Что нам стоит скафандр построить? Интервью с разработчиком скафандров Николаем Моисеевым, часть 4
Скафандр от FFD (слева) и российский «Сокол» (справа). По краям стоят Николай Моисеев (слева) и Тед Саузерн (справа)
Это уже четвертое по счету интервью на Geektimes с Николаем Моисеевым, разработчиком скафандров, опыт работы которого в этой сфере насчитывает более 30 лет. В прошлом году он рассказывал о своей компании, также Николай анализировал скафандр из «Марсианина», в котором путешествовал по Марсу герой Мэтта Дэймона. В этом году мы узнали, каким может быть скафандр для высадки на планеты и спутники, что собой представляет идеальный скафандр и насколько сложным может быть процесс создания одной перчатки для «космического костюма».
Напомню, что Николай ранее работал в НПП «Звезда». Сейчас он несколько лет работает ведущим конструктором в американской компании Final Frontier Design. Я уже интересовался у Николая, каким может быть скафандр для высадки на Марс или Европу. Сегодня он рассказывает о том, как вообще случился переезд в США с одновременным созданием там компании, разрабатывающей скафандры. Совсем недавно компания сдала один из проектов, о котором рассказывалось в одном из интервью — перчатку нового типа для NASA. Сейчас эта перчатка проходит массу проверок. Насколько можно понять, агентство довольно результатами. Final Frontier Design разрабатывает и другие проекты. Обо всем этом рассказывается в продолжении.
Николай, здравствуйте! Со времени прошлого интервью прошло уже полгода, и сейчас мы бы хотели затронуть вопрос изготовления скафандра. То есть не изготовление само по себе, а узнать, как это происходит в вашей компании, Final Frontier Design (FFD). У нас есть несколько вопросов и мы будем вам очень благодарны за ответы на них.
Как вам пришла идея создать компанию по созданию скафандров?
Мы с моим партнером Тедом Саузерном (Ted Southern), президентом FFD, решили попробовать поработать над скафандром нового типа в 2010 году. Изначально и работали вдвоем. У нас произошел интересный творческий «сплав» инженера с художником. У моего партнера образование: художник, скульптор, материаловед.
Сначала мы создали обычный скафандр, а потом — инновационный. Что в нем нового? Он легче в два раза. Возможно, благодаря тому, что мы работаем вместе, люди с очень разным опытом, у нас и получилось создать такой скафандр. Дело в том, что в НАСА и в Роскосмосе работают только инженеры, художников нет. Скафандр же — это высокое искусство, технологическое искусство. Все это связано с телом человека, которое само по себе — произведение искусства. Тело человека может описать инженер, а может воссоздать и художник. И это будут разные видения одного и того же объекта.
Когда происходил последний революционный виток развития в скафандростроении?
В течение многих лет скафандры не менялись. Например, в корабле «Союз» космонавты одеты в скафандр «Сокол КВ-2». Принципиально он был создан в 70-х годах, а дизайн его спроектирован еще раньше. После катастрофы с гибелью экипажа «Союза-11» из-за разгерметизации кабины, решили вернуть скафандры. Взяли авиационный скафандр «Сокол», немного модернизировали, материалы были использованы те же. И этот скафандр летает уже 40 лет. Авиационные же скафандры для высотных полетов были созданы еще за 25 лет до создания космического скафандра, т.е. еще до второй мировой войны.
А сколько времени прошло от задумки до первого скафандра?
Я разработал шаблоны за 2 недели и еще 2 недели ушло на изготовление. Конечно, у меня уже было многое в голове, мы не делали все с нуля. Я прилетел в Нью-Йорк, мы поздоровались, я сел за стол, оформил замысел, и мы сделали скафандр в срок. К нам прилетал Гериет Райзман, высокопоставленный сотрудник SpaceX,.астронавт НАСА, и мы показывали ему наш скафандр.
Сколько ушло средств на весь проект создания первой модели скафандра?
Я хочу разделить затраты на две части. Первая часть — оплата материалов, готовые элементы (предохранительный клапан, регулятор давления, шланги). Вторая часть — неявная. Например, моя работа. Первое время я работал бесплатно. Сюда входят затраты на транспортные расходы, аренду квартиры и прочее. Почти сразу было решено получить визу, получил ее по категории «выдающиеся ученые», а потом подали на грин-карту по той же категории. Получил грин-карту удивительно быстро — всего за два месяца. Все эти траты, входят в разработку, но они действительно невидимы.
Если только считать материалы, то затраты составили всего 600 долларов. Работать мы начинали вдвоем, и наша работа — это работа двух человек в течение месяца.
Если собрать специалистов из других областей, и поставить задачу разработать и изготовить скафандр за месяц, они вероятнее всего не смогут это сделать, поскольку без опыта ничего не получится, даже, если это способные инженеры.
Один из первых «Соколов»
А сколько ушло бы денег на создание такого скафандра у НАСА?
Это сотни миллионов. Я приведу пример. НАСА сейчас разрабатывает новый корабль для полетов к астероидам и дальше. И даже при своих огромных бюджетах они решили использовать скафандры, разработанные еще для программы Спейс Шаттл, правда, с некоторыми модификациями. Представьте себе — НАСА решает не делать новые скафандры для нового корабля потому, что это для них дорого.
Для России тоже нужны многие миллионы для разработки, испытаний и сертификации скафандра нового поколения. Здесь решающее значение имеет, в основном, время, нужно много времени. Те же начинающие инженеры не смогут сделать усовершенствованный скафандр, им нужно время, чтобы понять специфику.
Вы говорите, ваш скафандр получился более легким. Скажите, пожалуйста, легче он какой модели?
Ну вот если для сравнения взять российский «Сокол КВ-2» то наш легче в два раза, значительно легче вход-выход, диапазон регулировки по росту около 35 сантиметров, новые шарниры обеспечивают выдающуюся подвижность под давлением. Конечно, во многом создание такого скафандра обусловлено широким выбором различных материалов в США: прочных, термостойких, эластичных, каких угодно. Но также важную роль играет и дизайн, были разработаны новые оригинальные конструкторские решения.
Мои учителя Исаак Павлович Абрамов и Анатолий Стоклицкий говорили, что если сделать скафандр на 10–15% легче, это уже достижение. А мы сделали скафандр в два раза легче. Я уже 30 лет работаю над скафандрами, у меня 4 патента, десятки публикаций. Я могу сказать, что наш скафандр — это рывок, это, фактически, следующее поколение скафандров. Мы сделали инновационный скафандр в 2011 году, а потом еще 6 скафандров для разных заказчиков. Это разные модификации одной модели. Произошло взросление наших новых технологий. Сейчас мы уже не модифицируем наш скафандр, поскольку достигли определенной ступени совершенства.
Мы устранили все недочеты в конструкции и в технологиях на данном этапе, что-то удлинили и добавили, провели много испытаний, только по программе тренировок и испытаний в Embry-Riddle Aeronautical University 76 человек испытывали наши скафандры.
Задумывались ли вы о создании скафандров для работы на других планетах и их спутниках?
Недавно к нам обратилась группа разработчиков игр из России. Они сейчас работают над моделированием освоения Марса, а затем хотят приступить к виртуальному освоению Энцелада и Титана. И попросили нас проконсультировать по вопросу создания скафандра, которые позволили бы путешествовать по поверхности этих спутников Сатурна.
В первую очередь, стоит сказать, что эти малые планеты очень, очень разные. У Титана, например, плотная атмосфера из метана и аммиака. Атмосферное давление у поверхности Титана в 1,46 раза больше земной атмосферы. Атмосфера этой маленькой планеты совсем не подходит для человека. Здесь требуется создать скафандр без избыточного давления как для дайверов, но с обеспечением подачи пригодного для дыхания воздуха, с обогревом и с теплоизоляцией.
