Spolu s nástupem vícemístných kosmických lodí vyvstala v Sovětském svazu otázka, jak do poměrně stísněného prostoru natěsnat tři kosmonauty. První let programu Voschod naznačil, jakým směrem se v tomto smyslu budou Sověti ubírat. Tři odvážlivci na palubě Voschodu-1 letěli ve vlněných kompletech, sestávajících z kalhot a bundy. Nepočítalo se s žádným prostředkem pro ochranu jejich životů v případě dekomprese. Důvěra ve správnou funkci a odolnost konstrukce sovětských lodí byla velká. Způsob myšlení se pak „přelil“ i do programu Sojuz. Ani tam se nepočítalo se skafandry – Sojuz měl být trojmístný a ve skafandrech by se do návratového modulu trojice kosmonautů vešla jen stěží. I Sergej Koroljov se nechal unést důvěrou ve vlastní technologii a prohlásil, že „(…) pracovat uvnitř lodi ve skafandru je něco podobného, jako pracovat uvnitř ponorky v potápěčském obleku.“ První posádky Sojuzů tak opět navlékly pouze vlněné sportovní komplety a věřily v příznivý osud. Ten jim však neměl být nakloněn donekonečna…

Sokol-K, Sokol KV-2

Bohorovnost a bezmezná důvěra Sovětům vydržela do časných ranních hodin 30. června 1971. Ze své rekordně dlouhé mise se tehdy vracel se svou tříčlennou posádkou Sojuz-11. Po dosednutí našly záchranné jednotky v návratové kabině tři muže bez známek života. Ve výšce přes 100 km se vinou nedbalosti během přípravy lodi otevřel odvětrávací ventil a kosmonauti bez skafandrů neměli nejmenší šanci na přežití. Náhle bylo zřejmé, že předchozí postoj byl tragicky chybný. Na svědomí měl tři lidské životy, a jak vyplynulo z vyšetřování, některé předchozí mise vyvázly jen se štěstím.

Pilotované mise byly okamžitě zastaveny a rozběhly se kroky k nápravě situace. Velkými úpravami prošla zejména návratová kabina Sojuzu – jestliže se předtím do jejích útrob vešla trojice kosmonautů v teplákovkách, při použití skafandrů to bylo naprosto vyloučeno. Příští starty Sojuzů se až do roku 1980 odehrávaly ve dvojím obsazení. Jenže nastal zásadní problém: kde vzít skafandry? Dříve používané skafandry SK nebo Berkut byly jednak poněkud zastaralé, ale hlavně nebyly kompatibilní se systémem měkkého přistání Sojuzu.
Systém byl tvořen motorky na tuhé palivo, které se zažehávaly přibližně sekundu před dosednutím, ale také novými sedadly Kazbek. Ta byla připevněna na amortizátorech a před přistáním je automatika nadzvedla tak, aby měly amortizátory dostatečnou dráhu k pohlcení energie při nárazu. Přes to všechno bylo měkké přistání srovnatelné spíše s nárazem při automobilové havárii, a proto byla součástí sedadla Kazbek také měkké anatomické vložky, jež byly vyráběny kosmonautům na míru. Se stávajícími skafandry bylo křeslo Kazbek nekompatibilní a tak bylo třeba vymyslet něco nového. A rychle.

Specialisté Zvezdy (jak byla přejmenována továrna č.918 ve městě Tomilino) dlouho neváhali: nedávno vyvinuli pro sovětské letectvo nový skafandr Sokol a vypadalo to, že jeho konstrukční filozofie i parametry skoro dokonale vyhovují požadavkům kosmického průmyslu. Byly provedeny zkoušky Sokolu v křeslech Kazbek (taktéž provenience Zvezdy) a na jejich základě byly navrženy úpravy Sokolu. Pět skafandrů, které měla Zvezda na skladě, bylo do konce roku 1971 příslušně adaptováno a podrobeno dalším zkouškám.

Zřejmě největší úpravy čekaly skafandr v oblasti helmy. Ukázalo se, že stávající kovová helma, připevněná k torzu skafandru pomocí příruby s ložisky, není pro sedadlo Kazbek příliš vhodná. Místo ní se na skafandru objevila helma „kapucovitého“ typu, vzdáleně připomínající řešení, použité u skafandrů G5C pro dlouhodobý let americké Gemini VII. Helma byla tvořena stejným materiálem, jako zbytek skafandru a před obličejem kosmonauta bylo umístěno oblé hledí z polykarbonátu (mimochodem poprvé použitého pro sovětský skafandr). Pod hledím byl pevný rám či příruba, kterou bylo třeba připnout k protikusu, s nímž byla přední část kapuce spojena i otočným spojem v oblasti uší. Tím došlo k uzavření helmy a bylo možné skafandr hermetovat. Pokud nebylo třeba mít skafandr hermeticky uzavřen, hledí mohl kosmonaut přetáhnout dozadu přes hlavu.

