Kosmický skafandr je vlastně miniaturním světem, který musí poskytnout vše, co kosmonaut potřebuje k životu. Musí v něm být prakticky tytéž systémy k zabezpečení životních podmínek jako v kosmické lodi a chránit kosmonauta před životu krajně nepřátelským kosmickým prostředím. Navíc by měl být pohodlný.
Ve skafandru, nebo bez něj?
Je známo, že s rostoucí nadmořskou výškou se snižuje množství molekul kyslíku ve vdechovaném vzduchu. Od nadmořské výšky 5 400 metrů je atmosféra o polovinu řidší než na úrovni moře a ve více než 12 000 metrech je vzduch tak lehký, že letecké kyslíkové masky nejsou prakticky použitelné. Při překročení hranice 19 000 metrů může pouze speciální skafandr zajistit dostatečný přísun kyslíku a udržovat hladinu tělesného tlaku tak, aby krev a další tělesné tekutiny zůstávaly v tekutém stavu.
V začátcích vesmírného programu měli na sobě kosmonauti z bezpečnostních důvodů skafandry po celou dobu letu. Prvními, kteří celý let strávili jen v lehkých pracovních kombinézách, byli členové posádky lodi Vostok 1. Trojice mužů ve skafandrech by se tam bývala zkrátka stejně nevešla. Nadto to vypadalo velice efektně pro veřejnost a média – ovšem jen do tragické smrti trojice kosmonautů Dobrovolského, Volkova a Pacajeva v lodi Sojuz 11. Kdyby bývali měli skafandry… Od té doby je to považováno opět za příliš riskantní.
Domácí oblek
Bez skafandrů kosmonauti žijí, pracují a odpočívají jen na oběžné dráze, v bezpečí systémů raketoplánu nebo orbitální stanice. Tam mívají pouze lehkou kombinézu, nebo jsou jen tak v tričku, pohodlných kalhotách a teplých ponožkách. Ani to však není běžné oblečení, které si přivezli z domova.
Výstroj kosmonautů používaná na palubě raketoplánu včetně spodního prádla je totiž důmyslně uzpůsobena tomu, aby se k ní dalo přichytit vše co kosmonaut potřebuje, například propisovací tužka, blok, brýle nebo třeba nůžky. Navíc je veškerá výstroj vyrobena z ohnivzdorných materiálů.
V dobré kondici se kosmonauti udržují nejen cvičením , ale rovněž pomocí „tlakových obleků“, např. ruského Čibis. To jsou vlastně vakuové kalhoty, které působí podtlakem na spodní část těla a tím zlepšují příliv krve.
Garderoba pro různé příležitosti
V současnosti se používá několika typů skafandrů. V lehkých záchranných skafandrech kosmonauti startují, přistávají a oblékají si je na dynamické kritické manévry letu. Přetlak v nich udržuje tlak v nohou a v břišní krajině kosmonauta. Vlastní oblek se skládá z přilby, lehkého spodního oděvu, zpevněného chrániče těla, vysílače, rukavic a bot. Taková výstroj chrání před změnami tlaku a v případě nouze i před nebezpečnou radiací.
Rusové nyní používají pro tuto příležitost modifikovaný skafandr Sokol–KV2 o hmotnosti asi 10 kg.
Vycházkový oblek
Aby mohl kosmonaut provádět výzkumné úkoly a pracovat vně kosmické lodi, potřebuje k tomu speciální skafandr, který již léta patří k technickým zázrakům. První skafandry této kategorie vyzkoušeli roku 1965 kosmonauti Leonov a White. Skafandr z programu Gemini byl doplněn ochrannou fólií proti mikrometeoritům o velikosti částic do 0,3 mm, fitrem na ochranu zraku a měl vylepšený systém tepelné regulace.