На Энцеладе же нет атмосферы, здесь требуется совсем другой скафандр, примерно такой же как сейчас на МКС — тот, что сможет обеспечить нормальную жизнедеятельность космонавта в безвоздушном пространстве с рядом особенностей. То есть он должен быть надут, обеспечивать подачу пригодной для дыхания смеси в условиях, практически, открытого космоса. Атмосфера Энцелада очень разреженная. В ней 91% составляет водяной пар, 4% — азот, 3,2% — углекислый газ, 1,7% — метан. Гравитации этого маленького спутника не хватает для удержания атмосферы, следовательно, есть постоянный источник её пополнения. Таким источником являются мощные гейзеры и криовулканы.
Когда создается скафандр, нужно выработать требования, выполнить проектные работы, научно-технические исследования.
Еще один прототип «Сокола»
Можно пойти по другому пути. Если есть своя компания, то можно лечь спать, и скафандр может просто присниться. У меня такое было несколько раз — решение приходит во сне, со всеми техническими деталями, с решением определенного круга технических противоречий. Например, как в случае проектировщиков самолетов — самолет должен быть прочным, но и в то же время должен легким, чтобы взлететь и летать.
Когда человек просто ходит на работу, без интереса, даже если с хорошей зарплатой, то он, зачастую не горит идеей. Этот человек, конечно, решает задачу, и к поставленному сроку что-то предоставит. Но о революции, прорыве в этом случае говорить не приходится.
Обычно развитие техники идет эволюционным способом. И революция происходит, когда есть какое-то накопление и когда появится тот, кто будет готов ее сделать.
Завтра летим на Энцелад. Сколько вам понадобится времени и денег на разработку скафандра?
Это пять лет — меньше не возьмусь. Ведь нужно не только разработать и собрать такой скафандр, но и провести тщательные испытания. Также нужно сделать несколько модификаций чтобы выбрать лучшую.
Когда я еще работал в «Звезде» (Научно-производственное предприятие «Звезда» им. Г.И. Северина, — прим. ред.), и мы работали с Европейским космическим агентством (ЕКА) в 90-е годы, то они, ЕКА, планировали сделать всего 2 прототипа скафандров до перехода к полетному изделию, а руководство «Звезды» не соглашалось на меньшее количество прототипов, чем шесть. Изготовление прототипов необходимо для проведения всесторонних испытаний, что позволяет не допустить аварийных нештатных ситуаций. И это «Звезда», у которой за плечами создание десятков скафандров непосредственно для полетов в космос.
До Гагарина было создано 18 моделей скафандров с 1953 до 1961 года. Здесь стоит отметить, что до гагаринского скафандра существовали авиационные высотные скафандры. Они и были взяты в качестве основы для разработки космического скафандра.
Сколько денег бы понадобилось для нового скафандра для Энцелада? Скажем, за 10 миллионов долларов совершенно реально взяться за создание скафандра, пригодного для работы на Энцеладе. Нужно нанять профессионалов для компьютерного моделирования. Материалы в США не такие и дорогие, но вот труд рабочих дорогой. Для работника 3 тысячи в месяц чистыми — это самый минимум. В год для шести человек с заработной платой в $3000 получается $216 тысяч и это только рабочие специальности, без учета оборудования, компьютерных систем, испытательных стендов и всего прочего, включая налоги. Мы покупали все свои стенды и делали много оригинальных для работы по контракту перчатки для НАСА.
Какие тесты нужно провести для того, чтобы проверить работоспособность скафандра?
Тесты делятся на два вида. Это испытания с участием человека и без него. Нужно, к примеру, измерить давление, провести тест на опрессовку и прочие тесты. Начинаем с отдельных элементов. Например перчатки скафандра Мы испытывали перчатки на разрушающее давление несколько раз. Некоторые взрывались, некоторые — уже нет. То же самое мы делали с рукавами скафандра.
Сейчас НАСА помогает нам бесплатно провести верификацию и сертификацию нашего скафандра. Это большое достижение для нас.
