Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №12 за 2008 год

На советских (и впоследствии российских) космических кораблях всегда применялась атмосфера, близкая по составу и давлению к земной. Американцы в первых пилотируемых системах 1960—1970 годов — «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» — использовали атмосферу из чистого кислорода. Давление при этом составляло лишь 35—38% от нормального. Отказ от ненужного для дыхания азота сокращает массу запасов воздуха, упрощает СОЖ и, главное, благодаря снижению давления позволяет уменьшить толщину стенок, а с ней и массу обитаемых отсеков.

Однако именно кислородная атмосфера стала причиной гибели экипажа «Аполлона-1» 27 января 1967 года. В тот день астронавты Эдвард Уайт, Вирджил Гриссом и Роджер Чаффи проводили наземные испытания. К этому времени конструкция корабля еще не была «доведена до ума», многие электрические кабели даже не были толком заизолированы, из негерметичных трубопроводов системы терморегулирования постоянно утекала пожароопасная жидкость этиленгликоль. Внезапно в командном отсеке, где находились все три члена экипажа, произошло короткое замыкание и начался пожар. Электропроводка и горючие материалы в кислородной атмосфере мгновенно вспыхнули. Спустя несколько секунд экипаж был уже мертв — астронавты отравились токсичными продуктами горения.

Разработчики не без оснований полагали, что при низком давлении риск пожара будет минимальным. Но при наземных испытаниях командный отсек заполнялся чистым кислородом при нормальном атмосферном давлении — иначе оболочку просто смяло бы, как пустую консервную банку. Проверенные ранее материалы, которые не должны были гореть в условиях полета, при давлении кислорода втрое выше расчетного, вдруг вспыхнули... В дальнейшем, при тренировках и перед стартом, корабль стали заполнять смесью кислорода (60%) и азота (40%) при нормальном давлении. При выведении на орбиту она заменялась атмосферой, состоявшей на 98% из кислорода и только на 2% из азота, но давление при этом снижалось втрое. Правда, на станции «Скайлэб» американцы, не меняя давления, заменили четверть кислорода азотом, главным образом чтобы снизить пожароопасность.

Углекислый газ — за борт

В сутки человек усваивает из воздуха около килограмма кислорода (O sub 2 /sub ). Примерно три четверти из этого количества выделяется с дыханием, но уже в составе углекислого газа (CO sub 2 /sub ), которого в выдыхаемом воздухе содержится примерно 5%. В то же время предельно допустимая объемная концентрация СО sub 2 /sub составляет лишь десятые доли процента. При большем количестве он начинает препятствовать усвоению кислорода. Если не очищать воздух, содержание углекислого газа быстро вырастет и самочувствие экипажа резко ухудшится вплоть до гибели. Кроме того, через легкие и кожу в сутки выделяется 1—2 килограмма водяных паров, от которых тоже надо избавляться, прежде чем они начнут конденсироваться на оборудовании.

Космонавт Сергей Крикалев с устройством электролиза воды «Электрон». Фото: NASA

Проще всего поддерживать состав атмосферы, сбрасывая «отработанный» воздух за борт и подавая свежий из баллонов. Однако без специальных приспособлений человек может использовать лишь около 1% кислорода, содержащегося в помещении. После этого концентрация CO sub 2 /sub поднимается до опасного уровня, и воздух необходимо менять. Получается, что вместо килограмма кислорода на человека в сутки придется брать в полет в 100 раз больше. Поэтому на практике применяются более сложные системы, которые удаляют углекислоту без сброса (или с существенно меньшим сбросом) воздуха за борт.

На заре космонавтики рассматривалась идея очистки воздуха путем вымораживания: сначала конденсируется водяной пар, а затем при температурах ниже –78 °С замерзает CO sub 2 /sub . Но такой метод слишком расточителен в энергетическом плане, да и надежность криогенных систем оставляет желать лучшего. Поэтому на практике холодильники-конденсаторы применялись только для удаления избытка влаги, в частности на кораблях «Восток», «Восход» и «Союз», а также на орбитальных станциях «Салют». Углекислый же газ удаляли физико-химическими методами с применением различных сорбентов. В американских пилотируемых аппаратах воздух прогонялся через контейнеры с гидроокисью лития, которая захватывает углекислый газ, а в советских — через надперекись калия, которая вдобавок выделяет кислород при контакте с влажным воздухом. На выходе такой регенерационной установки ставился фильтр, например из активированного угля, для поглощения других вредных примесей.

На «Мире» и Международной космической станции (МКС) все устроено несколько иначе. Здесь применили многоразовые цеолитовые поглотители углекислоты и «лишней воды» (молекулярные сита). «Напитавшиеся» углекислым газом поглотители вставляют в специальную печку, где они за несколько часов под нагревом высвобождают углекислый газ в забортное пространство.

Командир 10-й экспедиции на МКС астронавт Лерой Чиао тренируется на беговой дорожке в модуле «Звезда». Фото: NASA

Чтобы не сойти с ума

Сегодня это кажется странным, но всего полвека назад медики вовсе не были уверены, что человек сможет пережить условия космического полета. Никто не знал, как подействуют на организм перегрузки, невесомость, космическое излучение, сознание оторванности от Земли. В фантастическом рассказе «Лунная бомба», опубликованном еще в 1926 году, Андрей Платонов приводит сообщения с борта первого космического аппарата инженера Крейцкопфа, который отправился облететь Луну: 7. Звезды физически гремят, несясь по своим путям... Передайте, что я у источников земной поэзии... Здесь страшно, тревожно и все понятно...

9. Я обнаружил кругом электромагнитный океан.

10. Нет никакой надежды на возвращение на Землю, лечу в синей заре.

11. Луна надвигается. Напряжение два миллиона вольт. Мрак.

14. Среда электромагнитных волн, где я нахожусь, имеет свойство возбуждать во мне мощные, неудержимые бесконтрольные мысли. Я не могу справиться с этим нашептыванием. Я не владею больше своими мозгами, хотя сопротивляюсь до густого пота...

20. Иду в газовых тучах лунных извержений. Тысячелетия прошли с момента моего отрыва от земного шара. Живы ли те, кому я сигнализирую эти слова, слышите ли вы меня? (С момента отлета Крейцкопфа прошло девятнадцать часов. — Примечание акад. Лесюрена.)

23. «Бомба» снижается. Я открываю люк, чтобы найти исход себе. Прощайте. Чего-то подобного опасались медики и психологи спустя 35 лет, когда готовили к полету Юрия Гагарина. На случай неадекватных действий со стороны пилота первого корабля из-за перегруженной психики инженеры позаботились о его безопасности. Прежде чем запустить тормозной двигатель, ему надлежало подтвердить свою вменяемость, решив простую логическую задачку: получить цифровой код. Только введя его, можно было вручную включить необходимое оборудование.