Военное обозрение

Реализация возможности пребывания Гагарина в условиях вакуума без перчаток

33

Гермоперчатка для скафандра СК-1


Для многих людей, факт принципиальной возможности нахождения человека в скафандре с оголенными кистями рук в условиях близких к вакууму станет откровеньем, а некоторые воскликнут:

«Быть такого не может!»

Но в литературе, описывающий скафандр СК-1 и СК-2, можно встретить непримечательную фразу

«На кольцах рукава были закреплены также манжеты, герметизирующие скафандр при снятых перчатках».

(Из книги «Космические скафандры России»).

Причем речь идет не о герметизации во время приводнения, а именно в случае разгерметизации кабины КК в условиях близких к вакууму.

Получается, что «быть такое может».

Но чтобы понять, почему и при каких условиях на космических кораблях серии «Восток» рассматривался такой режим космического полета, стоит обратиться к истории создания скафандров и к физиологическим экспериментам, проведенным в Германии, США и СССР на заре высотной авиации и пилотируемой космонавтики.

Скафандры без гермоперчаток


Первые отечественные авиационные скафандры (серии ВСС – ВСС-04А, ВСС-04М, ВСС-05, ВС-06, ВСС-07 (ВКС-1) (1953-1954) гг.), разрабатываемые заводом № 918 (ныне АО «НПП «Звезда»), конструктивно не предусматривали наличия гермоперчаток. А герметизация СК в области рукавов обеспечивалась надувными манжетами и компенсирующими перчатками, что было допустимо при полетах на высотах до 20–30 км.

Первым авиационным скафандром с полноценными гермоперчатками в 1957 году стал СИ-3М.

Однако, спустя несколько лет, при проектировании скафандра для первого пилотируемого космического полета вновь вернулись к применению надувных манжет для герметизации скафандра. Что на первый взгляд выглядит странно и абсурдно. Но, несмотря на это, имело здравый смысл.

Причины применения герметизирующих манжет на рукавах скафандра СК-1 и СК-2


Первые пилотируемые орбитальные полеты по программам «Восток» не предусматривали снятия скафандра на протяжении всего полета продолжительностью до нескольких суток/ Однако после вывода на орбиту для членов экипажа допускалась возможность поднятия щитка остекления гермошлема и снятие гермоперчаток.

В случае разгерметизации кабины ЛА, в советских скафандрах «СК-1» для Ю.А. Гагарина и «СК-2» для В.Н. Терешковой создавалось избыточное давление порядка 0,25 кгс/см². При падении давления в кабине ЛА до 430 мм рт. ст. (эквивалент высоты 4,5 км)

«замыкались контакты второй группы блока барореле и открывался электроклапан кислородной линии.

Одновременно подавалось напряжение в пиромеханизм закрытия шлема, и он автоматически закрывался».

В такой ситуации космонавт мог попросту не успеть надеть перчатки, поэтому аварийную (запасную) герметизацию первых космических скафандров (СК-1; СК-2) в области рук выполняли надувные манжеты, описание которых в литературе приводится достаточно скупо.

Они плотно облегали запястье космонавта. Но кисти рук оставались при этом оголенными и подвергались воздействию низкого атмосферного давления, близкого к условиям вакуума.


Надувные манжеты для рукавов скафандра СК-1

Влияние низкого атмосферного давления, близкого к условиям вакуума, на кисти рук, оказавшихся без гермоперчаток.

Риск такой ситуации был крайне мал. Но с началом эры высотных и космических полетов, его не исключали. И рассматривали этот вариант на полном серьезе. Перед учеными Германии (во время второй мировой войны), а затем СССР и США стояла задача определить влияние разреженной атмосферы на организм человека в целом, для чего в барокамерах были проведены эксперименты с участием подопытных животных, а впоследствии и испытателей.

Что касается конкретно оголенных кистей рук, то для этого проводились специальные эксперименты с участием людей с подъемами на высоты 25–35 км, где барометрическое давление составляет 5–15 мм рт. ст.

В результате этих исследований выяснилось следующее.

Во-первых, в связи с тем, что все тело находится под избыточным давлением 0,25 кгс/см², а кисти – в разреженной атмосфере, то кисти рук в течении нескольких минут начинают сильно отекать и багроветь. Так как кровь выдавливается в зону наименьшего давления (законы физики).