Skafandr samotný byl okleštěn od veškerých nepotřebných vrstev. Oproti svému leteckému předkovi neobsahoval ventilační prádlo, kosmonauti na sebe navlékali pouze pás s biomedicínskými senzory, bavlněné spodní prádlo a elastické kalhoty, jež měly udržovat krev v horní části těla a chránit tak kosmonauta před ztrátou zraku a vědomí při přetížení. Vnitřní, tlakovou vrstvu skafandru tvořila plátová guma o tloušťce 0,6 mm, vnější pak lavsan (tkanina na bázi nylonu).

Zajímavý byl (a dosud zůstává) způsob oblékání skafandru. Do skafandru kosmonaut vstupoval zepředu otvorem, jenž obsahoval jakýsi „rukáv“, zvaný apendix. Tímto rukávem se kosmonaut protáhl dovnitř, nejprve vsunul do skafandru nohy, pak ruce a nakonec protáhnul hlavu pod spodním rámem helmy. Rukáv byl následně poskládán a jeho sklady zavázány. Vstupní otvor byl následně pečlivě zašněrován a následně překryt pásem lavsanu, fixovaným na místě pomocí suchého zipu. Přes tento pás pak probíhal modrý tkaloun, zabraňující bobtnání skafandru v podélné ose. Ten bylo třeba protáhnout skrze přezku pod helmou. Přes použití tohoto tkalounu byl později kosmonauty zmiňován poměrně špatný výhled směrem dolů, neboť při natlakovaném skafandru se příruba helmy ocitnula poměrně vysoko vzhledem k obličeji dotyčného. Sanitární potřeby byly řešeny pomocí jednoho menšího apendixu v rozkroku, systém byl velmi podobný řešení, použitému u skafandrů SK-1/-2.

Do konce roku 1971 se podařilo modifikovat všech pět již vyrobených skafandrů a byly provedeny příslušné testy. V průběhu první poloviny roku 1972 pak bylo podle daných specifikací vyrobeno osm zbrusu nových skafandrů. Nový výrobek dostal název Sokol-K („K“ značí „космический“ – kosmický) a konstruktéři Zvezdy mohli přistoupit k integračním testům v součinnosti s kanceláří CKBEM (původně nazývanou OKB-1). Byla prověřována kompatibilita palubních systémů se skafandrem.

Sokol-K nebyl zamýšlen jako autonomní entita a neobešel se bez systému zabezpečení životních funkcí. Ten se nacházel na palubě návratového modulu lodi Sojuz a zabezpečoval podmínky pro fungování skafandru jak během nominálních fází letu, tak pro případ porušení hermetičnosti. Ventilace byla řešena systémem otevřené smyčky, při které je vydechovaný vzduch vypouštěn mimo skafandr.

Během všech dynamických fází letu (start, přiblížení a stykování, odpojení a přistávací sekvence) měli kosmonauti nasazeny rukavice a uzavřeno hledí helmy. Takto uzavřený skafandr byl ventilován palubním ventilátorem skrze konektor na levé straně břicha. Z konektoru na břiše byl vzduch rozváděn k nohám, rukám a hlavě kosmonauta, odkud pak proudil ven skrze regulátor, umístěný opět na levé straně břicha. Kosmonauti také mohli v případě vypnutého ventilátoru otevřít malý ventil na levé straně helmy a vdechovat vzduch přímo z kabiny.

Pokud z nějakého důvodu tlak v kabině poklesl pod 600 hPa, byl ventilátor vypnut a do helmy začala proudit kyslíkodusíková směs v poměru 40/60 (pro jednoduchost ji dále nazývejme „vzduchem“). Vyšší obsah kyslíku byl zavrhnut z bezpečnostních důvodů – tím, že je vydechovaný vzduch vypouštěn do kabiny, by vzrůstala koncentrace kyslíku v atmosféře lodi. Uvnitř skafandru regulační ventil udržoval pozitivní přetlak cca 400 hPa.

