Скафандр для высадки на Европу и Луну — каким он должен быть?

Ведущий конструктор FFD Николай Моисеев (слева) и президент компании Тед Саусерн (справа) демонстрируют новый дизайн скафандра

Привет, Geektimes. Сегодня снова у нас в гостях Николай Моисеев — ведущий конструктор и главный инженер компании Final Frontier Design(FFD) с офисом в Бруклине, Нью-Йорк. Основное направление работы компании — создание космических скафандров и отдельных элементов к ним (например, перчаток). Николай работает в этой сфере уже более 20 лет, и сегодня он согласился рассказать о своей текущей работе и о том, как обстоит дело с разработкой скафандров в других компаниях. 

В прошлом году Николай уже рассказывал о своей компании, также онанализировал скафандр из «Марсианина», в котором путешествовал по Марсу герой Мэтта Дэймона. Сегодня мы узнаем о том, каким может быть скафандр для высадки на планеты и спутники, что собой представляет идеальный скафандр и насколько сложным может быть процесс создания одной перчатки для «космического костюма».

Николай, здравствуйте! Скажите пожалуйста, над каким проектом или проектами вы работаете сейчас?

Сейчас мы закрываем контракт по производству перчаток для NASA. На этой неделе к нам приезжает группа из NASA, и компания будет проводить испытание новых перчаток. Для этого мы сертифицировали все наше оборудование, проведя огромное количество часов за бумажной работой. Дело в том, что испытание проводится на человеке. Поставка перчаток начнется в июле, и после этого контракт будет закрыт. Будет ли продолжение совместной работы – пока не знаем, но мы надеемся сотрудничать с NASA дальше. 

Также у нас есть несколько мелких проектов, например, разработка перчаток для электриков. Мало кто может представить себе, кроме профессионалов, какие могут быть последствия от воздействия на организм 5000 вольт. А электрик должен взять эти провода под напряжением в руки, работать с ними. Могу сказать прямо, что эти перчатки внешне не слишком красивы. В общем-то, кто-то несведущий может сказать, что эта работа не слишком важна. Но этот контракт довольно выгоден для нас, компания должна работать и зарабатывать. Кроме того, в ходе этой работы мы применяем новые идеи в плане эргономики. У нас есть новые идеи для того, чтобы увеличить тактильность и защиту рук.

Мы работаем и над рядом тренировочных проектов, включая примерку наших скафандров (программа The Space Suit Experience). Специализированные университеты США тренируют своих студентов для полетов в космос, обучают их правилам работе в скафандрах и прочим премудростям. И такие образовательные проекты тоже приносят деньги и известность компании. Например, в октябре была группа из 30 человек, которые меряли скафандры и «слетали» в космос на симуляторах. В апреле — 15 человек. Но подробнее об этом поговорим чуть позже. 

В скором времени предстоят тестовые полеты по параболе для создания условий невесомости [имеется в виду специальный самолет NASA C-9, — прим. pед]. В июле, августе и октябре планируются тренировки и обучение студентов. В начале следующего года будут проводиться полеты по контракту с NASA с нашим новым скафандром, тоже по параболе, в условиях невесомости, всего 75 парабол. Испытания будут проводиться по утвержденной методике. Один из важных этапов для нашей компании- сертификация нашего скафандра для полетов в космос. 
75 парабол это фактически 75 полетов? Или во время одного полета осуществляется несколько парабол?

На испытания отведены три дня. В течении одного полетного дня будут проведены 25 парабол. В процессе испытаний иногда возникают интересные моменты. Например, последний раз в октябре, когда мы проводили испытания, некоторым участникам эксперимента просто стало плохо. Таким образом проводится отбор. От ощущений невесомости одни испытывают восторг, другие очень плохо себя чувствуют. 
По идее, отбор космонавтов можно проводить уже на ранней стадии именно в таких условиях. Когда ты находишься в состоянии качки, то взлетаешь вверх, то падаешь вниз, то можешь испытывать либо восторг, либо тебя укачивает и становится плохо, появляется бледность.

Следующий вопрос о современных перспективных скафандрах нового типа. Разработок на самом деле не так много, и большинство из них достаточно старые. Космонавты летают лишь в слегка усовершенствованных моделях скафандров. Скажите, а есть ли принципиально новые модели скафандров, созданные с нуля?

