Веймско-Вогезийская космическая программа №2. Скафандры USS-6.

Вступление

Космос — исключительно враждебная для человека среда. В космосе, в отличии от условий нашей планеты крайне резкие перепады температур, от 100 градусов Цельсия в участках подверженных прямому солнечному из лучению, до - 150 градусов по Цельсию в местах отсутствия солнечного воздействия. Мало того, полное отсутствие пригодного для дыхания кислорода в космосе буквально за 20 секунд человек теряет сознание, но что куда опаснее - так это микрометеориты, которые передвигаются с огромной скоростью и буквально превращают всё незащищенное от них в решето. Мало того, в космосе крайне низкое давление, что вызывает закипание крови и незамедлительную, крайне мучительную смерть.

Для того, что бы защитить космонавтов от всех негативных воздействий космоса на человеческий организм, ученые из Веймского Союза и Вогезии в течении нескольких лет разрабатывали новые костюмы и совершенствовали старые. Стоит сразу сказать, что из двух стран, только Веймский Союз запускал человека в открытый космос, но тогдашний скафандр был ранней моделью и в нынешних реалиях совершенно не пригоден для запуска человека в космос, чего уж говорить о планируемых отправках человека на спутник Евромемии - Мемперию. Огромное множество рисков и большие затраты на программу по созданию защитных костюмов привели ученых Вогезии и Вейма к осознанию того, что подобные скафандры должны иметь по мимо полной герметичной защиты человека от агрессивной среды, так же и возможность минимального стеснения человека и ограничения его движений. Такие критерии можно назвать недостижимыми, но умы ученых Вогезии и опыт космических полетов Веймского Союза показывают, что подобные скафандры не только возможны в разработке, но и пригодны для частичного серийного производства.

Материалы изготовления и последовательность создания

Атмосферный слой

Внутренний слой скафандра состоит из полиуретана, который создает абсолютную герметичность костюма. Внутренний слой нужен для поддержания внутри скафандра собственной атмосферы, что сразу наталкивает на мысль о том, что полиуретан, при таких перепадах давления снаружи скафандра и внутри просто затвердеет. Эту проблему решает второй слой, который состоит из нейлоновой ткани с неопреновым покрытием. Вместе эти два материала соединяются между собой микро прослойкой из склеевающего материала, который в дальнейшем под действием ультрафиолетового излучения высокой концентрации затвердевает и частично впитывается в нейлоновый сой гарантируя тем самым надежное соединение превращаю первые два слоя в единое целое без возможности их рассоединить. Опережая заявления о том, что под воздействием высоких температур, соединяющий слой расплавится и лишит первые два слоя герметичного соединения, сразу скажем, что при воздействии направленного ультрафиолетового излучения на стадии производства, часть веществ испаряется меняя физические свойства соединительного материала в результате чего он теряет возможность плавления, что и гарантирует прочнейшее соединение первого и второго слоев. Тем не менее, не смотря на то, что соединительный слой теряет возможность плавиться и загустевает, он остается эластичным, что гарантирует отсутствие стеснения для космонавта в скафандре. Данные слои условно называют атмосферными, так как они служат для поддержания собственного давления и наличия воздуха внутри скафандра. Данные слои используются на всех моделях скафандров, но об этом позже. Так же сразу стоит сказать, что давление внутри скафандра составляет всего три десятых килограмма на квадратный сантиметр, что составляет одну треть от привычного для человека давления в Евромемии. Тем не менее, подготовленные астронавты способны в течении нескольких суток без вреда для здоровья и без дискомфорта провести в подобном скафандре, но так как автономный запас кислорода в скафандре составляет всего лишь 3 часа без дозаправки, то именно этим условно ограничена длительность проведения работ в открытом космосе. Это относится только к автономным скафандрам, не привязанным к системе подачи кислорода по средствам шланга, при его подачи в скафандр длительность пребывания в открытом космосе составляет от 3-х до 24-х часов, но как уже говорилось ввиду множества факторов, обычно длительность пребывания человека в скафандре составляет не более 3-х часов.

Соединительные детали скафандра.

В космосе в состоянии полной невесомости и при воздействии жесткого каркаса скафандра движение крайне затруднительно, особенно в местах сгиба суставов, поэтому данные участки скафандров, в зависимости от их предназначения имеют систему подшипников и сферических соединений. Это крайне важно, ведь без этих деталей, человек не сможет свободно двигаться. Во всех без исключения скафандрах используют систему подшипников в районе коленей и локтей, которые обеспечивают надежную фиксацию суставов астронавтов, при этом давая возможность движения. Устройство подшипниковых систем в районе коленей выглядит следующем образом.

