МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КОСМОНАВТОВ НА ПОВЕРХНОСТИ МАРСА

© С.А.Морозов, О.С.Цыганков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2010 г.

В начале третьего тысячелетия изучение Марса является одним из главных направлений исследования Солнечной системы. Полет человека на Марс станет одним из перспективных этапов развития космонавтики.

Независимо от сценария экспедиции, ее схемы, типа энергодвигательного комплекса и т.п., наступит момент, когда члены десантной группы экипажа откроют крышку люка взлетно-посадочного модуля и ступят на поверхность планеты.

Успех деятельности десантной группы на поверхности Марса определят следующие факторы:

– психофизиологическое состояние космонавтов после длительного межпланетного перелета в условиях невесомости;

– степень адаптации космонавтов к природным условиям Марса, в том числе, к силе тяжести на поверхности 0,38g;

– конструктивные и эксплуатационные характеристики защитного снаряжения;

– технико-эргономические качества инструментов.

Необходимы опережающие исследования функциональных возможностей человека в условиях Марса, без результатов которых не может разрабатываться ни сценарий экспедиции, ни конструкция экспедиционного комплекса.

В докладе описывается способ имитации условий деятельности экипажа на поверхности Марса (в первом приближении) путём полунатурного физического моделирования, при этом:

– принимается допущение, что психофизиологическое состояние и работоспособность членов десантной группы после перелёта и посадки будут близки к норме;

– скафандр как защитное снаряжение космонавта для внекорабельной деятельности (ВКД) на поверхности Марса должен соответствовать общим требованиям к автономным индивидуальным системам обеспечения жизнедеятельности аналогично орбитальному и лунному скафандрам. Кардинальным отличием от орбитальных и лунных скафандров является специфическое требование минимизации веса марсианского скафандра, обусловленное тем обстоятельством, что сила тяготения на Марсе почти в 3 раза больше, чем на Луне и составляет почти половину от земной (0,38g), а период адаптации экипажа к гравитационным условиям планеты будет крайне ограниченным. Масса скафандра для данной методики предусматривается почти в 3 раза меньше массы существующего скафандра для ВКД. В сумме это приводит почти к двукратному снижению массы объединённой системы «человек-скафандр»;

– крупные геологические структуры окажут лишь относительное влияние на формирование требований к оборудованию. Микрорельеф местности, свойства грунта под подошвами ботинок скафандра будут определять характер ходьбы, и, соответственно, требования к снаряжению. Ландшафт в зоне посадки может представлять собой каменистую равнину (камни занимают до 20% площади). На снимках, сделанных на поверхности Марса, определяются округлая галька, булыжники, валуны с поперечными размерами от 0,5 до 1,0 м; между крупными камнями разбросаны более мелкие размерами от 20 до 0,5 см; могут встретиться нагромождения камней, а также глыбы, блоки и скальные образования; различаются камни с плоской поверхностью, целиком лежащие на грунте (не утопая в нем), а также камни с острыми кромками, занимающие иногда наклонное положение; заметны «хвосты» ветровых наносов сыпучих фракций, мелких, как песок или пыль. Сыпучая фракция (до 15%) представляет собой мелко раздробленный материал (реголит). Аналогами марсианского реголита по минеральному составу на Земле являются аморфные и частично раскристаллизованные продукты базальтового стекла. Встречаются зубчатые образования на почве, связанные с переносом ветром пыли. Противодействие запылению, предотвращение абразивного воздействия пыли являются одной из важных технических проблем. Опасность запыления может потребовать включения в состав снаряжения одноразовых бахил, защитной накидки, а возможно, и сменных комплектов верхней одежды;

– в качестве оборудования используется комплект селенологических инструментов, созданных в рамках программы Н1-Л3, испытанный на функционирование и совместимость со скафандром «Кречет» в условиях 0,16g на самолете-лаборатории ТУ-104.

Задачами, решаемыми при реализации данной методики моделирования, являются:

– оценка способностей к пешему перемещению, к выполнению манипуляций по исследованию грунта и сбору образцов;

– потребность в расширении подвижности скафандра в области суставов и поясницы для решения геолого-исследовательских задач.

Удобство и легкость ходьбы в значительной степени определяются весовыми характеристиками скафандра и подвижностью нижних конечностей. Одно из обязательных условий – сохранение устойчивого вертикального положения космонавта без дополнительных затрат энергии.

Результаты исследований должны трансформироваться в конструкторско-эксплуатационные требования к компонентам будущей поверхностной инфраструктуры, и, в первую очередь, к скафандру, к инструментам, приборам и транспортным средствам.