Космический скафандр

Космический костюм (или скафандр ) — это защитный костюм, используемый для защиты от суровых условий открытого космоса , в основном от вакуума как высокоспециализированный скафандр , а также от экстремальных температур, радиации и микрометеоритов . Базовые скафандры надеваются в качестве меры предосторожности внутри космических кораблей в случае потери давления в кабине . Для выхода в открытый космос (EVA) надеваются более сложные скафандры, оснащенные портативной системой жизнеобеспечения .

Скафандры обычно необходимы в условиях низкого давления выше предела Армстронга , на высоте около 19 000 м (62 000 футов) над Землей. Космические скафандры дополняют скафандры сложной системой оборудования и экологическими системами, разработанными для поддержания комфорта пользователя и минимизации усилий, необходимых для сгибания конечностей, противостоя естественной тенденции мягкой скафандры застывать под действием вакуума. Часто используется автономная система подачи кислорода и контроля окружающей среды, чтобы обеспечить полную свободу движений, независимую от космического корабля.

Существует три типа скафандров для разных целей: IVA (внутрикорабельная деятельность), EVA (внекорабельная деятельность) и IEVA (внутри/внекорабельная деятельность). Костюмы IVA предназначены для ношения внутри герметичного космического корабля, и поэтому они легче и удобнее. Костюмы IEVA предназначены для использования внутри и снаружи космического корабля, например, костюм Gemini G4C . Они включают в себя большую защиту от суровых условий космоса, таких как защита от микрометеоритов и экстремальных перепадов температур. Костюмы EVA, такие как EMU , используются вне космического корабля, либо для исследования планет, либо для выхода в открытый космос. Они должны защищать владельца от всех условий космоса, а также обеспечивать мобильность и функциональность. ^[1]

Первые скафандры полного давления для использования на экстремальных высотах были разработаны отдельными изобретателями еще в 1930-х годах. Первым космическим скафандром, который надел человек в космосе, был советский скафандр СК-1 , который носил Юрий Гагарин в 1961 году. С тех пор космические скафандры носили и на околоземной орбите, и в пути, и на поверхности Луны .

Космический костюм должен выполнять несколько функций, чтобы позволить его владельцу безопасно и комфортно работать внутри или снаружи космического корабля. Он должен обеспечивать:

• Стабильное внутреннее давление. Оно может быть меньше, чем в атмосфере Земли, поскольку обычно нет необходимости в скафандре для переноски азота (который составляет около 78% атмосферы Земли и не используется организмом). Более низкое давление обеспечивает большую подвижность, но требует от пользователя скафандра дышать чистым кислородом в течение некоторого времени перед тем, как войти в это более низкое давление, чтобы избежать декомпрессионной болезни .
• Подвижность. Движению обычно противостоит давление костюма; подвижность достигается тщательной конструкцией суставов. См. раздел Концепции дизайна .
• Подача пригодного для дыхания кислорода и удаление углекислого газа ; обмен этими газами осуществляется с космическим аппаратом или портативной системой жизнеобеспечения (ПЛСЖ).
• Регулирование температуры. В отличие от Земли, где тепло может передаваться в атмосферу путем конвекции , в космосе тепло может теряться только путем теплового излучения или путем проводимости к объектам, находящимся в физическом контакте с внешней частью костюма. Поскольку температура снаружи костюма сильно различается между солнечным светом и тенью, костюм имеет сильную изоляцию, а температура воздуха поддерживается на комфортном уровне.
• Система связи с внешним электрическим подключением к космическому кораблю или ПЛСС

• 

  Средства сбора и удержания твердых и жидких отходов жизнедеятельности организма (например, одежда с максимальной впитываемостью )

Усовершенствованные скафандры лучше регулируют температуру тела астронавта с помощью костюма с жидкостным охлаждением и вентиляцией (LCVG), контактирующего с кожей астронавта, из которого тепло отводится в космос через внешний радиатор в PLSS.

Дополнительные требования к EVA включают:

• Защита от ультрафиолетового излучения
• Ограниченная защита от корпускулярного излучения
• Средства для маневрирования, стыковки, отсоединения и присоединения к космическому кораблю
• Защита от небольших микрометеоритов , некоторые из которых движутся со скоростью до 27 000 километров в час, обеспечивается устойчивой к проколам тепловой защитой от микрометеоритов , которая является самым внешним слоем костюма. Опыт показал, что наибольшая вероятность воздействия возникает вблизи гравитационного поля луны или планеты, поэтому они были впервые использованы в лунных скафандрах для выхода в открытый космос программы «Аполлон» (см. модели скафандров для США ниже).

Как часть контроля астронавтической гигиены (т. е. защиты астронавтов от экстремальных температур, радиации и т. д.), скафандр необходим для внекорабельной деятельности. Костюм Apollo/Skylab A7L включал в себя одиннадцать слоев: внутреннюю подкладку, LCVG, камеру давления, ограничительный слой, еще одну подкладку и термическую микрометеороидную одежду, состоящую из пяти алюминизированных изоляционных слоев и внешнего слоя белой орто-ткани. Этот скафандр способен защищать астронавта от температур в диапазоне от −156 °C (−249 °F) до 121 °C (250 °F). ^{[ необходима цитата ]}

Во время исследования Луны или Марса существует вероятность того, что лунная или марсианская пыль будет удерживаться на скафандре. Когда скафандр снимается по возвращении на космический корабль, существует вероятность того, что пыль загрязнит поверхности и увеличит риск вдыхания и воздействия на кожу. Специалисты по гигиене астронавтики тестируют материалы с сокращенным временем удержания пыли и потенциалом для контроля рисков воздействия пыли во время исследования планет. Также изучаются новые подходы к входу и выходу, такие как порты для скафандров .

В космических скафандрах НАСА связь осуществляется через надеваемую на голову шапку, которая включает в себя наушники и микрофон. Из-за расцветки версии, используемой для Apollo и Skylab , которая напоминала расцветку персонажа комиксов Снупи , эти шапки стали называть « шапками Снупи ».