Да, традиционно НПП «Звезда» в России, под эгидой Роскосмоса, производит скафандры для выхода в открытый космос. Каждые 5-10 лет скафандр «Орлан» обновляется, разработчики регулярно выпускают обновленные модели.

NASA также работает над усовершенствованием таких скафандров. Например, новый скафандр был собран в конце прошлого года, я имею в виду модель Z2. Это модель с входным люком на спине. Правда, нельзя сказать, что этот скафандр так уж сильно отличается от предыдущих. Прототипы были созданы намного раньше. Например, в Советском Союзе такой скафандр был создан еще в начале 60-х. Но если NASA реализует этот проект, то он станет первым полетным скафандром для NASA с задним входом/выходом сзади. В нем будут усовершенствованные шарниры, другие элементы. В целом он будет тяжелее, чем предыдущие модели EMU (Extravehicular Mobility Unit). Это так называемый скафандр Space Shuttle. Мне, как профессионалу, увеличенная масса скафандра конечно не нравится, учитывая, что на дворе 21 век. Скажу также, что это мое личное мнение, а не мнение всей моей компании.

По поводу самых современных суперидей… Такие новости периодически появляются в прессе, что якобы какие-то компании обещают создать суперинновационный скафандр. Или вот, например, мне студентка из Австралии написала: «Скафандры очень дорогие. Я полагаю, что могу сделать скафандр за 150 долларов». Но мы же не против. Делай, кто тебе мешает? Сделай хотя бы вот один рукав, с двумя заглушками, затем проведи испытания под давлением. А потом проведи эксперимент с опрессовкой [испытание на повышенное давление, — прим. ред]. Затем нужно провести эксперимент на взрыв, когда перчатку или рукав нужно надуть до такой степени, чтобы она взорвалась. При проведении таких испытаний должен быть стенд, который сможет защитить испытателя. Это необходимо по правилам техники безопасности. Так вот, у тебя должен быть стенд, который создает давление, источник, компрессор, который стоит 1000 баксов и соответственно ты должна узнать при каком давлении рукав лопнет.

Если рабочее давление, допустим, 0,4 атмосферы, то нужно делать опрессовку при 0,6 атмосферы. Взорваться рукав должен не меньше чем при 1,5 атмосферы. Я называю ориентировочные цифры. Понятно, что все это стоит денег – испытания, материалы, работа. Энтузиасты просто не понимают, сколько промежуточных пунктов между идеей и ее реализацией, если говорить о космонавтике. Поскольку я в этой теме много лет, уже 30, то периодически вижу, как появляются подобные новости.

Работаем ли мы над инновациями? Да, работаем, но мы не будем объявлять об этом раньше времени. Например, делая рукав нового скафандра, мы делаем один макет. Не понравился… Второй макет — уже лучше, но все равно есть недостатки. О новом рукаве, пока он не доведен до рабочего варианта, мы никому не будем рассказывать. Но этот рукав вполне может стать родоначальником какого-то нового поколения скафандров. Мы начинаем с малого, потом развиваемся дальше. Но раньше времени ничего в прессу не просочится.
Хочу заметить, что эта работа требует времени и она не оплачивается. Если мы хотим получить контракт на производство нового скафандра, мы должны представить NASA или кому-то другому прототип. Только под идею здесь денег не дают, точнее — мало шансов получить такой контракт. Если ты пришел и сказал, что у тебя есть гениальная идея, то скорее всего на ее развитие ты денег не получишь. А если ты придешь и скажешь, что у тебя есть работающий прототип, то в этом случае шансы будут гораздо выше.

Каким, по вашему мнению, должен быть идеальный скафандр?

Да, интересный вопрос… Вообще говоря, идеальный скафандр должен быть как можно легче. Современные модели очень тяжелые и весят больше 120 килограммов. И это скафандр для одного человека. Если вдруг мы полетим на Луну, на Марс и наденем этот скафандр, выйдем на поверхность планеты, мы можем упасть и не подняться, даже несмотря на то, что там, на Луне и Марсе, уменьшенная сила тяжести. Будущий планетарный скафандр должен быть минимум в два раза легче. Нужно сделать скафандр с принципиально новой конструкцией и дизайном.

