100-процентный кислород Аполлонов как киноляп

Недавно я попросил ChatGPT (он стал моим незаменимым помощником, особенно в целевом поиске первоисточников — лучше, чем Гугл и Яндекс) найти исследования самих американцев, а лучше всего — NASA, по огнестойкости различных материалов, применявшихся в пилотируемом космосе в зависимости от концентрации кислорода. Мой запрос был связан с очевидной мыслью: чистый кислород — идеальная среда для возникновения пожара, особенно в герметичной капсуле с людьми на борту. Казалось бы — инженерный абсурд. Но именно чистый кислород применялся в программах «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» при пониженном давлении 0.35 атмосферы. Формальный мотив — снижение нагрузки на стенки модуля и, соответственно, экономия на массе конструкции. Однако в реальности толщина стенок рассчитывается в первую очередь под стартовые перегрузки — резкие ускорения, вибрации, акустические удары; затем — под аэродинамические и тепловые нагрузки при входе в атмосферу; а также под перепады температур в космосе, тепловое расширение и радиационное воздействие. После учёта всех этих факторов конструкция корпуса должна была выдержать 1 атмосферу с большим запасом — как это реализовано в советских «Союзах», конструкция которых держит 1 атмосферу не потому, что ей еле-еле хватает прочности, а потому что 1 атм — это ничтожно малое давление по сравнению с другими нагрузками, заложенными в расчёты.

К тому же использование пониженного давления с чистым кислородом создаёт серьёзные логистические и медицинские неудобства: перед стартом астронавтам нужно проходить обязательную длительную декомпрессию — переход от нормального атмосферного давления (1 атм) к 0.35 атм, иначе в крови останется растворённый азот, что может привести к газовой эмболии (пузырьки азота в крови, которые будут препятствовать кровотоку в кровеносной системе). За 2–3 минуты это не сделать — требуются часы. После полёта — обратная процедура: постепенная компрессия, чтобы организм заново адаптировался к нормальной атмосфере. И вся эта суета ради призрачной «экономии» массы выглядит откровенно иррационально — особенно на фоне реальной, проверенной временем практики «Союзов», где таких проблем просто нет.

Я уже не говорю о том, что никакой многочасовой предстартовой декомпрессии экипажа не проводилось — по крайней мере, в той форме, в какой она была бы необходима при реальном переходе с 1 атмосферы воздуха на 0.35 атмосферы чистого кислорода. То же самое и при посадке: согласно отчёту NASA по миссии «Аполлон-8», на высоте около 900 метров кабина была просто продута забортным воздухом (146:58:44 Anders (onboard): Dump - purge the cabin at 3,000 feet [900 metres]. — https://www.nasa.gov/history/afj/ap08fj/29day6_reentry.html ), и железные американские парни — как ни в чём не бывало — моментально перешли с пониженного давления и 100% кислорода на земную атмосферу. Ни тебе постепенного насыщения крови азотом, ни медицинского контроля — просто открыли люк и пошли фотографироваться.

Физиологически это означало резкий возврат азота в кровь после нескольких суток его полного отсутствия. Что такое азотное отравление, в NASA, видимо, не знали. Или знали — но просто не заморачивались. Такая беспечность возможна только при одном сценарии: если на самом деле это был не реальный космический полёт, а постановка. А в постановочном кино киноляпы — это не ЧП, а нормальная рутина.

Так вот, я попросил ChatGPT найти исследование НАСА по горению материалов в чистом кислороде. И такое исследование было проведено в 2016 году. На графике ниже показано начало неконтролируемого горения различных космических материалов, применяемых на МКС в зависимости от концентрации кислорода в смеси с азотом (горизонтальная ось) и давления этой смеси (вертикальная ось). 

Крайняя левая кривая на графике — это линия возгорания самого огнестойкого из протестированных материалов — Nomex 90-40, который широко используется с начала 1960-х годов в экипировке американских пожарных, летчиков и астронавтов.

Как видно, даже этот материал при определённой комбинации давления и содержания кислорода теряет способность к самозатуханию. И чем выше концентрация кислорода, тем быстрее эта ткань сгорает, вроде как огнеупорная в обычном воздухе. 

Красная жирная точка на графике обозначает атмосферу внутри американских кораблей Меркурий, Джемини и Аполлон — 100% кислород при давлении 0,35 атмосферы.

И поскольку эта точка намного правее точки горения огнеупорного материала, из которого сделан скафандр астронавта, то даже искра от статического электричества способна воспламенить скафандр, который на Земле считается огнеупорным.

Для сравнения: 

Синяя жирная точка на графике показывает атмосферу в советских и российских Союзах — нормальный воздух, как на Земле — около 21% кислорода при давлении в 1 атмосферу.

На Земле, если поднести горящую спичку к американскому скафандру — он не будет гореть.

Но в чистом кислороде он вспыхнет, как будто его пропитали бензином (смотрите на график). 

Летать в таком пепелаце (если бы такие полеты действительно были не только в кино, но и в реальности) — намного опасней, чем курить, сидя на бочке с порохом: малейшая искра статического электричества в волосах при снятии майки или водолазки через голову — и волосы тут же вспыхнут и сгорят вместе с кожей головы, не говоря уже о водолазке, которая сгорит в чистом кислороде за несколько секунд. 

Продолжение этой кино-космической истории — программу «Союз-Аполлон», то есть, стыковку на низкой околоземной орбите двух кораблей, у одного из которых чистый кислород 0.35 атм, а у другого 1 атм земного воздуха — смотрите здесь и здесь (без VPN).