Как правило, для обеспечения достаточного количества кислорода для дыхания скафандр, использующий чистый кислород, должен иметь давление около 32,4 кПа (240 торр; 4,7 фунта на квадратный дюйм), что равно парциальному давлению кислорода в атмосфере Земли на уровне моря 20,7 кПа (160 торр; 3,0 фунта на квадратный дюйм), плюс 5,3 кПа (40 торр; 0,77 фунта на квадратный дюйм) давления CO2 _[ ^{необходима ссылка ]} и 6,3  кПа (47  торр ; 0,91  фунта на квадратный дюйм ) давления водяного пара , оба из которых должны быть вычтены из альвеолярного давления , чтобы получить парциальное давление альвеолярного кислорода в 100% кислородной атмосфере, по уравнению альвеолярного газа . ^[2] Последние две цифры в сумме составляют 11,6 кПа (87 торр; 1,7 фунта на квадратный дюйм), поэтому многие современные скафандры используют не 20,7 кПа (160 торр; 3,0 фунта на квадратный дюйм), а 32,4 кПа (240 торр; 4,7 фунта на квадратный дюйм) (это небольшая перекоррекция, поскольку альвеолярное парциальное давление на уровне моря немного меньше первого). В скафандрах, использующих 20,7 кПа, астронавт получает только 20,7 кПа − 11,6 кПа = 9,1 кПа (68 торр; 1,3 фунта на квадратный дюйм) кислорода, что примерно соответствует альвеолярному парциальному давлению кислорода, достигаемому на высоте 1860 м (6100 футов) над уровнем моря. Это составляет около 42% от нормального парциального давления кислорода на уровне моря, примерно столько же, сколько давление в коммерческом пассажирском реактивном самолете , и является реалистичным нижним пределом безопасного давления обычного скафандра, который обеспечивает разумную работоспособность.

Когда космические скафандры ниже определенного рабочего давления используются на кораблях, которые герметизированы до нормального атмосферного давления (например, Space Shuttle ), это требует от астронавтов "предварительного дыхания" (то есть предварительного дыхания чистым кислородом в течение определенного периода) перед тем, как надеть скафандры и сбросить давление в воздушном шлюзе. Эта процедура очищает организм от растворенного азота, чтобы избежать декомпрессионной болезни из-за быстрой разгерметизации из азотсодержащей атмосферы. ^[1]

В американском космическом челноке давление в кабине было снижено с нормального атмосферного до 70 кПа (что эквивалентно высоте около 3000 м) в течение 24 часов перед выходом в открытый космос, а после надевания скафандра — 45-минутный период предварительного дыхания чистым кислородом перед декомпрессией до рабочего давления EMU 30 кПа. На МКС нет снижения давления в кабине, вместо этого используется 4-часовой предварительный вдох кислорода при нормальном давлении в кабине для десатурации азота до приемлемого уровня. Американские исследования показывают, что быстрая декомпрессия со 101 кПа до 55 кПа имеет приемлемый риск, а российские исследования показывают, что прямая декомпрессия со 101 кПа до 40 кПа после 30 минут предварительного дыхания кислородом, что примерно соответствует времени, необходимому для проверки скафандра перед выходом в открытый космос, является приемлемой. ^[1]

Человеческое тело может кратковременно выживать в жестком вакууме космоса без защиты, ^[3] несмотря на противоположные изображения в некоторых популярных научных произведениях . Сознание сохраняется до 15 секунд, поскольку наступают последствия кислородного голодания . Эффекта мгновенной заморозки не происходит, поскольку все тепло должно быть потеряно через тепловое излучение или испарение жидкостей, а кровь не закипает, поскольку она остается под давлением внутри тела, но человеческая плоть расширяется примерно в два раза от своего объема из-за эбуллизма в таких условиях, создавая визуальный эффект бодибилдера, а не переполненного воздушного шара. ^[4]

В космосе существуют высокоэнергетические субатомные частицы , которые могут вызывать радиационные повреждения , нарушая важные биологические процессы. Воздействие радиации может создавать проблемы двумя способами: частицы могут реагировать с водой в организме человека, производя свободные радикалы , которые расщепляют молекулы ДНК, или напрямую расщепляя молекулы ДНК. ^{[1] [5]}

Температура в космосе может сильно различаться в зависимости от воздействия источников лучистой энергии. Температура от солнечного излучения может достигать 250 °F (121 °C), а при его отсутствии опускаться до −387 °F (−233 °C). Из-за этого скафандры должны обеспечивать достаточную изоляцию и охлаждение для условий, в которых они будут использоваться. ^[1]

Вакуумная среда космоса не имеет давления, поэтому газы будут расширяться, а открытые жидкости могут испаряться. Некоторые твердые вещества могут сублимироваться . Необходимо надевать костюм, который обеспечивает достаточное внутреннее давление тела в космосе. ^{[1] [6]} Самая непосредственная опасность заключается в попытке задержать дыхание во время взрывной декомпрессии , поскольку расширение газа может повредить легкие из-за разрыва от чрезмерного расширения. Эти эффекты были подтверждены различными несчастными случаями (в том числе в условиях очень большой высоты, в открытом космосе и в учебных вакуумных камерах ). ^{[3] [7]} Кожа человека не нуждается в защите от вакуума и сама по себе является газонепроницаемой. ^[4] Ее нужно только механически ограничить, чтобы она сохраняла свою нормальную форму, а внутренние ткани — свой объем. Этого можно добиться с помощью плотно прилегающего эластичного костюма и шлема для удержания дыхательных газов , известного как костюм для космической деятельности (SAS). ^{[ требуется пояснение ] [ требуется цитата ]}

Космический скафандр должен позволять пользователю свободно двигаться. Почти все конструкции стремятся поддерживать постоянный объем независимо от движений, которые совершает пользователь. Это связано с тем, что для изменения объема системы постоянного давления требуется механическая работа . Если сгибание сустава уменьшает объем скафандра, то астронавт должен выполнять дополнительную работу каждый раз, когда он сгибает этот сустав, и ему приходится поддерживать силу, чтобы удерживать сустав согнутым. Даже если эта сила очень мала, постоянная борьба со своим скафандром может быть серьезно утомительной. Это также сильно затрудняет тонкие движения. Работа, необходимая для сгибания сустава, определяется формулой

${\displaystyle W=\int _{V_{i}}^{V_{f}}\,P\,dV}$

где V _i и V _f — начальный и конечный объемы соединения соответственно, P — давление в костюме, а W — результирующая работа. В целом верно, что все костюмы более подвижны при более низких давлениях. Однако, поскольку минимальное внутреннее давление диктуется требованиями жизнеобеспечения, единственным способом дальнейшего снижения работы является минимизация изменения объема.

