Выходом в открытый космос считается работа космонавта в космическом пространстве за пределами своего корабля. Первый выход в открытый космос был совершен советским космонавтом Алексеем Архиповичем Леоновым. Это произошло 18 марта 1965 г., когда был запущен второй космический корабль «Восход», пилотируемый космонавтами П. И. Беляевым и А. А. Леоновым. Уже через полтора часа после старта в начале второго витка Алексей Леонов первым в мире вышел в открытый космос. Командир Павел Беляев сообщил по радио: «Внимание! Человек вышел в космическое пространство! Человек вышел в космическое пространство!» Теоретически можно было проводить выход в открытый космос, открыв люк корабля, то есть разгерметизировав его, как это в следующем году сделали американцы на «Джемини». Но кабина корабля «Восход» не была рассчитана на продолжительную работу в разгерметизированном состоянии, для размещения же шлюзовой камеры в корабле не было места. Поэтому, чтобы технически осуществить выход, придумали шлюз с мягкой надувной оболочкой, который расправлялся на орбите. В сложенном виде шлюзовая камера крепилась снаружи спускаемого аппарата над люком. Камера надувается, оставаясь герметичной. Космонавт надевает кислородный ранец, выходит в шлюз, закрывает люк корабля, открывает внешний люк шлюзовой камеры и выходит в открытый космос. Затем возвращается, проделывая операции в обратном порядке: зайти в шлюз, герметично закрыть люк, дождаться наддува камеры, снять и оставить кислородный ранец в камере, открыть люк корабля и зайти в него. Затем камера отстреливалась с пульта из корабля, и корабль шел на спуск.
Во время наземной подготовки Леонова в самолете-лаборатории установили макет космического корабля со шлюзовой камерой в натуральную величину. Леонов отрабатывал выход в открытый космос, отход от корабля и возвращение. На один только навык плавного отхода от корабля Леонову потребовалось шесть попыток. Сначала не удавалось удерживать равновесие, движения были резкие. Чтобы подойти обратно к кораблю, тоже пришлось попотеть. Космонавт постоянно вращался, поворачивался к входу спиной, двигался рывками. Кроме того, скафандр сковывал движение, мешал. Зато потом все эти упражнения помогли в космическом полете.
Леонов находился вне шлюза в открытом космосе больше 12 минут. И примерно столько же в шлюзе, но тоже в условиях космического пространства. Во время выхода он удалялся от корабля на расстояние более 5 м. Сначала его немного разворачивало, но космонавт быстро освоился, вспоминая все, чему учили, и смог выполнить задание.
Методика обратного входа в шлюз была недостаточно отработана. При тренировках на самолетных «горках» невесомость длится всего несколько десятков секунд, а тренировки в скафандре в гидролаборатории тогда еще не проводились. Комбинацией необычных условий невесомости и открытого космоса, которых не было при наземных испытаниях, можно объяснить тот факт, что Леонов не мог протиснуться через люк обратно в корабль. Тогда он, не сообщая на Землю (времени не было), стравил немного воздух из скафандра – снизил в нем давление, что несколько уменьшило требуемые усилия для сгибания оболочки скафандра. Только таким образом он смог вернуться в корабль. Однако на этом неприятности не закончились. Космонавтам пришлось справляться с новыми нештатными ситуациями. В частности, не сработала автоматическая система ориентации, вовремя не включился тормозной двигатель и космонавтам пришлось сажать корабль вручную. Они оказались на Земле там, где их не ждали, – в тайге в районе Перми. Нашли их на следующий день.
Телевизионное изображение летящего в открытом космосе Алексея Леонова показывали все телеканалы мира. Первый выход в открытый космос закончился благополучно и до сих пор остается гордостью отечественной космонавтики и нашей страны.
В дальнейшем выходы в открытый космос в советской космической практике осуществлялись с борта космического корабля «Союз-5» (продолжительность 53 минуты), с орбитальной станции «Салют-6» (три выхода общей продолжительностью 5 часов 11 минут), «Салют-7» (13 выходов суммарной продолжительностью 48 часов 29 минут). С началом эксплуатации орбитального комплекса «Мир» работа в открытом космосе приобрела регулярный характер (75 выходов на внешнюю поверхность комплекса и три выхода в разгерметизированный модуль «Спектр»; продолжительность 359 часов 12 минут). Обычна она и на МКС.
