Важной вехой в исследовании космоса стал первый полет человека за пределы земной атмосферы. Ко Дню космонавтики (12 апреля) математик I-ой категории кафедры математического моделирования систем и процессов, преподаватель Политехнической школы ПНИПУ Евгений Бурмистров рассказал, что случится с человеком без скафандра в открытом космосе, зачем шлем покрывают золотом, почему астронавтам нельзя плакать, что общего у МКС и падающего лифта и почему космонавты остерегаются даже крошечного осколка мусора на орбите.
Что случится с человеком, если он окажется в открытом космосе без скафандра?
— Логично предположить, что из-за большой разницы давлений человек может «надуться» и лопнуть как воздушный шар. В реальности он просто выдохнет весь воздух: внутри скафандра поддерживается давление в одну атмосферу, без него дыхательная система испытает слишком сильную нагрузку из-за перепада давления. Давление – это свойство среды. В вакууме нет среды, а значит, и давления. Можно сказать, что в космосе оно стремится к нулю.Вдобавок ткани организма человека начнут постепенно растягиваться, но их прочности и эластичности хватит, чтобы сдержать вас от превращения в воздушный шар, — объясняет Евгений Бурмистров.
В истории космонавтики было несколько прецедентов, когда человек испытывал на себе разгерметизацию в космосе. В августе 1960 года астронавт Джозеф Киттингер совершал прыжок с высоты 31300 метров. Герметичность его правой перчатки была нарушена, отчего рука сильно распухла и болела.
— Замерзнуть в космосе тоже не получится, поскольку замерзание — это процесс теплообмена. А с чем человеческое тело будет обмениться теплом, если вокруг практически «пустой» космический вакуум? Да, человек начнет ощущать прохладу, но только потому, что при ничтожно низком давлении с тела начнет активно испаряться влага, забирая немного тепла с собой. Но это нельзя назвать даже обморожением, — добавляет преподаватель ПНИПУ.
Не начнет ли закипать кровь при таком низком давлении? В отличие от той же слюны, которая находится практически за пределами организма, кровь содержится внутри кровеносной системы, которая поддерживает собственное давление — знаменитые 120/80. В таких условиях кровь закипит только при температуре 46°С.
Испепелит ли человека солнечное излучение? Воспламенение не грозит, а вот ультрафиолетовые ожоги гарантированы. На поверхности Земли слои атмосферы защищают нас от интенсивного УФ-излучения. А вот в космосе оно будет воздействовать на человека в полную силу.
Что из себя представляет одеяние астронавта?
Скафандр — это специализированная одежда, предназначенная для выхода в космос. По приблизительным подсчетам, стоимость российского скафандра оценивается в 3-9 млн долларов. Почему же костюм астронавта стоит так дорого?
Под скафандр космонавт надевает комбинезон-радиатор, состоящий из множества трубок с водой. Регулируя ее температуру, можно создать комфортные условия для выходцев в открытый космос. Сам скафандр включает шлем со сверхпрочным иллюминатором, который не разбить даже ударом молотка. Часто он оснащен светофильтром, покрытым золотом, которое способно отражатьультрафиолетовое излучение от Солнца.
Наружный слой костюма выполнен из фенилона — термопластичных и высокопрочных волокон с высокой теплостойкостью, прочностью и воздухопроницаемостью.Так он становится устойчив к механическим повреждениям, огню и радиации. Затем идут 10 слоев термоизоляционного материала, который защищает от экстремальных температур (от –150 до +150 градусов по Цельсию). Следующий слой — радиоткань. Это материал, который обеспечивает прием и передачу данных для связи с МКС (Международной космической станцией). Под ним находится силовая оболочка, она поддерживает нужное давление в костюме. Все завершает герметичный слой. Скафандр также оснащен компьютером, с помощью которого можно регулировать работу всех систем.
— Современные скафандры позволяют провести в открытом космосе несколько часов. Самые длительные выходы занимали 8-10 часов. Это время зависит от запаса кислорода: в разных конструкциях скафандра космонавт может иметь от нескольких часов до (в крайних случаях) суток запаса кислорода. Важно при этом не переполнить емкость с углекислым газом — иначе возникнет угроза жизни, — отмечает Евгений Бурмистров.
Время пребывания в скафандре также ограничено запасами воды и возможностями поддержания водного баланса, энергетическими ресурсами, от которых зависит температура в костюме. Продолжительное время, проведенное в скафандре, может быть физически и психологически неприятным. Это включает в себя неудобства, связанные с необходимостью удовлетворения физиологических потребностей, например, голодом. Чтобы справить нужду, приходится либо терпеть до туалета, расположенного на станции, либо использовать абсорбирующее белье.
