Дек 05

Скафандры

Скафандр – индивидуальное защитное снаряжение космонавта, под оболочкой которого поддерживается свой микроклимат. Скафандр можно сравнить с герметической кабиной, уменьшенной до размеров человека. Принципиальное отличие скафандра от компенсирующего костюма состоит в том, что в нем для создания противодавления на тело используется воздух, а в компенсирующем костюме – механическое давление.

Допустимые высота и продолжительность полета в скафандре значительно больше, чем при пользовании кислородной аппаратурой или компенсирующим костюмом (см. рис. 23).

В зависимости от назначения скафандры бывают:

- аварийно-спасательный;

- для выхода в космос;

- для выхода на поверхности Луны (см. гл. IV).

Вес скафандра в значительной степени зависит от предъявляемых к нему требований и его конструктивных особенностей. Поскольку скафандр предназначен для применения в различных климатических условиях, целесообразно ввести следующее разделение их по весу: вес собственно скафандра и вес комплекта скафандра.

Вес собственно скафандра характеризует вес агрегатов, непосредственно входящих в его конструкцию (оболочка, шлем, перчатки). Вес комплекта скафандра является переменной величиной и состоит из веса самого скафандра и веса отдельных вещей, надеваемых космонавтом в зависимости от условий полета.

Аварийно-спасательный скафандр представляет собой сложное инженерное сооружение, состоящее из различных систем и агрегатов. Он должен обеспечивать человеку необходимые жизненные условия и работоспособность в следующих случаях:

- при разгерметизации кабины и падении в ней избыточного давления;

- при нарушении газового состава воздуха в кабине и повышении или понижении температуры;

- при покидании летательного аппарата в аварийной обстановке.

Время пребывания человека в скафандре зависит от устройств, обеспечивающих питание и отправление естественных надобностей. Согласно опубликованным данным оно составляет:

- при полете в загерметизированной кабине, оборудованной системой для сбора жидких и твердых отходов,– до 12–15 суток;

- при полете в разгерметизированной кабине в скафандре, оборудованном системой подачи воды для питья и приемником жидких отходов,– до двух суток.

Важность и сложность задач, возлагаемых на скафандр и его системы, заставляет предъявлять к ним высокие требования. В каждом конкретном случае эти требования могут дополняться и изменяться в зависимости от конструкции летательного аппарата и целей полета. Требования, предъявляемые к космическому аварийно-спасательному скафандру, можно подразделить на физиологические и технические.

Примерные физиологические требования:

- парциальное давление кислорода в шлеме должно быть не менее 198 мм рт. ст.;

- парциальное давление углекислого газа до 6–8 мм рт. ст. (в зависимости от времени пребывания человека в скафандре);

- подаваемый в скафандр воздух должен быть чистым и не содержать плохо пахнущих веществ, влажность воздуха желательно поддерживать в пределах 40–60%;

- минимальное абсолютное давление в скафандре, исключающее кислородное голодание,– 198 мм рт. ст. С целью предупреждения появления декомпрессионных расстройств абсолютное давление в скафандре увеличивают до 308 мм рт. ст.

Примерные технические требования к скафандру:

- безотказность в любых условиях полета;

- безопасность в отношении пожара;

- большая живучесть, т. е. способность продолжать работу при получении повреждения;

- минимальный вес и габариты;

- скафандр должен выдерживать статическую нагрузку внутренним давлением, примерно в 3 раза превышающим рабочее;

- при отсутствии под оболочкой скафандра избыточного давления он не должен ограничивать движения;

- при разгерметизации кабины и создании в скафандре рабочего избыточного давления он должен обеспечивать возможность выполнения заданного объема работ (управление летательным аппаратом, катапультирование и т. д.).

Наблюдения за испытуемым, одетым в скафандр, находящийся под избыточным давлением, показали, что энергозатраты при выполнении той же «полезной» работы возрастают. Это связано с дополнительными усилиями, которые затрачиваются человеком на преодоление механического сопротивления, создаваемого оболочкой скафандра. Экспериментально установлено, что при избыточном давлении 198 мм рт. ст. потребление кислорода увеличилось в полтора раза и соответственно в два раза при избыточном давлении 308 мм рт. ст.