А была же ситуация, когда астронавт вышедший на поверхность Луны, лежал? Он лег специально. Ему помогали вставать или он сам встал?

Он сам, но с десятой попытки. Он воспользовался тем, что на Луне небольшая сила тяжести, но он не мог подняться нормально на колени, потом перейти на корточки и встать. В скафандре экспедиции Apollo такого сделать нельзя было. Но астронавт нашел выход. Он в жиме лежа резко оттолкнулся руками от поверхности и в прыжке встал на ноги. Кстати, скафандр экспедиции Apollo весил 60 килограммов, плюс в 6 раз меньше вес человека и скафандра на Луне. Отмечу, что шарниры для ног в этом скафандре были очень плохие. Согнуть ногу в колене и бедре на 90 и больше градусов, вот как мы можем, он не мог. А ведь некоторые люди могут даже свою коленку подвинуть к подбородку. В стандартном скафандре этого сделать было нельзя, максимально можно было согнуть ногу в бедре на 30 градусов. Отмечу, что в новейшем скафандре, разработанным нашей компанией, согнуть ногу в бедре можно, причем это уже больше 90 градусов.

Ничего себе прогресс! А как вы считаете, насколько реально, сохранив функциональность, снизить массу скафандра в два раза? Если да, сколько времени эта разработка может занять и с какими сложностями сопряжено?

Во-первых, это реально. Во-вторых, нужны новые материалы. В-третьих, необходимо финансирование, потому что затея недешёвая. Создать скафандр по новому принципу сложнее, чем усовершенствовать скафандр старого типа. Вот, например, еще в Москве, когда я занимался перчатками, мне на работе говорили: «Сделай, пожалуйста, простую перчатку.

Чего ты делаешь каждый раз перчатку все сложнее и сложнее?». А я отвечал: «Вот посмотрите на вашу руку, какая это сложная система! Как много там разных суставчиков и «шарнирчиков»… Это очень сложная вещь, и перчатка под высоким давлением также должна быть близка по функциональности к нашей руке».

Сейчас мы продолжаем работать в направлении совершенствования перчаток. Например, в той перчатке, которую мы сделали для NASA, деталей в 6 раз больше, чем у предыдущей модели. Это принципиально новый качественный уровень.

А каким должен быть скафандр для выхода на Плутон, например? А для выхода на поверхность Европы, спутника Юпитера? Ведь на этот спутник NASA планирует экспедицию.

Для того, чтобы начать проектировать скафандр на Плутон, на Марс или любую другую планету, надо знать условия применения. Пока про Плутон мы мало знаем, несмотря на успехи космонавтики. Начало разработки скафандра и любой технически сложной системы начинается с требований. Какая температура, какое давление, какая сила тяжести, какой состав атмосферы планеты – все это нужно знать. Пока все это про Плутон мы знаем приблизительно, не уточненные данные. 

Эти планы очень далекие, поэтому чисто по-человечески сложно обсуждать проект, когда туда еще не сели автоматы. Особенностью скафандра для Европы, спутника Юпитера, является то, что он должен обеспечивать противорадиационную защиту, поскольку Европа летает в радиационном поясе Юпитера. Даже у Земли есть радиационный пояс, и пока проблема решается просто – астронавты на МКС летают ниже радиационных поясов. Для того, чтобы полететь на Луну, нужно как можно быстрее их пройти, не задерживаться. И представьте, нам надо полететь на маленькую планетку, которая находится в мощном радиационном поясе. Европа в этом плане сложный объект для посещения. 

Гораздо проще организовать пилотируемую миссию на Ганимед, где есть жидкий океан, или на Каллисто, где тоже есть жидкий океан. К сожалению, почему-то об этом совершенно не говорят, все мечтают о Европе. А ведь Каллисто находится далеко от Юпитера, в спокойной зоне, где нет запредельных уровней радиации. 

В настоящий момент ни советский, ни российский, ни американский скафандры не обеспечивают противорадиационную защиту в достаточной степени для полета на Европу. Можно сказать, что они практически не защищают от радиоактивного излучения, особенно от тяжелых частиц.

