Растут темпы освоения космоса. С каждым полетом человек все больше и больше времени проводит вне родной планеты. И вот уже новая замечательная весть: Алексей Леонов в орбитальном полете вышел за борт корабля-спутника «Восход-2», шагнул в космическое пространство. Не за горами новые качественные скачки в космонавтике: встреча кораблей на орбите, создание крупных космических станций, полеты на Луну и к другим планетам Солнечной системы.

Опыт первых «космических» лет подтвердил огромную роль человека в космосе для успеха научных исследований. Некоторые зарубежные ученые полагали, что изучение Вселенной можно полностью поручить автоматам. Сегодня уже ясно, что они ошиблись. Возможности человека очень велики, он имеет немало преимуществ даже перед самой совершенной машиной. Космонавт действует более разносторонне, обладает огромной способностью накапливать знания, быстро ориентируется, приспосабливается к новой обстановке, используя жизненный опыт и знания. Человек может восстановить в полете нормальное действие систем корабля, изменить их регулировку. Наблюдения в космосе человек ведет более условно, чем любая даже полностью автоматизированная установка. Он обладает инициативой, принимает самостоятельные решения лучше, нежели самые высокоорганизованные электронные «мозги», созданные кибернетиками.

Конечно, речь идет о человеке, вооруженном всем богатством современного научно-технического арсенала, о космонавте, которому помогают десятки и сотни совершенных автоматических систем.

Как показал опыт освоения космоса, некоторые беспилотные космические аппараты не справились с поставленной задачей. Полеты же с космонавтами на борту завершались в основном успешно, причем в некоторых американских полетах это оказалось возможным только благодаря присутствию космонавта на корабле. Так, Малькольму Карпентеру потребовалось немало мужества и умения, чтобы благополучно завершить полет, преодолев целую вереницу неполадок.

Есть немало проектов автоматических манипуляторов для стыковки кораблей на орбите или строительно-монтажных работ в космосе. Но не обойтись здесь без выхода человека из корабля. Десятки важных дел ждут космонавта вне обжитой кабины, не говоря уже о желании ступить собственной ногой на почву Луны или другого неизведанного мира.

Все это бесспорно. Беда одна: организм человека совершенно неприспособлен для каких бы то ни было условий, кроме земных.

ОПИСАННАЯ ВОКРУГ ТЕЛА...

Понятие о космосе как абсолютной пустоте давно уже отброшено. К примеру, на высоте в 1 000 километров над Землей кубический сантиметр пространства содержит около миллиона молекул. Много? Конечно, нет, ничтожно мало, если вспомнить, что у поверхности Земли такой же объем воздуха заключает 10¹⁹ молекул! И поэтому, хотя абсолютной пустоты и нет, человеку в космосе не легче от тысяч и даже миллионов молекул, «витающих» вокруг. Нормальное барометрическое давление на уровне моря — 760 миллиметров ртутного столба, а уже на высоте в 200 километров только 0,0000029 миллиметра. Увеличивается расстояние от поверхности Земли — и атмосфера постепенно теряет способность проводить звук, рассеивать свет, снабжать организм человека кислородом. Уже при падении давления до 87 миллиметров ртутного столба (что соответствует высоте 15 километров над уровнем моря) дыхание в открытом пространстве даже чистым кислородом невозможно: поступление его в кровь прекратится из-за падения парциального давления кислорода в легочных альвеолах. Но разрежение атмосферы приводит не только к острому кислородному голоданию. Начинает расширяться газ, заключенный в полостях человеческого организма, а газ, растворенный в тканях, выделяется из них. Когда же атмосферное давление падает до 47 миллиметров ртутного столба (оно держится таким на высоте чуть больше 19 километров), кровь и межтканевая жидкость закипают при температуре 37 градусов Цельсия, то есть при обычной температуре человеческого тела.

Совершенно ясно: человек, покинувший космический корабль, должен быть надежно защищен от низкого барометрического давления; он должен получать необходимый для дыхания кислород; наконец, нужна и специальная защита от необычных температурных условий космоса.

