Блог Даніеля Маріна
На даний момент ми всі знаємо, що NASA планує поставити людину на місячну поверхню в 2024 році. На сьогоднішній день немає чіткого плану, і залишається розробити та побудувати ключовий апарат: місячний модуль. Але є ще один важливий елемент, про який ніхто не говорить, і ви повинні спроектувати його перед відправкою на Місяць. Ми говоримо про скафандри. На перший погляд, ми можемо подумати, що астронавти вже одягаються у водолазні костюми під час своїх орбітальних подорожей, і, отже, їм потрібно буде лише пристосувати для Місяця, так? Ну ні. Це не так просто. На всіх пілотованих кораблях, які зараз розробляються в США, - тобто "Оріон", "Дракон 2" і "Старлайнер" - немає космічних костюмів для виходу за межі транспортного засобу. Іншими словами, водолазні костюми позашвидкісного типу (EVA). Те, що будуть носити космонавти, - це костюми внутрішньошлункового тиску (IVA), які не дозволяють отримати доступ назовні і, тим більше, на місячну поверхню.
НАСА хоче відправитися на Місяць із космічним кораблем "Оріон", єдиним, призначеним з нуля для виконання місій за межами низької орбіти. І це недоступний варіант з політичних причин. Оріон, як і решта транспортних засобів, використовує внутрішню атмосферу, подібну до тієї, що є на Землі на рівні моря (тобто 101,3 кілопаскалі тиску і складає приблизно 79% азоту та 21% кисню). І тут виникають проблеми. Експлуатовані позашляхові водолазні костюми працюють із чистою кисневою атмосферою, щоб зменшити тиск у костюмі. Чим вище тиск, тим складніше рухати суглоби. Не забуваємо, що скафандр - це, в основному, повітряна куля з людиною всередині, тому ідеальним є як можна менше зменшити тиск костюма, щоб збільшити рухливість. Звичайно, ми можемо зменшити його до мінімуму 21,3 кілопаскаля (або 0,2 атмосфери), що дорівнює парціальному тиску кисню на рівні моря, але не більше.
Американські скафандри (NASA). Характеристики костюмів EVA (NASA).
Однак, чим нижчий тиск у костюмі, тим більше часу нам потрібно для повного видалення азоту з крові та виключення ризику емболії під час декомпресії. Якби ми починали з атмосфери чистого кисню всередині транспортного засобу, нам не довелося б проводити будь-який процес декомпресії, як це сталося в програмах Близнюків, Аполлона та Скайлаба (Скайлаб мав змішану атмосферу кисню та гелію, але для практичних цілей це те саме). Однак вибір атмосфери Оріона не дозволяє обговорювати на даний момент, особливо якщо ми плануємо посадку на Місяць протягом п’яти років. Під час запуску астронавти «Оріона» будуть носити костюм під тиском, який називається OCSS (система виживання екіпажу Orion), хоча насправді це варіант некелевого костюма ACES (Advanced Crew Escape Suit), що використовується в місіях космічних човників з 1990-х по 2011 рік. The OCSS/ACES здатний витримати невеликі надзвичайні позашляхові заходи, які тривають кілька хвилин, але це не позашляховий костюм, оскільки він, серед багатьох інших обмежень, залежить від системи життєзабезпечення автомобіля.
Внутрішньоклітинний костюм OCSS космічного корабля "Оріон" (NASA). Моделювання космічного виходу за допомогою костюмів MACES з космічного корабля "Оріон" (NASA).