При этом нарушается кровоснабжение в кровеносных сосудах кистей рук. Появляются кровоподтеки и петехии. Человек чувствует боль и онемение. А подвижность в пальцах и лучезапястном суставе быстро ухудшается.

Во-вторых, на высотах более 25 км при внешнем давлении порядка 16 мм рт. ст. и ниже, после первой минуты воздействия разреженной атмосферы возникает высотная эмфизема, что приводит к еще большему отеканию кисти уже после первой минуты нахождения в разреженной атмосфере.

Появляется чувство напряжения кожи и «ломота» в кисти (по воспоминаниям испытателей). После спуска рука оказывается напряженной и холодной на ощупь, капилляры ногтевого ложа переполнялись кровью. А затем их контуры становились смазанными. А ток крови неразличим, возникали парестезии.

Несмотря на это, в течение полутора, максимум двух минут после «взрывной декомпрессии» или быстрого падения давления, у космонавта сохранялась возможность самостоятельно надеть гермоперчатки, хотя пальцы рук не всегда входили в места для пальцев в перчатке. Но даже в таком случае через несколько дней вышеописанные симптомы бесследно исчезают.

Вот что об этом говорит один из ведущих специалистов в области высотной физиологии и медицинских проблем разработки средств защиты и спасения летного состава, д.м.н., профессор, полковник медицинской службы в отставке, испытатель авиационного и космического снаряжения, проработавший более 45 лет в НИИЦ АКМ и ВЭ – Михаил Вячеславович Дворников, участвовавший в семидесятых годах в подъемах на высоту 30 км в барокамере без перчаток, у которого удалось взять интервью:

«Исследования, о которых Вы спрашивали, были проведены.

Они и сейчас имеют важное теоретическое и практическое значение для высотной физиологии и авиационной медицины.

Мне пришлось не только участвовать в разработке и проверке гипотезы, но и лично участвовать в экспериментах.

На 25 км число испытателей было более 10, а на 30 км поднимались пятеро.

Интересный физиологический факт был получен в этих исследованиях. Я специально на эксперимент пошел без компенсирующих перчаток. Отсутствие противодавления на кисти показало, что некомпенсируемое избыточное давление в тканях кистей вполне переносимое.

Кисти были отечны, дискомфорта я не испытывал, нарушений функции в работе пальцев не было.

Примерно на пятой минуте пребывания на высоте 30 км появились признаки локальной парогазовой эмфиземы.

Припухлось кожи, поскрипывание при нажатии на поверхность кисти. Боль отсутствовала.

По мере спуска все явления исчезли. Остаточных явлений на земле не было.

С физиологической точки зрения этот феномен я могу объяснить следующим образом.
Отсутствие противодавления на кисти приводило к депонированию крови и жидких сред в этой области, а тургор кожи частично выполнял функцию средства компенсации избыточного давления в тканях кисти.

Компенсация была неполной, давление в подкожной клетчатке достигло величины эквивалентной высоты 19–20 км, может и больше.

Температура жидкости в этой области тоже могла быть ниже 37 градусов, что и привело к парогазовой эмфиземе, то есть внутритканевому кипению жидкости при температуре при пониженном давлении».

В инструкции для космонавтов имелся отдельный параграф, в котором указывалось, что, в случае разгерметизации кабины на высотах до 30 км и выше, при отсутствии на руках космонавта герметичных перчаток скафандра он должен был одеть перчатки в течение первых двух минут после разгерметизации кабины КК.

В настоящее время вышеописанная проблема утратила свою актуальность в связи с высокой надежностью герметичности КК и обязательным применением спасательного скафандра в герметичном виде на этапах выведения и посадки КК.

Аналогичная попытка применить манжеты была предпринята на скафандре «Орлан-Д».

Однако результат данной идеи крайне противоречив: в доступной литературе не указано то, что скафандр «Орлан-Д» был оснащен надувными манжетами, обеспечивающими защиту космонавта в случае повреждения перчатки скафандра.