Когда-то господствовало представление о страшном холоде в межпланетном пространстве. Но собственно космос, космическое пространство — не вещественное тело и не может иметь какой-либо определенной температуры. Речь идет лишь о температуре материальных частиц, находящихся в космическом пространстве. Она для околосолнечных областей весьма высока — до нескольких тысяч градусов. Но число этих частиц крайне мало и размеры их ничтожны, поэтому они не могут существенно нагреть предмет или человека в космосе. Его температура будет определяться количеством лучистой энергии, которую он получает и излучает. В зависимости от того, находится ли он под лучами Солнца или в тени, в зависимости от отражательных или поглотительных свойств его поверхности температура колеблется в очень широких пределах. Если отгородить предмет зеркальным экраном от лучей Солнца, его легко охладить до 200 градусов мороза; если подставить Солнцу и уменьшить излучение в пространство, — можно быстро нагреть. Температура Луны, как известно, колеблется от + 120 градусов днем до — 150 ночью.

Теперь можно уточнить: космонавты нуждаются в защите и от сильной жары и от глубокого холода. А кроме всего этого, начиная с высоты 30 — 40 километров, появляется опасность космического облучения.

В космическом корабле пилота и пассажиров предохраняет от всех этих невзгод герметическая кабина. Значит, для выхода из корабля необходимо заключить космонавта в небольшую герметическую кабину, описанную вокруг тела. Имя этой кабины — космический скафандр.

На советских кораблях типа «Восток» и американских капсулах «Меркурий» космонавты находились в скафандрах, предназначенных лишь для сохранения жизни и работоспособности человека на случай разгерметизации кабины. Советские скафандры космических кораблей «Восток» вентилировались во время полета воздухом из кабины корабля с помощью специального вентилятора. Застекленная часть шлема обычно открывалась космонавтом. В полете она была открыта. В случае падения давления воздуха в кабине шлем автоматически закрывался и включалась аварийная система вентиляции. Что касается теплоизоляции и герметичности первых советских космических скафандров, то о них дает понятие такая цифра: космонавт в скафандре мог пробыть до 12 часов в ледяной воде без каких-либо неприятных ощущений.

Исключительно высокая надежность советского космического корабля «Восход» позволила Владимиру Комарову, Константину Феоктистову и Борису Егорову обходиться без скафандров. При длительных орбитальных полетах (и, конечно, межпланетных) космонавты тоже будут находиться внутри корабля без скафандров, стесняющих движения. Но для выхода из корабля скафандр необходим. Новый советский космический скафандр, в котором Алексей Леонов находился за бортом корабля, имеет автономную систему жизнеобеспечения. Космонавт дышал кислородом, запас которого находился в ранце за спиной, и в то же время имел возможность использовать кислород, поступающий из корабля по гибкому трубопроводу. Это создавало высокую степень безопасности первого эксперимента.

Система газообмена, кроме снабжения кислородом и поддержания необходимого давления в скафандре, должна еще удалять углекислоту и сохранять нормальный тепловой режим вокруг человека.

Скафандр состоит из нескольких слоев синтетических оболочек — силовой, герметизирующей, теплоизоляционной. Светлое покрытие скафандра помогает уберечь космонавта от перегрева. Системы связи и телеметрии надежно соединяют его с кораблем. Внутри гермошлема находятся микрофон и телефоны. Электрообогрев предохраняет стекло шлема от запотевания.

Для длительного пребывания в космосе скафандр требуется несколько иной. Он должен иметь автономную (носимую, а может быть и возимую, если речь идет, например, о выходе на поверхность Луны) систему регенерации и кондиционирования газовой среды.

Существует модель специального заплечного аппарата, сконструированного американскими инженерами, в котором смонтирована система обеспечения жизнедеятельности космонавта, рассчитанная на 4 часа работы. Этот аппарат должен также решить проблемы движения космонавта в пространстве около космического корабля. Для этого имеется система реактивных сопел, работающих на перекиси водорода, и баллон со сжатым азотом для вытеснения перекиси водорода.

Необычный лунный скафандр (впрочем, разве можно уже считать какой-либо скафандр обычным!) предложили английские ученые. Туловище этого скафандра состоит из двух алюминиевых цилиндров, над ними колпак-купол с большим обзорным окном. Скафандр может быть опущен на треножник, и тогда человек может сесть на специальное сиденье. Внутри скафандра радиоаппаратура, система регенерации и кондиционирования воздуха, источник электроэнергии, осветительное устройство. Скафандр обладает высокой герметичностью. Внутри него автоматически поддерживается стабильная температура при колебаниях наружной температуры от — 54° до +9° Цельсия.

Однако замечательный опыт наших ученых, подвиг космонавта Алексея Леонова показали, что близкое обозримое будущее — за скафандрами мягкого типа.

