Ғарышкер скафандрмен неше қадам жасайды?

Ғарыштағы жұмыс техникалық операциялар мен ғылыми тәжірибелерді орындау үшін станция шегінен шығуды талап етеді. Қорғаныс киімі бір адамға арналған автономды ғарыш кемесіне айналып, агрессивті ортада тіршілікті қамтамасыз етеді. Осындай көлемді жабдықтағы қозғалыс Жердегі үйреншікті жүріспен мүлде салыстыруға келмейді. Ең аз қашықтыққа орын ауыстырғанның өзінде дене жүктемесі мен энергия шығыны бірнеше есе артады. Ашық ғарыштағы қызмет кезінде жасалатын қадамдарды нақты есептеу экипаждың күш-жігер көлемін бағалауға мүмкіндік береді. Енді осы ерекше киімдегі адамдар қандай қашықтықтарды еңсеретінін егжей-тегжейлі қарастырайық.

Скафандрдағы қозғалыстың ерекшеліктері

Қорғаныс костюмі Жер жағдайында салмағы 100 килограмнан асатын күрделі техникалық жүйе болып табылады. Салмақсыздықта ауырлық жоғалады, бірақ инерция өзгеріссіз қалады. Әрбір қимыл құрылымның массасын және қабық ішіндегі қысымды жеңуді талап етеді.

Қозғалысқа әсер ететін негізгі факторлар мыналар:

• герметикалық қабық буындарды бүккен кезде қарсыласу туғызады;
• қолдың шектеулі икемділігі дәл операцияларды орындауды қиындатады;
• қалың қолғаптар саусақтардың сезімталдығын төмендетеді;
• дулыға көру өрісін шектеп, бүкіл денені бұруды қажет етеді.

Ресейлік «Орлан» және америкалық EMU конструкция жағынан ерекшеленгенімен, жұмыс принциптері ұқсас. Ішкі қысым шамамен 0,4 атмосфера деңгейінде ұсталады, бұл үрленген шар әсерін тудырады. Қол немесе аяқ бүгілуі осы қарсыласуды жеңу үшін күш салуды талап етеді, адам үнемі эспандермен жаттығып жүргендей әсер қалдырады.

Ашық ғарыштағы әдеттегі жұмыс

Ашық кеңістікке шығу алдын ала мұқият жоспарланып, нақты міндеттерді қамтиды. Ұзақтығы әдетте 6-7 сағатты құрайды, кейбір операциялар одан да ұзаққа созылады. Осы уақыт ішінде экипаж мүшелері жабдық орнатады, модульдерді ауыстырады және тәжірибелер жүргізеді.

Жұмыстың стандартты бағдарламасы келесі кезеңдерді қамтуы мүмкін:

1. Шлюздік бөлімнен шығу баяу әрі сақтықпен жүзеге асады. Ғарышкер сақтандыру тросының бекітілуін тексеріп, станция айналасындағы жағдайды бағалайды. Алғашқы минуттар вакуум жағдайына бейімделуге кетеді.
2. Жұмыс аймағына жылжу «қолмен қолды алмастырып» тұтқалар бойымен жүзеге асады. Қашықтық нысан орналасуына байланысты бірнеше метрден ондаған метрге дейін болуы мүмкін. Халықаралық ғарыш станциясында осындай бағыттағыштардың тармақталған жүйесі орнатылған.
3. Негізгі тапсырманы орындау уақыттың басым бөлігін алады. Қолғаптағы шектеулі икемділікке қарамастан операциялар дәлдік пен ұқыптылықты талап етеді. Ғылыми аспапты ауыстыру немесе салқындату жүйесін жөндеу жүздеген ұсақ қимылдарды қажет етуі мүмкін.
4. Станцияға оралу жұмыс циклін аяқтайды. Ғарышкер шлюзге кірер алдында құралдар мен жабдықтардың сақталғанын тексереді. Жалпы қозғалыс траекториясы сирек жағдайда ғана 50-100 метр сызықтық қашықтықтан асады.

Ұзақтығы бойынша рекордтық ашық ғарышқа шығу 8 сағат 56 минутты құрады. Америкалық астронавтар «Хаббл» телескопын жаңғыртып, аппараттың түрлі бөліктері арасында бірнеше рет орын ауыстыруға мәжбүр болды.

