Как дети: Упругость скафандра
Каждый, кто просматривал сделанные на Луне видеозаписи астронавтов миссий Apollo, обращал внимание на их неравномерную походку и замедленные, будто под водой движения. Как показало недавнее исследование, связано это вовсе не с гравитацией или другими особенностями спутника, а со «старомодными» скафандрами, в которые были облачены отважные первопроходцы, тяжелыми и сковывающими движения. Более того, математически рассчитаны параметры «скафандра новой эры», гораздо более удобного для передвижения и работы на поверхности Луны и Марса.
Взгляните сами на ролик, приведенный ниже — он вызывает улыбку: движения астронавтов на Луне по-детски неуверенны и неточны, а перемещаться небольшими прыжками им как будто удобнее, чем просто сделать пару шагов. Причем в прыжке ноги астронавт местами не меняет. Если на Земле мы чередуем переднюю и заднюю ноги, то на Луне он удерживает их в одном и том же положении.
Такие движения, по замечанию Кристофера Карра (Christopher Carr), главы группы ученых, изучивших недавно этот вопрос, были непроизвольными: астронавты двигались так, как было максимально эффективно в тех условиях — и в тех космических скафандрах. Он считает, что передвигаться, будучи заключенным в герметичный скафандр с избыточным давлением — это все равно что находиться внутри надутого шара: когда вы сгибаете конечность, она сама собой, как пружина, стремится выпрямиться обратно.
При беге или ходьбе это даже может повысить эффективность движений, поскольку упруго сгибающиеся конечности накапливают избыточную энергию и сами «подталкиваются» вперед. Созданная избыточным внутренним давлением упругость скафандра облегчает движения в этом — не самом легком — виде одежды. Она служит как бы дополнительной опорой для человека. Одним из эффектов этого явления служит и бег, на который астронавты в условиях слабой лунной гравитации переходили при скоростях, куда более низких, чем обычно.
Однако есть тут и обратная сторона медали. Элементарно согнуть руку в локте оказывается не самой простой задачей, и это ясно видно на показанном выше видеоролике, где астронавт весьма неуклюже размахивает молотком. Более того, чтобы согнуть ноги в коленях и поднять упавший инструмент, ему приходится подпрыгнуть. Лишь кинетической энергии всего тела оказывается достаточно, чтобы согнуть колени — и удается это не с первой попытки.
Такой анализ движений, проведенный группой Кристофера Карра, может показаться чересчур прямолинейным, но он дает массу полезной информации, получить которую в условиях сильной земной гравитации не всегда удается. Скафандры сами по себе настолько тяжелы (более 100 кг), что наземные эксперименты сильно искажают картину того, что происходит в условиях куда более слабого притяжения на орбите или на Луне, гравитационное притяжение которой вшестеро слабее земного.
На самом деле, самым адекватным способом воспроизвести условия микрогравитации в лаборатории — это использовать стратосферные полеты. Двигаясь по параболической траектории, специальным образом модернизированные самолеты на короткое время (порядка пары десятков секунд) оказываются в микрогравитации, позволяя ученым провести кратковременные эксперименты. Об одном из них — и весьма поучительном, показавшем, как гравитация меняет наше восприятие — можно прочесть в заметке «Искаженный космос».
Словом, анализ Карра и его коллег показал, что даже на низкой скорости эффективность бега в условиях Луны или Марса оказывается выше, чем ходьбы. Энергозатраты на такой способ перемещения из точки А в точку Б оказываются существенно ниже. А это, в свою очередь, говорит о том, что будущие скафандры стоит разрабатывать, исходя именно из этого факта. Кроме того, и сами будущие колонизаторы Луны и Марса смогут отходить от основной базы дальше, чем считалось до сих пор, и это нужно учесть при планировании миссий.
Читайте также наш обзор российских скафандров прошлого, настоящего и будущего — «Семейство "Орланов"».
По пресс-релизу MIT News Office