V nenatlakovaném skafandru mohli kosmonauti v případě potřeby setrvat až 30 hodin, při dekompresi a natlakování byla jeho funkčnost zaručena po dobu 2 hodin. Sokol-K vážil přibližně 10 kg a zasloužil se také o typický obrázek kosmonauta, který má v ruce malý kufřík a při chůzi vypadá, jako by procházel nekonečným tunelem s nízkým stropem. V onom kufříku je ventilátor, který chladí kosmonautovo tělo předtím, než bude skafandr moci být napojen na ventilaci v kabině Sojuzu, onen nahrbený postoj zase vyplývá z konstrukce skafandru, který je primárně koncipován pro co nejpohodlnější činnost ve fetální pozici v křesle Kazbek.

Jednou z nevýhod Sokolu-K, respektive systému nutného k jeho funkci, byl fakt, že se v případě jeho použití vešla do přistávacího modulu Sojuzu pouze dvoučlenná posádka. Poměrně hodně místa totiž zabíraly skafandry samotné a část prostoru vyplnil také výše zmíněný systém zabezpečení životních funkcí pro skafandry. Když se tedy poprvé se Sokol-K v září 1973 podíval do vesmíru na palubě Sojuzu-12, posádku tvořila pouze dvojice Lazarev/Makarov. Na dlouhou dobu se měly lety ve dvojicích stát pravidlem. Sojuz-12 byl první misí po tragédii Sojuzu-11 a posádka měla během dvoudenního letu otestovat nejen upravenou loď typu 7K-T, ale také právě skafandry Sokol-K. Test dopadl na výbornou a Sokol-K dostal definitivně zelenou. Stal se na poměrně dlouhou dobu velmi viditelnou proprietou při každém startu sovětské kosmické lodi. V jednom ze Sokolů-K se do vesmíru podíval i první občan jiné země, než SSSR či USA – náš Vladimír Remek. Dohromady bylo vyrobeno 66 tréningových a zkušebních kusů a 89 letových exemplářů tohoto obleku. Svou derniéru si odbyl v rámci letu Sojuzu-40 v květnu 1981.

Skafandr však zdaleka nebyl bez chyb a chybiček. Postupem času vykrystalizovaly čtyři zásadní nedostatky. Prvním byl omezený výhled směrem dolů, daný poměrně vysoko umístěným uzavíracím mechanismem helmy. Druhým nedostatkem byl neúměrně dlouhý čas nutný k obléknutí a hermetizaci skafandru. Zejména ve stísněném prostoru kabiny a ve stavu beztíže se jednalo o dosti náročnou proceduru, která mohla znamenat vážné ohrožení v případě nouze. Nadto si kosmonauti stěžovali na poměrně pracnou manipulaci s regulátorem tlaku, který byl umístěn na horní levé části břicha. Pokud kosmonaut ležel skrčen v křesle, byla manipulace s ním velmi problematická a navíc nebyl v jeho zorném poli. Třetím nedostatkem byly rozměry helmy, jež byla některým kosmonautům těsná a výhled z ní nebyl příliš dobrý. Poslední výtkou bylo nepohodlí, které vznikalo jemnými rozdíly mezi postavením některých částí fyziognomie v momentě, kdy kosmonauti delší dobu seděli (či spíše leželi skrčeni) v křesle Kazbek. Největší nepohodlí vznikalo v oblasti pod koleny.

Vývojáři Zvezdy si byli vědomi některých problémů a ještě než se Sokol-K vydal poprvé do vesmíru, začaly práce na jeho vylepšení. V průběhu roku 1973 byl vyroben nový typ skafandru s názvem Sokol-KM. Jeho koncepce byla zajímavá zejména způsobem oblékání. Skafandr byl rozdělen na dvě poloviny: „kalhoty“ a torzo s helmou. Obě poloviny se spojovaly dvěma zipy v oblasti pasu. Odpadalo tak pracné zavazování apendixu, který z tohoto návrhu zcela zmizel, stejně jako šněrování vstupního otvoru, které kosmonautům vadilo asi nejvíce. Možnost kombinovat kalhoty a torza různých velikostí zase poskytovala větší komfort a usnadňovala výrobu. Regulátor vnitřního přetlaku se přestěhoval z břicha na lépe dosažitelné místo – doprostřed hrudníku. Jednou z největších změn bylo použití čistého kyslíku pro případ dekomprese kabiny (Sokol-K používal směs kyslíku a dusíku). To umožnilo k nominálnímu přetlakovému módu 400 hPa přidat ještě záložní mód 270 hPa, při kterém nebyl skafandr natolik rigidní. Jeho použití však bylo omezeno na několik desítek minut, při delším časovém úseku již nastávalo riziko vzniku kesonové nemoci.

