Skafander

Skafander je druh kompletného ochranného hermetického (vzduchotesného) odevu, určeného na zabezpečenie životných podmienok používateľa v prostredí nebezpečnom pre ľudský život – napríklad nízky alebo vysoký tlak, nedýchateľná alebo jedovatá atmosféra, príliš vysoké alebo príliš nízke teploty.

Buzz Aldrin na Mesiaci v ochrannom skafandri

Kozmický skafander

Kozmický skafander chráni kozmonauta, umožňuje život a prácu v zriedenej atmosfére, resp. vo vákuu (kozmickom priestore). Má zariadenia na reguláciu teploty, tlaku, vlhkosti a zloženia vnútornej atmosféry.

Veľkosť skafandra pred 15cm štvorcovou sieťou. (Program Apollo)^[1]

Kozmický skafander má dva základné druhy používané pri rozdielnych činnostiach.

Prvý druh je záchranný skafander a je určený na zabezpečenie ochrany kozmonautov nachádzajúcich sa vnútri kozmickej lode pri neočakávanej strate hermetickosti kozmickej lode a používa sa počas štartu, pristávania alebo na zvýšenie bezpečnosti počas nebezpečných situácií a činností. Tento druh skafandru je schopný ochrannej funkcie len značne obmedzenú dobu, len niekoľko málo hodín a pri ochrannej funkcii má aj značne obmedzenú pohyblivosť (nafúkne sa). Obvykle nie je celkom nezávislý od systémov kozmickej lode.

Letci používajú veľmi podobný typ skafandru ("výškový oblek") pri letoch vo veľmi veľkých výškach a vysokými rýchlosťami.

Druhý druh kozmického skafandru používajú kozmonauti pri výstupe do voľného kozmického priestoru alebo na povrch iných vesmírnych telies – napríklad na Mesiac. Tento druh kozmického skafandru je celkom nezávislý od systémov kozmickej lode, je tiež podstatne ťažší a zložitejší ako prvý druh (váži 80 až 120 kilogramov), ale zabezpečuje životné a pracovné podmienky kozmonauta po dobu až desať hodín.

Niektoré kozmické skafandre sú schopné plniť obidve funkcie – potom obvykle hovoríme o univerzálnom skafandri.

Návrh správnej ergonómie skafandra nie je jednoduchý. Musí bezpečne oddeliť človeka od smrtiaceho prostredia, súčasne mu umožniť čo najvoľnejší pohyb a poskytnúť čo najväčší komfort. Skafander obmedzuje pohyb človeka najmä svojou veľkosťou a sťaženou pohyblivosťou.^[2] Predmety a náradia s ktorými sa má manipulovať v skafandri musia byť ľahko dosiahnuteľné a ľahko uchopiteľné. Mimoriadnou výzvou pre konštruktérov je rukavica skafandra.

Hlavné systémy

Kozmický skafander pre výstup z kozmickej lode spravidla obsahuje tieto systémy:

systém regulácie vnútorného tlaku, zásobovania dýchacou zmesou a odstraňovania CO₂ so zásobou kyslíka na 10 – 12 (i viac) hodín,
systém regulácie vnútornej teploty (ohrev i chladenie),
systém regulácie vlhkosti a klimatizácie,
spojovaciu aparatúru, zabezpečujúcu hlasovú komunikáciu medzi kozmonautmi navzájom a s kozmickou loďou, prenos telemetrických údajov o zdravotnom stave kozmonauta a technickom stave skafandra, súčasťou spojovacej aparatúry môže byť aj televízny okruh.
spravidla obsahuje aj systém dodávajúci tekutiny na pitie a systém na odvod moču
miesta pre ukotvenie bezpečnostných lán alebo pre pripojenie „pupočnej šnúry“, dodávajúcej elektrickú energiu, prípadne aj dýchacie médium a médium pre klimatizáciu skafandra z kozmickej lode alebo stanice – to umožňuje šetriť zdroje skafandra na samostatnú činnosť.

Kozmický skafander pre výstup z kozmickej lode má obvykle tri hlavné časti či vrstvy s rôznou funkciou:

Prvou vrstvou je termoregulačná bielizeň, ktorá je priliehavá a je natiahnutá priamo na telo kozmonauta – pokrýva celé telo s výnimkou hlavy, dlaní a občas i chodidiel, hlava je zakrytá spravidla samostatnou kuklou. V termoregulačnej bielizni sú votkané trubičky kvapalinového chladenia a ohrevu (alebo vodiče elektrického ohrevu) tepelnej regulácie teploty kozmonautovho tela a pracovného prostredia. Tkanina termoregulačnej bielizne tiež odvádza pot od tela na vonkajšiu stranu. V termoregulačnej bielizni sú obvykle zabudované aj snímače údajov o zdravotnom stave kozmonauta. V kukle sú zabudované slúchadlá a mikrofóny pre hlasovú komunikáciu.
Druhá vrstva je najdôležitejšia z hľadiska ochrannej funkcie skafandru. Tvorí ju samotný hermetický a tepelne izolujúci skafander so všetkými technickými systémami. Podľa konkrétnej konštrukcie skafandru môže byť časť systémov umiestnená v oddelenom batohu. Skafander môže byť vybavený oddeliteľnou alebo otvoriteľnou prilbou a oddeliteľnými hermetickými rukavicami. Prilba je obvykle vybavená svetelným a tepelným filtrom na ochranu priezoru, priezorov môže byť viac. Pre zabezpečenie pohyblivosti skafandru je veľmi dôležité technické riešenie kĺbov skafandru, pretože aj pri normálnom vnútornom tlaku v skafandri môžu proti pohybu končatín pôsobiť veľké sily, ekvivalentné záťaži až desiatok kilogramov (kozmonaut Alexej Leonov údajne dokázal vzoprieť v jednej ruke až 90 kg, napriek tomu musel počas výstupu znížiť tlak vo svojom skafandri, aby dokázal prekonať jeho odpor a dostať sa späť do kozmickej lode Voschod).

Apollo 16 - ústrižok Beta textílie s bodkami Mesačného prachu

Tretia vrstva skafandru je tvorená ochranným povlakom, ktorého hlavnou úlohou je ochrana druhej vrstvy skafandru poškodením. Chráni pred mechanickým poškodením a čiastočne aj pred mikrometeoroidmi - takzvanou beta textíliou, pred slnečným žiarením a zaisťuje tepelnú ochranu a čiastočne aj tepelnú izoláciu. Americký skafander pre pohyb na povrchu Mesiaca mal samostatné návleky na nohy, akési čižmy, ako ochranu vnútorného priestoru lunárneho modulu a veliteľskej sekcie Apollo proti nadmernému znečisteniu mesačným prachom.

Druhá a tretia vrstva nemusia byť samostatné celky.

Typy kozmických skafandrov

Americké kozmické skafandre

Navy Mark IV – letecký výškový skafander a záchranný kozmonautický skafander používaný v projekte Mercury
Gemini G3C, G4C, G5C – univerzálne skafandre používané v projekte Gemini
Manned Orbiting Laboratory MH-7 space suits – kozmické skafandre pre posádkou plánovanej stanice MOL (nerealizované pokračovanie projektu Gemini)
Apollo/Skylab A7L EVA and moon suits – univerzálny skafander astronautov NASA počas projektu Apollo, Skylab a Apollo-Sojuz od roku 1968 do roku 1975. Skafander sa používal ako záchranný počas štartu a pristátia a s ďalším doplnkovým vybavením ako skafander pre výstup do kozmického priestoru z kozmickej lode a pre činnosť na povrch Mesiacu.
Advance Crew Escape System Pressure Suit (ACES) – záchranný skafander používaný pri letoch raketoplánu Space Shuttle. Je odvodený od leteckých výškových oblekov, ktoré používali piloti výškových lietadiel SR-71 Black Bird a U-2 a tie zasa od kozmických skafandrov použitých v projekte Mercury a Gemini
Extravehicular Mobility Unit (EMU) – skafander pre výstup do kozmického priestoru z kozmickej lode pri letoch raketoplánu Space Shuttle a na Medzinárodnej kozmickej stanici ISS.

Navy Mark IV
skafander Gemini G4C
skafander Gemini G5C
Manned Orbiting Laboratory MH-7
skafander Apollo/Skylab A7L
skafander Apollo/Skylab A7L – vľavo termoregulačná bielizeň a plienka, vpravo rukavice a návleky na topánky pre prácu na Mesiaci
ACES – Advance Crew Escape System Pressure Suit
EMU – Extravehicular Mobility Unit

Čínske kozmické skafandre

Šuguang (Shunguang) – prvý čínsky kozmický skafander vyvíjaný od roku 1967 v rámci Projektu 714 (projekt bol zrušený)
Projekt 863 – skafander pre výstup do kozmického priestoru z kozmickej lode (projekt bol zrušený)
Šen-čou 5 – záchranný skafander pre prvý čínsky kozmický let s posádkou – kozmonaut Jang Li-wej, nápadne sa podobá skafandru Sokol-KV2, ale nie je jeho presnou kópiou
Šen-čou 6 – záchranný skafander pre druhý čínsky kozmický let s posádkou, skafander sa v detailoch líši od predošlého, je tiež údajne ľahší a kompletne zhotovený v Číne.
Haiying (čínsky 海鹰号航天服 – doslova "Haiying model/vzor skafander", Haiying = Morský orol = "Orlan") – skafander pre výstup do kozmického priestoru z kozmickej lode. Je to importovaný ruský skafander typu Orlan-M a bol použitý pri výstupe do otvoreného vesmíru počas tretieho čínskeho pilotovaného letu (použil ho Liou Po-ming „istiaci“ člen posádky)
Feitian (čínsky 飞天号航天服 – doslova "Feitian model/vzor skafander", Feitian = lietajúci) – skafander pre výstup do kozmického priestoru z kozmickej lode. Skafander čínskej výroby je odvodený od ruského skafandru Orlan a zrejme inšpirovaný i americkým skafandrom EMU, nejde teda o presnú kópiu. Bol použitý pri výstupe do otvoreného vesmíru počas tretieho čínskeho pilotovaného letu.

