Космонавты на тренировках могут осуществить мечту многих тучных людей — снизить свой вес. До нуля.

Так проходят тренировки в лаборатории нейтральной плавучести NASA
А в космосе астронавты применяют полученные навыки на практике
Устройство гидролаборатории в центре подготовки им. Ю. Гагарина

Я неподвижно зависаю над поверхностью МКС, наблюдая за тем, как в трех метрах от меня космонавт Михаил Тюрин и его американский напарник Дэн Тани, одетые в тяжелые скафандры «Орлан ДМА-ГН», закрепляют на держателе научное оборудование. Вспоминается инструктаж и шутливые слова Сергея Харлашкина, инженера отдела внекорабельной деятельности Центра подготовки космонавтов им. Гагарина: «Когда выберетесь на внешнюю поверхность станции, держитесь за поручни. А то унесет куда-нибудь, лови вас потом…»

Тренировки в условиях невесомости — одна из основных частей программы подготовки космонавтов и в России, и в США. Без привыкания к невесомости космонавт не сможет жить и работать в космосе, но создать ее на Земле не так-то просто.

Один из очевидных способов базируется на определении невесомости как состояния «свободного падения»: летающая лаборатория (на базе Ил-76МДК) летит по кривой Кеплера (разгоняется и делает «горку»). При переходе от горизонтального полета и выравнивании перегрузки достигают 2 g, а на конечном восходящем участке и при переваливании через вершину возникает режим невесомости.

Эта невесомость — самая что ни на есть настоящая. Только вот длится она всего двадцать пять-тридцать секунд (а затем — при снижении самолета — опять перегрузки). За это время космонавты успевают отработать основные навыки: координацию движений, прием пищи и даже надевание скафандра. Затем все повторяется, так что за полуторачасовой полет можно провести в невесомости в общей сложности пять-семь минут.

А вот настоящие работы в открытом космосе могут длиться несколько часов, так что этих секунд и минут явно недостаточно для тренировок. Отработку подобных длительных операций в условиях, приближенных к «боевым», в ЦПК проводят в Гидролаборатории (ГЛ). Невесомость, создаваемая там, не совсем настоящая: это гидроневесомость.

Космический колодец

Охранник на въезде в Звездный городок поднимает шлагбаум, и вот мы уже подъезжаем к большому круглому зданию. Внутри него — самый глубокий (12 м) в России бассейн. Причем весьма необычный — сделан он в форме колодца диаметром 25 м, с подъемной платформой, на которой крепятся макеты фрагментов космической станции. Макеты выполнены в масштабе 1:1, но они «пустые» (за исключением стыковочного отсека — СО), внутри них нет никакого оборудования. В макетах (как и в самой платформе) сделано множество отверстий — для слива воды при подъеме платформы. Поэтому все это напоминает космический корабль из фантастического фильма, подвергшийся метеоритному (или вражескому) обстрелу. Смущает только слишком правильное расположение дырок…

«Вся МКС в сборе у нас на платформе не помещается — она сильно вытянута в длину. Поэтому мы выставляем только фрагменты, необходимые для текущей тренировки», — говорит Алексей Алтунин, начальник отдела внекорабельной деятельности (ВКД). «В Хьюстоне, в лаборатории нейтральной плавучести NBL (Neutral Buoyancy Laboratory) NASA бассейн побольше — 70 на 30 метров, можно разместить большие фрагменты и одновременно проводить сразу несколько тренировок. Зато у них нет подъемной платформы. А это огромное преимущество. Перед выполнением работ мы долго ходим вокруг станции по поднятой платформе, берем

инструменты, обсуждаем, распределяем обязанности. Ведь важно не только выполнить работу, но и договориться о взаимодействии: кто что несет, кто где стоит. А у американцев предварительный этап можно выполнять только «по картинкам». В NASA они большие формалисты и не любят даже погружений в легководолазном снаряжении, так что астронавтам приходится координировать свои действия, уже работая под водой в громоздких скафандрах», — добавляет Михаил Тюрин.

Не плавать и не тонуть

Но вот нужные фрагменты МКС установлены. Инженеры в очередной раз осматривают их на поверхности и начинают опускать платформу. Запасной экипаж — космонавты Михаил Тюрин и его американский напарник Дэн Тани — облачаются в скафандры. Мы тоже участвуем в тренировке — в качестве наблюдателей, поэтому надеваем гидрокостюмы, акваланги и готовимся к погружению. Наша главная задача, как объяснили нам на инструктаже — не мешать космонавтам.

Создание невесомости начинается с момента, когда космонавта, одетого в скафандр, опускают в бассейн. Уже на поверхности его «принимают» водолазы. Для имитации невесомости нужно добиться нейтральной плавучести космонавта (когда он не всплывает и не тонет). Для этого его «обезвешивают» — в грузовые карманы кладут соответствующее количество грузов.