Все конструкции скафандров пытаются минимизировать или устранить эту проблему. Наиболее распространенным решением является формирование скафандра из нескольких слоев. Слой пузыря представляет собой резиновый, герметичный слой, очень похожий на воздушный шар. Ограничительный слой выходит за пределы пузыря и обеспечивает определенную форму костюма. Поскольку слой пузыря больше, чем ограничительный слой, ограничитель принимает на себя все напряжения, вызванные давлением внутри костюма. Поскольку пузырь не находится под давлением, он не «лопнет», как воздушный шар, даже если его проколоть. Ограничительный слой сформирован таким образом, что сгибание сустава приводит к тому, что карманы ткани, называемые «клиньями», открываются снаружи сустава, в то время как складки, называемые «извитками», складываются внутри сустава. Клинья восполняют объем, потерянный внутри сустава, и поддерживают костюм в почти постоянном объеме. Однако, как только клинья полностью открыты, сустав не может быть сгнут дальше без значительного объема работы.

В некоторых российских скафандрах полосы ткани плотно обматывали руки и ноги космонавта снаружи скафандра, чтобы предотвратить раздувание скафандра во время нахождения в космосе. ^{[ необходима цитата ]}

Самый внешний слой скафандра — термомемориальная одежда — обеспечивает теплоизоляцию, защиту от микрометеоритов и вредного солнечного излучения .

Существует четыре основных концептуальных подхода к проектированию костюмов:

Мягкие костюмы обычно изготавливаются в основном из тканей. Все мягкие костюмы имеют некоторые жесткие части; некоторые даже имеют жесткие подшипники сочленений. Внутрикорабельная активность и ранние костюмы для выхода в открытый космос были мягкими костюмами. ^{[ необходима цитата ]}

Жесткие костюмы обычно изготавливаются из металла или композитных материалов и не используют ткань для соединений. Соединения жестких костюмов используют шарикоподшипники и клиновидные сегменты, похожие на регулируемый коленчатый патрубок печной трубы, чтобы обеспечить широкий диапазон движений руками и ногами. Соединения поддерживают постоянный объем воздуха внутри и не имеют никакой противодействующей силы. Поэтому астронавту не нужно прилагать усилий, чтобы удерживать костюм в любом положении. Жесткие костюмы также могут работать при более высоких давлениях, что исключает необходимость для астронавта предварительно вдыхать кислород, чтобы использовать скафандр 34 кПа (4,9 фунта на квадратный дюйм) перед выходом в открытый космос из кабины космического корабля с давлением 101 кПа (14,6 фунта на квадратный дюйм). Соединения могут оказаться в ограниченном или заблокированном положении, требующем от астронавта манипулировать или программировать соединение. ^{[ необходимо разъяснение ] Экспериментальный жесткий скафандр AX-5} исследовательского центра имени Эймса НАСА имел рейтинг гибкости 95%. Владелец мог перемещаться в 95% положений, которые он мог бы занять без костюма. ^{[ необходима ссылка ]}

Гибридные костюмы имеют твердые и тканевые части. В блоке внекорабельной мобильности (EMU) NASA используется жесткий верхний торс из стекловолокна (HUT) и тканевые конечности. ^{[ необходима цитата ]} Костюм I-Suit от ILC Dover заменяет HUT на мягкий тканевый верх торса для экономии веса, ограничивая использование жестких компонентов подшипниками суставов, шлемом, поясным уплотнителем и задним входным люком. ^{[ необходима цитата ]} Практически все работоспособные конструкции космических скафандров включают жесткие компоненты, особенно в таких интерфейсах, как поясной уплотнитель, подшипники и, в случае скафандров с задним входом, задний люк, где полностью мягкие альтернативы нецелесообразны.

Обтягивающие костюмы, также известные как механические противодавление костюмы или костюмы для космической деятельности, являются предлагаемой конструкцией, которая будет использовать тяжелое эластичное тело чулок для сжатия тела. Голова находится в герметичном шлеме, но остальная часть тела находится под давлением только за счет эластичного эффекта костюма. Это смягчает проблему постоянного объема, ^{[ требуется ссылка ]} снижает вероятность разгерметизации скафандра и делает костюм очень легким. Когда они не надеты, эластичная одежда может показаться одеждой для маленького ребенка. Эти костюмы может быть очень трудно надевать, и возникают проблемы с обеспечением равномерного давления. Большинство предложений используют естественное потоотделение тела для сохранения прохлады. Пот легко испаряется в вакууме и может десублимироваться или осаждаться на объектах поблизости: оптике, датчиках, забрале астронавта и других поверхностях. Ледяная пленка и остатки пота могут загрязнять чувствительные поверхности и влиять на оптические характеристики.

Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, сделав запрос на редактирование и добавив в него . ( Октябрь 2010 )

К родственным предшествующим технологиям относятся стратонавтический космический скафандр , противогаз, использовавшийся во Второй мировой войне , кислородная маска, использовавшаяся пилотами высотных бомбардировщиков во Второй мировой войне, высотный или вакуумный костюм, необходимый пилотам Lockheed U-2 и SR-71 Blackbird , водолазный костюм , ребризер , снаряжение для подводного плавания и многие другие.