Реально ли вообще говорить о радиационной защите применительно к скафандру?

Реально, у нас есть прототип.

Это коммерческая тайна или можно чуть-чуть нам рассказать о нем?

Во-первых, сделать макет противорадиационной защиты — это одно, а провести испытания — совсем другое. Мы провели испытания с одним уровнем радиации, потратили около $5000 в сертифицированной лаборатории ради получения протоколов испытания. Для того, чтобы выйти на испытания на ускорителе, где есть тяжелые частицы c большими энергиями, нужно $150000 долларов. Для нас эта сумма большая.

На сайте вашей компании есть раздел «The Space Suit Experience», где показаны скафандры и проставлена цена в $795.00. Это скафандры столько стоят?

Нет, эти скафандры не продаются. Их можно надеть, любой человек может заказать «примерку», в ходе которой можно одеть и опробовать скафандр. Это уникальная услуга в том плане, что в США живет несколько сотен миллионов людей. Дело в том, что если у тебя есть деньги и ты хочешь померять скафандр, то нигде в США этого нельзя было сделать. Правда, такая возможность есть в России. То есть американцу надо было ехать в Звездный городок под Москвой, покупать дорогие билеты, арендовать гостиницу. Все это выльется в сумму около $5000 или даже больше, в зависимости от программы. Здесь можно и скафандр «Сокол» примерить для корабля «Союз». Скафандр этот белого цвета, аварийно-спасательный. В российском центре можно померять и «Орлан». Раньше была возможность проводить тренировки в скафандрах под водой, однако сейчас бассейн, где проводились тренировки, закрыт на реконструкцию, может, в этом году откроется. 

Мы пока первая и единственная компания, которая предоставляет всем желающим людям с определённым уровнем физического здоровья попробовать и примерить скафандр в США, причем стоимость этой услуги очень умеренная. 

Эта услуга довольно популярная. Был, к примеру, у нас, пилот гражданский, летает на Boeing. Ему уже за 60, но он мечтает о космосе, хотя и понял, что уже не полетит. И здоровья уже нету. Но он приехал и был в полном восторге от этого. Он смог прикоснуться к своей мечте, к космосу. В музей сходить и посмотреть космический корабль – это одно. А здесь ты надеваешь скафандр и как руководитель корабля пробуешь садиться совершить посадку на Луну, на Марс при помощи симулятора. Пилот, о котором я говорю, выдержал все испытания, садился в любых условиях в нашем симуляторе. 

Есть другая категория людей. Это вот современные ребятишки, которые занимаются компьютерными играми. Не только геймеры, нет. Речь о девелоперах – они разрабатывают игры и периодические к нам приезжают. Они пытаются получить новые ощущения в скафандре, понять, что такое скафандр, чтобы потом создать какую-то новую игру. 

Еще одна категория, это люди, которые хотят сделать подарок кому-то на день рождения. Счастливчиков приводят сюда с закрытыми глазами, а потом им объявляют сюрприз. Человек открывает глаза, а тут — БАМ! Настоящий скафандр, можно примерить и сфотографироваться.

А в этом скафандре можно в космос выйти или по Луне прогуляться?

Возможно, в случае определенной доработки. Вообще говоря, скафандры делятся на два типа: внутрикорабельные, и внекорабельные. Внутрикорабельные, например, «Сокол», это легкие скафандры. Тот же «Сокол» весит десять килограмм. Внекорабельный «Орлан» весит 120 килограмм. В чем разница? Одна из причин, то что система жизнеобеспечения для «Сокола», грубо говоря, принадлежит кораблю, она — часть корабля. А у скафандра для внекорабельной деятельности (ВКД) система обеспечения автономная, она рассчитана на 9 часов, предел на 10 часов. Естественно, никто не работает там до предела. Обычно работают 6,5 часов, не больше, ведь физиологические потребности никто не отменял. Скафандр такого типа — это космический корабль на одного человека. Второе отличие этих двух скафандров, это то, что у них разные типы защиты. У скафандра ВКД снаружи экранно-вакуумная теплоизоляция, которая защищает от экстремальных температур, от холода и тепловых потоков. Также у скафандров ВКД есть солнечные светофильтры, которые защищают от яркого солнечного излучения. Без него астронавты просто ослепнут. 