V průběhu roku 1974 probíhaly tovární testy, záhy byl ale projekt Sokolu-KM zastaven. Odpovědní činitelé usoudili, že ventilace cirkulujícím vzduchem je nedostatečná a proto dají přednost rozpracování konceptu záchranného skafandru s vodou chlazeným spodním prádlem.

Nový koncept dostal název Sokol-KV. Krom lodí řady Sojuz se se s ním počítalo i pro (nakonec nerealizované) mise lodí TKS v rámci programu Almaz. Zvnějšku byl podobný Sokolu-KM, ovšem při bližším zkoumání případného pozorovatele mohl zaujmout třeba mírný sklon spoje kalhoty/torzo, který byl nakloněn v předozadním směru zhruba o 30°od horizontály. Úprava měla usnadnit oblékání skafandru. Ventil pro vdechování okolní atmosféry se z helmy přestěhoval přímo do regulátoru přetlaku, samotná helma byla zvětšena a zvětšena byla i plocha hledí. Výhled z helmy se tak výrazně zlepšil. Změnily se také materiály, které byly použity pro výrobu. Místo plátové gumy byla tlaková vrstva nyní tvořena pogumovanou tkaninou, která byla lehčí a skafandr tak v nenatlakovaném stavu zabíral méně místa. Na některých exponovaných místech guma zůstala, tvořila však nyní výraznou menšinu v rámci plochy přetlakové vrstvy. Pod skafandr si kosmonaut navlékal prádlo s označením KVO-11, které mělo všité hadičky pro vodní chlazení. Jeho konektory byly umístěny na „kalhotách“ skafandru, konektory pro ventilaci pak zaujaly místo na torzu.

Ovšem právě vodní chlazení se ukázalo být pro skafandr Sokol-KV kamenem úrazu. Přestože bylo vyrobeno 6 vývojových a tréninkových kusů, záhy začali konstruktéři pochybovat o nutnosti vodního chlazení pro relativně krátkodobé periody použití obleku. Skafandr byl koncipován čistě jako záchranný prostředek a každý systém navíc neúměrně komplikoval jeho funkci a přinášel také hmotnostní nevýhody. Vodou chlazené prádlo KVO-11 bylo proto z konfigurace skafandru vypuštěno. Zde ovšem problémy nekončily.

Během testů v roce 1979 bylo zjištěno, že spoj kalhoty/torzo vykazuje mnohem nižší spolehlivost, než jakou předpokládali pracovníci Zvezdy. Na vině byla nedostatečná kvalita použitých zipů, když jejich dodavatelé nebyli schopni zajistit, aby zoubky zipu pokaždé dokonale zapadly do sebe. Uvedení skafandru Sokol-KV do operačního použití proto nepřicházelo v úvahu. Po dohodě s hlavním zákazníkem, kterým byl koncern CKBEM, proto bylo rozhodnuto o vývoji nového skafandru, který by některými prvky navazoval na Sokol-KV, avšak s radikálně změněným systémem oblékání. Na scénu nastoupil Sokol KV-2, matador, který je bez zásadních úprav používán již 35 let a zdá se, že ještě pár let bude kosmonauty v Sojuzech chránit právě on.

Konstruktéři se při jeho vývoji pokorně vrátili k apendixu, známému z modelu Sokol-K. I tady se však podařilo udělat krok vpřed. Vstupní otvor, který apendix obsahoval, nyní není veden vertikálně od břicha po hrudník kosmonauta, ale dostal tvar klínu. Odpadlo také zdlouhavé šněrování vstupního otvoru, u Sokolu KV-2 stačí zašněrovat pouze přibližně 20-30 cm od rozkroku po pupek. O udržení apendixu na místě se pak stará chlopeň, uzavírající svrchní vrstvu skafandru dvěma zipy. Zašněrovanou část břicha překrývá ještě jedna menší chlopeň se suchým zipem. Zcela nakonec kosmonaut ještě připevní a upraví tkaloun, vedoucí ze zad skrze rozkrok až ke klipse na břiše. Stejně jako u Sokolu-K i tento tkaloun zabraňuje bobtnání skafandru v podélné ose, nyní je ale jeho upevnění vyřešeno mnohem jednodušším způsobem.

Celá procedura oblékání tak byla zjednodušena a urychlena, ačkoliv rozhodně ani teď není tak úplně snadná. Podle zkušeností by v případě nouze celá procedura až po připojení k systému zabezpečení životních podmínek na palubě Sojuzu trvala zhruba 20 minut. Přesto se jedná o velký pokrok oproti modelu Sokol-K.

