ГЛАВА IV Имитация космического полета

Камеры - имитаторы условий космического пространства

Обычно в вакуумных камерах для исследования, разработки и испытания материалов и оборудования, кроме низкого давления, имитируются также условия освещенности и температуры, с которыми испытываемый объект встретится в космосе; эти камеры обычно называют камерами - имитаторами условий космического пространства.

Невозможно создать в такой камере требуемый вакуум с помощью механических насосов, как правило, используемых в физических лабораториях. Чаще всего воздух из камер откачивают последовательно ступенями или покаскадно. Механическими насосами производят лишь первоначальную откачку. На следующих ступенях откачки применяют ртутные или масляные диффузионные насосы и криогенные насосы. Только такие насосы способны поддерживать в камере необходимый вакуум.

Солнечный свет имитируют с помощью ртутных, ксеноновых или дуговых угольных ламп, которые обычно устанавливаются снаружи, вне камеры. Свет и тепло от этих источников посредством системы отражателей направляются на кварцевые окна камеры, пройдя сквозь них, попадают на систему зеркал и линз, установленную уже внутри камеры, и фокусируются и направляются ею на испытываемый образец. Некоторые большие камеры имеют внутреннюю систему освещения. Для создания условий низких температур, которым в космосе может подвергнуться объект, не освещенный солнечным светом, стенки камеры имеют панели или змеевики, охлаждаемые протекающим жидким азотом. Таким образом, в камере можно поддерживать температуру - 200њС. В США такие камеры сыграли важную роль в разработке и испытании пилотируемых и непилотируемых космических кораблей. Типичной камерой для испытания непилотируемых космических кораблей является камера в Годдардовском центре космических полетов в Гринбелте, штат Мэриленд (рис. 38). Она имеет диаметр 10,6 м и высоту 18,2 м, в ней можно создавать и поддерживать вакуум 110^-10 мм рт. ст. Система из 127 ртутно-ксеноновых ламп и рефлекторов, которые фокусируют излучение этих ламп в пучок, проходящий далее через четыре кварцевые линзы, точно имитирует видимую, а также ультрафиолетовую и инфракрасную части спектра солнечного излучения. Эти лампы расположены на съемной крышке, которая позволяет поместить в камеру космический корабль или какие-то узлы, предназначенные для испытаний. Человек, входящий в камеру при включенных лампах (камера еще не вакуумирована), должен быть одет в специальный алюминизированный защитный костюм, отражающий тепловые лучи, и иметь на лице маску с фильтром, не пропускающим озон, который образуется в камере под действием ультрафиолетового излучения.

Рис. 38. Термобарокамера в Годдардовском центре космических полетов в Гринбелте, штат Мэриленд, воспроизводящая космический вакуум и температурные условия, в которых космические зонды и искусственные спутники

Рис. 39. Искусственный солнечный свет направляется в барокамеры с помощью системы линз и зеркал. На снимке изображена система ксеноновых ламп мощностью 20 кВт для имитации солнечного излучения внутри барокамеры под давлением, соответствующим давлению атмосферы на высоте 650 км над поверхностью Земли

Более глубокий вакуум для испытания систем и подсистем пилотируемых и непилотируемых космических кораблей, а также небольших искусственных спутников Земли можно создать в камерах меньших размеров. Камера такого типа сооружена в Арнольдовском научно-исследовательском центре ВВС в Туллахоме, штат Теннесси. В этой камере (ее высота тоже 10,6 м) можно понизить давление до уровня, соответствующего высоте 640 км над уровнем моря. Принцип ее работы показан на рисунке, помещенном выше. В камере Научно-исследовательского центра космических исследований в Хантингтон-Бич, штат Калифорния, имеющей объем 2,24 м³, создают вакуум 110^-12 мм рт. ст.

Рис. 40. Барокамера в Научно-исследовательском центре разработки пилотируемых космических кораблей в Хьюстоне, штат Техас, в которой в условиях вакуума, соответствующих высоте 350 км над поверхностью Земли, испытывают корабли серии 'Аполлон' вместе с экипажем

Камеры для испытаний космического корабля с участием человека, по существу, имеют ту же конструкцию и работают так же, как и камеры для испытаний без участия человека. Только в камерах, где испытания проводятся с участием человека, предусмотрена быстрая разгерметизация на тот случай, если возникнет аварийная ситуация. Такого типа камеры имеются в Научно-исследовательском центре разработки пилотируемых космических кораблей в Хьюстоне, штат Техас. В одной из них, сделанной из нержавеющей стали и имеющей высоту 36,5 м и диаметр 19,7 м, проводятся испытания командного и лунного модулей кораблей серии 'Аполлон'. В ней можно поместить космический корабль высотой до 30 м и диаметром до 7,6 м. Космические корабли помещают в камеру через 12-метровые двери-стенку, а люди попадают в нее через четыре шлюза; в двух из них поддерживается нормальное давление, а в остальных - более низкое. Дуговые лампы в потолке и стены с криогенным охлаждением позволяют создавать в камере температурный режим в диапазоне от -180 до +125њС, что характерно для поверхности Луны. Давление в камере может снижаться до 10^-7 мм. рт. ст.

Другая камера имеет высоту 13 м и диаметр 10,6 м и используется в основном для испытания снаряжения, обеспечивающего выход и пребывание космонавта в открытом космосе, и для температурных испытаний лунного модуля корабля 'Аполлон' с участием человека. Камера может вместить аппарат высотой 8,2 м и диаметром 4 м. Доступ в камеру осуществляется через съемную крышку и двойной шлюз с нормальным давлением. Дуговые угольные лампы в потолке камеры имитируют солнечную радиацию, а охлаждаемые стенки позволяют создать температурные условия космического пространства. В камере можно поддерживать давление до 110^-6 мм рт. ст.

В случае если возникнет аварийная ситуация, обе камеры можно быстро разгерметизировать. В течение 30 сек давление в них можно поднять от предельно низкого до 0,4 атм, а в течение следующих 60 сек - до нормального давления на уровне моря. В специальном помещении имеются дефибриллятор, электростимулятор сердечной деятельности и другая реанимационная аппаратура, а также запас кислорода и другое оборудование для оказания помощи людям, случайно получившим декомпрессионные расстройства во время экспериментов в камерах.

В двух других камерах Хьюстонского научно-исследовательского центра разработки пилотируемых космических кораблей проводят испытания космических скафандров и ранцевых систем жизнеобеспечения, а также тренировку космонавтов в имитированных условиях работы за пределами космического корабля и в условиях разгерметизации кабины. Одна из этих камер, загружаемая сверху, высотой 6,7 м и диаметром 6,0 м, имеет воздушный шлюз, состоящий из двух помещений длиной 6,0 м и диаметром 3,0 м, который предназначен для входа в камеру людей и проведения экспериментов. В камере обычно создают давление, соответствующее высоте 70 км над уровнем моря, которое в течение 14 сек может быть поднято до давления на уровне моря. В другой камере такого же размера обычно создают давление, соответствующее высоте 45 км над уровнем моря. Ее также можно очень быстро разгерметизировать.

Далее: