Скафандр "Марсианина": взгляд специалиста

Рубрика "Гость блога". Сегодня наш гость Николай Моисеев - сооснователь американской частной космической компании Final Frontier Design, которая занимается разработкой космических скафандров. О Николае и его компании многие могли уже узнать из публикаций "Медузы" или Geektimes. Сегодня он, по моей просьбе, комментирует съемочные кадры будущего научно-фантастического фильма "Марсианин" (The Martian).

Обзор конструкции «скафандра» фильма Риддли Скотта «Марсианин»

Несомненно, это не настоящий скафандр, а фантазия художника–костюмера. На форумах в Америке, посвященным презентации какого-нибудь настоящего, реального скафандра, я встречал комментарии типа «Мне не нравится этот скафандр, а вот скафандр из такого фильма или иллюстрации к такой-то книге или компъютерной игре». То есть, самое главное сейчас оценивается внешний вид, а мои учителя на «Звезде» учили меня, что каждая лента и деталь костюма на скафандре строго функциональная и никак не для красоты. Времена меняются и функциональность сейчас не в почете. Илон Маск (Elon Musk) главным требованием к скафандру для капсулы Dragon выдвинул всего ОДНО требование – скафандр должен быть bad ass looking. Я не нашел этого значения в словарях, и знакомые американцы объяснили мне, что это означает «круто выглядеть». У серьезной компании только одно требование к скафандру! Сейчас их разработка скрывается от публики, но надеюсь, Илон сдержит обещание и представит публике свое детище в конце года.

Ну, ладно, оставим SpaceX и вернемся к фильму. Тенденция понятна, и профессионалов не привлекаем, а делаем так, как представляется художнику.

Скафандр «марсианина» имеет светофильтр. Это спорно. Для Марса он не нужен, т.к. солнце видится гоаздо меньше и расположено дальше.

Светофильтр расположен внутри шлема, внутри основного остекления. Это мне напоминает «леоновский» "Ястреб", в котором в КБ не учли результаты тепловых расчетов (в расчетном отделе сделали такое исследование, но его не прочитали и не учли). Алексей Архипович сильно перегрелся, лицо и голова вспотели в результате того, что светофильтр внутри шлема отражал тепловые потоки не только наружу в космос, но и внутрь скафандрового пространства. Потом комиссия работала и разбирала отказы и проблемы в ходе полета. Так вот, это был как анекдот, рассказывали ветераны и свидетели тех пусков. В отчете расчетчиков черным по белому было написано: светофильтр должен быть снаружи! А сделали шлем со светофильтром внутри! Ну для Марса это расположение не критично, а вот сам светофильтр объективно не нужен, разве что в варианте без светоотражающего золотого покрытия и как доп. тепловая защита для работы ночью на поверхности Марса со спец. просветляющим ночным покрытием.

Самое главное, что скафандр для фильма выполнен, как скафандр обжимного действия, а не стандартный с вентиляционным зазором. Классические скафандры, существующие и летающие сейчас - это оболочки антропоморфной формы, наддутые и обеспечивающие кислород для дыхания. Достаточно громоздкие, ограниченной подвижности. Но функциональные. Грубо говоря, система скафандра состоит из двух подсистем – оболочка скафандра и системы жизнеобеспечения. На оболочке специально сконструированные шарниры и подшипники для обеспечения подвижности. Шарниры скафандра, способные изгибаться под избыточным давлением, по моему мнению и являются изюминкой проектирования скафандра и той оригинальной спецификой, о которой почти нет литературы и очень мало специалистов, в отличие от миллионов инженеров по всей земле, владеющими принципами создания систем жизнеобеспечения и прочих железок для скафандров.

Для обеспечения теплового контроля подоболочечное пространство требует вентиляции и охлаждения с помощью специальной системы вентиляции и костюма водяного охлаждения для ВКД [Внекорабельной деятельности].

Обжимного действия скафандр - это когда ткань костюма скафандра обжимает непосредственно тело космонавта. По английски Mechanical Counter Pressure Suit (MCP Suit). Наиболее известные проекты – Space activity suit Пола Уэбба (Paul Webb) и Bio-Suit Дейвы Ньюман (Dava Newman). Дейва сейчас стала зам руководителя НАСА.