Нынешние задачи космонавта при выходе в открытое космическое пространство значительно сложнее, возросла и техническая оснащенность работ. Теперь выходы называют иначе – «внекорабельная деятельность» (ВнеКД). Это все то, что космонавт делает за пределами корабля или станции. А то, что он делает внутри корабля, называют «внутрикорабельной деятельностью» (ВнуКД). К внекорабельной деятельности относится также выход космонавта на поверхность планеты или на Луну, например.
Выход в открытое космическое пространство (космонавты просто говорят «выход») – не просто сложное задание, но и серьезное испытание, требующее мобилизации всех сил и возможностей космонавта. До выхода в космос космонавты проходят множество тренировок на Земле, в гидролаборатории. К внекорабельной деятельности готовятся все без исключения экипажи, независимо от того, включены или нет такие работы в программу конкретного полета. Во время ВнеКД космонавты, снаряженные в специальные скафандры, выполняют различные эксперименты и исследования, осуществляют монтажные и ремонтные работы на внешней поверхности космических станций.
К каждому выходу в открытый космос готовятся задолго, еще на Земле, и участвуют в подготовке и обеспечении люди самых разных специальностей. Тщательно планируется подготовка экипажа, тренировки.
В конце каждого года готовится программа полета на год (ее составляют проектанты РКК «Энергия»), где расписываются основные задачи каждой экспедиции. Программа в зависимости от меняющейся обстановки корректируется и дополняется. На основании годовой программы составляется программа полета каждой экспедиции. Затем разрабатывается двухнедельная программа полета экипажа и ежедневные циклограммы, в которых расписаны все действия членов экипажей поминутно (последние три программы составляют специалисты ЦУПа).
В соответствии с годовой программой, которая дает представление об объеме задач на каждую экспедицию, составляется программа подготовки каждого экипажа, предусматривающая в числе прочего тренировки для выполнения предстоящих работ по внекорабельной деятельности.
Подготовку к каждому конкретному выходу наземные службы и космонавты, находящиеся на орбите, начинают за 2–3 недели до выхода. Она идет в двух направлениях: по скафандрам (за нее отвечают специалисты НПО «Звезда» – разработчики и изготовители скафандров) и по ВнеКД, которой занимаются специалисты РКК «Энергия».
По каждому этапу ВнеКД разрабатывается специальная циклограмма «выхода».
Циклограмма – часто применяющееся в космонавтике понятие – представляет собой лаконичное выражение программы работы (космонавта, бортового компьютера, стартовой команды и т. д.) и предназначена для выполнения во времени определенных операций на некотором интервале. В циклограмме начало каждой следующей операции привязано либо к заданному моменту времени, либо к наступлению заданного события. Любая циклограмма состоит из двух основных частей: условие запуска циклограммы и массива директив. Условие запуска циклограммы может быть временно́е и логическое. Временно́е условие считается выполненным, если заданное им время равно или больше текущего времени. Логическое условие – выполнение заданного события. Директивы указывают на операции, которые необходимо произвести. Циклограмма может быть задана графической схемой, таблицей, в бортовом компьютере – двоичным кодом («0» и «1»).
На борт космической станции передаются радиограммы по подготовке необходимого оборудования и инструмента, при необходимости составляется программа тренировки в скафандрах, проходят консультации со специалистами, на стенде «Селена» проводятся тренировки по программе Главной оперативной группы управления. Выход в открытый космос сопровождается множеством опасностей, и ответственность за работу космонавтов во многом лежит на специалистах на Земле. Каждый шаг космонавта продумывают они, а задача космонавта – все эти шаги правильно выполнить.
За неделю до выхода группа специалистов, в состав которой входят сменный руководитель полета, главный оператор, специалисты группы анализа и специалист из группы подготовки персонала, обсуждают детали предстоящего «выхода» и при необходимости отрабатывают отдельные его элементы на тренажере в гидролаборатории ЦПК.
У космонавтов на борту станции за целую неделю до этого события начинается своя подготовка. Необходимо провести инвентаризацию сменных элементов скафандров – поглотительных патронов, кислородных баллонов, поглотителей влаги и некоторых специальных фильтров, заменяемых перед каждым выходом. Только процедура расконсервирования и осмотра скафандров занимает не менее полутора часов. Очень важно примерить скафандр. Его нужно подогнать по росту и проверить все еще раз. Проводят тренировку в скафандрах, в ходе которой проверяется правильность работы всех его систем и производится подгонка рукавов и штанин по росту.
