Почему не запотевают шлемы космонавтов? Какая химия и термодинамика стоят за сохранением ясности поля зрения даже при тяжелом дыхании?

Сухой входящий воздух обдувается внутренней поверхностью козырька из части, называемой «распылителем». Также использовались тонкопленочные нагреватели и химические вещества, но с меньшим успехом.

Хотя водяной пар в выдыхаемом воздухе может вызвать запотевание, самым большим источником водяного пара является пот. Проблема чаще возникает во время физической активности, такой как выход в открытый космос, чем когда астронавты сидят. Разработка нижнего белья с жидкостным охлаждением значительно решила проблему.

---

Ранние костюмы

Устранение запотевания восходит к первому авиационному скафандру, изготовленному Б. Ф. Гудричем и надетому Уайли Постом , что позволило ему стать первым человеком, пролетевшим над тропопаузой и обнаружившим струйное течение. Стекло шлема раздулось от сухого набегающего воздуха:

Кислород поступал через отверстие слева от окна (у Поста была повязка на левом глазу), чтобы предотвратить запотевание стекла . Отверстие справа от окна вентилировало шлем. Клапан, прикрепленный к регулятору и манометру, чуть ниже левого внутреннего колена, контролировал отток из костюма.

Одежда для высоты: скафандры американской авиации от Wiley Post до Space Shuttle , с. 33

В 1930-х годах в авиационном скафандре, изготовленном для ВМС Франции, использовался воздушный зазор между двумя слоями стекла, а также система электрического обогрева для предотвращения запотевания стекла. В немецком скафандре той же эпохи также использовались электрические обогреватели.

В костюме Дэвида Кларка модели 12, который носил Скотт Кроссфилд во время полета для NACA, использовалась маска для лица с отдельными отделениями для носа, рта и глаз для предотвращения запотевания.

Летчик-испытатель НАСА Джозеф Уокер испытал скафандр полного давления A / P22S-2 в 1961 году. Сделанный компанией Дэвида Кларка, он стал стандартным летным костюмом ВВС США, а его базовая конструкция превратилась во многие скафандры НАСА. Он представил «распылитель», металлическую или пластиковую трубку по окружности панели козырька с отверстиями, через которые поступающий сухой воздух поступал на козырек:

Регулятор дыхания и вся сантехника были установлены внутри оболочки шлема, с распылителем по периферии визора, который предотвращал запотевание визора .

Одежда для высоты , с. 266

---

Меркурий

Скафандры Mercury, созданные на базе Navy Mark IV производства Goodrich, отличались тем, что не пропускали воздух на шлем:

Воздух проходил через ряд воздуховодов Trilok, которые были неотъемлемой частью туловища и выходили на запястьях, лодыжках, промежности и периферии кольца шеи. Затем он втекал в тело скафандра для удаления лишней влаги и выходил из скафандра через выпускное отверстие в кабину. Помимо вентиляции скафандра, этот воздух также создавал в нем давление, когда это было необходимо.

Одежда для высоты , с. 230

Я не нахожу свидетельств запотевания шлемов Mercury и каких-либо усилий по их устранению. Астронавты в основном сидели, не выполняя действий, которые заставляли их потеть. Козырек также мог открываться, и кажется, что многие астронавты просто оставляли его открытым.

---

Близнецы

Костюм на базе Air Force A/P22S-2 от компании David Clark выиграл конкурс на звание скафандра Gemini. Шлем унаследовал разбрызгиватель, которого было достаточно для предотвращения запотевания, когда космонавты сидели. Однако нижнее белье с жидкостным охлаждением еще не было изобретено, поэтому космонавты склонны перегреваться и потеть во время интенсивных физических нагрузок, что приводит к запотеванию шлема. Это было особенно плохо во время выхода в открытый космос на Gemini 9A:

Сернан начал медленный подъем к задней части космического корабля, где хранился АМУ. Пока он отсоединялся от шлангокабеля капсулы и подсоединялся к рюкзаку, его пульс повысился примерно до 155 ударов в минуту. Позже он описал свой скафандр как обладающий «всей гибкостью ржавого доспеха», из-за чего все заняло намного больше времени, чем ожидалось. Отсутствие опор для рук и ног также делало его неспособным использовать какие-либо рычаги, из-за чего было трудно поворачивать клапаны или даже выполнять какие-либо основные движения. Выполняя подключения, Сернан очень устал. Во время этой части выхода в открытый космос его пульс подскочил примерно до 180 ударов в минуту; летный хирург на земле боялся, что потеряет сознание.Пока он вспотел, его визор начал запотевать. Он потерся носом о козырек, чтобы расчистить место, чтобы он мог видеть.

Википедия

Костюм Близнецов стал основой для костюма Дэвида Кларка S1030, использовавшегося в самолете-разведчике SR-71 Blackbird. В качестве обогревателя визора пробовали использовать золотую пленку, но ее сняли с производства из-за проблем с отражениями. На следующем рисунке элемент № 23 — это распылитель:

---

Аполлон

Вариант костюма S1030 под названием A1C был надет астронавтами во время пожара Аполлона-1. Гибель космонавтов повлекла за собой пересмотр скафандров.