Со слов авиационных врачей, принимавших непосредственное участие в разработке СК, они настойчиво предлагали применение манжет, но предложение так и осталось нереализованным.

В то же время один из ведущих конструкторов по разработке «Орлана» настаивает на том, что манжеты все же присутствовали в «Орлане-Д».

Можно предположить, что в случае, если манжеты для СК «Орлан-М» действительно существовали, то применялись по усмотрению космонавта.
Автор:
33 комментария
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо авторизоваться.
  1. Авиатор_
    Авиатор_ 7 марта 2021 15:18
    +5
    в разряженной атмосфере,

    Автор, у Вас ошибка в написании слова - атмосфера разрежена, (разрежение). А заметка очень интересная, респект!
    1. Лесовик
      Лесовик 7 марта 2021 15:52
      +2
      Цитата: Авиатор_
      у Вас ошибка в написании слова

      Там под статьёй специально для внимательных объявление висит:
      Заметили ошЫбку
      Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
      1. Авиатор_
        Авиатор_ 7 марта 2021 16:42
        +1
        Ну, так то для внимательных
      2. Проксима
        Проксима 7 марта 2021 17:24
        +5
        Космические медики конечно экстремалы! belay При таком "давлении" кровь элементарно КИПИТ! Клеточная жидкость в тканях тоже! Законы физики ещё никто не отменял. Но что делать, лучше вернуться на Землю без кистей рук, но зато живым! Но по поводу того, что в течении нескольких минут кисть руки может выдержать всё это - признаться не знал и даже не задумывался об этом. Автору срасибо за познавательную статью! good hi
        1. dauria
          dauria 7 марта 2021 21:18
          +4
          При таком "давлении" кровь элементарно КИПИТ!


          А вопрос можно ? На поверхности ладони ноль. Но с чего бы ему быть нулём в замкнутой артерии, вене, капилляре ? Ладно, расширилась немного артерия, началось кипение - тут же давление поднимется и кипение прекратится. Как в прозрачной газовой зажигалке.
          Так какое на самом деле давление в сосудах ? Раз человек после спуска никаких последствий не испытал, а "Законы физики ещё никто не отменял" то и не было ничего страшного. Американцы вон вообще под парциальным давлением кислорода (260 мм ртутного столба.) летают без скафандров - и ни фига.
          1. Проксима
            Проксима 7 марта 2021 23:07
            -1
            Цитата: dauria
            При таком "давлении" кровь элементарно КИПИТ!


            А вопрос можно ? На поверхности ладони ноль. Но с чего бы ему быть нулём в замкнутой артерии, вене, капилляре ? Ладно, расширилась немного артерия, началось кипение - тут же давление поднимется и кипение прекратится.

            Я вам посовеую обнажить свои ручки в условиях близких к вакууму и подержать их 3 - 4 минуты, этим совершить подвиг для будущих космонавтов, у которых появится уверенность, что в такой страшной ситуации есть шанс на спасение. Статью внимательно почитайте.
        2. ycuce234-san
          ycuce234-san 7 марта 2021 22:59
          0
          Фактически, это очень близко к приготовлению по технологии "су-вид". А восстановление происходило потому что всё таки не было необратимого разрушения белков - клетки обезвоживались, травмировались но не разрушались полностью.
          С другой стороны, отсутствие болей и временное сохранение подвижности и чувствительности рук в вакууме - это новые возможности и идеи - возможность точного, мелкого и жизненно важного ремонта в космосе, невозможного в перчатках скафа - снял перчатку и достал из электроконтакта или точной мехпередачи мусор или припаял конденсатор взамен испортившегося, взятый из другого прибора; провёл подстройку и калиброку и т. д.. Разумеется, нужны будут новые, многоразово надуваемые манжеты а потом и перчатки-компенсаторы давления можно будет изобрести - например, оставляющие нескомпенсированными только кончик пальца; микробарокамеру, в которой руку можно ускоренно вернуть в рабочую кондицию и дать ей отдых, - прямо в условиях разгерметизации и продолжить работу и т. д. Например, такое будет полезно при экспедициях на Луну и Марс - в случае аварии деться там некуда и, для выживания, надо чиниться до последнего вздоха, как дальнобою на зимней полярной трассе, а, например, та же кистевая барокамера - это скорее будет простая и немудрённая железка, размером с бидон, сопрягаемая с рукавом скафа, которая наверняка останется работоспособной при любых космических катастрофах.
  2. Владимир_2У
    Владимир_2У 7 марта 2021 16:51
    +4
    В добротной hard sciense fiction аварийные манжеты в скафандрах часто упоминаются, а вот расколовшиеся от мгновенного замерзания при абсолютном нуле конечности нет. )))
    1. Avior
      Avior 10 марта 2021 21:22
      0
      А разве руки замерзнут? В вакууме температуры вещества нет, так как и вещества-то нет, так что абсолютный ноль им не грозит, они окажутся как в термосе, и замерзнуть им не грозит.
      А вот проблема низкого давления- это сложнее.
      1. Владимир_2У
        Владимир_2У 11 марта 2021 03:15
        0
        Цитата: Avior
        А разве руки замерзнут?

        В плохой фантастике да, и ещё даже разлетятся на мелкие осколки. Но я ведь про добротную фантастику написал, не заметно?
        1. Avior
          Avior 11 марта 2021 07:46
          0
          Просто предпочитаю задать уточняющий вопрос, а не гадать
          hi
  3. Tarasios
    Tarasios 7 марта 2021 17:50
    +8
    Цитата: Лесовик
    Цитата: Авиатор_
    у Вас ошибка в написании слова

    Там под статьёй специально для внимательных объявление висит:
    Заметили ошЫбку
    Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

    Толку с этой возможности? С десяток раз (не в этой статье) отправлял этой "фишкой" сообщение об ошибке. Перфекционизм срабатывает, особенно касательно интересных материалов :)
    Ни разу ничего не было исправлено. Возможно, следующее:
    - фишка не работает нормально и автору не доходит сообщение;
    - автору пофиг на найденные ошибки;
    - автору пофиг лично на меня (ашопаделать, не царских я кровей :))
    - иное, недоступное мне для понимания )
    В любом случае - давно перестать "умничать" и трепыхаться на тему найденных ошибок.
    Авиатор вот решил напрямую этот вопрос решить, через комменты. Тоже вариант :)
    1. Бшкаус
      7 марта 2021 23:08
      +2
      Возможно, следующее:

      Автор, т.е. я просто опечатался - такое бывает, а особенно часто, когда печатаешь методом в слепую, т.е. 10 пальцами. Здесь есть своя специфика, т.к. печать идет параллельно мысли, то часто возникают ошибки из принципа "как пишется (думается), так и печатается. А потом попросту замыленным глазом не замечаешь даже самые элементарные ошибки. Кроме того, перед тем, как опубликовать статью, ее чек 10 модераторов прочитало и подправило какие то мелочи, а эту ошибку тоже никто не заметил.
      Я бы и рад ее исправить, но во-первых, не знаю как, и во-вторых, неужели никто не успел воспользоваться контрол-ентер? )))). Да и в-третьих, практика показывает, что всякие придирки типа "тут ошибка, а там отступ не такой" начинаются ровно в тот момент, когда нечего сказать по существу((((
  4. Tarasios
    Tarasios 7 марта 2021 17:58
    +9
    одному мне увиделось несоответствие инфы в названии статьи и самом тексте статьи?
    В заглавии:
    "Реализация возможности пребывания Гагарина в условиях вакуума без перчаток"
    А в самой статье рассматривался опыт исключительно в "в условиях близких к вакууму". Причём без рассматривания дополнительных факторов резкого снижения температуры, что было бы логично, если говорить о условиях космического вакуума. Но по факту в статье приведены исследования и работы на предмет решения возможных проблем космонавта на этапе взлёта/посадки, причём на высотах "до 30 км и выше" (по идее - выше тут - это порядка до высот 35-40 км, а не до высоты орбиты). Отсюда логично, что остались за бортом разные "нюансы", возникшие бы непосредственно при "настоящем" вакууме.
    1. Бшкаус
      7 марта 2021 23:10
      +4
      "Реализация возможности пребывания Гагарина в условиях вакуума без перчаток"
      А в самой статье рассматривался опыт исключительно в "в условиях близких к вакууму"

