МОДЕЛИРОВАНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЭКИПАЖА «МАРС-500» НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛАНЕТЫ

© О.С.Цыганков, Е.П.Дёмин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2011 г.

Цели и задачи, содержание и временнбя программа эксперимента «Марс-500» широко освещены в СМИ. Эксперимент проводится на уникальной стендовой базе ГНЦ «ИМБП», представляющей собой единственный в мире комплекс гермокамер с управляемой средой обитания. Программа содержит «посадку» на планету и «выход» экипажа из взлётно-посадочного модуля (ВПМ), для чего в составе стендового комплекса предусмотрен локализованный имитатор поверхности с размерами 6х16 метров с песчаным грунтом, валунно-гравийной россыпью и макетом моноблока скального образования.

В моделировании задействованы следующие инфраструктурные объекты:

1. Скафандр «Орлан-Э», представленный на эксперимент разработчиком НПП «Звезда», заявлен как прототип будущего марсианского защитного снаряжения. Он почти в 2 раза легче орбитального скафандра «Орлан», увеличена подвижность в суставах дистальных частей — рук и ног, что позволяет испытателю опускаться на колено, подниматься на ноги. И хотя пневмоснабжение скафандров в эксперименте осуществлялось по шлангам, это не препятствовало испытателям выполнять манипуляции по программе эксперимента под избыточным давлением.

2. Оборудование и аппаратура: телеуправляемый робот-исследователь сухопутных территорий (ТУРИСТ) под названием «Гулливер», магнитометр, раскладной стеллаж, две гермокапсулы для сыпучих фракций, пенал для образцов камней, контейнер для укладки и переноса оборудования.

3. Селенологический комплект, созданный совместно ГЕОХИ им. В.И. Вернадского, КБ «Спецгеология» и НПО «Энергия» в конце 1960-х – начале 1970-х гг. для программы Н1-Л3. Комплект, адаптированный к скафандру «Кречет», был испытан на режимах 0,16g на самолете-лаборатории (СЛ) Ту-104К. В состав комплекта входят: совок для отбора сыпучих проб, грейфер (захват) для камней, альпеншток с киркой и пенетрометром, геологический молоток. Кроме ручных инструментов, в состав оборудования входят две электрические ручные машины с автономным электропитанием и вращательно-поступательным движением режущего инструмента (перфораторы), предназначенные для скола (отбойки) образцов монолитных образований.

В методике моделирования внекорабельной деятельности (ВКД) использован опыт, накопленный в этой области космонавтики в РКК «Энергия», НПП «Звезда», ИМБП, ЦПК. Так, при подготовке к эксперименту испытатели провели тренировки по освоению скафандров, использованию геологических инструментов и оборудования. За несколько дней до ВКД, как это принято на орбитальной станции, испытатели провели самостоятельную примерку скафандров. При разработке бортовой инструкции по действиям на поверхности были использованы методика и форма документа, принятая для ВКД на российском сегменте МКС.

Таким образом, приближение условий эксперимента к ожидаемым в реальности можно определить как полунатурное физическое моделирование ситуации с некоторыми допущениями, приемлемыми для разработки предварительного сценария первого выхода на поверхность Марса, а также планирования и первичной оценки методики действий.

Экипаж ВПМ (группа ВКД), состоял из 3-х испытателей: А. Смоленский (Россия), Д. Урбина (ЕSA), Ванг Юа (Китай). Осуществлено 3 «выхода» из ВПМ двумя парами «марсонавтов». При подготовке каждой группы к выходу 3-й член экипажа ВПМ оказывал помощь при облачении в скафандры.

Перечень выполненных операций, соответствующий задаче взятия геологических проб на случай внезапного и срочного старта с поверхности планеты: 1) выход из шлюзового отсека на грунт; 2) установка флагов России, ESA, Китая; 3) разворачивание и установка стеллажа; 4) подготовка инструментов и оборудования на стеллаже; 5) подготовка и работа с магнитометром; 6) взятие каменных образцов и укладка в пенал; 7) взятие пробы сыпучей фракции с поверхностного слоя и помещение в гермокапсулу; 8) прокладка траншейки киркой альпенштока; 9) взятие пробы сыпучей фракции со дна траншейки и заполнение гермокапсулы; 10) переворачивание крупных камней и взятие пробы с места, где лежали камни (так называемый грунт «дня творения») и заполнение гермокапсулы; 11) скол образцов от монолитных образований молотком, заглубление бура и взятие проб; 12) помещение капсул и пенала в контейнер, перенос контейнера и вход в шлюзовой отсек.

