50 ЛЕТ ТРУДОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ОТКРЫТОМ КОСМОСЕ
© О.С.Цыганков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Симпозиум
2015 г.
Полувековой юбилей — весомый повод осветить и осмыслить такой феномен человеческой деятельности, как работа в открытом космосе. В кратком изложении представлены история становления и развития, сущность и структура, научное обеспечение и практические результаты, современный этап и тенденции развития внекорабельной деятельности (ВКД).
Обоснование и сущность ВКД. Стремление человечества быть вписанным в структуру Вселенной, несомненно, не могло обойтись без осуществления выхода Homo sapiens в открытое космическое про-странство. В научно-технической и гуманитарно-философской литературе этой проблеме всегда сопутствовал вопрос о целесообразности и необходимости деятельности индивида непосредственно вне космического корабля (КК) или станции. Организм человека, как и всех земных существ, формировался и развивался в гравитационных, температурных и атмосферных условиях планеты Земля. И вот человек попадает в ситуацию, остроконфликтную по отношению к условиям его зарождения и существования, в безвоздушное, безопорное, без земного притяжения пространство. Нужно ли человеку стремиться в открытый космос? Подводит ли к этому логика освоения космоса, логика развития человеческой цивилизации?
Ещё в 1896 г. К.Э. Циолковский, позднее Г. Оберт предугадали и описали выход из «ракеты» и работу человека в открытом космиче-ском пространстве. Дальновидный и прогностический ответ на вопрос о необходимости деятельности в открытом космосе был дан академи-ком С.П. Королёвым в марте 1965 г. в беседе с корреспондентами, по-свящённой полёту КК «Восход-2»: «Это не фантастика, это необходи-мость. Чем больше люди будут летать в космосе, тем больше эта необ-ходимость будет проявляться». И предвидение К.Э. Циолковского, и научный прогноз С.П. Королёва осуществляются в наше время.
Пионерский эксперимент по выходу в открытый космос был выполнен 18 марта 1965 г., когда космонавт А. Леонов впервые в мире вышел из шлюза КК и пробыл вне его 00 час.12 мин. Это был очеред-ной значительный шаг в освоении космического пространства. Было показано, что человек может жить и активно действовать в открытом космосе. Применительно к внекорабельной технике для ВКД был сде-лан вывод об острой необходимости оснащения КК средствами пере-мещения и фиксации в условиях микрогравитации. Это было учтено при подготовке перехода через открытый космос КК «Союз-5» в КК «Союз-4» в январе 1969 г. уже двух космонавтов, что способствовало появлению опыта для постановки и решения новых объёмных задач. Дальнейшая производительная деятельность космонавтов нашей стра-ны в открытом космическом пространстве осуществлена на орбиталь-ных станциях (ОС) «Салют-6», «Салют-7», орбитальном комплексе «Мир», Международной космической станции (МКС).
К началу полёта ОС «Салют-6» была сформирована рабочая концепция подготовки ВКД, продуктивность которой была подтвер-ждена миссиями 1977–1982 гг. Работы, выполненные на ОС «Салют-7» (1982–1986 гг.) стали следующими шагами в развитии и утвержде-нии теории и практики ВКД. Можно уверенно констатировать, что к началу эксплуатации орбитального комплекса (ОК) «Мир» (1986 г.) положение относительно методов реализации и уровня эффективности ВКД, применительно к существующему защитному снаряжению, было стабилизировано для гарантии положительных результатов. Рабо-ты, выполненные в процессе ВКД на ОК «Мир», стали значительным периодом в развитии отечественной и мировой теории и практики ВКД. Этот бесценный опыт продолжает расширяться, углубляться и накапливаться при сборке и эксплуатации МКС.
С началом сотрудничества по программам «Мир–Шаттл» и «Мир–НАСА» выпукло проявилось существование, особенности и преимущества отечественной школы ВКД, сформировавшейся на базе теоретических разработок и практического опыта. Этот опыт заим-ствуется зарубежными коллегами из NASA, ESA, JAXA.