В качестве преимуществ называются меньший объем, лучшая подвижность, не требуется система вентиляции, так как испарения идут через ткань. Идет и охлаждение тела и удаляются выделения СО2 и т.д. MCP Suit часто представляется как наиболее прогрессивный дизайн-концепция для скафандров. Но ни одного такого скафандра еще не летало и не использовалось.

Современные высотно-компенсирующие костюмы военных летчиков тоже обжимают тело и спасают летчика в случае разгерметизации кабины самолета и дают время снизиться до плотных слоев атмосферы. Ключевым моментом тут является, что ВКК дают время для снижения, и они не обжимают во время полета, а срабатывают только при снижении давления в кабине. Почему так?

ВКК очень болезненны, и после них синяки по телу. Обжимание происходит не всего тела, а голеней, бедр, рук и тела. Зона паха, подмышки, подколенные ямки, ступни, кисти рук например не обжимаются. И кровь будет приливать к этим областям, и чем дольше время в кабине без давления, тем больнее...

Какие недостатки у MCP Suit?

- для предотвращения гематом (синяков, по-простому) и кровоизлияний на коже и более серьезных последствий, давление на тело или компрессионное обжатие должно быть везде по телу равным и одинаковым, что трудно сделать. А в классическом скафандре это обеспечивается автоматически. Человеческое тело сложное, и есть природные ямки и вогнутости, например, плечо снаружи легко обжать, а подмышку проблематично.

- некоторые области тела очень чувствительны к обжатию. Это гениталии у мужчин и грудь у женщин.

- человеческое тело меняет свои размеры в процессе движения и жизни. Грудь при дыхании меняет свой обхват. Бицепс при нагрузке напрягается и увеличивается в размере и так далее. На одном американском форуме написали – а как быть с эрекцией у мужчин? Ведь это иногда случается. Чаще или реже...

- уровень компрессии 220 мм ртутного столба или примерно 30 кПа (0.3 атм, 4.3 psid). С чем сравнить? Мужские носки обжимают с компрессией 5 мм рт ст. Медицинское компрессионное белье (например носки) обжимают 30-40 мм рт ст. Вы можете их купить и попробовать. Носить это некомфортно. И даже болезненно. Одевать носок приходится минуты две. А теперь представьте, как давит на все тело... И как одевать такой скафандр? Пол Уэбб надевал свой костюм 45 минут с помощью двух ассистентов.

- переход от костюма к шлему требует герметизации, так как твердый шлем наддут, а скафандр нет. Уплотнение герметизации размещают на шее и это опять больно. Наша шея чувствительна к давлению на нее.

- Снаружи такого скафандра надо защитную одежду, что мы и видим у «марсианина».

- система охлаждения за счет испарения через ткань вызывает вопросы. Снаружи скафандра – вакуум, или, как в случае Марса, сильно разреженная атмосфера или почти вакуум. В случае интенсивной нагрузки понятно, что космонавт будет потеть и пот будет испаряться через ткань MCP Suit. А как быть в случае покоя? Космонавт стоит или сидит, а ткань не держит ничего и испарение идет всегда. Будет пересыхание, дискомфорт как минимум и переохлаждение. Нахождение баланса здесь еще впереди.

Эти моменты были известны среди специалистов.

Я в процессе подготовки этих комментариев пришел еще к одному моменту. Одним из «выдающихся» преимуществ MCP Suit называется то, что при проколе оболочки классического скафандра произойдет разгерметизация и кислород/воздух выйдет, наступит смерть космонавта. А в MCP Suit это не страшно, так как скафандр не герметичен по определению.

Верхнюю одежду (наружные слои 8-9 слоев) скафандра ВКД трудно проколоть, плюс силовая оболочка и гермооболочка. В книге, которую я читал, какой-то штырь проколол скафандр и кровь загерметизировала прокол, и скафандр не потерял кислород. Костюмеры же реализовали идею MCP Suit в фильме.

Примечание zelenyikot: видимо, Николай имеет в виду, что сюжетный ход с кровью, герметизирующей отверстие в скафандре, уместен при использовании классического типа наддутых скафандров. В таком случае, более аутентичным является ранний фанарт на книгу: