный люк.

В истории внекорабельной деятельности было немало сложностей и необычных ситуаций. Вот, например, две самые сложные ремонтные работы, выполненные астронавтами при починке орбитальных станций.

Первая была осуществлена в мае и июне 1973 года, когда члены первого экипажа американской станции «Скайлэб» ремонтировали станцию, получившую повреждения во время запуска. Помимо всего прочего, астронавтам пришлось установить солнечный «зонтик», чтобы охладить перегревающуюся станцию. Второй случай произошёл 3 ноября 2007 года, когда американский астронавт верхом на роботизированной руке шаттла достиг повреждённых солнечных панелей МКС и ремонтировал их, в то время когда они находились под напряжением.

Астронавт NASA Брюс МакКэндлесс стал первым человеком, вышедшим в открытый космос без страховочной привязи. Во время полёта спейс-шаттла «Челленджер» в 1984 году он использовал реактивный ранец, чтобы отдалиться от космического челнока на 100 метров, а затем вернуться назад.

Самый длинный выход в открытый космос продлился 8 часов 56 минут и произошёл во время миссии спейс-шаттла «Дискавери» (2001 г.). Астронавты NASA Сьюзен Хелмс и Джим Восс осуществляли работы по строительству Международной космической станции.

А это случилось в 2013 году. Спустя пару минут после того, как астронавт Лука Пармитано покинул МКС, он почувствовал стекающую по задней части гермошлема воду. Пармитано с трудом смог вернуться назад, поскольку вода попала ему в рот, глаза и уши. Работы в открытом космосе были приостановлены, пока в NASA расследовали причины неисправности скафандра.

Постепенно выходы за пределы корабля становятся привычной работой.

«Летая в космосе, нельзя не выходить в космос, как плавая, скажем, в океане, нельзя бояться упасть за борт и не учиться плавать… Космонавт, вышедший в космос, должен уметь выполнить все необходимые ремонтно-производственные работы, вплоть до того, чтобы произвести нужную там сварку…» Эти слова произнес Сергей Павлович Королёв задолго до первого выхода человека в открытый космос.

С тех пор люди разных национальностей оказывались в безвоздушном пространстве более трехсот раз.

22. Небесные лаборатории

Опыт долговременных спутников Земли подготовил дальнейший этап в освоении Космоса – создание орбитальных космических станций. Первые проекты таких станций появились в СССР и США в конце 50-х годов. Конструкторы предлагали различные варианты, но для практической их реализации промышленность и экономика в целом ещё не были готовы.

Но вот в апреле 1971 года в Советском Союзе на околоземную орбиту выводится долговременная орбитальная станция "Салют-1". Оказалось, что опередив нас в лунной гонке, американцы стали отставать в создании орбитальных систем. Этого допустить они не могли и приняли решение – в кратчайшие сроки создать и запустить свою обитаемую станцию.

Вернер фон Браун, «отец» американской космической программы, предложил идею «Wet Workshop» (Мокрая секция). Концепция предполагала переоборудование на орбите опустошённых баков последней ступени ракеты-носителя в жилые модули. Однако успешное использование ракеты-носителя Saturn V («Сатурн-5») привело к отказу от идеи «Мокрой секции». Ракета была достаточно мощной, чтоб вывести на орбиту уже собранную тяжёлую станцию. Это положило начало работам над станцией «Скайлэб» (Небесная лаборатория).

Станцию создали на основе корпуса верхней ступени ракеты «Сатурн-1Б».

Жилая и рабочая секции были покрыты теплоизоляцией, внутреннее пространство баков приспособлено для жизни и научных исследований. На корпусе устанавливалось шесть солнечных батарей и бортовая ЭВМ TC-1. Было два компьютера: основной и запасной, предназначенные для расчётов и контроля ориентации станции и солнечных батарей. Для ориентации станции в космосе использовались не только двигатели, но и гироскопы.

На «Скайлэб» установили много научных приборов, но при этом оставили большой внутренний объём, предоставляя экипажу достаточную свободу передвижений и комфортабельный быт: имелся душ, удобные туалеты. Астронавты пользовались быстро смываемым мылом и съедобной зубной пастой. На случай аварии была предусмотрена особая модификация командного модуля корабля «Аполлон»: он мог вместить и вернуть на Землю пять человек.

Запуск «Скайлэб» состоялся 14 мая 1973 года. В начале полета казалось, что все идет нормально, но после выведения станции на орбиту была обнаружена серьезная неисправность. Оказалось, что в течение первых 63 секунд полета скоростным напором воздуха оторвало часть защитного экрана и одну из двух панелей солнечных батарей. В результате электрическая мощность оказалась существенно меньше расчетной, что не позволяло нормально функционировать бортовым системам.

Для исправления ситуации было принято решение срочно доставить на станцию замену экрану – полотнище, натянутое на раздвигающиеся спицы, которое назвали «Зонт».

Этот зонтик был изготовлен и уже 25 мая отправился на станцию вместе с первой экспедицией (SL-2): экипаж «Аполлона» состоял из трех человек: командира Чарльза Конрада, пилота Пола Уайтца и пилота-врача Джозефа Кервина.

Начало экспедиции не прошло без неприятностей: только с 10-ой попытки удалось состыковать «Аполлон» и «Скайлэб». После этого был установлен «Зонт», и температура на станции начала снижаться. Следующим этапом стал ремонт солнечной батареи. Астронавты Конрад и Кервин совершили выход в открытый космос, что представляло большую опасность, потому что станция в месте работы не была оборудована поручнями. Конраду удалось извлечь застрявший обломок и панели солнечных батарей были раскрыты.

После ремонта астронавтам удалось выполнить практически все запланированные задачи: медицинские эксперименты, астрономические наблюдения, изучение Земли, наблюдение за другими космическими объектами. 19 июня Конрад и Уайтц совершили третий и последний выход в открытый космос, после которого экипаж SL-2 покинул «Скайлэб».

Запуск следующей экспедиции – SL-3 состоялся 28 июня. В экипаж «Скайлэб-3», как и в других полетах, входило три человека: командир Алан Бин, пилот Джек Лаусма и научный сотрудник Оуэн Гэрриотт. В ходе полёта экипаж обратил внимание на проблему с командным модулем – два из его двигателей ориентации: они пропускали топливо.

Осталось два исправных двигателя, космический корабль мог работать и на одном, но утечки представляли угрозу для других систем.

NASA сначала рассматривало вопрос о немедленном приземлении команды, но затем было установлено, что опасности для экипажа нет. Он смог полностью закончить свою 59-дневную миссию и благополучно возвратился на Землю 25 сентября, используя два действующих двигателя.

Полет «Скайлэб-4» (SL-4) запомнился первым в мире мятежом в космосе. Запуск произошёл 16 ноября 1973 года. Это был первый полет для Джеральда Карра, Уильяма Поуга и Эдварда Гибсона. Экспедиция предполагала очень напряжённый график. На шестой неделе работ, после неудавшихся «переговоров» с NASA о хотя бы маленькой разгрузке графика, астронавты 28 декабря 1973 года в качестве протеста на один день прекратили радиосвязь с Землёй. После работа была продолжена.

К этому времени в США уже активно работали над программой «Спейс Шаттл», а «Скайлэб» хотели сохранить до момента начала первых запусков по этой программе. После полёта ЭПАС "Союз-Аполлон" было предложение создать комплекс «Скайлэб-Салют», развивая станцию вместе с СССР.

Но окончательного решения о финансировании тех или иных вариантов принято не было. Да и новые шаттлы, о которых много говорили в СМИ США, «запаздывали».