      Поверьте, давление 5мм.рт. ст. или 0,5 уже не играет никакой принципиальной разницы )))). Да и понятие "вакуум" на низких орбитах тоже понятие относительное.
      1. fsb_buzuk
        fsb_buzuk 9 марта 2021 00:21
        0
        А с чего вы взяли что нет разницы?
        1. Бшкаус
          9 марта 2021 10:14
          +1
          А с чего вы взяли что нет разницы?
          для организма человека пригодной является среда обитания при давлении 760 мм.рт.ст. максимум, 400 (5 км и то при адаптации). 7,6 мм.рт.ст (более 30км) это всего 1% от нормы, 0,76мм.рт.ст соответственно 0,1%. Разница между этими величинами менее одного процента. Если рассматривать эти показатели, то разница меньше чем прцент погрешности многих измерительных приборов.
  5. Alien From
    Alien From 7 марта 2021 21:39
    +2
    Всегда интересно узнать новое. Спасибо автору!
  6. синдикалист
    синдикалист 8 марта 2021 11:18
    0
    Я так и не понял - достаточно ли надеть обычные резиновые перчатки для усиления естественного тургора или обязательна закачка внутрь газа?
    1. Бшкаус
      8 марта 2021 16:25
      +3
      Я так и не понял - достаточно ли надеть обычные резиновые перчатки для усиления естественного тургора или обязательна закачка внутрь газа?

      Любые перчатки, обеспечивающие сдавливание могут существенно компенсировать перепад давления. Я в статье не указал, но в рамках этой же работы проводились попытки применить обычные тканевые перчатки, но они создавали недостаточно сильное обжатие т.к. имели растяжение.
      На первых ВКК (ВКК-1) были интересные перчатки из плохо растяжимой ткани со шнуровкой как и сам ВКК. Но не знаю, во всех ли моделях были дополнительные воздушные камеры.
      Потом компенсирующие перчатки стали делать без шнуровки, но они внутри имеют воздушную полость (камера с воздухом). При падении давления объем полости увеличивается по закону Бойля-Мариотта натягивая ткань перчатки и обеспечивая дополнительное обжатие рук.
      1. МПК 245
        МПК 245 9 марта 2021 06:13
        +9
        Спасибо автору за интересную статью!
      2. Avior
        Avior 10 марта 2021 21:26
        0
        то есть, получается, герметичность перчаток для относительно кратковременного пребывания в вакууме необязательна?
        Достаточно, чтобы они плотно обтягивали кисти?
        или я неверно понял?
        1. Бшкаус
          10 марта 2021 22:12
          0
          то есть, получается, герметичность перчаток для относительно кратковременного пребывания в вакууме необязательна?
          Достаточно, чтобы они плотно обтягивали кисти?

          Давайте переформулируем так: отдельно взятая кисть руки может 1-2 минуты находится в условиях близких к вакууму, но как она будет изолироваться, это уже другой вопрос.
          Если летчик или космонавт в ВКК, то у ВКК есть все же ограничения по высоте до 30км, может чуть выше но уже на грани фола т.е. гипоксии. Если космонавт в скафандре, то остальное тело должно быть изолированно в скафандре, например с помощью манжет.
          И второе: если говорить о вакууме, то правильней сказать все же "близких к вакууму" (тут я согласен, что если совсем придираться, то в названии статьи действительно следует слово "вакуум" заменить на "условия близкие к вакууму") т.к. при разгерметизации давление все равно будет падать определенное время, причем чем меньше оно будет становиться, тем больше будет замедляться скорость перепада, поэтому, в корабле давление может рухнуть с 760мм до 7,5 мм. скажем за 20 секунд, далее с 7,5 до 0,7 уже за 40, а с 0,7 до 0,007 еще полчаса. Кстати американцы на Меркурии, Джемини и Аполлоне применяли давление 0,3кгс/см2 при чистом кислороде как раз в т.ч. и по этой причине, т.к. в случае разгерметизации, скорость утечки была меньше, чем если бы давление было 1кгс/см2 при той же площади отверстия.
          1. Avior
            Avior 10 марта 2021 22:20
            0
            нет, я не совсем об этом, не о разнице понятий вакуум и близкий к вакууму.
            имеется в виду, что если перчатка будет негерметичной, но утягивающей кисть (а скафандр, разумеется, герметизирован манжетами) , достаточно ли это будет для того, чтобы временно компенсировать проблемы, связанные с низким давлением? Скажем тонкая, то с усилием обтягивающая кисть резиновая перчатка?
            1. Бшкаус
              11 марта 2021 09:31
              0
              ли это будет для того, чтобы временно компенсировать проблемы, связанные с низким давлением? Скажем тонкая, то с усилием обтягивающая кисть резиновая перчатка?

