Экипаж Apollo дышал чистым кислородом с момента надевания скафандров (поэтому до ракеты астронавты добирались уже в шлемах) – так до старта они избавлялись от азота в крови. Сам корабль заполнялся кислород-азотной смесью в пропорции 40:60. В ходе полета атмосфера в корабле менялась на полностью кислородную, но давление снижалось до 0,35 атмосферы. Такие условия близки к нормальному дыханию под давлением 1 атмосфера обычным воздухом, в котором кислорода содержится около 20 %. Условий для отравления не было.
Кроме того, кислородная атмосфера низкого давления не вызывала пожароопасной ситуации на борту корабля. При катастрофе Apollo 1 давление в отсеке было выше атмосферного, а в космических полетах кораблей Apollo – втрое ниже.
После Apollo в космических кораблях не применяется чисто кислородная атмосфера – теперь экипажи дышат обычным воздухом. В советских и российских космических кораблях так было с самых первых полетов, а NASA перешло на обычный воздух лишь с началом эксплуатации системы Space Shuttle. Большая грузоподъемность космических челноков делала незначительной экономию на азоте в несколько килограммов. Сегодня на Международной космической станции также воздушная атмосфера. Зато, как и во времена Apollo, чистым кислородом дышат в скафандрах во время выхода в открытый космос.
Внекорабельная деятельность – это сложное дело и технически, и физически. Космический скафандр – практически полноценный космический корабль, который имеет собственную атмосферу и внутреннее давление. В отличие от обычных космических кораблей, скафандр имеет подвижные части, т. е. человеку требуется преодолевать внутреннее давление. Чтобы снизить нагрузку на космонавтов, в скафандрах снижают давление до безопасного минимума. Так, в российских полужестких скафандрах серии «Орлан» поддерживается давление 0,4 атмосферы. Американские скафандры EMU не имеют внутреннего каркаса, и в них рабочее давление ниже – 0,3 атмосферы. Длительность работы в скафандре обычно составляет несколько часов, рекорд – почти девять.
Перед выходом в открытый космос сегодняшние космонавты и астронавты несколько часов дышат чистым кислородом под давлением 1 атмосфера. Такая подготовка необходима, чтобы вывести из крови азот, который может «закипеть» при переходе на дыхание в сниженном давлении скафандра. Подобная угроза, называемая «декомпрессионная (кессонная) болезнь», сопутствует работе водолазов. В условиях пониженного давления и кислородной атмосферы, как было на Apollo, отсутствовала необходимость в длительной подготовке к выходу на поверхность Луны или в открытый космос.
Возвращение к дыханию обычным воздухом у астронавтов Apollo происходило во время приземления, когда летящий на парашютах космический корабль открывал воздушные клапаны. Переход к повышенному давлению человеческий организм переносит гораздо легче, чем переход к пониженному. Астронавтам требовалась только так называемая продувка для выравнивания давления в полостях внутри головы. С этим приемом знаком любой, кто занимается подводным плаванием, и оно входит в процесс подготовки всех астронавтов и космонавтов. Тот же прием помогает при обычном полете на пассажирском самолете, когда при снижении закладывает уши. Только в самолете, идущем на посадку, происходит изменение давления с 0,8 до 1 атмосферы, а в Apollo происходило с 0,35 атмосферы.
Почему астронавты на Луне не совершали высокие прыжки?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: Хотя на Луне слабое притяжение, движениям астронавтов мешали вес и конструкция скафандра. Но даже в скафандре они могли совершать прыжки, которые крайне сложно повторить на Земле. Благодаря наземным испытаниям специалисты NASA хорошо знали, какие прыжки человек будет совершать на Луне.
Сила притяжения Луны в шесть раз меньше земной, поэтому астронавты могли активно перемещаться по ее поверхности в скафандрах массой более 90 кг. Длительность выхода на поверхность составляла до семи с половиной часов, и людям приходилось немало путешествовать. В то же время перемещения астронавтов на Луне мало напоминали приключения фантастического героя Джона Картера, который совершал головокружительные прыжки, оказавшись на Марсе.
Астронавт Apollo 16 Джон Янг в прыжке и после него. NASA
Подготовка и прыжок Нила Армстронга (силуэт виден правее флага на заднем плане) на лестницу лунного модуля. NASA, © Colin Mackellar
Если суммировать вес астронавта и его скафандра A7L и разделить на шесть, то получим всего 27,5 кг, и кажется, что с таким весом можно было бы позволить себе бóльшую свободу движений. Тем временем астронавт Джон Янг совершал вертикальные прыжки специально для показательной фотографии, и их высота составляла всего около полуметра.
Нил Армстронг рассказывал, что ему удалось подпрыгнуть, удерживаясь руками за лестницу космического корабля, на высоту около 160 см, т. е. на уровень плеч:
«Я использовал технику, согнув обе ноги в коленях, и опустился как можно ниже. Затем я вскочил вертикально, направляя себя руками за поручни. Так я добрался до третьей ступени лестницы, которая, я думаю, была около 5 или 6 футов над грунтом».