Участки локтевого и коленного соединения

В местах где расположены колени и локтевые суставы отсутствует атмосферный слой, в место него установлены системы подшипников, к которым со внешней стороны пришиты и вклеены части атмосферного слоя, при этом внутренняя часть имеет только нейлоновую прокладку для защиты подшипников от пыли, ниток и других не нужных веществ с внутренней одежды космонавта.Сами подшипники сделаны таким образом, что подвижная (внешняя) часть подшипника представляет из себя цепочкообразную деталь, соединения который пропитаны специальным смазывающим веществом, которое обеспечивает герметичность и долговечность подшипниковых систем в районе колена. По мимо этого боковые части подшипника имеют тонкий слой из смеси полиуретана и специальной резины, которые эластичны и обеспечивают герметичность самого подшипника, который полностью защищен от внешних воздействий. Так же для обеспечения герметичности подвижного узла, внешняя часть подшипника имеет нашивку из атмосферного слоя, с запасом по изгибу, при этом сам этот слой ничем не заполнен, что дает дополнительную герметичность соединения в случае, если система герметизации подшипника не дает полную герметичность. Не смотря на казалось бы громоздкость конструкции, она выполнена из титанового сплава с применением синтетических соединительных материалов, что обеспечивает надежность узла при этом отсутствие люфтов внутри него при этом сохраняя небольшие габариты. Данные узды с наружи скафандра так же имеют карбоновые вставки, которые защищают данный узел от деформации по средствам столкновения с микрометеоритами и удара о конструкции ракеты, спутника или твердые породы самой Мемперии.

Участок соединения в районе пояса

В соответствии от типа и предназначения скафандра виды соединений в районе поясам могут отличаться, но при этом сама концепция остается прежней. Соединение представляет из себя два подшипника соединенных между собой тонким каркасом из термоустойчивого алюминиевого сплава высокой прочности, который имеет систему петельного крепления, позволяя дополнительно двигать телом вперед и назад в районе пояса на 25 градусов вперед и 15 градусов назад, при этом не теряя прочность конструкции. Сами же подшипники представляют из себя два тонких, но прочных подшипника, которые имеют классический вид, но при этом за в задней части имеют установленный электромотор для помощи космонавту во вращении телом в районе пояса. Это необходимо по причине того, что подшипников два и пространство между ними занимает как сам мотор, так и система соединения двух подшипников для возможности наклона. Герметичности данной конструкции обеспечивает тонкая гелевая прослойка, которая с двух сторон загерметизирована полиуретаном, при этом со внутренней стороны полиуретан имеет систему тонких спиц в горизонтальном положении, которые обеспечивают поддержание формы скафандра при сгибе и вращении корпусом. Внешняя же часть представляет из себя выступающий в перед на 7 мм. «надувной круг», который служит для полной герметизации соединения в районе пояса.

В случае если костюм предназначен для выхода в открытый космос для обслуживания ракеты или космических станций снабжения, подшипники имеют строгую фиксацию не давая космонавту при соударении о детали конструкции ракеты или космической станции повредить позвоночник в районе пояса, в виду этого ограничение на вращение в этой зоне составляет 25 градусов.

В костюмах предназначенных для выход на поверхность планеты ограничение на вращение подшипников снято в виду действия силы гравитации и более простого контроля над телом. Тем не менее, не смотря на отсутствие механического ограничения на вращение, предусмотрено ограничение в виде сопротивление вращению по достижению угла в 35 градусов. После преодоления данного градуса активируется электродвигатель, который до этого помогал космонавту во вращении телом в районе пояса, двигатель начинает работать в противоположном направлении углу поворота корпуса, при этом происходит это не резко, постепенно наращивая усилие и по достижению угла в 45 градусов полностью блокируя дальнейший поворот корпуса. Такая система не приносит дискомфорта, при этом не давая повредить космонавту в состоянии малой гравитации позвоночник.

Шаровые подшипниковые соединения.

Шаровые подшипниковые соединения представляют из себя вложенные друг в друга две сферические детали из титанового сплава, которые соединяются между собой по специальными шариками на подобии подшипниковых, при этом имея предусмотренный внутренний люфт для возможности вращения конечностями в трех плоскостях. Это сложная конструкция имеет внутри себя гелевые прослойки для герметизации участков в которых расположены шары, при этом сохраняя возможность вращения без протечек смазочного вещества внутри себя. Две детали соединены между собой системой магнитов, которые в свою очередь в виде точечного покрытия нанесены на внешнюю часть детали и загерметизированы. Такой тип соединения позволяет полностью герметизировать внутренний подвижный участок детали. Стоит так же добавить, что подшипники такого типа имеют ограничения на движение, это выглядит следующим образом: в верхней подвижной детали сферического соединения есть вырезы поз запястья, стопы, бедра и другие части тела, на которых они крепятся. Таких вырезов всего четыре не считая сквозные вырезы для надевания. Такие вырезы служат для возможности изгиба конечности на 55 градусов в верх низ, лево и в право. В местах где эти вырезы отсутствуют предусмотрено конструктивное расширение сквозного отверстия в местах изгиба для получения возможности движения на 30 градусов без ограничений. В качестве ограничения используется система тросов под натяжением, которые соединены с неподвижной частью скафандра между вторым и третьим слоем. Они служат для натяжения и фиксации детали, а так же для ограничения в виде натяжения и сопротивления движению конечности при достижении угла в 7 градусов до конечной отметки, для избежания соударений и возможной деформации детали.

