Skafandrai: atsiradimas ir variantai  

Skafandrai skirtingi skirtingoms sąlygoms. Todėl kosminėje kelionėje į kitas planetas prireiks viso jų komplekto: vienas galimai avarijai, išėjimui į atvirą kosmosą ir dar vieną bazei (pvz., Marse). Tik štai skafandrų, skirtų kitoms planetoms, nėra net perspektyvoje. Aišku, ties skafandrais Mėnulio ir Marso kolonizacijai dirbama jau seniai, tačiau toliau prototipų ir brėžinių nepasistūmėta.

Skafandrai sukurti dar gerokai iki kosminės eros pradžios. Pirmuoju būtų apranga, skirta skristi oro balionu aukštai stratosferoje. Tokį „drabužį“ 1931 m. sukūrė Jevgenijus Čertovskis1) - jis buvo labai netobulas, aukštesnio slėgio Wiley Post skafandre zonoje rankovės ir kelnių klešnės sukietėdavo ir nelesdavo judėti. Vakaruose skafandrai pagaminti apie 1933 m., kai Mark Ridge2) anglų kompanijoje užsisakė patobulinti naro kostiumą – tasai visai nepraleido oro ir tiko kilti į 35 km aukštį. Tik štai jis niekad jo nepanaudojo, nesurinko pinigų ir gyvenimą baigė „psichuškėje“. Gal ir gerai – nes 1936-ais Ferdie Swain'as3) 15 km aukštyje vos neužduso panašiame kostiume.

Maždaug tuo metu slėgio kostiumus ėmė gaminti ir amerikiečių „Goodrich4) “, 1935 m. pasiuvusi kostiumą iš kelių parašiuto šilko sluoksnių, prie kurio buvo pritvirtintas dūmtraukį primenantis šalmas su apvaliu stikliniu langeliu. Juo vilkėdamas Wiley Post‘as5) propeleriniu lėktuvu kelis kartus pakilo į 15 km aukštį. Jis, beje, ten aptiko ir atmosferos srautus.

Skafandrų gamyba spartėjo: juos gamino italai, prancūzai, tačiau daugiausia pasiekė vokiečiai, prieš pat karą sukūrę „Draeger6) “ – gal jį būtų vilkėję ir V-2 pilotas?!

Atsiradus reaktyviniams lėktuvams, jų pilotams prireikė slėgio apsaugos priemonių, tad 1945-57 m. skafandrai buvo sparčiai tobulinami. Amerikiečiai pasinaudojo „Goodrich“, kūriusią kostiumus kariniam jūrų laivynui, patirtimi. Rusijoje juos nuo 1952 m. gamino „Zvezda6) “ fabrikas.

Tačiau greitai pastebėta, kad slėgio kostiumai skiriasi nuo kosmosui numatytų skafandrų, panaudojant nailoną, poliimidą ir poliesterolio plėvelę inžinieriai sukūrė skafandrus, ne tik tinkančius atviram kosmosui, bet apsaugančius ir nuo kitos nepalankios aplinkos. Mėnuliui buvo sukurti specialūs „Apollo“ skafandrai – juos tevilkėjo tik 12 astronautų. Jie, be kita ko, turi apsaugoti ir nuo dulkių. „Apollo“ misijų metu jų prilysdavo į siūles tiek, kad būdavo sunku sulenkti rankas. Jos kibo ir prie antveidžių, todėl jie smarkiai susibraižė ir tapo vos permatomi. Ketvirtosios dienos skafandrai būtų tiesiog neatlaikę.

Juos sudaro 20 sluoksnių. Išorinis buvo pagamintas iš silicio pluošto, panašaus į stiklo vatą – todėl skafandras yra nedegus. Tuo buvo susirūpinta po „Apollo-1“ gaisro, kai žuvo 3 astronautai. Nuo smulkių meteorų ir temperatūros svyravimų saugojo kiti 15 sluoksnių iš poliamidinės plėvelės, įvairių rūšių nailono ir kt. medžiagų. Kuprinėje per 60 atmosferų suspausto deguonies pakako maždaug 7 val. Paduodamas deguonis buvo 7-10 laipsnių, o iškvepiamas anglies dvideginis buvo išvalomas ličio hidroksido filtrais. Turėta ir avarinių deguonies atsargų, užtenkančių pusvalandžiui, o be to buvo galima sujungti du skafandrus (Mėnulyje visada vienu metu išsilaipindavo po du astronautus).

Numatoma, kad ateities skafandrai priglus prie kūno. Pvz., tokį kostiumą astronautams kuria MIT prof. Dana Newman8).