Многие конструкции скафандров заимствованы из костюмов ВВС США, которые предназначены для работы в условиях «давления высотных самолетов» ^[1] , например, костюм Mercury IVA или Gemini G4C, или усовершенствованные спасательные костюмы для экипажа ^[8] .

Mercury IVA, первый американский скафандр, включал в себя фонари на кончиках перчаток для обеспечения визуальной помощи. По мере того, как росла необходимость в деятельности вне корабля, такие скафандры, как Apollo A7L, включали перчатки из металлической ткани под названием Chromel-r для предотвращения проколов. Чтобы сохранить лучшее чувство осязания у астронавтов, кончики пальцев перчаток были сделаны из силикона. С программой шаттла возникла необходимость в возможности управлять модулями космического корабля, поэтому скафандры ACES имели захват на перчатках. Перчатки EMU, которые используются для выхода в открытый космос, нагреваются, чтобы руки астронавта оставались в тепле. Перчатки Phase VI, предназначенные для использования с скафандром Mark III , являются первыми перчатками, разработанными с использованием «технологии лазерного сканирования, 3D-компьютерного моделирования, стереолитографии, технологии лазерной резки и обработки на станках с ЧПУ». ^{[NASA, ILC Dover Inc. 1]} Это позволяет производить более дешевое и точное оборудование, а также повышает детализацию подвижности и гибкости суставов.

До миссий Аполлона жизнеобеспечение в космических скафандрах было подключено к космической капсуле через кабель-пуповину . Однако в миссиях Аполлона жизнеобеспечение было сконфигурировано в съемной капсуле, называемой Портативной системой жизнеобеспечения , которая позволяла астронавту исследовать Луну без необходимости быть прикрепленным к космическому кораблю. Космический скафандр EMU, используемый для выхода в открытый космос, позволяет астронавту вручную контролировать внутреннюю среду скафандра. Костюм Mark III имеет рюкзак, содержащий около 12 фунтов жидкого воздуха для дыхания, наддува и теплообмена. ^{[ требуется разъяснение ] [8]}

Разработка сфероидального купольного шлема стала ключом к балансу между необходимостью поля зрения, компенсацией давления и малым весом. Одним из неудобств некоторых скафандров является то, что голова зафиксирована лицом вперед и не может поворачиваться, чтобы смотреть вбок. Астронавты называют этот эффект «головой аллигатора». ^{[ необходима цитата ]}

• Евгений Чертовский создал свой полногерметичный костюм или высотный « скафандр » ( скафандр ) в 1931 году. ^[9] (скафандр также означает « водолазный костюм»). ^[10]
• Эмилио Эррера спроектировал и построил в 1935 году полноразмерный « стратонавтический космический скафандр », который должен был использоваться во время стратосферного полета на открытом воздушном шаре, запланированного на начало 1936 года. ^[11]
• Wiley Post экспериментировал с рядом скафандров для рекордных полетов. ^{[12] [13]}
• Рассел Колли создал скафандры, которые носили астронавты проекта «Меркурий», в том числе скафандры, подогнанные под Алана Шепарда для его полета в качестве первого американского человека в космос 5 мая 1961 года. ^{[ необходима цитата ]}

• Серия СК (СК)  – скафандр, использовавшийся в программе «Восток» (1961–1963). Был надет Юрием Гагариным во время первого пилотируемого космического полета.
• На борту «Восхода-1» не использовались скафандры .
• Беркут ( Беркут означает « беркут »)  — скафандр, представляющий собой модифицированную версию СК-1, которую использовал экипаж корабля «Восход-2» , в том числе Алексей Леонов, во время первого выхода в открытый космос (1965).
• Начиная с «Союза-1» и заканчивая «Союзом-11» (1967–1971) во время запуска и возвращения в атмосферу не использовались скафандры . ^{[ требуется ссылка ]}
• Ястреб ( Ястреб — « ястреб »)  — скафандр для выхода в открытый космос, использовавшийся при обмене экипажами между кораблями «Союз-4» и «Союз-5» (1969).
• Кречет-94 ( Кречет означает « кречет »)  — разработан для отменённой советской пилотируемой высадки на Луну.
• Стриж ( Стриж означает « стремительный (птица) »)  — разработан для пилотов орбитальных кораблей класса «Буран » .
• Сокол ( Сокол означает « сокол »)  — скафандры, которые носили члены экипажа «Союза» во время запуска и возвращения в атмосферу. Впервые были надеты на «Союзе-12» . Используются с 1973 года по настоящее время.
• Орлан ( Орлан означает « морской орел » или « белоголовый орлан »)  — костюмы для внекорабельной деятельности, изначально разработанные для советской лунной программы как скафандр для выхода на лунную орбиту. Является действующим российским скафандром для выхода в открытый космос. Используется с 1977 года по настоящее время.

• 
  Скафандр СК-1
• 
  Космический скафандр Беркут
• 
  Скафандр Ястреб
• 
  скафандр Кречет
• 
  Скафандр Стриж
• 
  Скафандр «Сокол-КВ2»
• 
  Скафандр Орлан-МК