Из-за чего космонавтам нельзя плакать?
На борту МКС люди и окружающие их предметы находятся в состоянии постоянной невесомости. Жидкость — не исключение. Если ее разлить, силы поверхностного натяжения начнут собирать любую влагу в шарики. То же случится и со слезами, если космонавт заплачет. Капли прямо на лице начнут собираться в сферы, постоянно нарастая в объеме. А оторвавшись от свободной поверхности (лица) сформировавшийся шарик воды отправится искать новую поверхность, которую мог бы смочить. Это может привести к короткому замыканию и выходу из строя какого-либо электроприбора. При этом избавиться от такой образовавшейся жидкости очень сложно.
Почему на МКС сохраняется невесомость, если гравитация на орбите Земли еще действует?
— Невесомость космонавтов на МКС — вина не слабой гравитации, а самой МКС. Космическая станция не стоит на одном месте, она постоянно «летает» вокруг Земли. Но еще точнее было бы сказать, что МКС постоянно пытается упасть на поверхность нашей планеты, вот только горизонтальная составляющая ее скорости заставляет станцию «пролетать мимо». Получается, что МКС находится в вечном свободном падении. А помните, что происходит в кино с пассажирами падающего лифта? Все верно, они начинают парить в невесомости, — объясняет эксперт Пермского Политеха.
Сколько градусов покажет термометр в космосе?
Поскольку космос является практически полным вакуумом, хоть и не идеальным, то температуру космоса мы просто не сможем измерить. Она тесно связана со скоростью движения молекул. Если мы все-таки разместим автономный термометр в космосе, он покажет собственную температуру, которая будет меняться в зависимости от его нагрева солнцем или охлаждения путем излучения тепла.
Установив термометр на том же расстоянии от Солнца, что находится Земля, он вполне может поддерживать 60°С. Но это будет именно температура градусника, которая пропорциональна скорости движения его молекул.Например, сторона МКС, обращенная к Солнцу, может нагреваться до +260°C, в то время как теневая сторона может охлаждаться до -100°C.
— Раз в космосе практически полный вакуум, может, температура самого космоса — это абсолютный ноль по Кельвину (-273°С)? Нет, это неверный вывод. Даже в самых отдаленных уголках галактики, куда не доходит свет ни одной звезды, могут содержаться мельчайшие частички газов (например, водорода). Но что же заставляет их двигаться, если свет звезд до них не доходит? Сейчас действующих источников тепла у них нет. Древнее реликтовое излучение — это теплота, сохранившаяся с момента возникновения галактики. Она все еще заставляет двигаться самые одинокие молекулы газов, поддерживая в них температуру не ниже -270°С, — рассказывает Евгений Бурмистров.
Почему важно бороться с мусором не только на Земле, но и в космосе?
В космический мусор на орбите Земли входят спутники, которые вышли из строя или исчерпали свой ресурс, разгонные блоки верхних ступеней ракет-носителей, облупившиеся от ракеты слои краски, части обшивки, даже потерянные космонавтами вещи и инструменты. В научно-исследовательском центре войск Воздушно-космических сил Минобороны России подсчитали, что вокруг Земли вращается около 1,25 млрд частиц мелких космическихотходов размером от 1 мм до 10 см.
— Мусор действительно представляет опасность: например, в мае 2016 года в МКС влетела частица отходов размером в сотые доли миллиметра и оставила на обшивке скол диаметром около 7 мм. Чтобы не допустить более разрушительных последствий, космической станцииприходится регулярно менять свое положение на орбите, уворачиваясь от мусора, — отмечает эксперт ПНИПУ.
Так, 10 февраля 2009 года на расстоянии 790 км над уровнем моря столкнулись два спутника: американский Iridium-33 и российский «Космос-2251». В результате летательные аппараты разлетелись на 600 осколков размером более 5 см и несколько тысяч более мелких.
Синдром Кесслера гласит: стремительно растущий объем космического мусора будет производить другой мусор, а он— новые отходы. Таким образом, околоземное пространство станет непригодно для использования. Ученые также считают, что в момент предельного накопления мусора мы лишимся возможности выводить новые спутники на орбиты — для них просто не хватит места.
— Говорить о том, что космический мусор станет серьезной проблемой, начали еще в 1960-е годы, на заре освоения космоса. Но до сих пор не придумали реальной возможности массово удалять эти отходы с околоземных орбит. Существуют программы по удалению космического мусора, но они единичные и не решают проблему: убиратьполучается только крупный мусор, то есть объекты более 20 см, с теми, что меньше, возникают большие сложности, — добавляет Евгений Бурмистров.