Лабораторія невагомості, Журнал Популярна Механіка
«Ми просто звикли рухатися в стані невагомості, коли пересуваєшся пригнувшись, день за днем, готуючись будь-якої миті відштовхнутися від перебирання або схопитися за скобу. Отже, повернувшись у світ, де панує сила тяжіння, ми таки рухаємося так, як звикли в космосі. Ми називаємо таку ходу «котячими лапами», — зачитую я абзац із роману «Космічний патруль» Роберта Хайнлайна і запитливо дивлюся на свого співрозмовника. - Це дійсно так?" «Ні, у мене звичайнісінька хода! - сміється Борис Найденов, начальник льотного випробувального відділення з підготовки космонавтів до роботи в умовах невагомості на літаках-лабораторіях ІЛ-76 МДК центру підготовки космонавтів (ЦПК) імені Ю.О. Гагаріна. — До речі, і наступна фраза Хайнлайна, яка свідчить, що пояснити стан невагомості людині, яка ніколи не була в космосі, неможливо, — теж невірна. Власне, саме цим ми займаємося».
Перші кроки
На зорі космічної ери ніхто не знав, як впливає стан невагомості на людський організм та техніку. Отримати відповіді ці питання було потрібно, як проводити на орбіті довгострокові експерименти. Тому у 1960 році невагомість почали імітувати під час польотів на навчально-тренувальних МІГ-15. Пілот розганяв літак і виконував «гірку», а космонавт, що знаходився позаду нього в кабіні, вчився виконувати в умовах невагомості різні дії — писав у блокноті, пив воду. Але тісна кабіна винищувача не дозволялаздійснювати вільні рухи, там не можна було розмістити всю необхідну апаратуру. Незабаром з'явилися спеціально обладнані лабораторії Ту-104АК, де під час польотів космонавти вчилися одягати скафандри, працювали на макетах кораблів та орбітальних станцій. Саме в цій лабораторії, що літає, Олексій Леонов вчився виходити у відкритий космос, там же випробовували роботу «місяцехода». У 1980-х естафету прийняла спеціальна модифікація транспортного літака Іл-76К, а у 1990-х — Іл-76МДК (саме на них зараз проходять підготовку космонавти та астронавти в ЦПК). Таких переобладнаних літаків лише три, але літає зазвичай лише один — решта двох перебуває у гарячому резерві.
Тут народжується невагомість
На вигляд літаки, які обслуговують ЦПК, — Іл-76МДК 70-го ОІТАПОН (окремого випробувально-тренувального авіаційного полку особливого призначення) ім. В.С. Серегіна, що стоять на підмосковному аеродромі «Чкаловський», мало відрізняються від звичайних транспортників. Проте літаки ці спеціальні. Біля одного з них працюють техніки, займаючись підготовкою літака до завтрашнього польоту, а Микола Третьяков, заступник командира 1-ї ескадрильї авіаполку з інженерно-авіаційної служби (ІАС), пояснює мені основні відмінності: «у невагомості, як відомо, всі рідини поводяться зовсім по-іншому. Це стосується і палива, і масла, і гідравлічних рідин. Тому для того, щоб забезпечити безперебійну подачу палива, літак обладнаний паливними та масляними акумуляторами. Вони постачають двигуни паливом під час режимів невагомості. Крім того, під час таких польотів навантаження досягає двоходиниць, що, загалом кажучи, не надто типово для транспортного літака. Тому планер літака також посилено відповідним чином».
По трапі ми піднімаємося в літак, і Микола продовжує екскурсію: салон теж спеціально обладнаний. У передній частині біля кабіни пілотів крісла для випробувальної бригади — керівника, інженера з освітлення та електроживлення, два робочі місця для лікарів. Ось тут іноді встановлюється крісло, що обертається — для випробувань космонавтів на граничних режимах». За кріслами — просторий салон без жодних крісел, підлога якого застилають товсті м'які пінополіуретанові мати. Стіни та стеля також покриті м'яким матеріалом. «Це, щоб у невагомості ніхто собі синців не набив, — пояснює Микола. — А ось біля самої статі — це система подачі повітря для підключення скафандрів. Іноді тут ставлять і макети модулів космічної станції, де космонавти тренуються відпрацьовувати різні ситуації». Я скептично дивлюся на вузькі двері, через які щойно потрапив усередину. Микола, перехопивши мій погляд, посміхається: «Літак-то транспортний!» - І веде мене в задню частину салону, де старший авіатехнік роман Звєрєв відкриває кришку пульта на стіні і натискає кілька клавіш. З гучним гулом у задній частині літакавідкидається рампа, відкриваючи широкий «в'їзд».
-
Технології
Монстр на екрані: надважкий екраноліт
«Чорне» крило: хто підніме повітря МС-21
У кабіні пілотів тісно, і очі розбігаються від великої кількості різних шкал, стрілок, кнопок, тумблерів та важелів. «Прилади та органи управління стандартні, є лише невеликі відмінності, – каже Микола. — Ось ці клапани керують паливними та масляними акумуляторами, та ще перед командиром на пульті розташований тумблер, який відключає мовний інформатор, щоб не панікував: автопілот тут стандартний, і він не привчений до таких незвичайних режимів, як параболічний політ». Ще одна відмінність — два додаткові індикатори невагомості: перед командиром і другим пілотом до пульта прикріплено дві мензурки з гліцерином (у невагомості повітряний міхур «спливає» до центру). В одній мензурці гліцерин прозорий, в іншій – янтарного кольору. «Коньяк та горілка!» - Жартує Микола. На прощання механіки розповідають мені байку про те, як пілот одного з комерційних рейсів помітив Іл-76МДК, який виходив з режиму невагомості, і доповів диспетчеру про літак, що «падає».
