Прототип лунного скафандра xEMU, представленный НАСА в 2019 году. Фото: НАСА/Джоэл Ковски
Люди издавна мечтали ступить на Луну и другие планетарные тела, такие как Марс. С 1960-х годов космические путешественники надевали костюмы, предназначенные для защиты от космического вакуума, и отправлялись в неизведанное.
Однако миссия Polaris Dawn, которая должна включать первый выход в открытый космос, организованный частной компанией, была отложена. Это связано с сложностями при проектировании и разработке подходящего скафандра.
Лунные скафандры также являются одним из ключевых элементов лунной программы НАСА «Артемида», которые еще не доставлены. В отчете, опубликованном в ноябре 2023 года, говорится, что подрядчику, изготавливающему костюмы, придется пересмотреть аспекты проекта, предоставленные НАСА, что может привести к задержкам.
Тем не менее, первый выход в открытый космос советского космонавта Алексея Леонова состоялся в 1965 году. Позже, в период с 1969 по 1972 год, 12 астронавтов НАСА выйдут на поверхность Луны, используя технологии, которые затмят сегодняшние смартфоны. Поэтому вполне разумно задаться вопросом, почему до сих пор может быть сложно спроектировать и изготовить скафандры, выполняющие то же самое.
Многое изменилось с тех пор, как миссии «Аполлон» установили флаги на Луне. Геополитика космических путешествий изменилась, и скафандры больше не будут просто формой защиты. Напротив, они являются важнейшим способом повышения продуктивности космонавтов. Это предполагает переосмысление не только самих костюмов, но и технологий, которые их поддерживают.
Множество мощных телекоммуникационных технологий для связи астронавтов с космическими станциями и наземным управлением сочетаются с мультисенсорными камерами, датчиками температуры и датчиками приближения в современных скафандрах.
Ситуационная осведомленность — понимание ключевых элементов окружающей среды, таких как здоровье космонавта, — является основным принципом проектирования современных скафандров и имеет решающее значение для безопасности оператора. Способность костюма отслеживать частоту сердечных сокращений и другие жизненно важные показатели важна в вакууме, где уровень кислорода требует постоянного контроля.
Ожидания относительно риска, которому подвергаются астронавты, изменились к лучшему. А уровень инвестиций, необходимых для производства скафандра, требует, чтобы его можно было использовать для будущих задач, которые могут включать в себя заселение Луны в ближайшие несколько десятилетий.
Компромисс, на который инженеры должны пойти при внедрении носимых технологий, подобных уже упомянутым, — это вес. Приведет ли повышение ситуационной осведомленности к тому, что скафандр станет слишком тяжелым для эффективного перемещения?
Когда Илон Маск впервые намекнул на проблемы со скафандром для работы в открытом космосе для Polaris Dawn в презентации для сотрудников SpaceX в январе, он обсуждал не трудности с подключенными технологиями, а перепроектирование «скафандра, чтобы вы действительно могли в нем передвигаться». «
Миссия Polaris Dawn использует модифицированную версию космического корабля Crew Dragon для совершения первого коммерческого выхода в открытый космос. Кредит: НАСА
Осведомленность о ситуации
Однако, говоря о мобильности в скафандре, вам необходимо учитывать задачи, которые вы хотите, чтобы эта мобильность выполнялась.
До появления современных скафандров астронавты Аполлона с трудом выполняли миссии. При бурении поверхности Луны с помощью ручной дрели для сбора образцов астронавтам было трудно обеспечить достаточную направленную вниз силу, чтобы противодействовать более слабой гравитации Луны. Лишь десятилетия спустя, с изобретением дрели в условиях невесомости, эта проблема была решена.
Нынешние исследования пневматических экзоскелетов, обеспечивающих поддержку, необходимую для движения в условиях низкой гравитации, могут стать частью решения. Однако новым скафандрам также может потребоваться взаимодействие с оборудованием, например с роботизированными дрелью, которые существуют вне скафандра. Это также потребует большей мобильности в скафандрах.
Работа с роботами
Передача задач, ранее выполняемых людьми, роботам станет частью будущего освоения космоса. Это основной способ, с помощью которого инженеры смогут повысить мобильность астронавтов в скафандрах.
Например, когда астронавт выходит в открытый космос, чтобы проверить состояние части космической станции и произвести возможный ремонт, его поддерживает роботизированная рука, которая гарантирует, что он не улетит в космос. В сочлененном состоянии эта рука жесткая и может ограничивать движения космонавта.
В настоящее время изучается подход к расширению этого диапазона движений — это альпинистский робот, прикрепленный как к астронавту, так и к космической станции, которым человек может управлять через свой скафандр. Это позволит астронавту перемещаться по космической станции быстрее и с большей амплитудой движений, чем раньше, позволяя им достигать и ремонтировать труднодоступные места, такие как углы.
Хотя в конечном итоге есть надежда, что роботы сами смогут оценить любой ущерб, нанесенный космической станции, и отремонтировать ее, из-за возможных сбоев в нормальной работе люди должны быть готовы вмешаться. Возможные сбои могут быть естественными, например, небольшой метеоритный дождь, повредивший робота. или антропогенного характера, например хакерство, осуществленное враждебной группой или государством.
Для тех видов деятельности, которые мы хотим осуществить в будущем, сотрудничество человека и робота будет иметь решающее значение. Строительство базы на Луне, как планируют сделать США и Китай, потребует строительных работ и бурения, которые люди не смогут выполнить в одиночку. Современные скафандры должны будут обеспечивать интерфейс для работы с этой новой технологией, и мы можем ожидать, что скафандры будут развиваться в ногу с робототехникой.
Отношения между людьми и роботами меняются. Это выйдет за рамки выходов в открытый космос и прежнего использования роботов в качестве ограниченных инструментов и приведет к ситуации, когда они станут партнерами по сотрудничеству в космосе. Задачи на десять-двадцать лет вперед, такие как строительство лунных поселений, исследование месторождений полезных ископаемых на Луне и эффективный ремонт модулей космических станций, могут быть достигнуты только с помощью робототехники.
Современные скафандры станут ключевой основой этого сотрудничества, формируя интерфейс, в котором астронавты и роботы смогут работать вместе для достижения общих целей. Поэтому, когда мы снова оставим свои следы в других мирах, мы больше не будем одиноки.
Информация от: Разговором