Салмақсыздықтағы қозғалыс тәсілдері

Гравитацияның болмауы қозғалыс әдістерін түбегейлі өзгертеді. Аяқ астында тірек болмаған жағдайда дәстүрлі жүріс мүмкін емес. Мамандар станцияға қатысты өз орнын өзгерту үшін баламалы тәсілдерді қолданады.

Қозғалыстың негізгі нұсқаларына мыналар жатады:

• корпус бойына орнатылған тұтқалармен қол арқылы ілгерілеу;
• еркін ұшу үшін реактивті ранцты пайдалану;
• инерциялық сырғу үшін құрылымдардан итерілу;
• роботтандырылған манипулятор-қолдың көмегімен жұмыс істеу.

Тұтқалар жүйесі станцияның сыртқы бетінің басым бөлігін қамтиды. Олардың арақашықтығы скафандрдағы созылған қолдың жету мүмкіндігін ескере отырып есептелген. Мұндай қозғалыстың орташа жылдамдығы минутына 1-2 метрден аспайды, өйткені дене қалпын үнемі бақылау қажет.

SAFER реактивті ранцы станциядан ажырап кеткен жағдайда оралуға арналған авариялық құрал болып саналады. Қалыпты жағдайда оны сирек қолданады, себебі бақылаусыз дрейф қаупі бар. Отын қоры шамамен 30 метр қашықтыққа маневр жасауға жеткілікті.

Дене жүктемесі және энергия шығыны

Қорғаныс костюміндегі жұмыс ауыр дене еңбегімен салыстыруға болады. Тіпті тыныш операция кезінде ғарышкердің жүрек соғу жиілігі минутына 120-140 соққыға жетеді. Терлеу айтарлықтай мәселе туғызады, себебі ылғал табиғи жолмен буланбайды.

Шаршауды арттыратын факторлар:

1. Скафандрдың қарсыласуы бұлшықеттерден тұрақты күш салуды талап етеді. Құралды ұстау үшін саусақты бүгу қатты серіппені қысумен тең. Жеті сағаттық жұмыс барысында алақан мен білекте айтарлықтай шаршау жиналады.
2. Қолайсыз қалыпты ұстап тұру кезінде статикалық кернеу пайда болады. Табиғи тіректің болмауы тұрақтандырушы бұлшықеттерді үздіксіз іске қосады. Аяққа арналған арнайы бекіткіштер көмектескенімен, олар әрдайым қажетті жерде бола бермейді.
3. Психологиялық стресс физикалық жайсыздыққа қосылады. Вакуумның қауіптілігі мен техникалық жүйелерге тәуелділік ағзаны үнемі жоғары дайындық күйінде ұстайды. Зейіннің шоғырлануы бүкіл шығу уақыты бойы ең жоғары деңгейде сақталады.

Ашық ғарышқа шығу күндері тамақ рационының калориясы артады. Мамандар энергия шығынын өтеу үшін қосымша 500-800 килокалория тұтынады. Дулығадағы су ішу жүйесі қолды қолданбай су ішуге мүмкіндік береді, бұл ұзақ жұмыс кезінде аса маңызды.

Қозғалыстың сандық көрсеткіштері

Дәстүрлі мағынадағы қадамдарды дәл есептеу қозғалыс ерекшеліктеріне байланысты мүмкін емес. Дегенмен «ұстау қимылдарының» санын және траектория бойынша жүрілген жалпы қашықтықты бағалауға болады.

Әдеттегі шығудың статистикасы мынадай мәндерді көрсетеді:

1. Тұтқалар бойымен қозғалу негізгі қашықтықты құрайды. Тұтқалар арасындағы аралық шамамен 50 сантиметр болса, әрбір метр екі «қадамды» қажет етеді. Ұзындығы 40 метр траектория шамамен 80 осындай қимылды талап етеді.
2. Алға-артқа маневрлер жалпы жүрілген жолды арттырады. Ғарышкер құралдарға қайта оралып немесе нысанға қатысты орнын түзетіп отырады. Нәтижесінде тиімді қашықтық бастапқы нүктеден жұмыс аймағына дейінгі тікелей арақашықтықтан екі есе артық болуы мүмкін.
3. Ұсақ түзетулер үнемі жасалады. Бір орында тұрғанның өзінде маман бағдарын сақтау үшін жүздеген микрокозғалыс орындайды. Олар қадам ретінде есептелмейді, бірақ физикалық шығын талап етеді.

