В новом выпуске StarTalk Нил Деграсс Тайсон и профессор аэрокосмической инженерии Ана Диас Артилес обсуждают критические аспекты выживания человека в открытом космосе. В центре внимания — эволюция скафандров: от громоздких «баллонов» программы «Аполлон» до революционного проекта Smart Suit, оснащенного самозаживляющимися мембранами и мягкими экзоскелетами.
🌌 Смертельные угрозы: почему в космосе нельзя задерживать дыхание 3:17
Основная опасность открытого космоса — это отсутствие атмосферного давления, а не только нехватка кислорода. По словам Аны Диас Артилес, при нулевом давлении жидкости в человеческом теле начинают превращаться в газ, что приводит к закипанию крови .
Профессор подчеркивает важный нюанс: попытка задержать дыхание в вакууме смертельно опасна. Из-за отсутствия внешнего давления кислород и другие газы в легких начнут стремительно расширяться, что приведет к разрыву легочных тканей . Это явление идентично баротравме у дайверов: при быстром подъеме с глубины (из зоны высокого давления в зону низкого) необходимо постоянно выдыхать, чтобы легкие не «лопнули» .
В иерархии причин смерти в космосе Диас Артилес выделяет следующую последовательность:
- Асфиксия (удушье): человек теряет сознание примерно через 15–30 секунд из-за прекращения подачи кислорода в мозг .
- Закипание жидкостей: кровь перестает доставлять кислород к тканям из-за изменения агрегатного состояния .
- Замерзание: хотя в космосе экстремально холодно, тело превратится в «ледяную глыбу» лишь спустя время, так как вакуум является отличным теплоизолятором и тепло уходит медленно .
🛠️ Анатомия защиты: 14 слоев между жизнью и смертью 20:45
Современный скафандр для внекорабельной деятельности (EVA) — это не просто одежда, а сложнейшая инженерная система. Текущие модели, используемые на МКС, состоят из 14 функциональных слоев .
Основные компоненты защиты включают:
- Система жидкостного охлаждения и вентиляции (LVCG): первые три слоя, по которым циркулирует вода для терморегуляции тела астронавта .
- Герметичная камера (Bladder): слой, удерживающий внутреннее давление газа .
- Силовой слой (Strain layer): удерживает герметичную камеру, не давая ей раздуваться подобно бесформенному шару, и придает скафандру структуру .
- Термическая и противометеоритная защита: внешние слои, предназначенные для отражения микрометеоритов и изоляции от экстремальных перепадов температур .
Нил Деграсс Тайсон отмечает, что дизайн скафандра напрямую зависит от гравитации небесного тела. Скафандр, который кажется приемлемым на Луне (1/6 земной гравитации), может оказаться слишком тяжелым для Марса, где сила тяжести составляет около 40% от земной .
🤖 Smart Suit: самозаживление и мягкие экзоскелеты 21:49
Ана Диас Артилес работает над концепцией «умного скафандра» (Smart Suit), который получил грант от программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) — подразделения, финансирующего долгосрочные и высокорисковые проекты .
Smart Suit включает три ключевые инновации:
- Самозаживляющаяся мембрана: Внешний слой скафандра способен самостоятельно затягивать проколы от микрометеоритов. В ходе лабораторных тестов, проведенных коллегой Аны, профессором Робом Шепардом из Корнеллского университета, мембрана с интегрированными оптоэлектронными датчиками восстанавливала сигнал на 80% через две минуты после разреза ножом и на 100% — через 24 часа .
- Мягкий экзоскелет: Традиционные скафандры крайне трудно сгибать из-за внутреннего давления газа (астронавты буквально «борются» с костюмом). Мягкие роботизированные приводы внутри Smart Suit будут считывать намерения человека и помогать ему сгибать локти или колени, снижая риск травм и усталости .
- Интегрированные сенсоры: В мембрану встроены датчики, которые визуально отображают уровень давления и растяжения материала, позволяя астронавту «чувствовать» окружающую среду через громоздкую экипировку .
⚖️ Дилемма давления: почему в скафандрах всего 4,3 PSI 29:12
Одной из сложнейших инженерных задач является выбор внутреннего давления. На Земле (на уровне моря) давление составляет 14,7 PSI, однако в американских скафандрах поддерживается всего 4,3 PSI .
Этот выбор обусловлен критическим компромиссом:
- Мобильность: Чем ниже давление, тем мягче скафандр и тем легче астронавту двигаться. При 14,7 PSI скафандр превратился бы в жесткую неподвижную статую .
- Безопасность (Декомпрессионная болезнь): Резкий переход с давления космической станции (14,7 PSI) к давлению скафандра (4,3 PSI) вызывает «кессонную болезнь» — выделение пузырьков азота в крови .
Чтобы избежать «бендс» (the bends), астронавты вынуждены проводить до 4 часов, вдыхая чистый кислород перед выходом в открытый космос, чтобы вымыть азот из организма . Ана Диас Артилес предполагает, что использование элементов механического противодавления (плотно облегающей ткани) в Smart Suit позволит еще больше снизить газовое давление без вреда для здоровья, что радикально повысит мобильность .
☀️ Космическая погода и защита от радиации 17:52
Защита от ионизирующего излучения остается «вопросом на миллион долларов». Современные скафандры практически не защищают от тяжелых частиц при солнечных вспышках. По словам профессора Артилес, единственный надежный метод сегодня — это мониторинг «космической погоды» .
Если фиксируется корональный выброс массы или мощная вспышка, выходы в открытый космос отменяются, а астронавты на МКС укрываются в защищенных модулях . Для полетов на Марс рассматриваются два пути: либо создание более быстрых двигателей, чтобы сократить время пребывания в радиационной среде, либо использование массивной физической защиты, которая значительно утяжеляет корабль .
🏃♂️ Земные технологии из космоса 45:21
Разработки Smart Suit имеют потенциал для использования на Земле. Ана Диас Артилес и Роб Шепард рассматривают следующие направления коммерциализации:
- Спорт: Использование сенсорных систем в шлемах для американского футбола для измерения силы ударов и ускорения головы .
- Медицина: Мягкие экзоскелеты могут помочь людям с ограниченными возможностями передвижения или использоваться в реабилитации .
- Офтальмология: Исследование изменений зрения у астронавтов помогает лучше понять механизмы работы человеческого глаза под давлением .