Существует и третий тип скафандров, можно сказать универсальный. Это когда ты взлетаешь в одном и том же скафандре, летишь на Луну, опускаешься на ее поверхность, в нем ходишь по Луне и возвращаешься на Землю. Как всякая универсальная вещь, этот скафандр не очень хорош. Дело в том, что для работы в корабле такой скафандр слишком тяжел, плюс у него недостаточная подвижность. А ты должен выходить на поверхность планеты и работать. Поэтому этот скафандр имеет дополнительные шарниры, которые не нужны для внутрикорабельного скафандра. Обычно речь идет о подшипниках с уплотнениями, которых может быть 10 или 20 штук в скафандре ВКД. Таких подшипников всего одна пара в скафандре типа «Сокол».

А универсальные скафандры, о которых вы говорите, они существуют? И если да, то что это за модель?

Во-первых, это скафандр Леонова [скафандр «Беркут», — прим. ред.]. В нем Леонов вышел в открытый космос. Беляев ждал его, полностью экипированный, чтобы подстраховать если что. В этих же скафандрах космонавты и вернулись. Второй скафандр такого типа – это скафандр программы Apollo. Есть и еще идеи по поводу универсальных скафандров. Так, когда NASA рассматривало астероидную миссию, команда проекта поняла, что нужно брать с собой два типа скафандров на несколько месяцев полета. Взлетать в одних, выходить на поверхность астероида для сбора образцов — в другом, тяжелом скафандре на 1-2 часа. И они подумали, что можно взлететь в первом и выходить в первом, просто надеть на него верхнюю одежду, как говорят, с теплоизоляцией. На шлем смонтировать солнечный светофильтр, надеть теплозащитные перчатки, ботинки специальные, ранец на спину, ремнями его закрепить. Закрепить и карабины с фалами, чтобы не потеряться – их нет на легком скафандре. 

Оказалось, что нет, эта идея не работает. Команда NASA, потратив большие деньги, поняла, что в легком скафандре, даже усовершенствованном, с включением дополнительных подшипников в рукава и добавлением прочих элементов, невозможно выполнить эту работу по сбору образцов почвы астероида.

И последний вопрос по Луне. Конгресс США убеждает NASA в необходимости туда отправиться. Будут ли меняться, и если да, насколько значительно, те скафандры, в которых летали астронавты миссии Apollo? И вообще нужно ли что-то менять?

Изменения будут очень значительные, по многим параметрам. Миссия Apollo была на грани выживания. Рабочее давление в скафандрах было на самом минимальном уровне, еще бы чуть ниже и астронавты могли нанести вред своему здоровью. В новых лунных скафандрах рабочее давление будет значительно выше. В кабине лунного посадочного модуля перелетного корабля будет нормальное давление, ну может быть чуть-чуть пониженное, как в кабинах пассажирских самолетов. В таких условиях все будут нормально себя чувствовать. Какие еще изменения? Безусловно, это будут скафандры с задним входом, какими их сделали в начале 60-х годов советские инженеры.

Здесь есть еще один момент. Скафандры программы Аполлон был с гермомолниями, которые тяжело закрываются и открываются. Отказ или поломка одного «зуба» приведет к отказу всей молнии. Вся молния разойдется, и скафандр окажется открытым. Астронавт погибнет. NASA тогда ввело дублирование, одна гермомолния поверх другой. Сначала космонавт должен одну молнию закрыть, затем другую. Но это очень неудобно. В результате получился толстый пакет, который колом стоит на скафандре и его негде было разместить. Но выхода не было, причем молнию приходилось делать длинной. Все потому, что вход в скафандр должен быть достаточно большой, чтобы человек мог влезть. Потому что, даже если ты засунул ноги, плечи могут не влезть. Вход в скафандр — это один из критических вопросов разработки скафандров, поэтому в общем знаменателе нужен скафандр ВКД с входным люком сзади.

Николай, большое спасибо вам за интервью, за то, что нашли время рассказать нашим читателям о том, как обстоит дело в космонавтике со скафандрами!