В настоящее время создано два типа скафандров: вентиляционный и регенерационный. В вентиляционном скафандре (рис. 38) воздух, необходимый для вентиляции и поддержания внутреннего избыточного давления, и кислород для дыхания подаются из баллонов или других источников кислорода, установленных на летательном аппарате. При полете в загерметизированной кабине под оболочкой скафандра нет избыточного давления, продукты дыхания и воздух беспрепятственно выходят наружу.

Рис. 38. Схема питания вентиляционного скафандра:

1 – запорный кран; 2 – теплообменник; 3 – кислородный баллон; 4 – редуктор; 5 – трубка вентилирующей системы; 6 – регулятор давления; 7 – подача кислорода для дыхания; 8 – коллектор.

Регенерационные скафандры (рис. 39) отличаются от вентиляционных тем, что работают по замкнутому циклу, при котором выдыхаемый воздух не выбрасывается наружу, а подается к патронам, поглощающим углекислоту и влагу, обогащается кислородом и снова поступает в систему. Применение регенерационного скафандра позволяет значительно уменьшить расход кислорода. Расчеты показывают, что при продолжительности полетов свыше 4–6 ч регенерационный скафандр уже дает экономию в весе по сравнению с вентиляционным. Чем больше длительность полета, тем эта экономия существеннее.

Рис. 39. Схема питания регенерационного скафандра:

1 – поглотитель углекислого газа; 2 – поглотитель влаги; 3 – фильтр; 4 – теплообменник; 5 – насос; 6 – манометр; 7 – регулятор подачи кислорода; 8 – кислородный, баллон; 9 – трубка вентилирующей системы.

По способу подачи кислорода скафандры разделяются на масочные и безмасочные. Первые, несмотря на отдельные недостатки (кислородная маска стесняет движение головы, вызывает местные неудобства и раздражает кожу), обладают рядом положительных качеств. Так, например, при их применении существенно уменьшается расход кислорода; выдыхаемые газы, содержащие значительное количество влаги, не попадают на стекла шлема, благодаря чему уменьшается их запотевание; кроме того, с кислородной маской можно летать на высотах до 12 км.

Скафандр должен вентилироваться кислородом или воздухом с момента его надевания и в дальнейшем в течение всего полета; количество подаваемого газа должно обеспечивать дыхание, удаление выделяемой организмом влаги и углекислого газа.

Комплект аварийно-спасательного скафандра (рис. 40) состоит из собственно скафандра (включающего оболочку, шлем, перчатки), верхней одежды, теплозащитного костюма, нательного белья, обуви и устанавливаемых на скафандре аварийно-спасательных средств. Космонавт надевает скафандр с помощью одного человека в течение 5–10 мин и снимает его самостоятельно.

Рис. 40. Устройство аварийно-спасательного скафандра:

1 – шлем; 2 – силовая система; 3 – силовая оболочка; 4 – герметичный ввод проводов связи; 5 – объединенный разъем шлангов системы жизнеобеспечения; 6 – герметическая оболочка; 7 – подкладка; 8 – нательное белье; 9 – трубка вентилирующей системы; 10 – носок; 11 – съемный ботинок; 12 – верхняя одежда; 13 – съемная перчатка; 14 – регулятор давления; 15 – шлемофон.

Оболочка скафандра (рис. 41) предназначается для поддержания внутреннего избыточного давления и обеспечения подвижности при наполнении.

Рис. 41. Аварийно-спасательный скафандр (силовая оболочка):

1 – пряжка для регулирования длины штанины; 2 – бедренный шарнир; 3 – предохранительный клапан; 4 – манометр; 5 – лента для регулирования длины корпуса; 6 – плечевой шарнир; 7 – шейное кольцо; 5 – шлем; 6 – клапан питания; 7 – регулятор давления; 8 – трос силовой системы; 12 – шланги подачи кислорода; 13 – манжета; 14 – регулирование длины рукава; 15 – локтевой шарнир.

Изготавливается оболочка в виде комбинезона с герметическими чулками (или съемными сапогами). Для надевания и снимания оболочки в ней делают распах, герметизируемый аппендиксом, который завязывается после надевания скафандра. В некоторых скафандрах распах закрывается герметичной застежкой «молния» и необходимость в аппендиксе отпадает.