skafander prvého čínskeho kozmonauta

Ruské a sovietske kozmické skafandre

SK-1, SK-2 – skafander pre kozmické lode Vostok – použil ho i Jurij Gagarin, prvý človek vo vesmíre. SK-2 je zrejme ženská verzia SK-1 – bol použitý pri lete Vostok 6.
Berkut (Беркут) – univerzálny skafander pre kozmickej lode Voschod – použitý bol len pri lete Voschod 1 – Alexej Leonov pri prvom výstupe do kozmického priestoru. Má vlastnú zásobu dýchacej zmesi.
Krečet (Кречет) – skafander pre výstup do kozmického priestoru z kozmickej lode určený pre sovietske pristátie na Mesiaci (program bol zrušený). Skafander Krečet je priamy predchodca skafandru Orlan a ideový predchodca amerického skafandru EMU
Jastreb (Ястреб) – skafander pre výstup do kozmického priestoru z kozmickej lode Sojuz. Mal byť náhradou skafandru Berkut a bol použitý len pri jedinom lete Sojuz 4 a Sojuz 5
Orlan (Орлан) – skafander pre výstup do kozmického priestoru z kozmickej lode Sojuz a z kozmických staníc Saljut, Mir a ISS. Používa sa od roku 1977.
Sokol (Сокол) – záchranný skafander, ktorý používajú kozmonauti v kozmických lodiach Sojuz pri štarte a návrate. Používa sa od roku 1973.
Striž (Стриж) – záchranný skafander, odvodený od skafandru Sokol a určený pre pilotov sovietskeho raketoplánu Buran

Skafandre Orlan a Sokol sú postupne zdokonalované a v súčasnosti sa používa už piata generácia oboch osvedčených skafandrov. Posledná generácia – Sokol-KV2 a Orlan-M – poslúžila ako vzor pre čínske kozmické skafandre.

skafander SK-1
skafander Berkut a nafukovacia komora Voschod
skafander Krečet
skafander Jastreb
skafander Sokol staršej verzie (70. roky)
skafander Sokol-KV2 (posledná verzia skafandru Sokol)
skafander Orlan a termoregulačná bielizeň
skafander Orlan-MK (posledná verzia skafandru Orlan)

Iné skafandre

Potápačský skafander

Hlbinný potápačský skafander (Atmospheric diving suit – ADS) chráni predovšetkým proti tlaku a poskytuje dýchaciu zmes pri normálnom atmosférickom tlaku. Používajú ho potápači pri práci v extrémnych hĺbkach, kde už nie je možné kvôli vysokému tlaku používať bežnú potápačskú výstroj alebo je vyžadovaná dlhodobá práca pod hladinou, po ktorej by bola potrebná veľmi dlhá dekompresia a špeciálne dýchacie zmesi. Hlbinné potápačské skafandre umožňujú prácu v hĺbkach okolo 600 metrov (2000 feet).

Izolačný skafander

Izolačný skafander, (tiež izolačný oblek, ochranný skafander, Hazmat suit, hazardous materials suit) sa používa pri práci s nebezpečnými materiálmi a v nebezpečnom prostredí zamorenom napríklad rádioaktívnymi látkami, jedovatými látkami a plynmi alebo v biologickom výskume na ochranu pred infekciou nebezpečnými mikroorganizmami a vírusmi. Izolačné obleky sú rozdelené do niekoľkých tried podľa stupňa ochrany a tiež podľa druhu ohrozenia, proti ktorému chránia.

Tepelne izolačné a ohňovzdorné skafandre

K izolačným oblekom sa radia aj ohňovzdorné "azbestové" obleky. Sú rozdelené do niekoľkých tried podľa teploty prostredia, v ktorom zabezpečujú ochranu. Používajú sa pri záchranných prácach a napríklad aj pri údržbe a opravách pecí v hutníckom, keramickom a sklárskom priemysle. Ohňovzdorné a tepelne izolačné obleky s vyššími stupňami ochrany sú vybavené dýchacími prístrojmi a môžu byť vybavené i systémami chladenia povrchu.