„Mercury“: sukurtas 1959 m., svoris 10 kg. Naudotas „Mercury“ ekspedicijose
Palaiko gyvybę, kol kabinoje yra deguonies

„Aces“: sukurtas 1989 m., svoris 35 kg. Naudotas NASA erdvėlaiviuose
Būtinas deguonies tiekimas iš laivo; 30 min. avarinė deguonies atsarga

„Sokol“: sukurtas 1973 m., svoris 10 kg. Naudotas „Sojuz“ laivuose.
2 val. apsauga kabinoje smarkiai kritus slėgiui

„Constellation 1“:
Bus naudojamas „Orion“ laivuose?

Apsauginiai skafandrai

Susidarius pavojingoms sąlygoms, astronautų apsaugai skirti skafandrai. Jie nėra skirti ilgalaikiui naudojimui ir privalo užtikrinti tik gana trumpą saugumą. Jie lengvai užsidedami ir nusiimami, suderinti su amortaziciniu krėslu ir asmeniškai pritaikomi konkretiems kosmonautams. Dabar jie vilkimi tik kylant ir leidžiantis, tačiau pradžioje jie dėvėti beveik viso skrydžio metu. Rekordą pasiekė „Gemini 7“ įgula, kai F. Bormanas ir Dž. Lovelas skafandrus nenusivilkdami vilkėjo dvi savaites. Jų naudą įrodo ir 1971 m. įvykusi tragedija, kai grįždama iš “Saliut” stoties “Sojuz-11” 3-ių kosmonautų įgula žuvo, kai kabinoje neliko oro, o jie nevilkėjo skafandrų.

Visi 1961-63 m. „Mercury“ laivais skridę astronautai vilkėjo pirmuosius amerikietiškus sidabriškos spalvos skafandrus. Jie buvo labai kieti, tačiau juose, kaip kabinoje, buvo palaikomas trečdalis atmosferos slėgio, tad judėti su jais nebuvo sunku. Va tik jo sandarumo taip niekam ir neteko išbandyti...

Nuo 1989 m., po 3 m. pertraukos atnaujinus skrydžius po „Challenger“ avarijos, imta naudoti sunkesni „Aces“ <Advanced Crew Escape Suit) skafandrai, išsiskyrę savo ryškia oranžine spalva. Iki tol daugkartinio naudojimo erdvėlaivių įgulos apsauginių skafandrų nenaudojo. Skafandras buvo skirtas avariniams nusileidimams, kad astronautai galėtų palikti laivą, kol tasai dar nenutūpęs. Specialioje skafandro kuprinėje buvo parašiutas, guminė valtis bei įvairios gelbėjimosi priemonės. Kad po nusileidimo būtų lengviau surasti Sojuz MS-06 ekipažas astronautus, jie buvo gaminami oranžinės spalvos. Deja, 2003-iais jie neišgelbėjo 7-ių „Columbia“ įgulos narių – avarija įvyko per aukštai ir skrendant per greitai.

Rusiški „Sokol“ buvo gerokai lengvesni už „Aces“. Nuo jų savo variantą nusikopijavo ir kinai. Nuo 1973 m. jie buvo kelis kartus modifikuojami, tačiau pagrindas liko toks pat: išorinis sluoksnis iš patvaraus lavsano, o viduje orui nepralaidus sluoksnis iš kruopščiai guminizuotų kaprono ir trikotažo. Vidinė ventiliacijos sistema užtikrina vėsinimą, o išsihermetinimo atveju į šalmą paduodamas grynas deguonis. Juos buvo galima iki 30 val. vilkėti laive ir iki 2 val. būti vakuume. Kabinoje oro slėgiui nukritus žemiau 0,6 atmosferos, įsijungia automatinė deguonies padavimo į skafandrą sistema. Jis neskęsta, turi vandeniui nelaidžią apykaklę, todėl plūduriuojantis kosmonautas gali atsidaryti šalmo antveidį.
Visose nuotraukose rusų kosmonautai su “Sokol” skafandrais, o nedideli lagaminai jų rankose – išorinis ventiliatorius-kondicionierius kol jie neįsikurs laive ir prijungs skafandrą prie jo sistemų.

Teoriškai, patobulintus „Aces“ ir „Sokol“ skafandrus galima būtų naudoti ir skrydžiui į Marsą.