Současný ruský „vycházkový“ skafandr Orlan je adaptovánaný a modifikovaný systém, konstrukčně přímo navazující na měsíční skafandr Krečet. Je kompaktní nedělené konstrukce, váží kolem 80 kg a poskytuje přiměřené podmínky k práci po dobu až osmi hodin..
V čem si vyrážejí Američani?
Americký skafandr EMU vznikl rovněž na základě zkušeností s měsíčním skafandrem. Skládá ze 14 vrstev, je dostatečně elastický a zajišťuje kosmonautovi vše potřebné po dobu až 9 hodin Pět vrstev pohliníkované tkaniny mylar slouží k ochraně proti mikrometeoritům a radiaci.
Samotný skafandr váží 50 kg a jednotka pro zajištění životních podmínek dalších 15 kg. Je vybaven i řadou zvláštních doplňků, napřáklad spodním oblečením regulujícím teplotu, sběračem moči, aparaturou pro přísun pitné vody, spojovací technikou, systémem k udržení životních funkcí či soupravou biologické a lékařské kontroly. V nové verzi pro stanici ISS je každý exemplář schopen pětadvacetinásobného použití.
Obecně tedy skafandr musí zajišťovat kyslík, odstraňovat produkty dýchání (oxid uhličitý a vodní páru), chránit kosmonauta proti přehřátí a zároveň i chladu, chránit oči v prostředí, které nepohlcuje sluneční paprsky, umožňovat hlasovou komunikaci a dočasně uchovávat odpady tělesných pochodů. Slouží také jako ochrana kosmonauta před mikrometerity a kosmickým zářením….
Kosmonaut musí něco dýchat!
Výstroj kosmonauta musí zajišťovat podobný vzduch, který by dýchal na zemi. Plyn, jenž je přiváděn do skafandru, je ovšem ve většině případů stoprocentní kyslík. Znamená to tedy, že kosmonaut ve skafandru dýchá více kyslíku než obyvatel pozemské přímořské oblasti.
Americké skafandry jsou tlakovány na přibližně 30% povrchového tlaku na Zemi, ale uvnitř je čistý kyslík. Narozdíl od přírody, kde je tlak kyslíku jen 20%, dýchají kosmonauti vlastně víc kyslíku než je ve výšce 3000 m nad mořem. Dříve než vystoupí ze stanice ISS, musí tedy strávit několik hodin dýcháním čistého kyslíku, aby se jim „vymyl“ dusík z krve. Ruské a nové americké skafandry budou mít tlak upraven tak, aby se tato doba před „opuštěním hnízda“ zkrátila na pouhou půlhodinku.
Skafandr musí rovněž kosmonauta chránit před extrémními teplotami ve vesmíru. Ve vakuu je totiž strana přivrácená ke Slunci vystavena teplotě 120 °C, zatímco na opačné straně, ve stínu, klesá teoplota na –160°C. Klimatizace ve skafandru proto musí zajistit, aby se v něm kosmonaut cítil příjemně.
S „ferrari“ na Měsíci
Nejsložitější a také nejdražšší oděvy nosili kosmonauti na Měsíci. Před čtyřiceti lety stál každý z nich tolik jako luxusní ferrari, téměř čtvrt milionu dolarů (cca 6 mil. Kč)! Jejich vývoj začal v Americe ještě dřív, než vzlétla první umělá družice.
Studijní exemplář Mark I tehdy vyrobila firma Litton pro americké letectvo. V letech 1958 – 59 byl testován v tlakové komoře po více než 600 hodin, při simulaci tlaků až do pomyslné výšky 150 kilometrů. Vypadaly značně neohrabané, ale jejich vzhled i charakteristiky se postupně změnily.
Americký skafandr A7L zná dnes ze snímků v médiích snad každý, avšak jen málokdo někdy viděl jeho ruský ekvivalent Krečet, který byl vyvinut pro ruskou měsíční expedici. Nikdy nedostal šanci se uplatnit, avšak současné verze ruských skafandrů pro výstupy z raketoplánů a kosmické stanice vycházejí právě z jeho konstrukce. Patří k nim mj. i velmi úspěšný Orlan.
Pracovní oděv těžší než brnění
Zřejmě dosud nejdokonalejším typem skafandru byl již zmíněný americký skafandr A7L o hmotnosti 31 kilogramů, určený pro výstup na povrch Měsíce. Pokud se blíže podíváme na jeho konstrukci zjistíme, že je složen z až pětadvaceti vrstev. Nejblíže kosmonautovu tělu bylo zařízení na sběr moči a pro náhlou potřebu byla ve skafandru speciální plenka pro zachycení fekálií.
Další vrstvou oděvu bylo speciální dlouhé spodní prádlo z jemného nylonu. Je stejně pohodlné jako běžné prádlo, ale narozdíl od něj obsahuje tenké trubičky z polyvinylchloridu o průměru 3 milimetry a celkové délce 100 metrů. Jimi proudila voda (celkem téměř 4 kg), ochlazující kosmonautovo tělo. Teplotu ve skafandru bylo možné regulovat v rozmezí 7 až 10, 15 až 18 a 23 až 26 °C.
Po oblečení těchto částí si kosmonaut oblékl dvě hlavní části obleku, kalhoty a horní část oděvu. Obě tyto části měly stejnou konstrukci – plynový měchýř (jako pneumatika) a ochranné vrstvy. Tepelně izolující a protimeteorická část sestávala ze dvou nylonových vrstev, obalených neoprénem, pěti vrstev pohliníkovaného nylonu, oddělovaných netkanou látkou daktronem a dvou vrstev další pohliníkované látky kaptonu s tkaninou ze skelných vláken, potažených teflonem (z podobného materiálu se vyrábějí mj. i neprůstřelné vesty). Elegantní bílý vnější plášť byl zhotoven z velmi tenkých skelných vláken o tlouštce tři až pět mikrometrů, nehořlavých a měknoucích až při teplotě 650 °C.
Nechyběla ani drbátka!
Při vývoji skafandru se museli konstruktéři potýkat s problémem dostatečné ohebnosti, hlavně v oblasti kloubů. Zejména do výpravy Apollo 15 pak už byl skafandr značně pohyblivý a pohodlný, kosmonaut v něm mohl dokonce i pokleknout na povrch. Nohavice přecházely do bot, rovněž s mnoha vrstvami izolačního materiálu. Při výstupu na povrch Měsíce se přes ně ještě přetahovaly speciální galoše – měsíční boty.
Hlavu chránila látková čepice a hlavně přílba z plastické hmoty. Ta měla vpředu dvě hledí, jedno čiré a druhé potažené zlatem. Čiré hledí chrání hlavu před vakuem a kosmickým prachem, „zlaté“ filtruje sluneční paprsky. Uvnitř přílby pak byl mikrofon, sluchátka a také občerstvení, trubička přivádějící ze zásobního vaku pití, ale také ovoce, obiloviny a ořechy zabalené v jedlém rýžovém papíru.
Rukavice byly také vícevrstevné, pohodlné vnitřní a ochranné vnější. Jednotlivé části obleku držely pohromadě spojovací kroužky a na vhodných místech byla uvnitř důmyslně rozmístěna „drbátka“.
S batohem na zádech
Na zádech mají kosmonauti jakýsi batoh , takzvaný autonomní systém pro zajišťování životních podmínek. Při několika experimentech byl tento systém upevněn na hrudi nebo na břiše. U měsíčních skafandrů vážilo toto zařízení téměř 40 kg a vystačilo na čtyři až pět hodin provozu.
Jeho hlavním úkolem je dodávat kosmonautovi kyslík z tlakových lahví a pohlcovat vydechovaný oxid uhličitý. Kosmonauti tak opravdu dýchají čistý kyslík, protože v jejich skafandru je nižší tlak než na povrchu Země (na Měsíci byl tlak ve skafandru 27 kPa). Regenerátor atmosféry tehdy obsahoval 0,25 kg LiO a 0,14 kg aktivního uhlí, vlhkost byla udržována do 80% a cirkulaci atmosféry ve skafandru zajišťoval ventilátor (0,16 m3 /min.)
