Исследователи космоса

Вакуум гораздо лучше, чем та чертовщина, которой природа его заменяет.
— Теннесси Уильямс

Люди на Луне. Клип Rammstein, 2004

На Земле множество вещей мы воспринимаем, как само собой разумеющееся, и одна из них – наша атмосфера. Она не только обеспечивает нас необходимым для выживания кислородом, но и простирается вверх примерно на 100 км, удерживаемая гравитацией Земли, обеспечивая 100 000 паскалей давления на наши тела. Кроме того, она обеспечивает теплообмен путём огромного количества столкновений молекул воздуха и молекул наших тел.

Что же случится, если всё это исчезнет? На этой неделе я получил большое количество ваших вопросов, и выделялся из них вопрос Керри Пинкни, которая хочет знать:

Взорвётся ли человек в вакууме? Я считаю, что в вакууме вода вскипает, а затем замерзает, другие говорят что-то в стиле «попробовали на собаке, и она выжила». В фильме «Гравитация» чувак поднял свой шлем и мгновенно замёрз… Как же это работает, Итан?

Возможностей много, и все они оправданы.

Может, вы взорвётесь, как Ричард Брэнсон, когда Майк Тайсон снимает его шлем в сериале Mike Tyson Mysteries, в эпизоде «Heavyweight Champion of the Moon». Логика тут сходна с интуицией Керри: с падением давления мы знаем, что вода в космосе вскипит (а затем замёрзнет), и возможно, тот факт, что тело на 70% состоит из воды, приведёт к смерти от взрыва.

Есть ещё вариант из х/ф «Вспомнить всё»: возможно, падение давления снаружи – вместе с нормальным давлением внутри – приведёт к тому, что ваши внутренности будут выпихнуты наружу?

Или, возможно, как в упомянутой «Гравитации» или «Миссии на Марс» вы мгновенно замёрзнете, поскольку из-за вакуума ваши внешние слои замёрзнут, и холод проникнет в глубину тела?

Возможно даже, что сработают другие физические законы, недостаточно освещённые в развлекательных программах? Влияние космического вакуума – особенно быстрый переход из среды с нормальным давлением к почти абсолютному вакууму – будет очень сильно отличаться от наших обычных ощущений на Земле. Давайте узнаем, что наука говорит об этом!

Первое, что нужно учесть, это то, что лёгкие похожи на шарик, и вспомнить один из простейших законов химии: закон Бойля — Мариотта. Он говорит, что при прочих равных (температура и масса), при падении в системе давления её объём повышается. Если давление падает в два раза, объём в два раза увеличивается; если оно падает в десять раз, объём увеличивается в десять раз.

Поэтому, если у вас в лёгких будет воздух, и вы уменьшите внешнее давление, допустим, в триллион раз, объём ваших лёгких попытается в триллион раз увеличиться. Это очень плохо! Если перейти от обычного давления к вакууму меньше, чем за 0,5 секунды, воздуху не хватит времени, чтобы плавно уйти из лёгких. Выглядеть это будет так, будто в ваших лёгких взорвалась бомба – взрывная декомпрессия. Очень высок риск травмы лёгких, и смерть будет быстрой и болезненной. Для наблюдателя она не будет зрелищной, но для человека, испытывающего её – катастрофической.

Допустим, что вы прошли декомпрессию лёгких медленно – например, выдохнули во время разгерметизации – или вам повезло, и травма оказалась не смертельной. Чего следует опасаться далее?

Возможно, что, подобно метеорологическому зонду, поднявшемуся слишком высоко (и испытывающему очень низкое давление снаружи), тело не сможет противостоять вакууму космоса. Но, хотя вы можете пострадать от разрывов тканей, если слишком быстро перейдёте от больших давлений – таких, как подводные – к вакууму, в случае падения давления всего на одну атмосферу ничего, кроме небольших вздутий, не произойдёт. Так что варианты «Ричарда Брэнсона» или «Вспомнить всё» вам не грозят. Кожа человека гораздо прочнее, чем метеорологический шар.