• В начале 1950-х годов Зигфрид Хансен и его коллеги из Litton Industries разработали и построили рабочий жесткий костюм, который использовался внутри вакуумных камер и был предшественником космических скафандров, используемых в миссиях НАСА. ^[14]
• Высотный/вакуумный скафандр ВМС США Mark IV — использовался в проекте «Меркурий» (1961–1963).
• Космические скафандры «Джемини» (1965–1966) — было разработано три основных варианта: G3C, предназначенный для использования внутри корабля; G4C, специально разработанный для выхода в открытый космос и использования внутри корабля; и специальный скафандр G5C, который экипаж «Джемини-7» носил в течение 14 дней внутри космического корабля.
• Скафандры пилотируемой орбитальной лаборатории MH-7 для отмененной программы MOL.
• Костюм Apollo Block I A1C (1966–1967) — производная от костюма Gemini, которую носили основные и резервные экипажи во время тренировок для двух ранних миссий Apollo. Нейлоновый комбинезон расплавился и прогорел во время пожара в кабине Apollo 1. Этот костюм устарел, когда пилотируемые полеты Apollo Block I были прекращены после пожара.
• Скафандры для выхода в открытый космос и лунные костюмы Apollo/Skylab A7L – скафандр Block II Apollo был основным скафандром, который носили в одиннадцати полетах Apollo, трех полетах Skylab и американских астронавтах в испытательном проекте Apollo–Soyuz в период с 1968 по 1975 год. Внешний слой нейлона комбинезона был заменен огнестойкой тканью Beta после пожара Apollo 1. Этот костюм был первым, в котором использовалась внутренняя одежда с жидкостным охлаждением и внешняя одежда с защитой от микрометеорита. Начиная с миссии Apollo 13 , он также ввел «командирские полосы», чтобы пара космических путешественников не выглядела одинаково на камере. ^[15]
• Костюм для спасения при катапультировании шаттла  — использовался с STS-1 (1981) по STS-4 (1982) экипажем из двух человек, использовался совместно с установленными тогда катапультными креслами . Заимствован из модели ВВС США . ^[16] Они были сняты после того, как шаттл получил сертификацию.
• С STS-5 (1982) по STS-51-L (1986) во время запуска и возвращения в атмосферу не использовались скафандры. Экипаж носил только синий летный костюм с кислородным шлемом.
• Костюм для входа в атмосферу впервые был использован на STS-26 (1988), первом полете после катастрофы Challenger . Это был костюм частичного давления, созданный на основе модели ВВС США. ^[17] Он использовался с 1988 по 1998 год.
• Advanced Crew Escape Suit, используемый на Space Shuttle с 1994 года. ^[18] Advanced Crew Escape Suit или костюм ACES — это полноценный скафандр, который носят все экипажи Space Shuttle на этапах подъема и посадки. Костюм является прямым потомком высотных скафандров ВВС США, которые носили пилоты самолетов-шпионов SR-71 Blackbird и U-2, пилоты-астронавты North American X-15 и Gemini , а также скафандров Launch Entry Suits, которые носили астронавты NASA, начиная с полета STS-26. Он создан на основе модели ВВС США.
• Блок внекорабельной мобильности (EMU) — используется как на космическом челноке, так и на Международной космической станции (МКС). EMU — это независимая антропоморфная система, которая обеспечивает защиту окружающей среды, мобильность, жизнеобеспечение и связь для члена экипажа космического челнока или МКС для выполнения выхода в открытый космос на околоземной орбите . Используется с 1982 года по настоящее время, но доступен только в ограниченном размере по состоянию на 2019 год. ^[19]
• Аэрокосмическая компания SpaceX разработала костюм IVA, который носят астронавты, участвующие в коммерческих программах Crew Program , выполняемых SpaceX с момента миссии Demo-2 . В качестве продолжения этого дизайна костюма SpaceX разработала костюм EVA в 2024 году. Версия костюма EVA использовалась во время частной космической миссии Polaris Dawn для первого в истории коммерческого выхода в открытый космос. ^[20]
• Система выживания экипажа Orion (OCSS) – будет использоваться во время запуска и возвращения на Orion MPCV . Она разработана на основе Advanced Crew Escape Suit, но способна работать при более высоком давлении и имеет улучшенную подвижность в плечах. ^[21]

• 
  Костюм Меркурий
• 
  Костюм Gemini G4C
• 
  Пилотируемая орбитальная лаборатория скафандр MH-7
• 
  Скафандр Apollo Block I A1C
• 
  Космический скафандр Apollo/Skylab
• 
  Спасательный костюм для катапультирования шаттла
• 
  Костюм для полета шаттла
• 
  Костюм для входа в космос
• 
  Спасательный костюм Advance Crew
• 
  Подразделение внекорабельной мобильности
• 
  костюм SpaceX

В феврале 2015 года SpaceX начала разработку скафандра для астронавтов, которые будут носиться в космической капсуле Dragon 2. ^[22] Его внешний вид был совместно разработан Хосе Фернандесом — голливудским художником по костюмам, известным своими работами для фильмов о супергероях и научно-фантастических фильмах , — и основателем и генеральным директором SpaceX Илоном Маском . ^{[23] [24]} Первые изображения скафандра были представлены в сентябре 2017 года. ^[25] Манекен, названный «Starman» (в честь одноименной песни Дэвида Боуи ), носил скафандр SpaceX во время первого запуска Falcon Heavy в феврале 2018 года. ^{[26] [27]} Для этого показательного запуска скафандр не был герметичным и не имел датчиков. ^[28]

Костюм, подходящий для вакуума, обеспечивает защиту от разгерметизации кабины с помощью единственного троса на бедре астронавта, который питает воздух и электронные соединения. Шлемы, которые печатаются на 3D-принтере, содержат микрофоны и динамики. Поскольку костюмы нуждаются в соединении троса и не обеспечивают защиту от радиации, они не используются для внекорабельной деятельности. Костюмы изготавливаются индивидуально для каждого астронавта. ^[29]

В 2018 году астронавты коммерческого экипажа НАСА Боб Бенкен и Даг Херли испытали скафандр внутри космического корабля Dragon 2, чтобы ознакомиться с ним. ^[30] Они носили его во время полета Crew Dragon Demo-2 , запущенного 30 мая 2020 года. ^[27] Костюм носят астронавты, участвующие в коммерческих миссиях программы Crew Program с участием SpaceX.