Запланированная программа деятельности испытателей на имитаторе поверхности была выполнена в полном объёме, цели программы достигнуты.

Скафандр «Орлан-Э» обеспечил реализацию двигательной активности испытателей и выполнение всего объёма движений и манипуляций, необходимых для целевых операций. Снижение массы системы «человек-скафандр» было достаточным применительно к условиям силы тяжести даже на Земле и позволяло испытателям перемещаться по поверхности без затруднений.

В процессе выполнения операций были подтверждены технические и эргономические свойства инструментов, их совместимость с конструктивно-эксплуатационными особенностями скафандра и функциональными возможностями облачённого в скафандр человека. Отмечены необходимые улучшения, которые повысят качество и удобство применения оборудования. Эргодизайн электроинструментов при небольших изменениях может быть согласован с перчаткой скафандра в части некоторых органов управления.

Очевидно, что в исследованиях на Марсе будут использоваться ядерно-геофизические, бескерновые, каротажные и т.п. методы поисковых работ. Для экспедиции на Марс (или на Луну, или астероид) уже сейчас может быть начато формирование специальных требований к геолого-поисковому оборудованию с целью адаптации его к космическим условиям и человеку в скафандре.

Оборудование для проведения экспресс-анализов в области геохимии, биохимии, биологии позволит экипажу оперативно получать результаты и использовать эту информацию для корректировки направления и характера поисковых и исследовательских работ, что и является главным преимуществом и отличием человека по сравнению с автоматом.

В среде специалистов существует мнение, что для отработки марсианской экспедиции могут и должны быть использованы земные природные объекты. Станция Марсианского общества — MDRS (Mars Desert Research Station) установлена в пустынной местности штата Юта (США); аналогичная станция находится в кратере Хоутон у северного побережья острова Девон (Канадский Арктический архипелаг). Станции рассчитаны на проживание 6 человек со сменой экипажей каждые две недели. Предусматривается отработка методики исследований и аппаратуры.

Такая технология подготовки экспедиции, её пригодность для всей номенклатуры операций и всех этапов подготовки, её техническая и экономическая целесообразность, по мнению авторов, отнюдь не очевидны. Необходима дифференциация задач и применение соответствующих им методов отработки. Так, например, выход из ВПМ, его обход и осмотр, фоторегистрация не потребуют площадки с радиусом более 5–6 метров. Операции по забору первичных проб грунта, камней, бурения, отбойки скальной породы, по установке приборов и т.п. могут быть выполнены на рабочем месте такого же радиуса. Оценки утомляемости, выносливости при пешем перемещении могут быть проведены на замкнутых маршрутах. Для определения устойчивости на склонах может быть сооружён макет микрорельефа. Таким образом, искусственный марсодром, разумно ограниченный по размерам и стоимости, вполне позволит на первом этапе выполнить отработку технологических операций и верификацию оборудования индивидуального применения.

Что же касается более отдалённых зон исследования, то на Марсе, учитывая тяготение, которое 2,37 раза более лунного тяготения, без транспорта никак не обойтись; для испытаний колёсных и других наповерхностных транспортных средств понадобятся природные полигоны. Изыскать такие полигоны на территории России, без сомнения, вполне возможно, по крайней мере, в определённый сезон года.

ВКД на поверхности Марса является локальным фрагментом пилотируемой экспедиции. Исследования в этом направлении можно и целесообразно разворачивать уже в настоящее время с целью формирования концептуальных и методических подходов к решению многоаспектной проблемы полёта на Марс. Результаты имитации деятельности экипажа должны быть учтены на ранних этапах проектирования элементов межпланетного экспедиционного комплекса, что позволит исключить принятие неадекватных и неэффективных решений в части учёта человеческого фактора.