Примерно день уходит на то, чтобы изучить инструкции и подготовить оборудование к предстоящему выходу. Ведь к моменту выхода в космос все должно быть не один раз проверено. Необходимо заблаговременно ознакомиться с трассой перемещения во время выхода: выбрать характерные ориентиры, определить потенциально опасные места, которые могут повредить оболочку скафандра, и т. п.
Надо подготовить и себя. Прежде всего следует постараться предотвратить излишнее выделение влаги из тела, следствием чего обычно является охлаждение ног и рук, увлажнение перчаток и запотевание остекления скафандра. Для этого за несколько дней до «выхода» сокращают потребление жидкости (меньше пьют чая и соков) и увеличивают физическую нагрузку, что способствует выводу влаги из тела в виде пота. Полезно включить в свой рацион подсоленную пищу. За два-три дня необходимо пройти медицинский контроль и получить заключение с разрешением выхода в открытый космос. Если самочувствие космонавта будет не очень хорошим, то в открытый космос его могут и не пустить.
За 3–4 дня до начала работ по ВнеКД специалисты ЦУПа проводят тренировку предстоящих работ в полном составе, обсуждают возникшие вопросы, а все наземные службы докладывают о готовности.
Конечно, бывают ситуации, когда необходимо решать срочные проблемы по обеспечению выхода в открытое космическое пространство для ВнеКД, поэтому изложенный цикл подготовки может нарушиться.
В день выхода в космос космонавты чаще всего встают поздно, чтобы хорошо выспаться. Ведь впереди очень тяжелый день, и вероятнее всего, отправляться спать в следующий раз придется позже, чем положено. После утреннего туалета космонавты еще раз измеряют артериальное давление и температуру, сообщают результаты на Землю. Завтракать и пить чай в это утро не полагается – во время выхода в космос возможности «отойти на минуточку» не будет. И вот заключительная стадия подготовки к выходу в космос – еще раз медицинский контроль, проверка систем скафандра и систем, обеспечивающих выход на станции.
Выход в открытый космос – операция настолько ответственная, что нельзя ошибиться ни в единой детали. Поэтому первым делом космонавты относят в шлюзовой отсек бортовую инструкцию, которая называется «Выход».
Сначала космонавты надевают специальные гигиенические плавки и медицинский пояс с датчиками, с помощью которых врачи на Земле будут осуществлять медицинский контроль. Потом хлопчатобумажные носки, а сверху еще и носки шерстяные. Теперь наступает очередь белья-комбинезона из хлопко-льняного полотна и поглощающих влагу перчаток. Наконец космонавт надевает облегающий костюм водяного охлаждения – сетчатый трикотажный комбинезон. В него вплетены тонкие трубки, по которым циркулирует вода и охлаждает тело. Что еще осталось? Да, шлемофон. Потом космонавт забирается сзади в скафандр через вырез в кирасе. Садится на обрез скафандра и спускает ноги в штанины. Затем пропускает руки в рукава скафандра и встает на ноги внутри него. Затем тросиком притягивает ранец-крышку, закрывает его и запирает предусмотренной для этого подвижной ручкой. Хотя скафандр сделан так, что космонавт может закрыть свой скафандр самостоятельно, обычно космонавты помогают друг другу. Ведь, как правило, в космос выходят по двое. Поэтому взаимный контроль не помешает.
Затем космонавты проверяют положение органов управления скафандром и приступают к предварительному контролю герметичности скафандра. Потом надо проверить герметичность люка между шлюзовым и смежным отсеком. Для этого в шлюзовом отсеке немного стравливается воздух и понижается давление. Иначе есть опасность разгерметизировать всю станцию. Космонавты уже в закрытых скафандрах проводят окончательную проверку их герметичности. Проверили. Наступило время продувки скафандров – привычная атмосфера заменяется на кислородную. Это означает, что космонавты будут дышать чистым кислородом.
