Олег Цыганков
Рис. 1. Такая конструкция позволяла космонавту в скафандре самостоятельно зафиксироваться на рабочем месте и переносить перегрузки прилунения.
Фото из архива автора
Прошло полвека с тех пор, как человек впервые ощутил состояние микротяжести непосредственно в космическом полете. Космонавт защищен полетным техническим комплексом или скафандром от вакуума, экстремальных температур, повышенной радиации, микрометеоритов. Но необходима также защита от микротяжести, поскольку ее длительное воздействие отрицательно сказывается и на организме человека, и на результатах его трудовой деятельности.
Без опоры
Опосредованное воздействие уменьшенной в миллион раз силы тяжести на космонавта в первую очередь проявляется в виде феномена безопорного состояния. Законы механики при этом не позволяют выполнять трудовые действия. Поэтому наряду с совершенствованием медико-биологических средств защиты от вредного влияния микротяжести большое внимание уделяется оснащению рабочих мест средствами закрепления космонавта в функционально продуктивной рабочей позе. Основная функция этих средств – предотвращение бесконтрольного дрейфа в пространстве или отделение от обитаемого объекта. Эти средства фиксации должны обеспечивать одновременно и безопасность космонавтов, особенно при работах вне гермоотсеков.
Каковы же роль и значение «фиксации» в жизни и работе современного космонавта?
Во-первых, как подтверждает анализ данных о двигательных расстройствах в условиях микротяжести, фиксация – это средство ограничения влияния микротяжести на организм человека. Во-вторых, наличие фиксации – необходимое условие равенства нулю суммы всех взаимодействующих сил и моментов в системе «космонавт–инструмент–объект труда». Другими словами, исключение феномена безопорного состояния.
Отсутствие гравитационной нагрузки на костно-мышечный аппарат космонавта и снижение тонуса антигравитационных мышц компенсируются с помощью физических упражнений, нагрузочного костюма, биоэлектростимуляции и фармакологических препаратов. Физупражнения, тот же нагрузочный костюм, препараты и бароустройства помогают преодолеть снятие гидростатического давления. Нарушение согласованности работы анализаторов снимают упражнения, костюм, препараты и средства фиксации. А вот эффект безопорного состояния можно устранить с помощью только одного средства – фиксации. При этом целесообразно рассматривать состояние микротяжести как технологическую среду.
Древо фиксаций
Надежная фиксация – залог безопасной и безаварийной работы космонавта как вне космического объекта, так и внутри него. Организационно-технологических вариантов применения фиксации в практике несколько.
Перемещение. Первостепенный и непременный элемент фиксации – страховочный фал, который соединяет его с космическим кораблем (КК). Таким образом была обеспечена безопасность космонавта при первом выходе в открытый космос из КК «Восход-2» (1965), а также при переходе двух космонавтов из КК «Союз-5» в КК «Союз-4» по поверхности состыкованных кораблей (1969). В обоих этих случаях фал служил также кабелем электропитания.
 Рис. 2. Устройство «Якорь» содержит изогнутую скобу с уклоном к ее краям и Г-образные упоры для пяточной части ботинка. Фото из архива автора |
В дальнейшем лунный скафандр «Кречет-94» (1967), а затем и орбитальный скафандр «Орлан-Д» (1977) были оснащены страховочным фалом длиной 0,6 м с карабином, который космонавт мог присоединять к поручням на поверхности орбитальной станции (ОС). Кроме того, к скафандру был присоединен электрофал длиной 20 м с встроенным в него тросом. Прокладка 20-метрового фала-кабеля по трассе перехода осуществлялась с использованием фиксаторов-«улиток», установленных с заданным шагом.
При переводе скафандра «Орлан-ДМ» на автономное электропитание (1983) он был оснащен уже двумя страховочными фалами длиной по 1 м каждый. Перемещение космонавта вне космического корабля сопровождается скольжением или строго попеременной перецепкой карабинов по поручням, при этом в любой момент времени один из двух карабинов должен оставаться присоединенным к поручню.
Стационарная фиксация. В советской космической программе Н1-ЛЗ была разработана система амортизации и фиксации (САФ) в составе лунного корабля, а в конструкцию скафандра введен силовой поясной шпангоут с силовыми элементами для подстыковки скафандра к ответным узлам САФ (рис. 1). Такая конструкция позволяла космонавту в скафандре самостоятельно зафиксироваться на рабочем месте и переносить перегрузки прилунения.