Ученые ведут споры о том, что лучше: стремиться к повторению в лунном скафандре естественного земного состава атмосферы, либо использовать кислород (или смесь газов с высоким содержанием кислорода), что позволит обходиться более низким давлением. Побеждает, кажется, вторая точка зрения. Большая разница давлений внутри и вне скафандра вызывает так называемый «эффект футбольного мяча». Скафандр распирает с большой силой, космонавт становится неуклюжим, теряет гибкость рук и ног. Как известно, Алексей Леонов дышал чистым кислородом и отлично владел своим телом. Однако при очень длительном пребывании в скафандре в его атмосферу, видимо, будут добавлять инертные газы: азот, гелий, аргон.

Уже сейчас можно более или менее точно определить, каков будет расход кислорода для дыхания на Луне. Спокойно лежащий человек потребляет 0,34 грамма кислорода в минуту; когда человек неподвижно стоит на поверхности Земли, минутный расход кислорода равен 0,47 грамма; при ходьбе по поверхности Земли потребление кислорода резко возрастает — до 1,114 грамма в минуту. Ученые полагают, что этого достаточно для перемещения по поверхности Луны, где сила тяжести в 6 раз меньше земной. По американским данным, расход кислорода для космонавта в скафандре на Луне составит 28 литров в час, то есть около 4 килограммов за шестичасовой рабочий день. Предстоит серьезно поработать и над очисткой атмосферы скафандра от вредных химических продуктов, образующихся при жизнедеятельности космонавтов. Человек в скафандре (по тем же данным) будет выделять в час 27 литров углекислоты, 150 граммов влаги. Гидроокись лития и надперекись натрия — эффективные средства поглощения углекислоты. Надо полагать, они найдут широкое применение в лунных скафандрах. Наконец, каждый час космонавт должен отдать во внешнюю среду от 90 до 300 килокалорий тепла, вырабатываемого организмом, иначе перегрев тела может привести к тепловому удару. Значит, нужна надежная система теплоудаления.

НЕ ТОЛЬКО ЖИТЬ,
НО И РАБОТАТЬ

Разумеется, Алексей Леонов не был бы послан в открытый космос, если бы требовалось проверить, можно ли там жить. Малейшая тень сомнения в этом сразу исключила бы эксперимент с человеком. Выход второго пилота из «Восхода-2» преследовал другую цель: проверить, как работается невесомому человеку в открытом пространстве. Ибо заранее было ясно, что дело это очень непростое.

Точные приборы показывают, что в невесомости люди работают несколько хуже обычного — удлиняется время выполнения заданий, больше бывает ошибок. А считают они все, что работать легко! Психологи говорят: появляется элемент переоценки своих возможностей.

Эта проблема существует, конечно, и для людей, находящихся внутри космического корабля. А при свободном полете в пространстве положение еще усложняется. На борту корабля космонавт имеет опору: стены кабины, кресло, элементы оборудования. Выйдя в пространство, он оказывается без всякой опоры, и координация движений, способность ориентироваться и перемещаться в этих условиях требуют особых навыков.

Советскими учеными был создан стенд, имитирующий безопорное пространство. Конструкция с ложем космонавта имеет подвижность во всех плоскостях. На этом стенде космонавты могут научиться поворачиваться, «ходить» в космосе. Но, конечно, стенд воссоздает обстановку открытого космоса отнюдь не полностью.

Около десятка раз космонавт-11 тренировался в условиях кратковременной невесомости при полетах на самолете — летающей лаборатории. Отличная подготовка дала и отличные результаты: Алексей Леонов уже при первом эксперименте блестяще справился со своей задачей. Миллионы телезрителей могли наблюдать четкость и плавность его движений, умение владеть своим телом в совершенно необычных условиях. А как насчет рабочих движений? Прежде всего заметим, что инструмент для работы в космосе нужен особенный. Попытается, например, парящий в пространстве космонавт отвернуть туго завинченную гайку, а вместо этого сам начнет вращаться вокруг нее. Для этого случая предложен особый, «космический» гаечный ключ, которым работают, как ножницами. Это своеобразная комбинация гаечного ключа и плоскогубцев. Созданы и другие инструменты для работы в космосе. Среди них электрический инструмент с вмонтированной в рукоятку батареей. Он может использоваться как гаечный ключ, отвертка, дрель, метчик. Благодаря тому, что электрический двигатель не закреплен наглухо в корпусе, а свободно вращается внутри него на шарикоподшипниках, реактивный крутящий момент не возникает, и космонавт не вращается вокруг инструмента.