Na hlavě mají kosmonauti nasazenu komunikační čepičku se dvěma mikrofony a sluchátky. Hermetičnost skafandru zajišťují mimo jiné i rukavice. Jsou vyráběny ve třech velikostech a jejich prsty tvoří kapron pokrytý gumou, dlaň a část u příruby je vyrobena z pogumované tkaniny. Vnější vrstva je vyrobena z lavsanu. Rukavice jsou připevněny k rukávům skafandru přírubou, ve které je dutá hadička, jež po natlakování zajišťuje hermetičnost spoje. Pod těmito rukavicemi kosmonauti nosí kvůli hygieničnosti, odvodu potu a většímu pohodlí ještě bílé rukavičky z bavlny.

Když pomineme způsob oblékání a uzavírání skafandru, Sokol KV-2 převzal mnoho prvků od experimentálních obleků Sokol-KM a –KV. Zvětšená helma, vylepšené rukavice, regulátor na hrudníku, nominální a záložní mód s přísunem čistého kyslíku – to vše jsou pozůstatky po těchto zajímavých, byť do skutečné praxe neuvedených modelů. Celková hmotnost skafandru se pohybuje okolo 8-10 kg.

Poprvé se Sokol KV-2 podíval na orbit v červnu 1980, kdy jej v rámci mise Sojuz T-2 odzkoušeli Jurij Malyšev a Vladimir Aksjonov. Ovšem díky novému typu lodi a také díky novému typu skafandrů mohli Sověti vkročit podruhé do stejné řeky: na přelomu listopadu a prosince téhož roku probíhal let Sojuzu T-3 s trojčlennou posádkou – poprvé od onoho tragického červnového dne roku 1971. V následujících letech na orbit Sojuzu typů T, TM, TMA a TMA-M vozily a dosud vozí posádky, jež chrání skafandry Sokol KV-2. Počet vyrobených kusů jde do stovek a zatím se zdá, že ještě dlouho nedosáhne konečného čísla.

Ač by mohli pracovníci Zvezdy spát na vavřínech, snaží se skafandr Sokol ještě více zdokonalit a odlehčit. V současnosti v továrně Zvezda probíhá vývoj nových modelů Sokol-M a Sokol-MP. Na nich se snaží konstruktéři zajistit možnost úpravy délky nohavic, rukávů i torza, aby byla zajištěna větší univerzálnost skafandru. V případě Sokolu-MP, který je určen speciálně pro kosmické turisty, byl inovován i vstupní otvor – nyní je veden diagonálně od levé části krku k pravému boku. V rámci úspory hmotnosti byla tlaková vrstva nahrazena polyuretanem. Tím by se měla snížit nejen hmotnost, ale i pracnost zhotovení a následně i jeho cena.

V rámci Sovětského svazu a nynějšího Ruska měla a dosud má továrna Zvezda monopol jak na skafandry čistě záchranné, tak i na mnohem složitější skafandry určené pro výstupy do volného prostoru. Vedle skafandrů Sokol je v jejím výrobním portfoliu ještě jeden typ skafandru, jehož vývoj probíhá od konce šedesátých let a zanedlouho bude slavit 30 let operačního provozu. Ve své době znamenal poměrně zásadní krok vpřed a své kvality prokazuje dodnes…

(článek má pokračování)

Zdroje obrázků:

http://www.spacefacts.de/mission/alternate/photo/soyuz-7.jpg
http://www.zvezda-npp.ru/en/node/726
http://www.zvezda-npp.ru/sites/default/files/uploads/history_event_photos/razmeshchenie_aviacionnogo_skafandra_sokol_v_amortizacionnom_kresle_kazbek.jpg
http://www.zvezda-npp.ru/sites/default/files/uploads/history_event_photos/kosmonavt_v.dzhanibekov_v_spasatelnom_skafandre_sokol-k.jpg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Аварийно-спасательный_скафандр_Романенко.jpg (kredit: Andrew Butko)
http://www.zvezda-npp.ru/sites/default/files/uploads/history_event_photos/kosmonavty_v._lazarev_i_o._makarov_pered_pervym_poletom_v_skafandrah_sokol-k_laboratoriya_zvezdy_na_baykonure_1973_g.jpg
http://podelise.ru/tw_files/24936/d-24935468/7z-docs/1_html_8ff3fc1.jpg (kredit: NPP Zvezda)
http://www.podelise.ru/tw_files/24936/d-24935468/7z-docs/1_html_m720d51a5.jpg (kredit: NPP Zvezda)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sokol-KV-2_space_suit(K.WAKATA)_at_Kobe_International_Conference_Center_20150704.JPG (kredit: Hunini)
http://www.zvezda-npp.ru/node/505