Окончательный костюм Аполлона (модель A7L) был изготовлен компанией International Latex Corporation, а Hamilton Standard выступила в качестве субподрядчика для оборудования жизнеобеспечения. Поступающий сухой воздух обдувался на внутреннюю поверхность шлема для предотвращения запотевания:

Система вентиляции предусматривает два режима работы, ЭВ и ИВ. В режиме EV весь входящий поток газа направляется на шлем для дыхания и предотвращения запотевания шлема . Затем поток газа проходит по телу к конечностям, где по обратному воздуховоду поток направляется к выходному отверстию скафандра. В режиме IV поток газа разделяется, при этом часть потока газа поступает в воздуховод туловища и непосредственно над телом, а оставшаяся часть газа направляется в шлем.

Отчет об опыте программы «Аполлон»: разработка модуля внекорабельной мобильности , Техническая заметка НАСА D-8093, стр. 10

Выдыхаемый воздух возвращался по шлангокабелю в систему кондиционирования кабины или (если на ВКД) в переносную систему жизнеобеспечения. В любом случае скрубберы углекислого газа также удаляли влагу из воздуха. После добавления кислорода в скафандр возвращался сухой воздух. В скафандрах Аполлона также было нижнее белье с жидкостным охлаждением, которое очень эффективно предотвращало потоотделение.

Был также ремонтный комплект скафандра, который включал химикат для предотвращения запотевания (но никаких сообщений о его использовании):

Пятый пакет содержит пять подушечек-аппликаторов, пропитанных раствором для очистки и предотвращения запотевания.

Справочник по операциям «Аполлон» Отделение внекорабельной мобильности , стр. 2-89

---

Космический шатл

Все внутрикорабельные костюмы, используемые для запуска и посадки космического корабля "Шаттл", были созданы на основе костюма S1030 , который в свою очередь является производным от костюма Близнецов:

• S1030A был катапультируемым спасательным костюмом, который использовался на STS-1–4.
• S1032 был стартовым спасательным костюмом, использовавшимся от STS-26R до STS-88.
• S1035 был усовершенствованным спасательным костюмом экипажа, использовавшимся на STS-64 и более поздних версиях.

В каждом козырек можно открыть; многие астронавты никогда не закрывали забрала. Поступающий воздух вдувается в шлем через распылительную планку. Затем воздух проходит через односторонние клапаны в перемычке шеи, создавая давление в корпусе костюма. Затем регулятор давления вытесняет воздух в салон.

Для выхода в открытый космос использовался другой костюм: внекорабельный модуль мобильности. Опять же, поступающий сухой воздух сначала обдувается поверхностью шлема:

Циркулирующий кислород поступает в костюм через коллектор, встроенный в Hard Upper Torso. Воздуховод переносит кислород к задней части космического шлема, где он направляется над головой, а затем вниз по внутренней стороне передней части шлема. Перед попаданием в шлем кислород достаточно прогревается, чтобы предотвратить запотевание визора.Когда кислород покидает шлем и попадает в остальную часть скафандра, он поглощает углекислый газ и влагу от дыхания члена экипажа. Больше влаги от пота, немного тепла от физической активности и следовые количества загрязняющих веществ также поглощаются кислородом, когда он втягивается в воздуховод, встроенный в одежду с жидкостным охлаждением и вентиляцией. Центробежный вентилятор, работающий со скоростью почти 20 000 об/мин, втягивает загрязненный кислород обратно в PLSS со скоростью около 0,17 кубических метров в минуту, где он проходит через картридж контроля загрязнения.

Подходит для выхода в открытый космос , с. 27

Это единственный случай предварительного нагрева воздуха, который я нашел. Я не уверен, делается ли это электрически или теплом тела астронавта. Напрямую нагревать шлем проводами или покрытиями, похоже, больше не делают из-за влияния на зрение.

В составе препаратов EVA также применяется противотуманный химикат:

Далее выполняется несколько простых задач. Противотуманный состав наносится на внутреннюю часть шлема. Наручное зеркало и небольшой 27-страничный контрольный список на спирали помещаются на левую руку верхней части туловища.

там же с. 23

---

Примеров специальных покрытий я не нашел. Я не знаю, что это за антизапотевающие химикаты, но те же самые салфетки используются для очистки шлемов, так что это может быть просто какой-то спирт.

Они используют средства против запотевания.

На самом деле это довольно известный факт, потому что Крис Хэдфилд ослеп во время выхода в открытый космос из-за того, что какое-то средство против запотевания раздражало его глаза, и он много говорил об этом инциденте, как в аэрокосмическом сообществе, так и в мотивационных целях. / вдохновляющий оратор о том, как доверять своей команде, доверять себе, никогда не паниковать, никогда не сдаваться.

Видимо, сейчас перешли на менее раздражающее средство.