Относительно других вариантов – хотя, в конце концов, вы и замёрзнете, это займёт очень много времени. Вещи на Земле замерзают быстро, если привести их в соприкосновение с какой-либо средой. В вакууме космоса тело сможет избавляться от тепла лишь посредством излучения. В то же время, вы активно разогреваете своё тело изнутри. В воде температурой на 22 °C ниже вашего тела вы замёрзнете до смерти гораздо быстрее, чем в космическом вакууме!

Поэтому, Керри, и друзья ваши, и фильмы — все неправы. Если ваши лёгкие не порвутся от декомпрессии, от чего вы погибнете? Это очень неприятно, и после получения настоящего описания вы поймёте, почему выходы в космос всегда делают попарно.

Без кислорода (или чего угодно) в лёгких – а он вам нужен для выживания – тело человека очень быстро начинает страдать от гипоксии. Без надлежащего доступа кислорода к тканям, у вас будет от 10 до 14 секунд до потери сознания. У вас останется энергия на работу мускулов и выполнение каких-то задач, но этого обычно недостаточно для восстановления подачи воздуха и для того, чтобы перебраться в обеспеченную давлением и кислородом среду.

Ваше тело в это время начнёт расширяться, но более серьёзным симптомом будет остановка циркуляции, которая происходит примерно через 30 секунд после декомпрессии, и периферический паралич, при котором мускулы теряют способность сокращаться. С этого момента у вас ещё останется секунд 60 на то, чтобы кто-то перетащил ваше тело в среду с кислородом и нормальным давлением. Если это произойдёт, то все симптомы останутся обратимыми, а если нет – повреждения клеток и смерть будут неотвратимы.


Как ни странно, самый первый фильм, где была освещена эта проблема, «Космическая одиссея 2001» Кубрика, ближе других подошёл к реальности, показав смерть Фрэнка Пула.

В реальной жизни был лишь один случай, когда исследователи космоса погибли таким образом, во время происшествия с Союзом-11 в 1971 году. В результате погибло трое советских космонавтов: Георгий Добровольский, Владислав Волков, Виктор Пацаев.

Если ваше тело найдут, оно будет мягким, дряблым, разбухшим примерно вдвое и синим. А спустя несколько часов, ещё и замёрзшим.

Существует возможность восстановления после более длительного воздействия вакуума. С собаками всегда срабатывал интервал в 90 секунд, опухание и временная слепота проходили, а способность ходить возвращалась через 10-15 минут. Собаки, подвергнутые воздействию вакуума в течение 120 секунд, почти всегда погибали. Шимпанзе в экспериментах 1965-1967 года могли выжить в вакууме до 210 секунд, хотя у одного после 3 минут необратимо пострадал мозг, а у другого случился сердечный приступ.

В 1965 году техник в Космическом центре имени Линдона Джонсона случайно подвергся декомпрессии. В журнале Scientific American так описан этот случай:

Техник в вакуумной камере в Космическом центре имени Линдона Джонсона случайно подверг декомпрессии свой скафандр, повредив шланг. После 12-15 секунд он потерял сознание, а затем пришёл в себя через 27 секунд, после того, как давление восстановилось до половины атмосферы. Он сообщил, что последним воспоминанием до того, как он отключился, было закипание слюны на языке и потеря ощущения вкуса, которая оставалась с ним в течение четырёх дней после происшествия. В остальном он не пострадал.

В такой ситуации очень страшно оказаться, и ключевой момент для вас – это выдохнуть весь воздух и провести последние 10 секунд в сознании, принимая такое положение, чтобы вас могли спасти. Если до вас доберутся достаточно быстро и восстановят давление, вы можете выжить. Иначе кислородное голодание возьмёт своё и – сходным с отравлением угарным газом образом – смерть придёт к вам быстро.

Источник

В течение многих лет Китай намекал на свою ракету Long March 9 (CZ-9), трехступенчатую сверхтяжелую версию семейства Long March. Сообщается, что эта ракета-носитель будет способна доставлять до 165 тонн на низкую околоземную орбиту (НОО) и 59,5 тонн на транслунную траекторию. 2 марта Китайская академия технологий ракет-носителей (CALT) объявила (через китайскую платформу социальных сетей Weixin), что завершила строительство первого топливного бака для CZ-9.