Система жизнеобеспечения

Система подачи и отчистки кислорода

В космосе астронавт дышит чистым кислородом, который подается в скафандр через шланг с самой ракеты или через систему запаса автономной подачи кислорода, который хранится в жидком состоянии под большим давлением при заведомо пониженной температуре. Это необходимо для возможности размещения запаса кислорода, которого хватит на 3 часа в каждом баллоне, таких баллонов за спиной у астронавта всего два и пони представляют из себя прямоугольные емкости имеющие внутри себя соединение из тросов, которые обеспечивают прочность конструкции балона без деформации. Важной частью системы подачи кислорода является автоматическая система клапанов, которая автоматически производит подачу кислорода в скафандр. Стоит так же отметить, что к астронавту в скафандре крепится огромное количество датчиков, которые считывают состояние астронавта, процентное содержание кислорода в крови и температуру астронавта. Это необходимо для автоматической регулировки подачи кислорода в скафандр.

Но огромной проблемой является то, что при выдохе, астронавт выделяет токсичный углекислый газ, который может причинить вред астронавту. Для борьбы с этим явлением в скафандр встроена система жизнеобеспечения, которая имеет в своем составе систему фильтров, предназначенная для удаления углекислого газа из скафандра, его отчистки и возможности вторичной подачи в скафандр. Фильтры представляют из себя угольный слой для удаления неприятного запаха, после чего проходят через слой гидроксида лития, который удаляет углекислый газ.

Система контроля за температурой и термоизоляционный слой.

Ввиду того, что перепады температур в космосе губительны для человеческого организма, скафандр имеет многослойную систему теплоизоляции, которая состоит из неопрена, гортекса и дрейкона, которые соединены между собой с обеих сторон специальными нитями, стыки которых пропитаны герметическим веществом, который используется при производстве атмосферного материала.

По мимо этого в скафандре предусмотрена жидкостная система охлаждения, которая отводит от тела астронавта тепло. Она представляет из себя тонкие трубки по которым циркулирует вода. Тепло отводится в несколько мест за пределы скафандра, при этом охлаждаясь в местах, где нет прямого солнечного излучения. За этим следит так же встроенная компьютеризированная система в скафандре.

Внешние слои скафандра

Внешние слои скафандра должны защищать внутренние слои и тело астронавта от микрометеоритов. Для того, что бы микрометеориты не могли повредить внутренние слои скафандра, внешний слой создается из семи слоев алюминизированного майлара, исключительно прочного полиэфирного материала. Так же внешний слой с внешней стороны сделан из гортекса, кевлара и огнеупорного номекса белого цвета, для непосредственной защиты от жесткого солнечного излучения. Данный слой характерен тем, что имеет повышенную прочность ввиду кевларовых вставок и алюминизированного майлара, который гарантировано защищает скафандр и астронавта от микрометеоритов.

Итог

В результате долгих лет исследований и исправления ошибок, ученым из Веймского Союза и Вогезии удалось создать скафандр толщиной всего в 4мм в местах без подвижных деталей и толщиной до 1.4 сантиметра в местах, где расположены подшипники и соединительные детали. Стоит сразу же сказать, что за долгие годы исследований и разработок в космос были запущены 4 астронавта с прототипами данных костюмов разной модели в разные периоды проектирования, что дало обеим сторонам огромный опыт и понимание недостатков прототипов скафандров, которые в новой модели именуемой USS-6 ( Universal Space Suit ). Скафандр получился универсальным и имеет всего две модели под разные задачи - это USS-6, предназначенный для выхода в открытый космос для обслуживания станций, спутников, ракет или для исследований и USS-6M, который предназначен для выхода на другие планеты. Отличия между ними в системе подшипников, USS-6M более подвижный чем USS-6 и имеет больший запас кислорода рассчитанный на 6 часов использования автономно. На данный момент ученые называют данные скафандры самыми лучшими и технологичными в мире.

Источник: m.vk.com