4 мая 2024 года SpaceX представила скафандр, разработанный для внекорабельной деятельности на основе костюма IVA для миссии Polaris Dawn в программе Polaris . Как и в случае со скафандром IVA, шлемы напечатаны на 3D-принтере , хотя шлем EVA включает в себя дисплей на лобовом стекле, предоставляющий информацию и камеру о показателях костюма во время работы. Он более мобильный, включает в себя новые теплоизоляционные ткани и материалы, используемые в межступенчатом отсеке Falcon и внешнем негерметичном багажнике Crew Dragon . ^[31]

1 июня 2022 года НАСА объявило, что выбрало конкурирующие компании Axiom Space и Collins Aerospace для разработки и поставки астронавтам скафандров и систем выхода в открытый космос следующего поколения для предварительного тестирования и последующего использования за пределами Международной космической станции, а также на поверхности Луны для пилотируемых миссий Artemis и подготовки к пилотируемым миссиям на Марс. ^{[32] [33] [34]}

• Космический костюм Шугуан : первое поколение космического скафандра для выхода в открытый космос, разработанное Китаем для отмененной в 1967 году пилотируемой космической программы Проект 714. Он имеет массу около 10 килограммов (20 фунтов), оранжевый цвет и изготовлен из высокопрочной многослойной полиэфирной ткани. Астронавт мог использовать его внутри кабины, а также проводить выход в открытый космос. ^{[35] [36] [37]}
• ' Проект 863 космический скафандр: Отмененный проект второго поколения китайского космического скафандра для выхода в открытый космос. ^[38]
• Космический скафандр Shenzhou IVA (神舟): Впервые этот скафандр надел Ян Ливэй на Shenzhou 5 , первом китайском пилотируемом космическом полете. Он очень похож на скафандр Sokol-KV2 , но считается, что это китайская версия, а не настоящий российский скафандр. ^{[39] [40]} На фотографиях видно, что скафандры Shenzhou 6 в деталях отличаются от более раннего скафандра; также сообщается, что они легче. ^[41]
• Haiying (海鹰号航天服) Скафандр для выхода в открытый космос: Импортированный российский костюм для выхода в открытый космос «Орлан-М» называется Haiying . Используется в Шэньчжоу 7 .
• Feitian (飞天号航天服) Космический скафандр для выхода в открытый космос: разработанный в Китае космический скафандр для выхода в открытый космос, также использовавшийся в миссии Shenzhou 7. ^[42] Костюм был разработан для выхода в открытый космос продолжительностью до семи часов. ^[43] Китайские астронавты тренируются в скафандрах для выхода в открытый космос с июля 2007 года, и движения в скафандрах серьезно ограничены, так как их масса составляет более 110 килограммов (240 фунтов) каждый. ^[44] Новое поколение скафандров Feitian используется с 2021 года, когда началось строительство космической станции Tiangong .

• 
  Внутрикорабельный космический костюм Shenzhou
• 
  Фейтианский космический костюм
• 
  Второе поколение скафандра Feitian

This section's factual accuracy may be compromised due to out-of-date information. Please help update this article to reflect recent events or newly available information. (April 2017)

Несколько компаний и университетов разрабатывают технологии и прототипы, которые представляют собой усовершенствования по сравнению с существующими космическими скафандрами.

3D-печать (аддитивное производство) может использоваться для уменьшения массы жестких космических скафандров, сохраняя при этом высокую мобильность, которую они обеспечивают. Этот метод изготовления также позволяет потенциально изготавливать и ремонтировать скафандры на месте, что в настоящее время недоступно, но, вероятно, будет необходимо для исследования Марса. ^[45] Университет Мэриленда начал разработку прототипа жесткого скафандра, напечатанного на 3D-принтере, в 2016 году на основе кинематики AX -5 . Прототип сегмента руки предназначен для оценки в перчаточном боксе Лаборатории космических систем для сравнения мобильности с традиционными мягкими скафандрами. Первоначальные исследования были сосредоточены на возможности печати жестких элементов скафандра, дорожек подшипников, шарикоподшипников, уплотнений и уплотнительных поверхностей. ^[46]

Существуют определенные трудности в проектировании ловкой перчатки для скафандра, и существуют ограничения для текущих конструкций. По этой причине был создан Centennial Astronaut Glove Challenge , чтобы создать лучшую перчатку. Соревнования проводились в 2007 и 2009 годах, и еще одно запланировано. Конкурс 2009 года требовал, чтобы перчатка была покрыта слоем микрометеорита.

С 2009 года Австрийский космический форум ^[47] разрабатывает "Aouda.X", экспериментальный аналог марсианского скафандра, фокусирующийся на передовом человеко-машинном интерфейсе и бортовой вычислительной сети для повышения ситуационной осведомленности . Костюм предназначен для изучения векторов загрязнения в аналоговых средах планетарного исследования и создания ограничений в зависимости от режима давления, выбранного для моделирования.

С 2012 года для аналоговой миссии Mars2013 ^[48] Австрийского космического форума в Эрфуде , Марокко , у аналогового скафандра Aouda.X появился аналог в виде Aouda.S. ^[49] Это немного менее сложный скафандр, предназначенный в первую очередь для помощи в работе Aouda.X и позволяющий изучать взаимодействие между двумя (аналоговыми) астронавтами в похожих скафандрах.

Скафандры Aouda.X и Aouda.S были названы в честь вымышленной принцессы из романа Жюля Верна 1873 года « Вокруг света за восемьдесят дней» . Публичный макет Aouda.X (называемый Aouda.D) в настоящее время выставлен в ледяной пещере Дахштайн в Обертрауне , Австрия , после экспериментов, проведенных там в 2012 году. ^[50]

В 2024 году на Международном астронавтическом конгрессе в Милане, Италия, компании Axiom Space и Prada продемонстрировали результаты продолжающегося сотрудничества по разработке скафандра для миссии NASA Artemis III. ^[34]

Bio-Suit — это космический костюм, разрабатываемый в Массачусетском технологическом институте , который по состоянию на 2006 год ^[update]состоял из нескольких прототипов голени. Bio-Suit подгоняется индивидуально под каждого пользователя с помощью лазерного сканирования тела. ^{[ требуется обновление ]}

2 августа 2006 года НАСА сообщило о планах выпустить Запрос предложений (RFP) на проектирование, разработку, сертификацию, производство и техническое обслуживание космического скафандра Constellation для удовлетворения потребностей программы Constellation . ^[51] НАСА предвидело, что один скафандр сможет обеспечить: выживаемость во время запуска, входа в атмосферу и прерывания полета; выход в открытый космос в условиях невесомости ; выход в открытый космос на поверхности Луны; и выход в открытый космос на поверхности Марса.

