Почему американский скафандр отличается от российского? Мнение специалиста

Скафандр в котором полетят американские астронавты создан Хосе Фернандесом – голливудским специалистом по костюмам и скафандрам для кинофильмов, при этом учитывались только личные предпочтения Маска. И уже под конкретный дизайн подгонялись системы скафандра.

Обычно скафандр – это 95 процентов функциональности, а оставшиеся пять процентов – дизайн. Со скафандрами SpaceX ситуация другая – их заранее разрабатывали с оглядкой на «героический облик». Для этого привлекли одного из голливудских специалистов – дизайнера Хосе Фернандеса, специалиста по созданию костюмов и скафандров для кино. И да, первые макеты, показанные в 2017 году, действительно выглядели шикарно! Но что у этих скафандров с функциональностью?

Вот что рассказал нам Николай Моисеев – специалист по скафандростроению и основатель компании Final Frontier Design, которая сотрудничает с NASA и космическими агентствами других стран.

Что мы знаем о скафандре SpaceX? Из материалов открытой печати известно, что его идею и облик владелец компании Илон Маск заказал у модного дизайнера.

Скафандр имеет две оболочки – силовую и герметичную. Вход в скафандр – через гермомолнию от лодыжки до лодыжки. Выполнен он одним куском – ни шлем, ни перчатки не отстыковываются и присоединены постоянно. Чтобы кисть руки пролезла в перчатки через узкие места на запястьях, есть гермомолнии, которые можно расстегнуть для надевания/снятия перчаток. Кстати, они позволяют работать с сенсорными экранами.


Традиционно космические скафандры делают из двух слоев: силовой оболочки из прочной ткани, нейлона или лавсана, и внутренней гермооболочки. Последняя воздухонепроницаема, но не держит механическую нагрузку. Силовая оболочка же должна быть исключительно прочной, потому что, помимо рабочего давления скафандра (в 2-2,5 раза ниже атмосферного для российских скафандров «Сокол» и «Орлан»), есть еще давление, на которое испытывают изделия из первоначальной серии. И оно в три раза выше рабочего и несколько выше атмосферного. Это превышение называется фактором безопасности — трехкратное превышение означает фактор безопасности, который равен трем.

Но у SpaceX, скорее всего, фактор безопасности равен не трем, а двум. Это следует из слов Илона Маска, что их новый скафандр выдержал «двойное давление вакуума». Фраза идиотская, но ее подхватили многие СМИ. Означает она, по всей видимости, именно превышение максимального давления испытаний над рабочим давлением. То есть, если их скафандр рассчитан на 0,3-0,4 атмосферы, то испытывали его только до 0,6-0,8 атмосферы. Это очень немного.

У российских образцов рабочее давление внутри — 0,4 атмосферы, поэтому их испытывают, повышая давление изнутри до 1,2 атмосферы, предварительно поместив в вакуумную камеру. В современных американских скафандрах давление ниже, лишь 0,3 атмосферы — благодаря этому скафандр меньше «раздувает» в вакууме, то есть в нем легче двигаться. Соответственно, ниже требования по фактору безопасности, а значит, скафандр можно сделать легче.

Еще раз вернусь к тому, почему фактор безопасности равный двум — это не очень много. Почему при испытаниях используют повышенное давление? Потому что оно позволяет выяснить, достаточно ли прочна ткань силовой оболочки. Если прочность недостаточна, то при слишком высоких нагрузках ткань выйдет за пределы допустимых деформаций и обратно не вернется — так же, как излишне растянутая при перегрузке пружина не сможет вернуться к исходной длине — и перестанет выполнять свои функции.

Когда человек со стороны смотрит на скафандр, он видит лишь крутую космическую униформу. Но с инженерной точки зрения это сосуд под давлением, поэтому он должен испытываться так же строго, как любые баллоны и емкости под давлением, — как это делает Котлонадзор в России.

В технике много сосудов с фактором безопасности ниже тройки и даже двойки. Например, герметичная кабина самолета на высоте может иметь фактор безопасности 1,1. Но для скафандров это недопустимо: они сделаны из ткани, а не из металла. При наддуве поверхность ткани тянется, нагрузки в ней идут и по диагонали, не встречая на своим пути волокон, отчего ткань легче деформируется. Поэтому здесь выбор фактора безопасности ниже тройки объективно нежелателен. Тем не менее SpaceX на это пошла.

Нынешнее изделие компании используется исключительно для обеспечения безопасности астронавтов внутри корабля Crew Dragon в случае его разгерметизации — а не для того, чтобы в нем можно было работать вне космического корабля. Поэтому требования к ним, с одной стороны, заметно ниже: у них нет своего автономного источника воздуха, так что при разгерметизации их нужно включать в систему жизнеобеспечения корабля. С другой — подвижность в них должна быть значительной, чтобы астронавты могли активно реагировать на нештатную ситуацию.

Пока ситуация по внутрикорабельному скафандру SpaceX выглядит не лучшим образом. То есть да, он работает, но недостаточно надежен и удобен.

Во-первых, у него снижен фактор безопасности — видимо, чтобы обеспечить меньшую массу. Во-вторых, гермомолния для входа в него находится между бедер, в паху. Наверное, это делает внешний вид костюма более эстетичным, но в то же время залезать в скафандр «между ног» не очень удобно.