Atviro kosmoso skafandrai

Šie skafandrai jau turi gerokai sudėtingesnę ir brangesnę konstrukciją, užtikrinančią pusiau autonominį darbą atviroje erdvėje, trunkantį keletą valandų. Jie privalo turėti termoreguliacijos sistemą, oro ir vandens tiekimą, ryšį su laivu, apsaugą nuo mikrometeoritų ir kosmoso spinduliavimų. Juos ne užsivelka – į juos „įeina” jau šliuzo kameroje panaudojant ant nugaros esantį liuką.
Judesiai tokiame skafandre užtikrinami įvairiais šarnyriniais mechanizmais, tačiau vis vien net sulenkti ranką sunkoku dėl didesnio vidinio slėgio. Be to grįžtant kosmonautas turi užtrukti šliuze kol susivienodins slėgiai. Be to, po kiekvieno panaudojimo skafandrą reikia „išdžiovinti“ ir pakeisti išnaudotus elementus.

Pirmąkart į atvirą kosmosą 1965 m. kovą išėjo A. Leonovas iš „Voschod“ ir jame išbuvo 12 min. Birželį E. White „Gemini 4“ paliko 23 minutėms. Abu jiedu vilkėjo patobulintus apsauginius skafandrus, o „Gemini“ dar turėjo ir papildomą poliesterolio plėvelės sluoksnį, saugantį nuo didelio temperatūros svyravimo (nuo -150 iki +150 laipsnių). Šalmo antveidis buvo padengtas auksu.

G4C: sukurtas 1965 m., svoris 15 kg. Naudotas „Gemini“ skrydžių metu
Trumpam išėjimui į kosmosą; žarna sujungtas su laivu

„Orlan“: sukurtas 1977 m., svoris 110 kg. Naudotas „Saliut“ stotyse, vėliau TKS
Leidžia kosmose išbūti iki 9 val.

EMU: sukurtas 1984 m., svoris 180 kg. Naudotas TKS
Leidžia kosmose išbūti iki 8 val.

„Apollo“; sukurtas 1969 m., svoris 90 kg (Mėnulyje – 15 kg). Naudotas „Apollo“ misijų metu
Išlaiko iki 8 val.

„Constelation 2”: Bus naudojamas būsimoms misijoms į Mėnulį ir Marse. Bus galima greitai pritaikyti iš „Constelation 1” skafandrų, tad nereiks vežtis dviejų skafandrų.:
Deguonies turėtų pakakti 8-9 val.

Dabar vyrauja „Orlan“ ir EMU skafandrai, kurie su laiku buvo gerokai patobulinti. „Orlan“ skafandrą galima panaudoti iki 12 kartų, bet nagingieji rusai jį kiek pataisę tarnavimo laiką prailgina. 2009 m. amerikietis ir rusas išbandė patobulintą „Orlan-MK“ skafandrą, kurio šalme įtaisytas plokščiasis ekranas, kuriame parodomos instrukcijos, kaip elgtis susidarius įvairioms situacijoms. O kompiuteris matuoja skafandre esantį slėgį, temperatūrą, oro sudėtį ir pan.

Buvo sukurta gana greito išėjimo iš TKS į atvirą kosmosą procedūra, įrengus dvi slėgio kameras. Vienoje jų praleidžiama visa para – tuo metu slėgis pamažu sumažinamas iki 0,7 atmosferos, kartu didinant deguonies kiekį ore, kad iš kraujo būtų pašalinamas azotas. 1 val. iki išėjimo jau kvėpuojama grynu deguonimi ir apsirengiama skafandru. Užsidėjus šalmą slėgis skafandre nukrenta iki 1/3 atmosferos, o iš kameros išsiurbiamas oras. Kelias į kosmosą atviras!

Kad su skafandru būtų patogu judėti, jame slėgis turi būti nedidelis – tad jis jame sumažinamas iki trečdalio ar net ketvirtadalio atmosferos. Kvėpuojama grynu deguonimi. Privalumas – kritus slėgiui nėra pavojaus susirgti kesonine (dekompresine) liga, nes kraujyje neatsiranda azoto. Trūkumas – prieš išeinant į kosmosą, kad iš kraujo pasišalintų azotas, reikia ilgą laiką kvėpuoti grynu deguonimi.