Політ параболою
«Казкарі! — усміхається один із льотчиків, заступник командира полку Ігор Клименко. — для таких польотів виділяється спеціальна зона та висоти від шести до десяти тисяч метрів за умови відсутності хмарності, і жодних комерційних рейсів там не може бути в принципі. Зазвичай ми літаємо в районі Плещеєва озера, по ньому зручно візуально орієнтуватися». Політ виконується так званою параболою Кеплера і починається з горизонтального розгону на висоті приблизно 6500 м. Потім літак робить «гірку».на висхідній частині відбувається введення в режим невагомості, при цьому навантаження досягає двох одиниць. «Управління здійснюється вручну, – пояснює Ігор, – при цьому навантаження на штурвалі становить приблизно 70 кгс. Уявіть собі штангу такої маси, тільки піднімати її потрібно не ривком, а плавно та з ювелірною точністю. Причому необхідно ретельно стежити за креном і бічним зміщенням — вони повинні бути нульові, інакше тих, хто в салоні, «розмаже» по стінах». Через великі фізичні навантаження командир і другий пілот, як правило, виконують режими невагомості по черзі.
При досягненні кута кабрування приблизно 50 градусів льотчик «віддає» штурвал від себе, вводить літак в 25-30-секундний режим невагомості і здійснює контроль за індикатором навантаження і за згаданим вище «стаканчиком». З висоти приблизно 9500 м літак пікірує і переходить (знов-таки з перевантаженням до двох одиниць) у горизонтальний політ. Декілька хвилин такого польоту потрібно для того, щоб виконати розворот, а також зарядити паливні та масляні акумулятори. «Формально дозволяється виконувати три режими без перезарядки, а технічно запас міцності ще втричі вище, — каже Ігор Клименко. — але навіщо зайвий раз ризикувати, якщо в цьому немає потреби? Безпека для нас завжди є пріоритетною». Потім усе повторюється - за один політ Іл-76МДК виконує в середньому десять режимів невагомості.
А в цей час у салоні…
Невагомість — один із найзвичніших чинників, які доводиться відчути космонавтам на орбітальній станції. «Хоча, звичайно, космонавти — як правило, колишні льотчики, їм і перевантаження, і невагомість вже знайомі, але все одно протягом перших кількох режимів невагомості лікаріуважно вивчають реакцію організму, – пояснює Борис Найденов. — А потім розпочинаються власне тренування. Космонавтів вчать переміщатися в умовах невагомості, правильно поводитися з важкими вантажами — щоб вони зрозуміли, що незважаючи на відсутність ваги, сили інерції, як і раніше, діють».
Ще одна важлива частина тренувань – робота зі скафандрами. «Надягання скафандра у невагомості має свої особливості, — каже Борис. — Скажімо, при надяганні м'якого 'сокола' типова помилка новачка полягає в тому, що він починає бовтати ногами, розправляючи штанини, а це призводить до закручування навколо осі. Навчають космонавтів і роботу на макетах модулів космічної станції — благо розмір салону дозволяє; за допомогою спеціальної модифікації скафандра орлан імітується вихід у відкритий космос. За 10-12 польотів космонавти набувають основних навичок роботи в невагомості. А взагалі, ці тренування у них одні з найулюбленіших — адже саме тут можна відчути себе ближче до космосу».
Що таке невагомість
Згідно з визначенням у Великій Радянській Енциклопедії, невагомість — стан матеріального тіла, при якому діючі на нього зовнішні сили або рух, що ним чиниться, не викликають взаємних тисків частинок один на одного. Якщо тіло лежить у полі тяжкості Землі на горизонтальній площині, то на нього діють сила тяжіння і спрямована в протилежний бік реакція площини, внаслідок чого виникають взаємні тиски частинок тіла одна на одну. Людський організм сприймає такі тиски, як відчуття вагомості. У ліфті, що рухається по вертикалі вниз з прискоренням, рівним прискоренню вільного падіння, тіло (всі його частинки) і ліфт не надають жодних взаємних тисків один на одного, іспостерігається стан невагомості. Зверніть увагу, що при цьому на всі частинки тіла, що знаходиться в стані невагомості, сили тяжіння діють, але немає зовнішніх сил, прикладених до поверхні тіла (наприклад, реакцій опори), які могли б викликати взаємний тиск частинок один на одного. Подібне явище спостерігається для тіл, поміщених у штучному супутнику Землі (або космічному кораблі); ці тіла та всі їх частки, отримавши разом із супутником відповідну початкову швидкість, рухаються під дією сил тяжіння вздовж своїх орбіт з рівними прискореннями, як вільні, не надаючи взаємних тисків один на одного, перебувають у стані невагомості. Як і тіло в ліфті, ними діє сила тяжіння, але немає зовнішніх сил, прикладених до поверхонь тіл, які б викликати взаємні тиску тіл чи його частинок друг на друга. Будь-яке тіло, розміри якого малі порівняно із земним радіусом, що здійснює вільний поступальний рух у полі тяжіння Землі (і будь-яких інших небесних тіл), буде, за відсутності інших зовнішніх сил, перебувати у стані невагомості.
Окрім космонавтів, "тренують" і техніку - у невагомості на борту літака проводяться попередні оцінки працездатності різної апаратури. Причому не тільки в невагомості - варіюючи профіль польоту, можна отримати і місячну (1/6 земної), і марсіанську (1/3 земної) гравітацію, при цьому тривалість режиму збільшується.
Не лише космонавти
Автор дякує телеканалу Discovery Science та італійській компанії Spaceland за допомогу в написанні статті.