Выход членов экипажа из обитаемых герметичных отсеков яв-ляется одним из сложных, напряженных, связанных с повышенным риском участков полета как для космонавтов, так и для специалистов наземных служб, которые создавали и отрабатывали технику, готовили экипаж, обеспечивали управление ОС на этом участке. Обусловлено это экстремальными условиями среды, в которой разворачивается ВКД, и совокупностью специфических особенностей, присущих ВКД, а именно:
– использованием защитного снаряжения — скафандра, обеспе-чивающего жизнедеятельность, но изменяющего функциональные возможности человека;
– безопорным состоянием и изменением биомеханики человека, необходимостью фиксации космонавта и всей предметной среды;
– изменением поведения веществ и конструкционных материа-лов, особыми закономерностями протекания технологических процес-сов.
Движущими силами развития и совершенствования ВКД явля-лись как успешные технические и медицинские исследования и разра-ботки, так и те проблемы и ситуации, которые ставила жизнь в процес-се эксплуатации ОС.
Техническим обоснованием осуществления ВКД является необ-ходимость достижения следующих целей:
– проведение завершающих сборочно-монтажных работ при сооружении крупногабаритных и многомодульных объектов, межмо-дульные соединения и коммуникации, которые выполняются космо-навтами в процессе ВКД;
– расширение научно-технических возможностей ОК, доосна-щение, реконструкция, модернизация, реконфигурация в течение мно-голетнего полета посредством работ, выполняемых в процессе ВКД;
– обеспечение длительного и надежного функционирования ОС путем технического обслуживания и ремонта оборудования на внеш-ней поверхности, выполняемых космонавтами в процессе ВКД;
– парирование нештатных ситуаций, ликвидация их послед-ствий, утилизация объектов, аварийно-спасательные и восстанови-тельные работы, выполняемые в процессе ВКД.
Параллельно с научно-техническими ставятся и достигаются народно-хозяйственные (экономическая эффективность), социальные (безопасность жизни и здоровья экипажа) и общественно-политические (престиж страны) цели.
Организация ВКД. Новизна и сложность комплекса научно-технических проблем по обеспечению возможности человеку жить и продуктивно работать в условиях открытого космоса очевидна. Последовательное и корректное решение этой задачи потребовало постановки её как общегосударственной, привлечения научного и инженерного потенциала и организационных мероприятий в масштабе страны. ВКД была реализована совокупностью организаций и предприятий, определённых Постановлениями Правительства, и работающих под эгидой Совета Главных конструкторов. В результате проведенных мероприятий, в стране была сформирована организационная структура обеспечения ВКД.
Научно-исследовательская и конструкторско-эксперимен-тальная основа ВКД. Отсутствие опережающих, целенаправленных, проблемно-ориентированных исследований, отсутствие объективной и всесторонней информации о специфике ВКД являлось бы серьёзным препятствием для осуществления отечественных космических про-грамм. Поэтому научно-техническое обеспечение работ в условиях открытого космического пространства стало одной из насущных и актуальных исследовательских и инженерных задач на этапе создания и эксплуатации ОС. Сложность и уникальность ВКД обусловили необходимость её репрезентации в виде целостной эргатической системы, одним из элементов которой является космонавт, проведения структурно-функционального анализа; применения комплексного подхода при эргономическом проектировании деятельности космонавтов и принципов эргодизайна при разработке технических средств ВКД; использования методов полунатурного физического и математического моделирования. Реализация программ исследований, разработок, экспериментов и испытаний позволила создать в нашей стране научно-техническую базу обеспечения ВКД, успешно выполнить все задачи, которые были поставлены в проектах и программах или возникали в процессе полета.
