HighTech Хоть до высадки людей на Марс должно пройти еще в лучшем случае несколько десятилетий, разработка космических скафандров, способных защитить будущих смельчаков, уже идет полным ходом.
В прошлом году NASA провели конкурс, в котором дали каждому человеку возможность предложить свой дизайн внешнего вида Z-2 – нового скафандра, обеспечивающего исследователям Красной планеты достаточную подвижность. В свою очередь, компания ILC Dover – опытный изготовитель скафандров, находящийся в городе Фредерика, штат Дэлавер, нанесла на образец финальные штрихи и уже в ближайшие месяцы продемонстрирует результат.
Кто-то может возразить, что человечество не сможет отправить людей на Марс так скоро. Современные скафандры созданы для удобной работы при нулевой гравитации, но никак не для сурового многомесячного путешествия к Горе Олимпа.
Что же будет из себя представлять первый марсианский скафандр? Будет ли он напоминать нынешнюю экипировку - жесткий наполненный газом мешок в форме человеческого тела? Или же нашему взору предстанет нечто облегающее как, например, концепт под названием BioSuit, в котором предполагалось использовать эластичные материалы, принимающие форму тела, что позволило бы правильно распределять давление путем равномерного сжатия тела , созданный в Массачусетском университете?
Дэвид Клаус – профессор аэрокосмической инженерии Колорадского университета в Боулдере утверждает, что мы, вполне вероятно, стоим на пороге дизайнерского прорыва. «Возможно, первые скафандры будут похожи на Z-2. Они будут справляться со своим предназначением, хоть и не будут идеальными»,- считает ученый.
Разработка Z-2 еще не завершена, но со слов инженеров и других экспертов по созданию скафандров можно приблизительно воссоздать то, во что будут экипированы первые люди на Марсе.
Главное требование, конечно, заключается в обеспечении будущим исследователям достаточной защиты. С точки зрения физиологических норм условия на поверхности Марса практически идентичны вакууму, то есть атмосфера красной планеты дает давление, составляющее менее 1% от земного. Из этого следует, что астронавтам будущего предстоит столкнуться с теми же опасностями, что и сегодняшним: любая трещина в скафандре быстро превратит воду в их тканях и венах в пар.
Но это не все, что будет поджидать путешественников на Марсе. Слабое магнитное поле планеты практически не дает защиты от частиц солнечного ветра и космической радиации, и влияние более разреженной атмосферы должно быть также учтено в конструкции скафандра. Защита, используемая на МКС, превращает вакуум в преимущество: благодаря ему между слоями скафандра обеспечивается теплоизоляция. Но стоит спуститься в таком костюме на поверхность Марса, как молекулы пара тут же просочатся между этими слоями и лишат тело астронавта тепла.
Будущим исследователям предстоит столкнуться с тем, что не беспокоило их со времен лунных миссий Аполлона: пылью. Висящая в воздухе и когда-то заточенная водой марсианская пыль, вероятно, мягче лунной, но она легко поднимается в воздух. Она может расцарапать забрало скафандра и забить собой его шарниры и суставы, что требует усовершенствования их отражательных свойств. Если она проникнет в марсоход или жилой отсек, здоровью человека может быть нанесен ощутимый вред.
Но даже если современные скафандры и смогут защитить исследователей Марса, работать в них будет весьма проблематично. Из-за того, что гравитация красной планеты составляет 38% от земной, притяжение на ней будет довольно сильным. Сегодня скафандры оптимизированы для движения в практически полном вакууме с использованием ручных зацепок, поэтому в районе бедер, суставов и колен они особенно гибкие. «Имеющиеся сегодня скафандры не созданы для прогулок»,- уверяет Джеффри Хоффман – бывший астронавт и нынешний директор лаборатории пилотируемых космических аппаратов (англ. Man Vehicle Laboratory) Массачусетского технологического института (MIT).
При создании Z-2 в NASA учитывают эту проблему. «Сейчас мы работаем в направлении скафандра, в котором можно отправиться на космическую станцию в качестве демонстрации, но нельзя забывать, что он предназначен, в первую очередь, для передвижения по поверхности планеты»,- рассказала Эми Росс – глава продвинутой команды разработчиков скафандров в Космическом центре имени Линдона Джонсона в городе Хьюстоне.