              Теоретически да, т.к под гермоперчаткой все равно надеваются обычные х/б она хоть как то, но тоже компенсирует. Но тут вопрос идет о паре минут и что делать дальше - большой вопрос. Надо не только добраться до корабля и отшлюзоваться обратно, там один сублиматор 30м сушить, подстыковывать колодку питания от борта и электрофал. Мне кажется что руку не спасть, только жизнь. А вот в спасательном скафандре действительно шансов больше.
              1. Avior
                Avior 11 марта 2021 09:36
                0
                я почему спрашиваю- некоторые работы даже в условиях риска разгерметизации может понадобится делать без перчатки- она толстая и для тонких работ малопригодна.
                нельзя ли её временно заменять утягивающей кисть относительно тонкой резиной, которая защитит кисть на время, необходимое чтобы пристегнуть герметичные перчатки в случае необходимости?
                Голая рука, конечно, лучше для тонкой работы, но перчатка из тонкой резины несравненно лучше толстой герметичной и безопаснее, чем голая кисть.
                Просо мысли вслух.
  7. Николай293
    Николай293 9 марта 2021 00:02
    +2
    Автору спасибо, что описал такую тему. Хорошо поработали над скафандрами наши ученые!
  8. fsb_buzuk
    fsb_buzuk 9 марта 2021 00:22
    0
    То есть, Гагарин собирался лететь на 35 км?
    1. Бшкаус
      9 марта 2021 10:34
      +3
      То есть, Гагарин собирался лететь на 35 км?
      нет, " Восток-1" в апогеи набрал 327км. Но с физической и физиологической точек зрения, процессы на высотах 30 км и выше мало отличимы. Если интересно, то посмотрите слои атмосферы и их особенности, потом почитайте книги по высотной и космической физиологии т.к. я не ставил перед собой цель разяспять эти вопросы, а просто описал способы защиты и результаты экспериментов
      1. abrakadabre
        abrakadabre 9 марта 2021 11:07
        +1
        Очень интересная статья. И про вопрос, который крайне скупо освещается обычно. Помнится по Дискавери была передача про испытательные прыжки со свободным падением и последующим приземлением с парашютом из стратосферы (более 30 км). Упоминалось что прыгавший испытатель неудачно зацепился перчаткой и произошла разгерметизация кисти. Говорилось что кисть сильно раздуло. Но в конце концов обошлось без долгоиграющих последствий. Собственно по теме разгерметизации и все, что слышал.
        Всегда было интересно еще следующее: в случае разгерметизации на участках снижения, насколько быстро и сильно изменяется температурный режим внутри КА? И как инженеры предполагали это парировать?
    2. Avior
      Avior 10 марта 2021 22:03
      0
      Гагарин не приземлялся с Востоком, а с помощью катапульты совершил приземление с парашютом совершил приземление с высоты 7 км. Возможно, допускали необходимость катапультирования и на большей высоте.
      Конечно, 35 км это многовато (хотя прыжки такие есть), но , вероятно, допускали катапультирование на достаточно большой высоте.
  9. Комментарий был удален.
  10. Intruder
    Intruder 9 марта 2021 14:01
    +1
    Ждем новых статей.., автору Респект!!!
  11. Intruder
    Intruder 9 марта 2021 14:05
    +1
    В то же время один из ведущих конструкторов по разработке «Орлана» настаивает на том, что манжеты все же присутствовали в «Орлане-Д».
    разве безопасности бывает много, как и здоровья!??? wink ведущий прав, лучше с манжетами, чем без них и кистей всего две в теле, новые если что пошло не так, не отрастут.., а инвалидность обеспечена!