Практика ВКД. По целевым задачам выходы в открытый кос-мос на отечественных ОС распределяются следующим образом:
Дооснащение и техническое обслуживание - 49%
Работа с научной аппаратурой - 29%
Парирование нештатных ситуаций и ремонт - 22%
Ряд выполненных сборочно-монтажных работ по их сложности и оригинальности решений могут быть отнесены к уникальным в ми-ровой космонавтике:
– работы по увеличению энергопотенциала ОС — расширение эффективной площади солнечных батарей на ОС «Салют-7» и ОК «Мир»;
– доставка на борт и установка устройства «грузовая стрела»;
– сборка и установка крупногабаритных ферменных конструк-ций;
– установка на ферме «Софора» (1992 г.) выносной двигатель-ной установки;
– монтаж, раскрытие и отделение от ОК «Мир» антенны «Ре-флектор» (1999 г.);
– запуск микроспутника в процессе полёта.
Наиболее значительные ремонтно-восстановительные работы, которые предотвратили прекращение полёта ОС и/или позволили про-должить полёт в полном объёме их возможностей:
– инспекция стыковочного агрегата переходного отсека (ОС «Салют-6»);
– отсоединение зацепившейся антенны КРТ-10 и разблокирова-ние стыковочного агрегата (ОС «Салют-6»);
– ремонт объединённой двигательной установки, сборка герме-тичных соединений (ОС «Салют-7»);
– обеспечение стыковки модуля «Квант» путём инспекции и очистки стыковочного агрегата (ОК «Мир»);
– ремонт телескопа ТТМ на модуле «Квант» (ОК «Мир»);
– ремонт люка шлюзового отсека модуля «Квант-2» (ОК «Мир»);
– закрепление поврежденной солнечной батареи СБ-2 на модуле «Спектр» (ОК «Мир»);
– предотвращение баллистического спуска путём разблокирования замка в соединении спускаемый аппарат- бытовой отсек КК «Союз» в составе Российского сегмента (РС) МКС (2008 г.).
Проведение научных экспериментов в сеансах ВКД, использо-вание возможностей экипажа предоставляет широкое поле для есте-ственнонаучных исследований. Такие неординарные результаты, как, например, управление расплавленным металлом и электронным лу-чом, искусственное северное сияние, открытие сверхновой звезды в созвездии Лисички, плазменный кристалл, обнаружение микроорга-низмов в жизнеспособном состоянии в открытом космосе, открытие и установление новой границы биосферы Земли и многое другие полу-чены действиями космонавтов в процессе ВКД. ВКД стала неотъем-лемой составляющей в практике эксплуатации орбитальных станций и позволила выйти на принципиально новые позиции по срокам активного существования и диапазону их научно-технического потенциала.
Тенденции развития и футурологические перспективы ВКД. Разработчики и испытатели оборудования и технологии ВКД, все те, кто отрабатывал и осуществлял на практике программы ВКД, осозна-вали определённую ответственность перед будущим. Ведь их трудом закладывались основы и выбирались векторы развития ВКД, которые могли определить уровень и состояние ВКД на годы вперёд. Эффек-тивные образцы оборудования и рациональные методические приёмы ВКД, разработанные в 1970–1980 годы, используются не один десяток лет.
Специалист, профессиональные интересы которого обращены к завтрашнему и послезавтрашнему дню, пытается прогнозировать эво-люцию близкой ему отрасли науки, техники или сферы деятельности человека. И неудивительно, что у него появляется стремление фило-софски осмыслить продукт своей профессиональной деятельности, тем более, что дело касается будущего космонавтики, человечества, циви-лизации. Установившийся уровень эффективности ВКД, вполне удо-влетворительный для минувших этапов развития космонавтики, вклю-чая строительство РС МКС, не является предельно достижимым и до-статочным. Факторами, способствующими резкому повышению эф-фективности ВКД, могли бы стать следующие:
– скачок в скафандростроении, который приблизил бы функци-ональные возможности человека в скафандре к возможностям челове-ка без скафандра;
– прорыв в области космической робототехники, повышающий манипуляторные характеристики роботов-манипуляторов до уровня возможностей руки человека и использование искусственного интел-лекта;
– автоматизация технологических операций на внешней поверхности объектов.