Как и предшественники, Z-2 наполнен газом и состоит из трех основных слоев: силовой оболочки для поддержания давления; структурного слоя, придающего форму скафандру и обеспечивающего движение соединений и внешних слоев, поддерживающих теплоизоляцию и защищающую скафандр от проколов. Но главное его отличие в том, он достаточно гибкий, что в нем можно наклоняться. Z-2 оснащен усовершенствованными шарнирами и суставами, особенно в области бедер, плеч и талии.
Во всех современных скафандрах, как в русских, так и в американских, вход осуществляется сзади. Идея в том, чтобы костюм можно было хранить снаружи космического аппарата или жилого отсека, чтобы не допустить его контакта с пылью. Костюм будет частью компактной системы кондиционирования воздуха; исследователь Марса, предположительно, будет входить в него через комлпескную ранцевую систему со встроенной системой жизнеобеспечения. В открытом состоянии люк скафандра прикреплен ко внутреннему люку космического аппарата. По завершении входа, оба люка закрываются, и астронавт остается в закрепленном состоянии, пока не снимет фиксаторы.
Теоретически, подготовить скафандр к работе можно весьма быстро. Для улучшения подвижности, существующие российские и американские костюмы хранятся под относительно низким давлением. Астронавты должны надолго задержать дыхание, в то время как давление вокруг них постепенно понижается, чтобы снизить риск появления высотных болей. Аквалангисты сталкиваются с этой же угрозой при подъеме на поверхность с большой глубины, когда при низком давлении в теле появляются опасные пузырьки из растворенных газов.
Z-2 способен функционировать при давлении, равном примерно 8.3 футам на квадратный дюйм (57 000 паскалей). Давление на уровне моря и на МКС не превышает и половины этого значения, но все же астронавтам нельзя игнорировать процедуру задержки дыхания. Для сопротивления более высокому давлению на самых широких участках, таких как область паха и грудной клетки, в этих местах костюм сделан из жестких материалов, таких как композит волокна и полимеров. Джинни Ферл – управляющая разработкой скафандров в компании ILC Dover добавила, что эти уплотненные части могут также защитить астронавта от падений
Но Z-2 всё же ещё не готов для выхода на Марс. Ферл рассказала, что внешние слои скафандра еще не оснащены защитой от экстремальных температур и радиации.
Более того, решения некоторых проблем до сих пор не найдены. Конструкция Z-2 тесно связана с новой системой жизнеобеспечения, способной лучше удалять углекислый газ, и все это вместе весит 140 килограмм, что, по словам Росс из NASA, делает его довольно тяжелым. Такую же массу имеют скафандры, применяемые сегодня Соединенными Штатами на МКС, без аварийного двигателя. Однако она упоминает, что даже с такой массой новая система способна на большее: части Z-2 обладают большей подвижностью, а новая система жизнеобеспечения более надежна и может работать дольше.
В будущем мы сможем увидеть появление более подвижных и обволакивающих тело скафандров. Хоффман считает, что концепт BioSuit Массачусетского технологического института уже проложил путь в этом направлении несмотря на то, что находится лишь на начальной стадии разработки. То и дело возникают все новые и новые сложности, как, например, обеспечение давления на вогнутых участках костюма (с обратной стороны коленей и на суставах пальцев). В настоящий момент ученые еще не разработали прототип, обеспечивающий достаточное для защиты от вакуума давление, но работа над этим идет полным ходом.
В это же время в Колорадском университете в Боулдере Клаус с коллегами изучает другие возможности по увеличению возможностей скафандра. Например, уже в этом году он с окончившим университет студентом Кристофером Массина рассказал о возможности снизить расходы воды на поддержание стабильной температуры путем превращения космического скафандра в большой передвижной радиатор. Для этого используются материалы, способные изменять свойства поверхности и таким образом регулировать силу поглощения или отражения света по необходимости.
Клаус признает, что наше поколение вряд ли опробует все эти инновации. Но в случае с Марсом лучше думать наперед.