Дело в том, что во всех герметичных отсеках станции поддерживается давление в одну атмосферу и соотношение азота и кислорода такое же, как на Земле. В скафандрах необходимо обеспечить давление, которое, с одной стороны, не наносит вреда здоровью человека, а с другой – обеспечивает подвижность мягких частей скафандра. Поэтому в скафандрах поддерживается «чисто» кислородная атмосфера с давлением 0,4 атмосферы. Слово «чисто» поставлено в кавычки, потому что в ней есть и азот, хотя и не более 1–2 %. При наличии поглощающего патрона, работающего в номинальном режиме, содержание углекислого газа близко к нулю. Конструкция скафандра дает космонавту возможность переключаться на рабочий режим с более низким давлением – 0,27 атмосферы – в течение 15 минут. Этот режим используется для повышения гибкости скафандра и, соответственно, подвижности космонавта (вспомним первый выход в открытый космос А. А. Леонова!). Высокое давление в скафандре не только усложняло бы работу космонавта из-за повышенной жесткости оболочки скафандра, но и усиливало для него физический дискомфорт, а также добавляло опасности из-за возможных утечек. Поскольку общее давление атмосферы в скафандре уменьшается, то процентное содержание в ней кислорода должно увеличиваться, чтобы сохранить нужное содержание кислорода в крови космонавта. Режим безопасного давления, который бы надежно оберегал космонавта от высотной декомпрессионной болезни, был выбран после большого количества испытаний в барокамере. И все же до сих пор не установлены оптимальные соотношения между допустимым уровнем безопасности космонавта и необходимой степенью облегчения его работы для эффективной деятельности в открытом космосе.
При быстром переходе от кислородно-азотной атмосферы к чисто кислородной среде с давлением 0,3–0,4 атмосферы азот, растворенный в крови человека, может перейти в газообразную фазу, вызвав смертельно опасное явление декомпрессии. Поэтому процедура понижения давления и изменения состава атмосферы проводится достаточно медленно. Перед шлюзованием выполняется десатурация – вымывание азота из крови человека за счет вдыхания чистого кислорода при нормальном давлении. В скафандре постепенно создается «чисто» кислородная атмосфера с одновременным снижением давления. В аварийной ситуации, когда требуется немедленный выход в открытый космос, необходимость этой предварительной стадии становится серьезным ограничением.
Космонавты готовы к выходу и начинают сбрасывать давление в шлюзовом отсеке. На это потребуется около 15 минут. Одновременно космонавты внимательно контролируют давление в скафандре. Теперь можно отключить скафандры от систем станции и перейти на автономное питание. И вот уже открытый космос близок – аккуратно открываем люк. Выход из шлюзового отсека в космос разрешается только при наличии охлаждения, и космонавты включают систему теплообмена скафандра.
На все, что мы описали, уходит 1 час 20 минут. А на первый раз, может, и побольше.
Наконец наступил момент, когда космонавт оказывается на обрезе люка. Перед ним черная бездна, а бездна – это то, что без дна. Перед космонавтом разворачивается незнакомая картина. Он, конечно, готовился на Земле: смотрел видеосъемки, знает компоновку модулей станции, различных устройств, установленных на корпусе с внешней стороны, наконец, готовился в гидролаборатории. Но реальную конфигурацию очень большой станции в гидролаборатории и не пытаются воссоздать. Изучая макет станции на Земле, космонавт видит модули под определенным углом зрения. Пожалуй, только моделирование выхода в виртуальной среде может воссоздать реальную картину. Но и она разная при разной освещенности. В общем, требуется некоторое время, чтобы сориентироваться во внезапно расширившемся до бесконечности пространстве, в центре которого – открытый люк. И космонавт.
С Земли звездное небо уютное и даже домашнее из-за отблеска Земли. В космосе начинаешь ощущать абстрактное понятие «бесконечность» вполне наглядно. В формулах этот математический символ выглядел вполне мирно. А здесь убеждаешься: бездна = без дна.
Открытый люк волей-неволей вызывает воспоминания о парашютных прыжках, которых на подготовке было очень много. Там выход за обрез означает не просто отделение, а падение. Это ощущение усиливается, если Земля оказывается «под» космонавтом. Требуется несколько секунд, чтобы разум переборол эмоции: космонавт движется с той же скоростью, что и станция, никакого падения не произойдет.
И вот космонавт начинает перемещение по трассе выхода. Правило такое: один карабин всегда должен быть пристегнут, одной рукой держишься, другой отстегиваешь второй карабин, переносишь его, пристегиваешь и так далее. То есть никогда не надеешься только на одно крепление – космонавта обязательно держат карабин и рука. Иначе можешь оторваться от станции, и возвращение окажется практически невозможным. Сейчас на МКС есть рука-робот. Космонавт закрепляет свои ноги на опорной площадке, и «рука» переносит его к месту работ. При огромных размерах МКС рука-робот, разумеется, значительно облегчает перемещение в открытом космосе.