Получается, астронавт будет извиваться как червяк и вряд ли сможет попасть в костюм своими силами. Для сравнения: у российского «Сокола» вход спереди, через грудь, без лишней эквилибристики, и надеть его можно за считаные минуты. В-третьих, сомнителен и шлем, распечатанный на 3D-принтере. Он пластиковый, отчего его толщина — 25 миллиметров, а не полтора, как у алюминиевых аналогов других производителей. Это оставляет меньше места для головы человека — что однозначно менее удобно.

Почему первый костюм SpaceX получился таким неоптимальным? Вероятно, главная причина в подходе к его созданию. Сперва Маск поручил дизайнеру костюмов для фильмов о супергероях Хосе Фернандесу (Jose Fernandez) проработать внешний облик скафандра, а уже затем под этот внешний облик стали проектировать системы костюма. При таком подходе трудно ожидать, что конечное изделие будет беспроблемным.

Что мы видим на фото и на видео? Скафандр SpaceX вырастает в размерах. Большие плечи, шейная часть вырастает по длине в два раза, кривые ноги, как у кавалериста, – все части значительно вырастают в размерах. Плохо это или хорошо? Ну и пусть вырастают, дело не в этом. Вопрос в болезненных ощущениях: если становится больно под мышками, под коленкам будет ещё хуже.

У этого скафандра совсем нет шарниров, разве что на пальцах перчаток, – под давлением астронавт не сможет пошевелиться, причём совсем. Останется лишь ждать аварийного приземления. Значит, только автоматика должна сделать всё, чтобы отработать по операциям приземления. Напомню – у других скафандров много шарниров для подвижности, что означает больше комфорта и возможностей для астронавтов.

Выполнит ли скафандр SpaceX свою функцию по выживанию при разгерметизации капсулы? Да, выполнит. Но выполнит плохо. По сравнению с другими, в нём будет очень неудобно.

Дальше по списку – необычный вход. Астронавту придётся влезать в этот скафандр как червяку, и кто-то ему должен помогать. А потом ещё надо как-то вылезти!

Удобно? Нет. Можно пользоваться? Да. Но зачем так сложно устроено? То есть не как сделать поудобнее (читай – функциональнее), а как помоднее, чтобы молнии не было видно.

Как выполнен вход у «Сокола» (российского аварийно-спасательного скафандра)? Он находится спереди, на груди, и космонавт сам одевается, сам застёгивается, а затем сам, без помощи, раздевается.

Скафандр SpaceX – индивидуального размера. Хм. Современные тенденции скафандростроения состоят в том, чтобы сделать скафандр, подходящий людям разного роста и комплекции. Для коммерческого космоса важно сделать скафандр с универсальными мерками, чтобы иметь в линейке как можно меньше размеров, но с возможностью подгонки. Это удешевит производство и эксплуатацию, позволит быстро сделать замену и за пару минут подогнать скафандр по фигуре нового астронавта. А тут всё сделано, как на заре пилотируемой космонавтики, когда не было массовых полётов, а имелись небольшие отряды космонавтов – и государственные программы совсем не считали деньги.

Несколько слов о шлеме. Крутой. И неудобный. Напечатанный пластик не особо прочный, поэтому толщина стенки шлема около 25 мм. У других скафандров это же место выполнено из алюминия, с толщиной стенки 1,5 миллиметра.

Шлем сделали по типу мотоциклетного, но тот спроектирован для езды на большой скорости, в нём хорошо организована вентиляция для удаления выдыхаемого газа и охлаждения головы. Тут же нет ни скорости, ни набегающего потока воздуха, а значит – возможны проблемы с вентиляцией и охлаждением.

Размеры шлема у скафандра «Сокол» больше, и он более комфортный. NASA для своих внутрикорабельных скафандров тоже увеличили размеры шлемов – сейчас в них можно даже свободно вращать головой.
В скафандре SpaceX меньший размер шлема позволяет поворачивать и наклонять голову только на небольшой угол.

Можно ещё поговорить о перчатках, о непонятной системе вентиляции (где выход воздуха из скафандра?), но это более узкие и специализированные вопросы.

Но есть и другое, более важное обстоятельство – система разработки, испытаний, доводки и сертификации в компании SpaceX. Обычно когда испытатель, а потом и космонавт говорят: «Мне тут неудобно или плохо, тут надо улучшить», конструкцию изменяют и дорабатывают, чтобы не было нареканий.

Например, астронавт поднимает руку в плече, чтобы поудобнее взяться и пролезть в люк корабля, и говорит: «А тут мне жёсткая плечевая накладка мешает руку поднимать». В обычной компании её берут и отпарывают – и всё. И ничто больше не мешает поднимать руку астронавту: стало удобнее. А тут это запрещено делать. Ведь эти жёсткие плечевые накладки введены модным дизайнером, их нельзя трогать! Они не несут функционала, они для красоты. Конструктор не может внести изменения, астронавт или испытатель не могут пожаловаться.
Вот так. Плохо это или хорошо – решайте сами. Но я для себя уже всё решил.

Вот такое мнение специалиста!