Nynější americké skafandry pro výstup mají tlak 29,6 kPa, přičemž snížením tlaku ve skafandru se zvýší jeho ohebnost.
Plný šatník skafandrů
Vystoupit z Mezinárodní kosmické stanice ISS do volného kosmického prostoru je možné dvěma otvory. O tom, který to bude, rozhoduje právě typ skafandru. Kosmonauti oblečení do ruského skafandru Orlan opouštějí stanici přetlakovou komorou Pirs, ve skafandru EMU se „vylézá“ přes přetlakovou komoru Quest Joint Airlock. Mimo loď se pak kosmonauti mohou pohybovat buď přivázáni k lodi bezpečnostním lanem nebo v pilotované manévrovací jednotce.
Oba hlavní dodavatelé skafandrů, Hamilton Standard v USA a Zvezda v Rusku, mají na starosti nejen vývoj a „šití“ skafandrů, ale i jejich opravy, údržbu a kontrolu již vyrobených exemplářů. A těch je již opravdu hodně, protože na každý použitý ve vesmíru jich připadá několik pro trénink a přípravu letu. V minulých letech se práce soustředily na zvýšení spolehlivosti skafandrů – dříve vydržely nejvýše osm výstupů do prostoru, nyní až 25.
Pomalu, ale jistě pokračuje i vývoj nových verzí obleků pro Měsíc a zcela novým úkolem bude skafandr pro Mars, kde panují úplně odlišné podmínky.
Od kombinézy ke skafandru
První „hermetické kombinézy“ určené pro letce byly zhotoveny v USA před více než 70 lety, počátkem 30. let minulého století. Poprvé ji použil zkušební pilot Wiley Post, který v roce 1934 vytvořil výškový rekord v létání, když vystoupal do téměř 15 kilometrů. Postův skafandr připomínal ze všeho nejvíc nafouknutý gumový míč nebo reklamní panáčky firmy Michelin. Nesnadno se oblékal a pohybovat se v něm bylo velmi obtížné. Kvůli vnitřnímu tlaku v něm šly stěží ohnout ruce.
V projektu Mercury, první řadě amerických pilotovaných kosmických lodí, připomínaly skafandry leteckou kombinézu Posta. Jejich konstrukce vycházela z vojenských výškových tlakových oděvů, hmotnost i se snímatelnou přílbou nepřesahovala 9 kg. Vnitřní vzduchotěsná vrstva byla kombinací gumové a neoprenové tkaniny, vnější byla z nylonu s hliníkovými vlákny. To dávalo skafandrům futuristický stříbrný vzhled. Tyto obleky pouze jistily astronauty v případě, že by došlo k poruše tlaku v kosmické kabině, což se, jak známo, nikdy nestalo. Nebyly tedy určeny k pobytu v kosmickém prostoru, protože nechránily ani proti kosmickému záření ani proti nebezpečným drobným meteoritům. Navíc to byly skafandry velmi nepohodlné a omezovaly kosmonauty v pohybu.
Gagarin a jeho první následovníci měli po celý let na sobě skafandr Sokol SK-1 konstrukční kanceláře Zvezda, která rovněž postavila katapultovací křeslo KP-V-3A pro závěr letu, neboť kosmonauti tehdy ještě nepřistávali v kabině. Skafandr o hmotnosti 8 kg byl zhotoven ze tří vrstev různých látek, pevná, nepohyblivá přilba o motnosti přes 3,5 kg tvořila s oblekem jeden celek. Pod skafandr se oblékalo bavlněné trikotinové prádlo, přes skafandr byla převlečená ochranná oranžová kombinéza.