Избыточное давление растягивает ткань оболочки. Чтобы удержать ее в определенном объеме, применяют силовую систему из тросов или прочных шнуров и лент. Оболочки изготавливаются нескольких размеров (ростовок). Точная подгонка по росту производится регулированием длины элементов силовой системы. В скафандрах обычно регулируется длина штанин и рукавов. Для быстрой и удобной подгонки в конструкции оболочки предусматриваются соответствующие замки и пряжки.

Расчетные усилия, возникающие в цилиндрической оболочке, рассчитываются по формулам, вывод которых приводится в соответствующих курсах [6].

Для поддержания заданного избыточного давления на оболочке скафандра устанавливается регулятор давления. Кроме того, регулятор давления обеспечивает выпуск воздуха из скафандра при чрезмерном увеличении давления и создание на Земле (или в полете) вручную избыточного давления в скафандре (рис. 42).

Рис. 42. Характеристика работы регулятора давления скафандра:

1 – стандартная атмосфера; 2 – минимально допустимое давление в скафандре (198 мм рт. ст.); 3 – давление в скафандре из условия обеспечения защиты от высотных болей (308 мм рт. ст.)

Шлем скафандра. Существующие шлемы подразделяются на куполообразные (пространственные) и поворотные.

Куполообразный шлем может быть съемным или не съемным, он имеет сравнительно большие габариты (300–320 мм в диаметре) и не мешает повороту головы даже при надетой на лицо маске. Несъемный куполообразный шлем был применен в скафандре Ю. А. Гагарина (рис. 43).

Поворотный шлем фиксируется на голове прижимами и вращается вместе с головой благодаря наличию герметичного подшипника на шейном кольце оболочки скафандра. Когда в скафандре нет избыточного давления, поворотный шлем не мешает повороту головы, при наличии давления движения головы затруднены.

Рис. 43. Скафандр Ю. А. Гагарина:

1 – шлем; 2 – объединенный разъем; 3 – шланг подачи кислорода.

Верхняя одежда предназначена для защиты оболочки скафандра от механических повреждений при нахождении в кабине или после приземления и при покидании кабины в аварийных условиях, а также для хранения аварийно-спасательных средств, документов и других предметов летного снаряжения.

Изготавливается верхняя одежда в виде свободно облегающего комбинезона (см. рис. 43). Она должна быть легкосъемной и обеспечивать доступ ко всем расположенным на ней предметам.

Вентилирующая система предназначена для вентиляции, удаления выделяемой организмом человека влаги и продуктов дыхания из подскафандрового пространства.

При высокой температуре окружающей среды вентиляция скафандра холодным воздухом способствует испарению влаги (пота) и тем самым его охлаждению. При отрицательной наружной температуре вентиляция скафандра теплым воздухом препятствует излишней его теплоотдаче и защищает организм от охлаждения.

Воздух поступает в костюм через патрубок герметичного ввода и при помощи системы распределения подводится к различным участкам тела. Двигаясь над поверхностью тела по направлению к выходу, воздух поглощает тепло, пот и газообразные выделения организма. Пространство, в котором движется вентилирующий воздух, ограничено с одной стороны герметической оболочкой скафандра, а с другой – поверхностью тела и называется вентиляционным зазором.

Теплозащитный костюм изготавливается в виде отдельно надеваемого под скафандр комбинезона или в виде теплозащитной оболочки, составляющей единое целое со скафандром.

В комбинезоне для надевания и снятия его имеется передний распах, который обычно застегивается замком «молния». Костюм изготавливается из легких материалов, обладающих сравнительно большим термическим сопротивлением (шерсть, синтетические волокна).

Похожие статьи:

  1. Высотные скафандры, их предназначение, типы и состав Высотный скафандр – герметический костюм, являющийся индивидуальным высотным снаряжением. В...
  2. Характеристики движения космонавтов в скафандрах в условиях невесомости и лунной гравитации – результаты Результаты Данные о влиянии одежды и гравитации, преодолении ирисовой диафрагмы...
  3. Скафандр мягкого типа Основными элементами скафандра мягкого типа (рис. 56) являются: – верхняя одежда;...

автор admin \\ теги: , , , ,



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.