Новость сопровождалась фотографиями, на которых был показан готовый бак и множество компонентов, которые пошли на его изготовление — и они огромны!

Топливный бак имеет диаметр 10 метров (~ 33 фута), что делает его самым большим из разработанных Китаем. Это немного шире, чем основные топливные баки, используемые Starship SpaceX (9 м; 30 футов) и Space Launch System НАСА (8,4 м; 27,5 футов). Это также в два раза больше первой ступени ракеты «Чанчжэн-5 » («Толстая пятерка»), которая в настоящее время является рабочей лошадкой Китайского национального космического агентства (CNSA). Это также представляет собой значительное инженерное достижение и закладывает основу для проектирования и разработки ракет-носителей большой мощности.

Это также делает Китай третьей страной (после России и США), осуществившей разработку сверхбольшого резервуара для топлива. Заявление Ван Хайла в редакции CALT :

«Конструкция бака хранения сверхбольшого диаметра является важной частью конструкции корпуса сверхмощной ракеты, и ее диаметр напрямую влияет на диаметр корпуса ракеты, грузоподъемность и масштаб. По сравнению с 5-метровой конструкцией резервуара для хранения нового поколения ракет-носителей, находящихся в настоящее время на вооружении в моей стране, резервуары для хранения тяжелых ракет-носителей должны быть увеличены до порядка 10 метров, а размер и нагрузка значительно увеличились. Это не так просто».

По словам Ху Чжэнгена, научного сотрудника Пекинского института аэрокосмических двигателей и заместителя главного конструктора CZ-9 Китайской ракетной академии, задача заключалась не только в увеличении размера танка в два раза. С конструктивной точки зрения экспоненциальный объем 10-метрового бака означает, что он должен быть намного прочнее, чтобы вместить в себя в несколько раз больше топлива, но при этом достаточно тонким и легким, чтобы свести к минимуму общий стартовый вес ракеты.

Из-за этого разработка CZ-9 и его компонентов также подчеркивает достижения Китая в области передовых материалов и высокотехнологичного производства. Это включает в себя сварку трением с перемешиванием (FSW), при которой тепло генерируется вращающимся инструментом для соединения секций материала без их плавления. Другие проблемы заключались в подготовке листов и компонентов большого диаметра с точной формой и свойствами, необходимыми для баланса прочности и малого веса.

Процесс разработки, включая материалы, проектирование, формирование компонентов, сборку и сварку, а также оценку, занял шесть лет и проводился более чем 20 китайскими исследовательскими группами. Ранее команда объявила о создании нескольких ключевых компонентов бака, включая цельное переходное кольцо, «дольки дыни» (секции колпака ракеты), а также верхнее и нижнее кольца. Изображения этих компонентов были включены в пресс-релиз CALT (см. выше).

Хотя Long March 9 изначально разрабатывался как одноразовый, Китай с тех пор заявил , что планирует перейти на многоразовую конструкцию, аналогичную Starship . Как только он будет готов совершить свой первый полет (около 2030 года), CZ-9 будет использоваться для строительства предложенной Китаем Международной лунной исследовательской станции (ILRS) — совместного проекта с Роскосмосом, призванного составить конкуренцию программе НАСА «Артемида ». Как и NASA, архитектура миссии ILRS предусматривает создание инфраструктуры на поверхности Луны, включая долговременную базу, транспортное средство, исследовательскую станцию и наземную службу поддержки.

Это развитие является частью более крупной цели Китая - стать космической державой, способной конкурировать с НАСА. Эти усилия CALT включают разработку нового пилотируемого корабля , который, как ожидается, совершит свой первый запуск к 2027 году. Меньшая версия космического корабля будет доставлять тайконавтов на низкую околоземную орбиту (НОО) и стыковаться к космической станцией Тяньгун, в то время как более крупный вариант высадит экипажи на поверхность Луны. Ван сказал:

«В будущем, благодаря усилиям большего количества проектных групп Ракетной академии, надеемся, что ракеты-носители большой грузоподъемности будут все ближе к реализации. Способность нашей страны самостоятельно выходить в космос сделает большой шаг вперед, и темпы освоения космоса китайцами также будут увеличиваться».

Источник