Но одна только нейтральная плавучесть недостаточно хорошо имитирует невесомость. Это легко проверить, ныряя в бассейне — попробуйте, взяв в руки пару грузов, чтобы уравновеситься, повернуться в положение «лежа». Скорее всего, ничего не получится — вас просто будет «заваливать». Поэтому плавучесть космонавта должна быть безразличной — то есть давать возможность работать под водой в любом положении. Идеальной безразличной плавучестью обладает только однородный шар, но космонавты в скафандрах имеют несколько другую геометрическую форму. Поэтому грузовые карманы не сосредоточены в одном месте, а разнесены — они находятся на руках, ногах, спине и на шлеме скафандра.

Дотянуться до грузовых карманов сам космонавт не может (и, вообще говоря, не должен — иначе это не будет имитация космической невесомости). Поэтому на помощь ему приходят водолазы. Именно их руками и создается невесомость.

Невесомость ручной работы

Каждому космонавту в скафандре ассистирует команда из трех водолазов. Один из них отвечает собственно за «невесомость», то есть плавучесть скафандра. Его задача — разложить грузы по карманам скафандра таким образом, чтобы космонавт мог работать в любом положении. Причем, если в процессе работ положение тела меняется, для лучшей балансировки положение грузов можно поменять — то есть переложить их из одного кармана в другой. Этим занимается тот же самый водолаз. Он же отвечает и за работу с видеокамерой: вся работа документируется и затем просматривается на разборе.

Скафандры для гидроневесомости несколько отличаются от обычных. В них нет солнечного фильтра, покрытого золотом (под водой он не нужен) — вместо него стоит защитный, предохраняющий иллюминатор шлема от царапин. Нет у модификации «Орлан ДМА-ГН» и обычной системы жизнеобеспечения: воздух в скафандр, как и охлаждающая вода, подаются по шлангам (именно этим он отличается от «Орлан ДМА»). Второй водолаз следит, чтобы шланг не путался «под ногами» (к тому же к шлангу прикреплены поплавки, и его большая часть плавает по поверхности).

Задача третьего водолаза — следить за состоянием космонавта (кроме того, датчик температуры и пульса передает медицинские показатели по кабелю на монитор врача). Космонавт в скафандре под водой, как и в космосе, передвигается при помощи рук и страховочных карабинов — по поручням, но если он потеряет точку опоры, то вернуться на поверхность станции без водолазов не получится: пытаться плыть в скафандре массой более 250 кг совершенно бесполезно.

За процессом через иллюминатор в стенке бассейна (и на мониторе) наблюдает руководитель работ, он поддерживает двухстороннюю голосовую связь (по кабелю) с космонавтами. Раньше двухсторонней связью были оснащены и некоторые водолазы, но после того как в Гидролаборатории установили подводную громкоговорящую связь, необходимость в этом отпала — теперь руководитель может отдавать команды водолазам прямо «в воду».

Космические инструменты

Еще один очень важный момент — это обеспечение невесомости инструментов и вспомогательного оборудования. В настоящей невесомости не приходится тянуться за инструментами, в то время как в бассейне они норовят уплыть или даже утонуть. Поэтому инструменты тоже стараются «обезвешивать» — снабжать поплавками (или даже подавать их космонавтам).

Но, пожалуй, самой сложной задачей при имитации невесомости является вовсе не балансировка скафандров. Дело в том, что сложное оборудование, призванное работать в космосе, имеет довольно хрупкую конструкцию: оно не рассчитано на поддержание собственного веса! В условиях настоящей невесомости это не имеет значения, а вот во время тренировки в бассейне создает больше проблемы: например, длинная грузовая стрела просто гнется под собственной тяжестью. Но со стрелой как раз все просто — на нее по всей длине навешивают пенопластовые поплавки, компенсирующие вес. А в случаях, когда оборудование имеет сложную геометрию, приходится придумывать изощренные распределения поплавков и грузов.

Невесомость в космосе и под водой

«Хотя гидроневесомость и очень похожа на настоящую, отличия все же есть. Гравитация все же присутствует. И если мы висим вниз головой, это только кажется, что мы находимся в невесомости. А на самом деле — мы вниз головой! — говорит Михаил Тюрин. — К тому же идеал недостижим: невозможно отбалансировать скафандр так, чтобы он был полностью безразличным к вертикальному или горизонтальному положениям, он все равно будет иметь определенное предпочтительное положение. В настоящей невесомости работать легче. За исключением, конечно, того, что там есть реальная опасность и реальная ответственность».

Михаил Тюрин открыл «Популярной механике» и самое главное отличие гидроневесомости от реального космоса: «Как-то я спросил одного из коллег — Юрия Усачева — каким было его главное впечатление при первом выходе в открытый космос. Обычно ведь такое надолго запоминается — голубой шарик Земли представляет собой потрясающий вид! Ответ его как нельзя лучше иллюстрирует разницу между тренировками и настоящей невесомостью: «Первая мысль была такая: открываю люк, а водолазов там нет!».

Редакция благодарит за помощь в подготовке статьи всех сотрудников гидролаборатории ЦПК. Особую благодарность выражаем Алексею Ястребову и начальнику технического отдела гл Александру Михайловичу Харламову

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2005).