Фиксация при внекорабельной деятельности. В дальнейшем первоочередное внимание было сосредоточено на создании устройства для самостоятельной и оперативной фиксации космонавта в скафандре на внешней поверхности орбитальной станции. В результате было создано механическое устройство для жесткой фиксации ступней ног/ботинок, получившее наименование «Якорь» (1978). Устройство содержит пространственно изогнутую скобу с уклоном к ее краям, высота которой над поверхностью в средней части равна высоте ботинка, и Г-образные упоры для пяточной части ботинка (рис. 2). При фиксации используется характерный для скафандра наддув ботинка и силовой элемент на каблуке. Конфигурация скобы исключает непроизвольную расфиксацию обеих ступней одновременно. Устройство «Якорь» не содержит движущихся частей, не подвергается разрушающим нагрузкам, его надежность приближается к 100%. Успех фиксации/расфиксации зависит только от уровня подготовки космонавта.
Таким образом, применение космического «якоря» обеспечивает космонавту возможность реализовать геогравитационный стереотип движений: тянущих, толкающих, кручения; длительных, импульсных; одной и двумя руками; на разных уровнях относительно плоскости опоры. Именно это позволяет космонавту использовать руки для продуктивного труда.
В процессе экспериментальных исследований устройства «Якорь» в условиях моделированной микротяжести – при полете самолета по параболе – была выявлена возможность принятия и сохранения испытателем наклонной рабочей позы в пределах подвижности голеностопных суставов. Это состояние поддерживается без сколько-нибудь значительного напряжения мышц. Данный способ фиксации позволил расширить рабочие зоны на 300% относительно условно вертикального положения космонавта (рис. 3).
Специалисты NASA разработали свой способ фиксации ног и соответствующее конструктивное решение. Но для МКС требовалось устройство, одинаково пригодное для ботинок и российских, и американских скафандров. По согласованию сторон на базе российской конструкции с некоторыми изменениями был разработан используемый на МКС «гибридный» «Якорь».
 Рис. 3. Такой способ фиксации позволил расширить рабочие зоны космонавта на 300%. Фото из архива автора |
Борьба за моторное поле
Фиксация оператора внутри космической станции в традиционном для него положении «сидя» посредством привязных ремней достаточно удобна, однако применима лишь для ограниченного круга операций. К тому же в условиях микротяжести отсутствует различие в затратах энергии на поддержание поз «стоя» и «сидя», но моторное поле космонавта в положении «стоя» значительно шире.
Одно из устройств для фиксации космонавта внутри космического объекта – специальная обувь, снабженная элементами закрепления. Ответные части устройства фиксации, к которым прикрепляется обувь, могут быть установлены на рабочих местах в различных точках космического объекта. Устройство позволяет занимать и сохранять рабочую позу с наклонами от продольно-вертикальной оси тела (в пределах подвижности голеностопа) на пространственный угол до 70–80 градусов и воспринимает реактивные усилия с любых направлений.
Фиксация элементов предметной среды – обязательное условие по обеспечению трудовой деятельности и быта космонавтов. Остро стоит вопрос о предотвращении утери инструментов, выносимых за борт, а также демонтируемых и возвращаемых в гермоотсек приборов и оборудования. Бесконтрольный дрейф предметов может стать причиной травмирования космонавтов, повреждений интерьера и внешней поверхности космического аппарата.
Микротяжесть зачастую ставит задачи, решение которых возможно только на уровне изобретений. Например, для предотвращения разлетания стружки при сверлении отверстий разработаны приспособления с наполнителем из вязкой пластмассы на основе каучука. Для исключения отделения капли расплавленного припоя от стержня паяльника и минимизации выделения в атмосферу орбитальной станции вредных аэрозолей разработана уникальная конструкция паяльника «Пеликан»; простота моментального соединения сборочных единиц обеспечивается новым классом магнитосодержащих устройств... И тому подобное по всему производственному и бытовому циклу.
Таким образом, на данном этапе освоения безопорного пространства космонавт может, перефразируя слова Архимеда, заявить: «Дайте мне точку опоры – и я выполню любую работу».
Уже сегодня актуально изучение потребности в искусственной тяжести для осуществления полета к Марсу. Так, например, очень важен вопрос о работоспособности членов десантной группы экипажа на поверхности Марса после перелета Земля–Марс. Опираясь на опыт 437-суточного непрерывного геоорбитального полета врача-космонавта В.В.Полякова, можно предположить, что имеющихся в арсенале космической медицины средств и методов противостояния микротяжести может быть достаточно для сохранения марсонавтами приемлемого уровня работоспособности. Экспериментальное подтверждение этого предположения позволило бы с большей уверенностью прогнозировать положительный результат экспедиции, а также не усложнять марсианский экспедиционный комплекс.