Judėjimo varžymą (kai balionas nuo slėgio išsipučia) iš dalies sumažina jį dengiant keliais sluoksniais. Pvz. kai sulenkiama ranka, oras perstumiamas į kitą vietą. Bet vis tiek su juo judėti nepatogu. Todėl astronautas jame greitai sukaista. Jam tenka dėvėti vandeniu aušinamus apatinius drabužius, kai vanduo cirkuliuoja plonais vamzdeliais. Sušilęs vanduo suteka į kuprinę, o iš ten per šilumokaitį atiduoda šilumą į aplinką. Saugant nuo ultravioletinių spindulių antveidis dengiamas aukso folija. Kad geriau atspindėtų šviesą, skafandrai yra balti. Dana Newman skafandras

Jei esant atviram kosmose, skafandras prakiurtų, astronautas dar turėtų kelias sekundes gelbėjimuisi. Bet jis nesprogtų ir jo kraujas neužvirtų. Pirmiausia smegenims imtų trūkti deguonies ir po 10-15 sek. burnoje imtų garuoti seilės, o garuodamas kūnas atiduoda šilumą, todėl žmogų ištiktų šalčio šokas. Pamažu imtų garuoti vanduo ir iš organizmo ląstelių, tad kūnas, taip sakant, sausai užšaltų. Išvengti mirties jis galėtų nedelsdamas grįždamas į erdvėlaivį.

Nauji skafandrai

Skafandrai Mėnuliui ir Marsui bus dėvimi ilgai ir kasdien, turi užtikrinti termoreguliaciją ir ventiliaciją, jame reikia turėti galimybę užkąsti ir atsigerti, o svarbiausia – atlikti aktyvų ir sunkų fizinį darbą. Tai štai, tokių dar neturime. Problema ir tame, kad niekas nežino, kada įvyks ilgai lauktas skrydis. Nepaisant daugybės skambių pareiškimų, konkrečių planų neturi nei JAV, nei Rusija, nei Europa, nei Kinija. Tinkamo skafandro sukūrimo kaina verinama apie 250 mln. dolerių, tad mažai kas skuba mesti tam reikalui tokią pinigų sumą.
Prieš kurį laiką JAV veikė CSS (Constellation Space Suit System) programa skafandrams, turėjusiems užtikrinti 150 valandų trukmę. Po „šatlų“ sustabdymo finansavimas smarkiai sumažintas, kol vbuvo visai uždarytas.

NASA po ilgos pertraukos 2008 m. pradėjo kurti naujus skafandrus: vienus „Orion“ laivui, o kitus – Mėnulio stočiai. Senieji „Apollo“ įgulų naudoti skafandrai nudildavo jau po 3 d. Tad jų kūrėjams teks spręsti du uždavinius: sukurti judesių nevaržantį ir patvarų skafandrą.
Paskutiniais metais NASA susikoncentravo į senųjų ACES modernizaciją (MACES). Į „marsietiškus” skafandrus dėmesį atkreipė ir privačios kompanijos. „Boeing“ ir „SpaceX“ jau pateikė savas koncepcijas. Jų išvaizda gana išraiškinga: „Boeing“ mėlynas, o „SpaceX“ futuristiškai baltas, ... nors, iš tikro jiedu tėra tų pačių apsauginių skafandrų modifikacijos.


Pastabos

1) Jevgenijus Čertovskis (1902-?) – tarybinis inžinierius, Leningrade sukonstravęs pirmąjį viso slėgio skafandrą (1931). Jis buvo įsitraukęs į Rusijos ankstyvąją stratosferos balionų programą ir buvo vienas liūdnai pagarsėjusio „Osoaviakhim-1” (1935) projektuotojų. CH-1 buvo primityvus skafandras su šalmu, neturėjęs sujungimų, tad reikėjo nemažos jėgos norint pajudinti rankas ir kojas. Jis vėliau buvo tobulinimas ir CH-3 jau buvo naudotinas leisdamas pakankamą judesio laisvę – jis buvo išbandytas 1937 m. skrendant 12 km aukštyje. Jie buvo ir toliau vystomi iki pat CH-7 (1940). J. Čertovskis sugalvojo ir žodį „skafandras“ (iš gr. skaf - laivas ir andros - žmogus).

2) 1931 m. JAV aviatorius Markas Ridžas (Mark Ridge, 1906-1962) tapo apsėstas aukščio rekordo pasiekimu atviroje oro baliono gondoloje. 1933 m. jis nuvyko į JK, kur susitiko su škotų fiziologu J.C. Haldane, paskelbusiu pilno slėgio skafandro koncepciją. „Siebe Gorman“ kompanija jiems pagamino skafandro prototipą, kurį Ridžas išbandė žemo slėgio kameroje. Karo nuojautoje britai nesutiko paskolinti jam baliono, nes jis buvo nevaldomas ir galėjo nuskristi į Vokietiją. Tačiau grįžęs į JAV jis irgi nesudomino kariškių, netgi rašė JAV prezidentu ir nerealizavo savo ketinimų. 1942 m. jis buvo paguldytas į psichiatrinę ligoninę ir mirė ten 1962 m.