По мнению автора, проявление указанных факторов в период осуществления среднесрочных программ вряд ли можно признать воз-можным, по крайней мере, не ранее, чем к концу текущего столетия. Следовательно, путь повышения эффективности ВКД в обозримые сроки — это эволюционное совершенствование тех существующих средств ВКД, которые могут быть качественно улучшены, а в случаях возникновения нетипичных полётных задач — созданы новые на до-ступном уровне техники и производства.
Каковы перспективы развития ключевого элемента системы ВКД – скафандра? В его составе может появиться бортовой компьютер для управления агрегатами жизнеобеспечения, а также с функциями экспертной системы и интеллектуального партнёра; криогенные агрегаты, биоэлектронные органы зрения, экзоскелетон, автономные средства перемещения, достаточные энергоресурсы. Ввод информации осуществляется устными командами, указания космонавту передаются речевым синтезатором, вся информация отражается на остеклении гермошлема. Положено начало концептуальным и экспериментальным исследованиям в области создания новых видов защитного снаряжения, когда на базе новых материалов и технологий создаётся оболочка облегающего типа без газовой прослойки между телом и оболочкой, как это реализовано в существующих скафандрах. Такое решение позволит сохранить локомоторные возможности человека без значительных ограничений. При этом скафандр как инженерное сооружение может иметь модульно-сборную конструкцию, которую можно трансформировать в композицию для условий орбитального или межпланетного полёта, для условий Луны, Марса, астероида или других небесных тел.
А что же человек? Каковы потенциальные возможности челове-ка в скафандре, роль и место, содержание и формы участия в космиче-ской деятельности? По-видимому, по мере космизации человечества, будет происходить изменение Homo sapiens, базой которого должна стать потенция самоэволюции, позволяющая человеку трансформиро-вать себя. На взгляд автора, путь совершенствования человека будет связан с применением методов биоэлектроники, нанохирургии, психо-терапии, биотехнологии и, может быть, в будущем, как возможность, генной инженерии. При условии положительного вектора самоэволю-ции человека в области психики и интеллекта, такое слияние человека и техники превращает систему «человек – скафандр» в некий когни-тивно-технический комплекс, который позволительно рассматривать в качестве субъекта космической деятельности в открытом космическом пространстве и именовать его космоантропом. Скафандр будущего — это внешняя граница внутреннего «Я» космонавта.
Начало третьего тысячелетия отмечено актуализацией интереса мирового сообщества к экспедиции на Марс. Исследования и разработки в интересах пилотируемой экспедиции на Марс станут очередным этапом в развитии ВКД. Опыт геоорбитальной ВКД является достаточным основанием для реализации ВКД в межпланетном полёте или в полёте по ареоцентрической орбите. ВКД на поверхности Марса, новая сфера деятельности человека в космическом пространстве, потребует новых исследований.
Например, получена аналитическая и модельно-экспериментальная оценка воздействия ветровых нагрузок на марсо-навта на поверхности планеты, что так важно будет для десантной группы экипажа при полёте на Марс.
Вопрос о том, нужно ли оснащать Марсианский межпланетный комплекс средствами воспроизведения искусственной тяжести — один из многих вопросов для его создателей. Предложен когнитивно-эмпирический подход к определению работоспособности космонавта после межпланетного полёта, что и должно стать критерием для ответа на поставленный вопрос. Проведён эксперимент по такой оценке с многообещающими результатами.
Временным лагом, отделяющим историческое прошлое от со-временности, принято считать 50 лет. Для специалистов по ВКД — это не прошлое, а расширенное на всю трудовую жизнь настоящее. Так, относительно действий космонавта на поверхности Луны можно отме-тить, что сохранены не только опыт и отчёты об отработке и испыта-ниях по этой тематике, но ещё трудятся специалисты, которые были активными участниками этих работ.
Таким образом, за исторически короткий период работа в открытом космосе как целесообразная созидательная деятель-ность, как социальная функция из научно-технического прогноза становится инженерной и этической реальностью континуума трудовой деятельности человечества на современном этапе освое-ния космического пространства.