11 июня 2008 года НАСА заключило контракт на сумму 745 миллионов долларов США с компанией Oceaneering International на создание нового скафандра. ^[52]

Final Frontier Design (FFD) разрабатывает коммерческий полноценный космический скафандр IVA, первый из которых был завершен в 2010 году. ^[53] Костюмы FFD предназначены для использования в качестве легких, высокомобильных и недорогих коммерческих космических скафандров. С 2011 года FFD модернизировала конструкции, оборудование, процессы и возможности костюмов IVA. С момента основания FFD построила в общей сложности 7 сборок космических скафандров IVA (2016) для различных учреждений и клиентов и провела высокоточные испытания на людях на симуляторах, самолетах, в условиях микрогравитации и гипобарических камерах. FFD имеет Соглашение о космическом законе с Управлением коммерческих космических возможностей NASA для разработки и выполнения Плана оценки человеком костюма FFD IVA. ^[54] FFD классифицирует свои костюмы IVA в соответствии с их миссией: Terra для наземных испытаний, Stratos для полетов на большой высоте и Exos для орбитальных космических полетов. Каждая категория костюмов имеет различные требования к контролю производства, проверкам и материалам, но имеет схожую архитектуру.

I -Suit — прототип скафандра, также созданный ILC Dover, который включает в себя несколько улучшений конструкции по сравнению с EMU, включая мягкую верхнюю часть туловища, снижающую вес. И Mark III, и I-Suit принимали участие в ежегодных полевых испытаниях NASA Desert Research and Technology Studies (D-RATS), в ходе которых носители скафандра взаимодействуют друг с другом, а также с марсоходами и другим оборудованием.

Mark III — прототип NASA, созданный ILC Dover, который включает в себя жесткую нижнюю часть туловища и смесь мягких и жестких компонентов. Mark III заметно более подвижен, чем предыдущие костюмы, несмотря на его высокое рабочее давление (57 кПа или 8,3 фунта на квадратный дюйм), что делает его костюмом «с нулевым предварительным дыханием», что означает, что астронавты смогут напрямую переходить из среды космической станции с одной атмосферой и смешанным газом, например, на Международной космической станции, в костюм, не рискуя получить декомпрессионную болезнь, которая может возникнуть при быстрой разгерметизации из атмосферы, содержащей азот или другой инертный газ.

MX-2 — это аналог скафандра, созданный в Лаборатории космических систем Мэрилендского университета . MX-2 используется ^{[ когда? ] для испытаний} нейтральной плавучести экипажа в Лаборатории исследований нейтральной плавучести Лаборатории космических систем. Приближая рабочую область настоящего скафандра для выхода в открытый космос, но не отвечая требованиям летного костюма, MX-2 обеспечивает недорогую платформу для исследований в открытом космосе по сравнению с использованием скафандров EMU в таких учреждениях, как Лаборатория нейтральной плавучести НАСА .

MX-2 имеет рабочее давление 2,5–4 фунта на квадратный дюйм. Это костюм с задним входом, оснащенный стекловолоконным HUT . Воздух, охлаждающая вода LCVG и питание являются системами открытого контура, подаваемыми через шлангокабель . Костюм содержит компьютер Mac Mini ^{[ требуется ссылка ]} для сбора данных датчиков, таких как давление костюма, температура воздуха на входе и выходе и частота сердечных сокращений. ^[55] Изменяемые по размеру элементы костюма и регулируемый балласт позволяют костюму вмещать субъектов ростом от 68 до 75 дюймов (170–190 см) и весом в диапазоне 120 фунтов (54 кг). ^{[ требуется разъяснение ] [56]}

Начиная с мая 2006 года, пять колледжей Северной Дакоты сотрудничали над новым прототипом космического скафандра, финансируемым грантом в размере 100 000 долларов США от НАСА, чтобы продемонстрировать технологии, которые могут быть включены в планетарный костюм. Костюм был испытан в бесплодных землях Национального парка Теодора Рузвельта на западе Северной Дакоты. Костюм имеет массу 47 фунтов (21 кг) без рюкзака жизнеобеспечения и стоит всего лишь часть стандартной стоимости в 12 000 000 долларов США для летного скафандра НАСА. ^[57] Костюм был разработан всего за год студентами из Университета Северной Дакоты , штата Северная Дакота , штата Дикинсон , государственного колледжа науки и колледжа Turtle Mountain Community College . ^[58] Мобильность костюма Северной Дакоты можно объяснить его низким рабочим давлением; В то время как костюм North Dakota испытывался в полевых условиях при перепаде давления в 1 фунт на квадратный дюйм (6,9 кПа; 52 торр), костюм EMU от NASA работает при давлении 4,7 фунта на квадратный дюйм (32 кПа; 240 торр), давлении, рассчитанном на обеспечение парциального давления кислорода примерно на уровне моря для дыхания (см. обсуждение выше).