3) Ferdie Swain - britų eskadrilės vadas. Jis 1936 m. rugsėjo 28 d. vienu . „Siebe Gorman“ skafandru pakilo beveik į 50 tūkst. pėdų aukštį virš Farnborough „Bristol“ monoplanu. Skafandras veikė patenkinamai, nors Swain skundėsi tam tikru diskomfortu atliekant judesius. Tačiau pradėjus leistis, antveidis pradėjo rasoti ir pilotui buvo sunku kvėpuoti. Nusileidęs iki 14 tūkst.pėdų, jis pravėrė antveidį peiliu.

4) Goodrich Co. - amerikiečių aerokosminės įrangos gamintoja, įsteigta 1870 m. ir gaminusi gumos dirbinius ir padangas. Ši kryptis 1988 m. buvo parduota „Michelin”, o įsigijusi „Rohr“ įsiliejo į aviacijos pramonės rinką, kurioje savo veiklą vėliau plėtė. 2012 m. ją nupirko UTX.

5) Vailis Postas (Wiley Hardeman Post, 1898-1935) - amerikiečių aviatorius, pirmasis vienas apskridęs pasaulį (1933). Žinomas aukštuminiu skraidymu ir kartu su „Goodrich“ prisidėjo prie specialaus kostiumo kūrimo, kurį naudojo 1934 m. Kostiumas buvo trijų sluoksnių, su kiaulės odos pirštinėmis, guminiais batais, cilindro Draeger skafandras formos aliuminio ir plastiko šalmu, su nuimamu antveidžiu, ausinėmis ir mikrofonu. Skraidydamas 50 tūkst. pėdų aukštyje aptiko oro srautus. Žuvo Aliaskoje aviakatastrofos metu, kai bandė nuskristi į Maskvą.

6) Draeger - vokiečių „Draeger-Werke“ sukurtas naro pilno slėgio skafandras, laminuotas šilku ir guma (1935- 1945). Tačiau esant slėgiui vizorius buvo skausmingai spaudžiamas prie kaktos. Spėjama, kad tikrasis tikslas galėjo būti jo panaudojamas realiame kosmose (V-2 tipo laive), o taip pat skirtas „Horten Ho IX” “skraidančio sparno” bombonešyje. Darbai tęsėsi ir po karo, kompanija dalyvavo ir nutrauktoje ESA-2000 skafandro kūrimo programoje.

7) Zvezda (Žvaigždė) - Rusijos mokslo tyrimų ir gamybos įmonė, įsteigta 1952 m. Tomiline (netoli Maskvos) kaip katapultavimosi įrangos gamintoja. Ji sukūrusi ir unikalią katapultavimosi įrangą „Buran“ daugkartinio panaudojimo erdvėlaiviui (1984-1993). Ji gamino gyvybės palaikymo priemones dideliems aukščiams ir kosmosui. Ji sukūrė skafandrą, kurį dėvėjo ir J. Gagarinas. 1965 m. „Berkut” skafandrą dėvėjo A. Leonovas išėjimo į atvirą kosmosą metu. „Orlan-M“ skafandrus kosmonautai naudojo „Mir“ stotyje.

8) Dana Njuman (Dana J. Newman, g. 1964 m.) – NASA vykdančioji administratorė ir MIT profesorė. Jos tyrimų sritis – kosminė biomedicinė inžinerija, tiriant žmogaus darbingumą įvairiomis gravitacijos sąlygomis. Taip pat propaguoja „BioSuit“ skafandro kūrimą, kuris leistų astronautams judėti laisviau nei oro pripūsti skafandrai. Parašė knygą „Interaktyvi kosmoso inžinerija ir projektavimas“ (2002) ir per 300 straipsnių.

Kaip kūrė TKS?
Garo tramdytojas
Akiniai nuo saulės
Robotai - dirbtiniai žmonės
Langų stiklas Lietuvoje
Alternatyviai į kosmosą
NASA tapsmas: istorija
Žygiuojam į Saulės amžių
Ieškantis žemės tipo planetų
Šarvuotų automobilių pirmeiviai
Elektra, kol dar nebuvo vartotojų
V. Bušas: žmogus, kuris neišrado kompiuterio
Degtukai: trumpas, bet svarbus gyvenimas
Kosmosui reikia geros šluotos
Celuloidas – plastmasių prosenelis
Galvaninės teorijos pradžia
Amžinai laiko kristaluose
Zingeris ir jo siuvamoji
Tai matėte ne kartą...
Metalinis vandenilis
Baikonūro statyba
Stikliniai laidai
Laivai iš ledo
Vartiklis
NSO.LT