Жизнеобеспечение

Космический корабль должен защищать экипаж от экстремального воздействия космоса. В семи сотнях километров от поверхности Земли количество молекул газа стремится к нулю, а давление приближается к давлению в абсолютном вакууме. Поэтому космический корабль должен обеспечивать и пригодную для дыхания атмосферу, и защиту от непосильного давления. Кроме того, в этом бескрайнем пространстве царит космический холод – примерно –270° С, однако, попадая под солнечные лучи, предметы раскаляются мгновенно, поэтому корабль должен обладать системой температурного контроля, способной справиться с перепадами жара и холода. Кроме того, нельзя забывать о бомбардировке микрометеороидами и космическим мусором. Даже кусочек краски, отколовшийся от обшивки спутника, на скорости нескольких тысяч миль в час может пробить опасную брешь в корпусе космического корабля. Иллюминаторы шаттла, испещренные вмятинами от космической «шрапнели», приходится менять через каждые несколько рейсов.

В 1998 г. станцию «Мир» задел грузовой корабль, пробив в обшивке крошечную дыру размером меньше почтовой марки. Воздух со свистом устремился в космическое пространство, но, к счастью, пробоина оказалась слишком маленькой и утечка – достаточно медленной, так что экипаж успел загерметизировать поврежденный отсек. Экипажу «Союза-11» повезло меньше. При возвращении на Землю спускаемый аппарат совершил идеальную автоматическую посадку, но весь экипаж, к ужасу спасательной команды, оказался мертвым. Как выяснилось позже, на орбите неожиданно открылся клапан выравнивания давления – почти сразу же после того, как спускаемый аппарат отделился от орбитального модуля. Космонавты, уже снявшие герметичные скафандры, чтобы втиснуться в тесную спускаемую капсулу, погибли от удушья. В настоящее время экипажи космических кораблей надевают скафандры при старте и во время спуска, чтобы защититься от возможного падения давления, однако на орбите они носят обычную одежду, не стесняющую движений.

Экипаж первых американских космических аппаратов дышал чистым кислородом под давлением в одну треть атмосферы. Так можно было загрузить больший объем на тот же вес, чем в случае использования воздуха того же состава, что и на Земле (с 78 %-ным содержанием азота). Несмотря на то что кислород становится токсичным, если дышать им более суток при атмосферном давлении (см. гл. 2), под давлением в одну треть атмосферы он вполне безопасен. В корабли серий «Меркурий» и «Джемини» закачивали на стартовой площадке чистый кислород под давлением в одну атмосферу, а затем, после выхода на околоземную орбиту, давление уменьшали. После страшного пожара во время планового имитируемого запуска «Аполлона-1», в котором погибли Гас Гриссом, Эд Уайт и Роджер Чаффи, эту практику изменили. При атмосферном давлении чистый кислород крайне пожароопасен. В трагедии с «Аполлоном-1», судя по всему, повинна случайная искра, попавшая на легковоспламеняющийся материал в кабине, и наполненный кислородом командный отсек тут же охватила огненная буря. После этой катастрофы запуск стали проводить при обычной земной атмосфере и только на орбите переключались на чистый кислород. В советских же космических кораблях с самого начала создавали давление в одну атмосферу и закачивали сходную по составу с воздухом дыхательную смесь – 78 % азота и 21 % кислорода. Теперь на ту же схему перешли и в НАСА, учитывая вредное воздействие чистого кислорода, которое проявляется, если приходится слишком долго дышать им во время длительного пребывания на орбите.

При дыхании в воздухе повышается содержание углекислого газа, что может привести к головным болям, головокружению и удушью (см. гл. 2). Следовательно, CO₂ необходимо удалять. В космическом корабле это происходит за счет химической реакции с гидроксидом лития (который в процессе превращается в карбонат лития). В апреле 1970 г. о канистрах с гидроксидом лития и опасности накопления углекислого газа узнали и заговорили все. Причиной стала авария, случившаяся через два с половиной дня после старта «Аполлона-13». В результате короткого замыкания взорвался один из трех отсеков топливного элемента, питавшего командный модуль. Подача топлива из двух оставшихся отсеков тоже нарушилась в результате взрыва, и космический корабль остался без энергоснабжения. Спасательной шлюпкой для астронавтов стал лунный спускаемый аппарат «Аквариус», на котором оставались резервы кислорода, воды и электроэнергии. К сожалению, запасов гидроксида лития на нем хватало для очистки воздуха от углекислого газа всего на двух человек на два дня, тогда как возвращение на Землю заняло бы более трех дней и экипаж состоял из трех. Выпуски международных новостей не замедлили оповестить общественность о том, чем грозит астронавтам избыток углекислого газа. При этом в командном модуле находился достаточный запас канистр с гидроксидом лития, но для воздухоочистительной установки «Аквариуса» они не подходили из-за разницы в конфигурации. Инженеры с Земли сутки бились над решением проблемы, и наконец разработали способ сконструировать импровизированный очиститель воздуха из «неправильных» канистр и разнокалиберного хлама – картонок, полиэтиленовых пакетов, клейкой ленты и старых носков. Я в детстве, как и многие мои сверстники, очень любила телепередачу Blue Peter, где рассказывалось, как делать разные штуки из йогуртовых стаканчиков и эластичных лент. Воздухоочиститель для «Апполона-13» занял бы первое место среди их шедевров. К счастью, он не подвел.

При дыхании, кроме всего прочего, выделяется водяной пар – это известно любому, кто хоть раз сидел в холодную погоду в машине с закрытыми окнами. Они запотевают изнутри в первую очередь из-за влаги, испаряемой нашими легкими. Содержание водяного пара в воздухе космического аппарата необходимо тщательно контролировать, поскольку переизбыток вызовет конденсацию, а недостаток – сухость роговицы глаз и слизистых оболочек глотки. Для поддержания оптимального баланса воздух в космическом корабле постоянно циркулирует в замкнутом цикле, углекислый газ и частицы пыли удаляются, а влажность и содержание кислорода поддерживаются на нужном уровне.

Внутри космического корабля создается комфортная температура в 18–27° С. Температурный контроль имеет огромное значение, поскольку с одной стороны корабль «поджаривается» на солнце, а с другой – леденеет от космического холода. После того как на станции «Мир» отключалось электропитание, внутри становилось невыносимо холодно, когда Земля заслоняла Солнце, и адски жарко, когда оно показывалось снова. Для поддержания постоянной температуры при путешествии с Земли на Луну и обратно «Аполлоны» медленно вращались вокруг своей оси (это спиральное вращение получило шутливое прозвище «поджарка на гриле»). В шаттле теплоотдача производится через «космические батареи», установленные на внутренней стороне дверей грузовых шлюзов, которые открываются, когда шаттл выходит на орбиту.