Костюм-прототип NASA eXploration Suit (PXS), как и Z-серия, представляет собой костюм с задним входом, совместимый с портами для костюмов. ^[59] Костюм имеет компоненты, которые могут быть напечатаны на 3D-принтере во время миссий в соответствии с различными спецификациями, чтобы соответствовать разным людям или меняющимся требованиям к мобильности. ^[60]

Порт для костюма — это теоретическая альтернатива шлюзу , разработанная для использования в опасных условиях и в пилотируемых космических полетах , особенно при исследовании поверхности планет . В системе порта для костюма скафандр с задним входом крепится и герметично прикрепляется к внешней стороне космического корабля, так что астронавт может войти и запечатать костюм, а затем выйти в открытый космос без необходимости в шлюзе или разгерметизации кабины космического корабля. Порты для костюмов требуют меньшей массы и объема, чем воздушные шлюзы, обеспечивают защиту от пыли и предотвращают перекрестное загрязнение внутренней и внешней среды. Патенты на конструкции портов для костюмов были поданы в 1996 году Филиппом Калбертсоном-младшим из Исследовательского центра Эймса НАСА и в 2003 году Йоргом Беттчером, Стивеном Рэнсомом и Фрэнком Стейнсиком. ^{[61] [62]}

В 2012 году NASA представило космический костюм Z-1, первый в серии Z-прототипов космических костюмов, разработанных NASA специально для планетарной внекорабельной деятельности. Космический костюм Z-1 включает в себя акцент на мобильности и защите для космических миссий. Он имеет мягкий торс по сравнению с жестким торсом, который можно было увидеть в предыдущих космических скафандрах NASA EVA, что снижает массу. ^[63] Он был назван «костюмом Базза Лайтера» из-за его зеленых полос в дизайне.

В 2014 году НАСА опубликовало дизайн прототипа Z-2, следующей модели в серии Z. НАСА провело опрос, в котором попросило общественность принять решение о дизайне скафандра Z-2. Дизайны, созданные студентами-модельерами из Филадельфийского университета, были «Технологии», «Тенденции в обществе» и «Биомимикрия». ^[64] Победил дизайн «Технологии», и прототип был построен с использованием таких технологий, как 3D-печать . Костюм Z-2 также будет отличаться от костюма Z-1 тем, что туловище возвращается к твердой оболочке, как это видно в костюме EMU НАСА. ^{[65] [66]}

Самая ранняя космическая фантастика игнорировала проблемы путешествия в вакууме и отправляла своих героев в космос без какой-либо специальной защиты. Однако в конце 19 века появилась более реалистичная разновидность космической фантастики, в которой авторы пытались описать или изобразить космические скафандры, которые носили их персонажи. Эти вымышленные костюмы различаются по внешнему виду и технологиям и варьируются от весьма аутентичных до совершенно невероятных.

Очень ранний вымышленный рассказ о космических скафандрах можно увидеть в романе Гаррета П. Сервисса «Завоевание Марса Эдисоном» (1898). Более поздние серии комиксов, такие как «Бак Роджерс» (1930-е годы) и «Дэн Дэр» (1950-е годы), также представляли свои собственные интерпретации дизайна космических скафандров. Авторы научной фантастики, такие как Роберт А. Хайнлайн, внесли свой вклад в разработку вымышленных концепций космических скафандров.

• Атмосферный водолазный костюм  – шарнирный, устойчивый к давлению антропоморфный корпус для подводного водолаза
• Дыхательный аппарат  – оборудование, позволяющее или помогающее пользователю дышать в неблагоприятной среде.
• Высотный дыхательный аппарат  – оборудование, позволяющее пользователю дышать на гипоксических высотах.
• Влияние космического полета на организм человека  – Медицинские проблемы, связанные с космическим полетом
• Внекорабельная деятельность  — деятельность, осуществляемая астронавтом или космонавтом вне космического корабля.
  • По эпохе:
    • Список выходов в открытый космос и на Луну 1965–1999 гг.
    • Список выходов в открытый космос 2000–2014 гг.
    • Список выходов в открытый космос с 2015 года , Астронавты, вышедшие в открытый космос на сегодняшний день
  • По станции:
    • Список выходов в открытый космос станции «Мир»
    • Список выходов в открытый космос на Международной космической станции  – Внекорабельная деятельность за пределами орбитальной лаборатории
  • Список накопленных записей о выходе в открытый космос
• Пилотируемый маневренный блок  – двигательная установка астронавта НАСА

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Космические скафандры» .

• "Космические скафандры" Архивировано 27 апреля 2018 г., в Wayback Machine в A Field Guide to American Spacecraft Архивировано 25 марта 2018 г., в Wayback Machine . Список американских скафандров и мест расположения музеев, где они выставлены, составленный Ли Следжем и Джеймсом Х. Джерардом.
• "Космические костюмы" в Encyclopedia Astronautica. Полный список космических костюмов.
• Российские скафандры на НПП «Звезда»
• "Космический костюм" (на русском языке) Архивировано 29 марта 2018 г. в Wayback Machine English Г. Ильиным, Владимиром Ивановым и Иваном Павловым. Первоначально опубликовано в журнале "Наука и жизнь" , № 6, 1978.
• «История пилотируемых космических полетов в США» в Космическом центре имени Джонсона. См. ссылку в конце страницы на статью «Путь к Олимпу: хронология выхода в открытый космос» (PDF).
• Заметки NASDA Online Space в Национальном агентстве по развитию космического пространства Японии (NASDA) (2001)
• «Анализ блока внекорабельной мобильности космического челнока – 1986» (PDF)
• «Справочник по инструментам и оборудованию для ВКД шаттла НАСА – 1993» (PDF)
• «Эволюция скафандра: от индивидуального пошива до готового», архивировано 31 января 2017 г. на Wayback Machine (PDF)
• «Инженерные аспекты Аполлона» в журнале Apollo Lunar Surface Journal, архивировано 31 декабря 2020 г., на Wayback Machine . Раздел о скафандре Аполлона и портативной системе жизнеобеспечения.
• «Фотографии в скафандрах» на сайте Historic Spacecraft
• «Галерея изображений истории космических скафандров и выходов в открытый космос» Архивировано 25 октября 2012 г. в Wayback Machine в NASA
• История Звезды (на русском) Английский
• «Скафандры» в ILC Dover
• Клесиус, Майкл (10 июня 2009 г.). «Космические костюмы: прошлое и будущее». AirSpaceMag.com . Вашингтон, округ Колумбия: Смитсоновский институт . Получено 20 июня 2013 г. .
• В апреле 2011 года VOA Special English service of the Voice of America транслировала 15-минутную программу об эволюции космических костюмов. Транскрипт и MP3-файл программы, предназначенные для изучающих английский язык, можно найти на сайте "The Evolution of Spacesuits".