О безопасности космонавта, привязанного тросом к кораблю

В разделе, посвященном космическому пешеходу, мы уже говорили, что трос, соединяющий "безмоторного" космонавта с кораблем, это не просто элемент страховки/Он совершенно необходим при выходе из корабля.

Рис. 65. Траектория удаления и сближения космонавта с кораблем: W0 - направление отделения космонавта от корабля; 1 - направление полета корабля; 2 - траектория полета космонавта при отсутствии притяжения Земли; 3 - фактическая траектория полета; 4 - вытянутый трос; 5 - траектория обратного полета после натяжения троса; 6 - корабль

Итак, привяжем космонавта к кораблю тросом. Теперь он не уйдет от корабля дальше вытянутого троса и, если необходимо, смотает трос и сблизится с кораблем. Просто и легко. Но так ли это на самом деле? Что произойдет с космонавтом, когда он сблизится с кораблем? На первый взгляд ответ может быть очень несложным. Космонавт будет приближаться к кораблю в направлении линии натяжения троса, выбирая такую скорость сближения, чтобы избежать сильного удара о корпус корабля. Однако в реальных условиях процесс сближения будет происходить иначе. Чтобы разобраться в этом, предположим, что трос не имеет демпфирующих устройств, которые как бы нейтрализуют силы его упругости. В этом случае после удаления от корабля и натяжения троса эти силы упругости создадут некоторый импульс скорости, толкающий космонавта к кораблю. Траектория движения космонавта после отделения от корабля в плоскости орбиты его движения при малом времени полета до натяжения троса будет аналогична полету пули. Значит, для изображенного на рис. 65 направления отделения космонавта отклонение траектории его движения будет происходить вверх. После натяжения троса за счет сил упругости он начнет возвращаться к кораблю со скоростью . Одновременно с этим составляющая скорость , перпендикулярная натянутому тросу, заставит космонавта отклоняться от корабля. В результате космонавт при обратном движении уже не попадет на корабль, а пройдет в стороне от него. Если космонавт, пролетая около корабля, начнет сматывать трос, стараясь подтянуться, то это приведет к его закручиванию относительно корабля, что резко усложнит и даже может сделать опасным сближение с кораблем.

Величина "промаха" будет зависеть от длины троса и скорости отделения космонавта. При длине троса 30 м и скорости отделения 0,2 м/сек этот "промах" может достигнуть нескольких метров.

Теперь предположим, что трос имеет демпфирующее устройство. После натяжения троса космонавт не получает импульса скорости, направленного к кораблю. Но при этом появляется другая опасность составляющая скорости w₁ (рис. 65) приведет к закручиванию космонавта относительно корабля на расстоянии вытянутого троса, и сближение космонавта с кораблем еще более усложнится. Если, например, скорость отделения космонавта от корабля равна 0,5 м/сек, а длина троса составляет 50 м, то спустя 100 сек полета трос натянется, и космонавт начнет вращаться относительно корабля со скоростью 5 см/сек. Когда же после этого космонавт попытается сблизиться с кораблем, сматывая трос, то траектория движения космонавта относительно корабля будет иметь вид спирали, а на расстоянии 2 м от центра тяжести корабля скорость космонавта станет равной 1,3 м/сек. А это уже не малая величина.

Кроме того, трос начнет накручиваться на корабль, а это в свою очередь может привести к механическому повреждению внешних частей конструкции корабля, например, рулевых двигателей, антенн или солнечных батарей.

Как видим, и спасательный трос таит в себе немало опасностей для космического пешехода и корабля. Даже в этом случае свободное движение в космосе существенным образом искажает ожидаемый для "земных жителей" процесс сближения космонавта с кораблем и, если не принять соответствующих мер, может привести к закрутке его относительно корабля и в конечном счете удару об него.

Одной из мер является применение индивидуальных ракетных двигателей, устраняющих вращательное движение космонавта вокруг корабля. В качестве другой меры, обеспечивающей безопасное сближение космонавта с кораблем, может явиться синхронное вращение корабля вместе с космонавтом, исключающее наматывание троса на корабль. Но для этого потребуется, разумеется, дополнительный расход топлива и, кроме того, возможность управления вращением корабля в заданном направлении.

А что произойдет, если космонавт отделится в ином направлении, не лежащем в плоскости орбиты, а уходящем, скажем, несколько в сторону от него? Здесь траектория сближения с кораблем будет уже не плоская, а станет сложным образом извиваться в пространстве. На только что описанную картину сближения наложатся еще боковые колебания, раскачивающие космонавта из стороны в сторону, и космонавту будет трудно представить, с какой стороны он в конце концов достигнет корабль и как будет двигаться в этот момент относительно корабля. Некоторое представление о процессе сближения космонавта с кораблем в этом случае вы можете получить, проделав следующий нехитрый опыт. Привяжите на нитку небольшой грузик и, взяв конец ее в руку, раскачивайте грузик произвольным образом и после этого начните подтягивать грузик к руке. Вы убедитесь, что по мере приближения грузика к руке размах его колебаний все больше и больше увеличивается, наконец он начнет наматываться на кулак и в конце концов больно ударит по руке. Нечто аналогичное произойдет и с космонавтом и поэтому разработка практически удобных и безопасных способов сближения его с кораблем - нужная и важная задача.