Тесты, в частности, нужно провести на перегрузки. В идеале для этого нужна капсула, с реальными креслами. Внутрь скафандра помещается труп человека — именно так в ходе своих испытаний поступает НАСА. И скафандр с трупом размещается в кресле. В США много людей завещают свои тела после смерти для научных исследований. Даже самый крутой манекен с кучей датчиков не покажет всей картины воздействия перегрузок. Нужно загрузить труп, и проводить уже с ним испытания на сброс капсулы. После этого тело исследуется на МРТ (томография). В результате мы узнаем, что произошло с телом в результате имитации приземления. Датчики дают дополнительную картину.
Что касается сертификации, нужно пройти испытания наших материалов на выделение токсичных веществ. Нам помогает НАСА с этими испытаниями.
А скажите, пожалуйста, как тестируется шлемы для скафандров? Насколько они ударопрочные?
По ударопрочности есть несколько испытаний и одно из них испытание по имитации удара микрометеоритами летящими с космическим скоростями. Специальная пушка разгоняет песчинки, которые бьют по остеклению шлема. Получаем объективные данные. Поликарбонат — очень прочный материал. Можно создавать шлемы из акрилового стекла, оно не царапается, но любое отверстие в акриле приведет к разрушению шлема. А поликарбонат — вязкий материал и более прочный по сравнению с акриловым пластиком. Человеку разрушить остекление из поликарбоната самостоятельно ну очень сложно, даже, если бить тем же молотком со всей силы по остеклению шлема.
А что насчет «Марсианина» — у него пробило остекление. Это реально?
Это сделать очень сложно. Это ход голливудских режиссеров. По моему мнению, разбить о камни шлем с двойным остеклением из поликарбоната при падении на Марсе маловероятно.
Акриловый шлем можно пробить, таким образом погиб советский испытатель Петр Долгов в 1962 из-за повреждения остекления шлема, пытавшийся поставить мировой рекорд по прыжкам с большой высоты. Когда он с напарником поднялись на заданную высоту в аэростате, напарник прыгнул первым. Гондола стала меньше весить и подпрыгнула резко вверх. Долгов как второй номер стоял у обреза люка, и, скорее всего, ударился остеклением о какой-то выступающий болт. Образовалась небольшое отверстие в шлеме, всего несколько миллиметров. Он выпал и полетел вниз, сработала автоматика парашюта, парашют раскрылся на заданной высоте и приземлился. Но в начале своего падения он был уже мертв, погиб от декомпрессии.
В США разработаны новые материалы для шлемов, более прочные, чем поликарбонат и не царапающиеся, но они пока дорогие.
От каких температур защищает скафандр космонавта? Какую степень терморегуляции обеспечит скафандр?
Современные материалы для скафандров термостойкие. Сейчас скафандры разрабатываются с прослойкой аэрогеля для теплоизоляции. Специалисты из США научились 2–3 года назад делать аэрогель гибким. Мы его использовали в 2015 для создания теплоизоляции для перчатки марсианского скафандра. Тонкий слой аэрогеля защитит космонавта от экстремальных температур в будущих миссиях.
Нужна еще система охлаждения, соответственно, нужна энергия для поддержания внутри скафандрового пространства около +20/+23 градусов Цельсия. Когда снаружи около минус 125 градусов Цельсия, внутри плюс 20, требуется специфическая система терморегулирования.
Современные материалы, которые используются для скафандростроения, выдержат и температуру на поверхности Венеры. Но, конечно, внутрискафандровое пространство нужно охлаждать, а это осуществить на Венере сложно.
Какие планы на будущее у компании?
У нас подошел к концу контракт с НАСА. Мы создали для них новую перчатку скафандра. И скоро должны начать испытания наших перчаток. Это сложный процесс, в который вовлечены десятки людей. Ждем результатов этих испытаний. Среди прочих достоинств наших перчаток можно выделить повышенную по сравнению с обычными перчатками для скафандров подвижность пальцев, объем и вес перчаток снижен. НАСА при заключении контракта выдвинула 30 критериев и требований к перчаткам. Все условия были нами выполнены.
Сейчас идут переговоры с рядом компаний о покупке наших скафандров. Также мы работаем над скафандром нового типа, которые можно будет использовать в различных условиях.