Під час адміністрації Обами костюм MACES (Modified Advanced Crew Escape Suit) був задуманий для того, щоб дозволити виходи в космос у - тепер скасованій - місії ARM для відбору зразків з астероїда, але розробка цього костюму була обірвана з доступом адміністрації Трамп до Білого дому. У будь-якому випадку для місії на місячну поверхню костюм MACES потрібно було б змінити. Отже, очевидно, що немає іншого варіанту, крім як носити та розробляти ще один космічний костюм типу EVA, спеціально створений для використання на місячній поверхні. Альтернативою може бути оснащення місячного модуля костюмами EMU (Екстравехікулярної мобільності) Міжнародної космічної станції (МКС), які є справжніми водолазними костюмами EVA. Але, крім наявності лише чотирьох рюкзаків для життєзабезпечення (PLSS, з яких принаймні два завжди на борту МКС), їх потрібно було б модифікувати для використання на Місяці. Зокрема, потрібно було б збільшити рухливість костюма на талії, щоб можна було ходити, а також забезпечити його відповідними черевиками та рукавичками, а також додатковим захистом від абразивного місячного реголіту.
Костюми, розроблені NASA за останні роки (NASA).
NASA витратив роки, розробляючи прототипи того, яким повинен бути новий дослідницький костюм майбутнього, призначений для використання на Місяці та Марсі. Оскільки введення в експлуатацію цього водолазного костюма не вважалося надзвичайною ситуацією, NASA вирішило визначити пріоритет безпекою операцій і обрало напівжорсткий костюм із відносно високим внутрішнім тиском, який працює при 57 кПа (0,6 атмосфери) з 34% кисню, безпрецедентна концепція в історії освоєння космосу. Таким чином, космонавтам знадобиться мінімальний період декомпресії, починаючи з атмосфери, подібної до земної, і ризик емболії зменшується. Натомість, звичайно, вам доведеться побудувати жорсткий водолазний костюм, який не надується, як повітряна куля, під цим тиском.
Прототип напівжорсткого костюма EVA наступного покоління (NASA).
А де цей костюм? Ну, наразі є лише прототипи. У рамках програми xEMU (Exploration EMU) НАСА розробляє напівжорсткий водолазний костюм у глибокий космос, який працює при 57 кПа. До 2023 року агентство очікує, що версія xEMU Lite буде готова до тестування на МКС. Ця версія буде працювати при тому самому внутрішньому тиску, що і поточний ЕВС, тобто 30 кПа (0,3 атмосфери). Проблема полягає в тому, що xEMU був задуманий як попередній крок для марсіанського костюма, mEMU (на той час пріоритетом НАСА був Марс), і він був спрямований на цислунарні операції, тобто навколо Місяця, а не на місячній поверхні. Тож ще раз, xEMU потрібно було б змінити, щоб дозволити місячні прогулянки, хоча це, безумовно, не було б дуже кардинальними змінами.
Костюми EVA майбутнього (NASA). Відмінності між xEMU та xEMU Lite (NASA).
На даний момент NASA створило прототипи Z-1 та Z-2 xEMU, які більше схожі на російський костюм Орлана, ніж на традиційний ЄВС. Справді, xEMU складається з жорсткого металевого тулуба, який безпосередньо підключається до рюкзака для життєзабезпечення PLSS. Астронавт заходить у його інтер’єр, складаючи рюкзак, ніби це двері, так само, як у російському Орлані. Крім того, Орлан також має більш високий внутрішній тиск саме для полегшення процедур декомпресії. На додаток до програми xEMU, NASA вклало багато грошей у програму PLSS 2.0 для розробки нового рюкзака для життєзабезпечення. Обидві програми, очевидно, пов'язані між собою, але існує певний ступінь накладання компетенцій, що призводить до плутанини.
Костюм xEMU може бути використаний у концепції портфеля одягу з іншими транспортними засобами (NASA). Прототип Z-2 напівжорсткий костюм EVA (NASA).
Очевидно, що NASA має сприяти розвитку xEMU і створити місячний варіант - lEMU? - До 2024 року, якщо він хоче, щоб хтось ходив по поверхні Місяця. Все одно буде парадоксальним, що посадка Місяця на Місяць у 2024 році повинна була бути відкладена через відсутність елемента, начебто простого, як водолазний костюм.
Побачимо щось подібне у 2024 році? (POT).