СОЖ работает непрерывно, начиная с посадки экипажа в космический корабль на стартовом комплексе и заканчивая приземлением спускаемого аппарата. К системе предъявляются весьма жесткие требования. В первую очередь от нее требуется надежность, обеспечивающая на всех этапах полета безопасность и комфортные условия для работы экипажа. При этом она должна быть неприхотливой в обслуживании. И, конечно, как все остальные системы космического корабля, СОЖ должна иметь минимально возможные объем, массу и энергопотребление.
Давление воздуха
Если мерой критичности СЖО считать время, которое при их отказе остается в запасе у экипажа, то на первое место выходит, конечно, обеспечение воздухом. Он не только нужен для дыхания, но и обеспечивает необходимое внешнее давление, а также служит для отвода тепла, непрерывно выделяемого человеческим телом. Неудивительно, что одной из самых серьезных опасностей в космосе является разгерметизация, приводящая к потере воздуха.
Крупная пробоина или внезапно открывшийся в полете люк — страшный сон любого космонавта. Экипаж почти мгновенно оказывается в космическом вакууме, и если он не находится в спасательных скафандрах , то падение давления вызывает вскипание растворенных в крови газов, а воздух в альвеолах легких резко расширяется, приводя к их разрыву. Человек получает тяжелую баротравму, теряет сознание, и уже через минуту спасти его невозможно. Именно из-за этой угрозы для выхода в открытый космос приходится использовать специальные шлюзовые камеры с двумя люками — внешним и внутренним, которые нельзя открывать одновременно.
И все же разгерметизация не обязательно приводит к мгновенной катастрофе. Темп потери воздуха, который вытекает в вакуум примерно со скоростью звука, пропорционален диаметру отверстия. Несложный расчет показывает, что при получении сантиметровой пробоины отсек объемом 100 кубометров будет терять давление примерно на 10% каждые пять минут. То есть экипаж имеет в запасе несколько десятков минут на эвакуацию, даже если не использовать резервные запасы воздуха. Через отверстие диаметром один миллиметр воздух будет вытекать в 100 раз медленнее. Правда, и обнаружить такую пробоину гораздо сложнее.
Экипаж аварийного «Аполлона-13» приспосабливает патроны с гидроокисью лития из обесточенного командного модуля для очистки воздуха от СО sub 2 /sub в лунном модуле. Фото: NASA
Разгерметизация
25 июня 1997 года на орбитальном комплексе «Мир» испытывалось ручное дистанционное управление стыкующимся космическим кораблем. Недавно разгруженный «Прогресс М-34» отошел от станции на 30 километров и стал приближаться. Но уже рядом со станцией что-то пошло не так. Вместо того чтобы неподвижно зависнуть в 50 метрах, корабль продолжил сближение со скоростью 3 м/с, промахнулся мимо стыковочного узла, зацепил солнечную батарею, повернулся и ударился в борт станции. Всего было зафиксировано семь соударений в течение трех минут. Почти сразу загорелось табло «Разгерметизация» и включилась прерывистая аварийная сирена. Автоматика чувствует снижение давления 1,5 миллиметра ртутного столба в минуту, а тут падение составляло более 6 миллиметров в минуту. Авария случилась, когда станция была вне зоны связи с Землей. Сеанс начался только через 9 минут. За это время экипаж уже успел по характерному шипению определить, что пробоина образовалась в модуле «Спектр», принявшем основной удар «Прогресса». С Земли подтверждают уже принятое решение герметизировать модуль. Александр Лазуткин успевает отключить все важнейшие системы — воздуховод и шланг холодильно-сушильного агрегата, разрезать электрические кабели, протянутые через люк. Через 14 минут после аварии модуль был изолирован. Давление на станции упало на 12%, до 670 миллиметров ртутного столба. Площадь пробоины составила 3—4 см2. Найти ее так и не удалось.
Зачем нам азот?
Наряду с поддержанием давления СОЖ должна обеспечить нужный химический состав атмосферы. В ней для жизненных функций организма важнее всего парциальные давления кислорода и углекислого газа, а количество азота роли не играет. Это позволяет довольно гибко варьировать газовый состав воздуха и давление на борту космических аппаратов.
На советских (и впоследствии российских) космических кораблях всегда применялась атмосфера, близкая по составу и давлению к земной. Американцы в первых пилотируемых системах 1960—1970 годов — «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» — использовали атмосферу из чистого кислорода. Давление при этом составляло лишь 35—38% от нормального. Отказ от ненужного для дыхания азота сокращает массу запасов воздуха, упрощает СОЖ и, главное, благодаря снижению давления позволяет уменьшить толщину стенок, а с ней и массу обитаемых отсеков.