Этот момент запечатлен в записи телетрансляции.
Прыжки в длину, которые совершали астронавты, по телесъемке можно оценить примерно в 2–3 м.
При подготовке полета на Луну и разработке скафандров в Impact Dynamics Research Facility (Станции исследования ударных процессов) в Исследовательском центре Лэнгли NASA проводили испытания в условиях, приближенных к лунным. Силу лунного притяжения удавалось ощутить при помощи наклонной стены, у которой вертикально подвешивался испытатель в положении тела перпендикулярно этой стене и почти параллельно полу. При определенном наклоне стены сила опоры ног человека на стену близка к силе притяжения на Луне. В таких условиях подготовленный человек способен подпрыгивать на «высоту» почти в полтора своих роста и выполнять акробатические упражнения, которые на Земле в обычных условиях требуют батута.
Сравнение высоты прыжка по результатам испытаний в Исследовательском центре Лэнгли (слева направо): без скафандра, в скафандре без ранца, в скафандре без ранца и надутом на 0,3 атмосферы выше окружающей среды, в надутом скафандре с имитацией нагрузки ранца с системой жизнеобеспечения. NASA
Для изучения подвижности человека в условиях лунного притяжения обязательно требуется работа в скафандре. Костюм для внекорабельной деятельности сам по себе довольно неудобная форма одежды, но в условиях космического полета есть еще один важный фактор, влияющий на подвижность, – давление атмосферы внутри скафандра. Точнее, разница между давлением в скафандре и окружающей средой. Во времена лунной программы в американских скафандрах для выхода в открытый космос поддерживалось внутреннее давление чистого кислорода 0,25 атмосферы, сейчас повысили до 0,30 атмосферы. В российских скафандрах серии «Орлан» – 0,4 атмосферы. Для сравнения: внутри автомобильной шины давление 2 атмосферы. В волейбольном мяче разница с окружающей средой в 0,32 атмосферы. Получается, что скафандр – это «надутый волейбольный мяч в форме человеческого тела», в котором требуется ходить, прыгать, работать несколько часов…
Во время наземных испытаний в Impact Dynamics Research Facility на тренажере Reduced Gravity Walking Simulator (Имитатор ходьбы с пониженной гравитацией) NASA, помимо простого изучения подвижности человека в условиях лунного притяжения, моделировались и условия работы в скафандрах. В роли скафандра использовалась резиновая герметичная часть скафандра A7L. В части испытаний моделировалось внутренне давление, но ранец системы жизнеобеспечения не использовался. В скафандре испытатель производил различные действия: бег, прыжки, ходьбу по наклонной поверхности, подъем по лестнице и др. Герметичный костюм помогал определить разницу в движениях между надетым скафандром и надутым на 0,3 атмосферы.
Прыжок в высоту в условиях лунного притяжения в имитаторе скафандра не превышает двух метров. В тех же условиях, но в надутом на 0,3 атмосферы имитаторе скафандра высота прыжка сокращается примерно до полутора метров. Добавление 60-килограммового ранца системы жизнеобеспечения повлияет на центр массы астронавта и добавит 10 кг веса на Луне. Кроме того, космические скафандры отличаются от испытательных. Кроме резиновой герметичной части, лунный скафандр A7L имел четыре слоя металлизированной теплоизоляции. Поверх теплоизоляции накладывалась ударопрочная ткань, которая оберегала от повреждений внутренние слои. В результате оригинальный скафандр был массивнее и плотнее того, в котором испытатели учились прыгать.
Любые попытки теоретического расчета высоты и длины прыжков астронавтов на Луне должны учитывать не только технические и физические условия. Также следует учитывать психологический фактор – осторожность, которая удерживала астронавтов от излишнего риска в попытках побить олимпийские рекорды.
Почему астронавты бодрые и веселые после посадки?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: Пребывания в состоянии невесомости сроком до двух недель недостаточно, чтобы мышечная система человека серьезно деградировала. Съемка «бодрых и веселых» астронавтов проводилась не сразу после посадки, а примерно через час. Этого времени достаточно, чтобы адаптироваться к земным условиям, начать самостоятельно ходить и размахивать руками.
Образы астронавтов Apollo 8, триумфально вернувшихся из первого лунного полета, радостно машущих руками и шагающих по палубе авианосца USS Yorktown («Йорктаун»), облетели мир. За их радостью и бодрыми рапортами об успешно проведенных полетах экспедиций Apollo, кажется, не видна та сложность, с которой дался этот успех.
Еще удивление может вызвать сравнение с нынешними посадками космонавтов и астронавтов, возвращающихся из длительных экспедиций. Сегодняшние экипажи не могут самостоятельно выбраться из спускаемого аппарата корабля «Союз», а после извлечения из корабля сидят в креслах, в которых их уносят на руках в вертолет или медицинскую палатку.