Қазіргі мониторинг жүйелері биометриялық деректер мен қозғалыс параметрлерін тіркейді. Скафандрдағы акселерометрлер әрбір үдеуді және қалып өзгерісін жазады. Шығудан кейінгі телеметрияны талдау болашақ операцияларды оңтайландыруға мүмкіндік береді.

Рекордтар және тарихи мысалдар

Ғарышты игеру онжылдықтарында ашық кеңістіктегі қызмет туралы мол статистика жиналды. Кейбір мамандар станциялардан тыс ондаған сағат өткізіп, әсерлі қашықтықтарды еңсерді. Рекордтар жұмыс ұзақтығы мен жүрілген жол көлемін көрсетеді.

Ең көрнекті жетістіктер мыналарды қамтиды:

• ресейлік ғарышкер Анатолий Соловьев ашық кеңістікте 16 шығу барысында 82 сағаттан астам уақыт өткізді;
• америкалық астронавт Майкл Лопес-Алегриа жалпы ұзақтығы 67 сағат болатын 10 шығу жасады;
• ең ұзақ жеке шығу шамамен 9 сағат телескоп жанында жұмыс істеуге арналды;
• әйелдер арасындағы рекорд шамамен 60 сағаттық жиынтық уақытпен Пегги Уитсонға тиесілі.

«Хаббл» телескопына қызмет көрсету бағдарламасы аса күрделі маневрлерді талап етті. Астронавтар шаттлдың роботтандырылған қолын пайдаланып, обсерваторияның түрлі бөлімдері арасында орын ауыстырды. Барлық өтулерді есептегенде бір шығудың жалпы траекториясы 200 метрден асуы мүмкін еді.

Кеңестік ғарышкерлер «Мир» орбиталық станциясында құрылым жинау технологияларын сынады. Ферма құрылымдарын монтаждау ірі элементтермен бірнеше рет орын ауыстыруды қажет етті. Массивті бөлшектердің инерциясы позициялау кезінде қосымша қиындық туғызды.

Жердегі жаттығулар және дайындық

Жердегі орталықтарда салмақсыздық жағдайын имитациялау қозғалыс дағдыларын пысықтауға мүмкіндік береді. Бейтарап жүзу бассейні ғарыш ортасының баламасын жасап, заттардың батпай және қалқымай тұруын қамтамасыз етеді. Ғарышкерлер су астында жүздеген сағат өткізіп, болашақ операцияларды қайталайды.

Дайындық үдерісі көптеген аспектілерді қамтиды:

1. Гидролабораторияда станция модульдерінің толық өлшемді макеттері орналасқан. Жаттығу скафандры жүзгіштікті өтеу үшін арнайы салмақтармен ауырлатылған. Әрбір жоспарланған операция қозғалыстар автоматизм деңгейіне жеткенше бірнеше рет қайталанады.
2. Виртуалды шындық судағы дайындықты заманауи технологиялармен толықтырады. Арнайы шлемдер ғарыштық ортаны визуализациялап, әрекеттер тізбегін пысықтауға мүмкіндік береді. Бағдарламалар шешім қабылдау дағдыларын дамыту үшін түрлі төтенше жағдайларды модельдейді.
3. Дене дайындығы арнайы жаттығулармен қолдау табады. Күштік жаттығулар қолғаптағы жұмыс үшін аса маңызды алақан мен білезік бұлшықеттерін нығайтады. Төзімділік орташа қарқындағы ұзақ кардиожүктемелер арқылы дамытылады.

Гагарин атындағы Ресейлік дайындық орталығы көлемі 5000 текше метр гидробассейнге ие. Хьюстондағы америкалық орталық одан да ауқымды және станцияның ірі бөліктерін суға батыруға мүмкіндік береді. Бір суасты жаттығуы 6-8 сағатқа созылып, нақты шығуды толықтай қайталайды.

Ғарыш скафандрында жүрілген қашықтықты өлшеу орбиталық экипаж еңбегін түсінудің жаңа қырын ашады. Кішкентай орын ауыстырудың өзі қорғаныс костюмінің тар жағдайында орасан күш пен дәл үйлестіруді талап етеді. Технологиялардың дамуы мамандардың жұмысын біртіндеп жеңілдеткенімен, станция сыртындағы күрделі міндеттерді орындауда адам факторы шешуші болып қала береді. Болашақта Ай мен Марсқа бағытталған миссиялар одан да ұзақ ашық ғарыш операцияларын қажет етеді, сондықтан қозғалыс әдістерін жетілдіру және дене жүктемесін азайту аса өзекті мәселе болып отыр.