Автор запоздало присоединяет свой голос к протестам депутатов Госдумы против американского фильма "Армагеддон". Мало, что у них русский космонавт на рабочем месте поддатый, он еще аппаратуру исправляет с помощью кувалды. Какая кувалда! Эти лопухи в своем Голливуде не читали подшивку "Известий" за 1977 год! А там, между прочим, черным по белому напечатано: для работ в космосе советские специалисты изобрели специальный молоток. Более того — скоро этот молоток поступит в продажу (что и стало поводом для заметки).
"Вы его сможете узнать по удобной рукоятке. Для того чтобы окончательно убедиться, что молоток "космический", нужно ударить по поверхности. В отличие от обычных молотков он не отскакивает после удара. Ведь в условиях невесомости работать отскакивающим молотком было бы чрезвычайно неудобно.
Конструкция молотка проста и остроумна. Его ударная часть полая, а в полость насыпаны металлические шарики. В момент удара нижние шарики устремляются вверх, а верхние продолжают двигаться вниз. Трение между ними рассеивает энергию отдачи".
Коллеги, которым я зачитывал цитируемую заметку, задали мне два детских вопроса. Первый: если этим "космическим", безынерционным молотком, промахнувшись, попасть по пальцу — по сравнению с молотком обычным будет больнее или нет? Вроде бы, если не отскакивает — то вся сила уходит в удар? Ну и что — тут одно с другим не связано. В общем, возникли споры, в которых истина не установилась. Что же до второго вопроса. Про него ниже.
Пока продолжим чтение. "Работа в невесомости — дело непростое. Представьте: вы выворачиваете из стенки шуруп. В условиях космического полета это превращается в сложную проблему: ведь там вы не стоите на ногах, не можете навалиться на отвертку всем весом тела. (. ) На космических аппаратах многое закреплено на винтах — кстати, тоже необычных. На цилиндрических боковых поверхностях их головок имеются круглые углубления. Трубчатый конец отвертки надевается на головку винта, а шарики крепежного замка, заняв место в углублениях, жестко соединяют отвертку с винтом. (. ) А вот еще один набор неземных инструментов. В зависимости от потребности к основе присоединяют ту или иную рабочую деталь, это могут быть кусачки, плоскогубцы, ножницы. Благодаря двухрычажной передаче увеличивается усилие рук".
Еще в этой заметке (автор — А. Ивахнов) рассказывалось про особое "космическое" сверло (само втягивается в материал); безреактивный электропривод с кучей насадок (пила, отвертка, перфоратор) и другие полезные изобретения. Полезные не только в космосе, но и на земле. Уточняю, поскольку не договорил про второй вопрос: а на фига нужен на земле орбитальный безынерционный молоток? Какую именно работу здесь нельзя выполнить обычным, земным? Этих молотков вон сколько — кузнецкий, столярный, сапожный, киянка, рихтовочный, медицинский. Для любой задачи. То-то космическая суперразработка мелькнула в хозмагах — и исчезла.
С другой стороны, сколько привычных сегодня вещей начинались с технологий для космоса! Недавно в "Русском Ньюсуике" видел целую таблицу: пожарные детекторы дыма (придуманы для американских "Скайлэбов"); цифровая обработка изображения (сводились воедино фото лунного ландшафта); новые виды тканей; ионизирующие водяные фильтры; специальная керамика, так востребованная ныне в стоматологии. С коллегами из нашего отдела науки мы продолжили список: сублимированные пищевые продукты, лекарства из "космической" фармакологии, разные спортивные тренажеры. Отдельный разговор — все сферы, где используются спутники.
Глядишь — и "космический" молоток пригодится. Очень уж идея красивая, а красивая идея напрасной не бывает.
Владельцы патента RU 2560899:
Изобретение относится к космической технике, в частности к инструментам, предназначенным для выполнения технологических операций космонавтом в скафандре вне гермоотсеков, в условиях невесомости. Молоток содержит боек, в котором образована полость, заполненная сыпучим наполнителем. Длина полости определена по следующему соотношению:
L = 4 ( 0,4 ÷ 0,5 ) M π d 2 ρ ( 1,1 ÷ 1,2 ) , где M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя. При этом масса сыпучего наполнителя составляет m=(0,4÷0,5)M, а степень заполнения полости сыпучим наполнителем — l=L/(1,1÷1,2). В результате исключается отскок молотка после удара. 4 ил.
Изобретение относится к космической технике, в частности к инструментам для выполнения технологических операций космонавтом в скафандре вне гермоотсеков, в условиях невесомости, вакуума и знакопеременных температур.
В процессе выполнения слесарно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ космонавты используют широкий спектр ручных инструментов, адаптированных к функциональным возможностям космонавта, облаченного в скафандр, и факторам окружающей среды. Наряду с другими инструментами используются молотки — ручной инструмент ударного действия с поступательным движением рабочей части — бойка.
Обязательным условием жизни и работы в невесомости является фиксация всех предметов или управление их перемещением, во избежание бесконтрольного дрейфа как внутри отсеков, так и за бортом космического объекта.
В 1970 г. была развернута программа по экспериментальному исследованию возможностей космонавта в скафандре выполнять технологические операции с использованием инструментов. В условиях моделированной невесомости при полете самолета по параболической траектории оценивался широкий спектр инструментов, в том числе и молоток. На режиме невесомости, при нанесении удара по металлической конструкции был зафиксирован отскок молотка от конструкции вместе с рукой испытателя по направлению к остеклению гермошлема скафандра, что представляло угрозу целостности остекления. Удерживание молотка в момент отскока при редукции усилия сжатия кисти в наддутой перчатке скафандра требует от космонавта большого напряжения с риском утери молотка. После многократного повторения данного эксперимента однозначно сформировалась необходимость исключить явление отскока молотка после удара. Безреактивность определена как обязательное свойство молотка для использования его в условиях невесомости.
В статье авторов Ц. Олегова 1 , ( 1 Псевдоним автора данной заявки) Г. Сергеева "Инструменты для космонавта", опубликованной в 1976 г. [1], показан "неотскакивающий при ударе молоток, в полый корпус которого помещены металлические шарики, принимающие на себя энергию отдачи". В описании отсутствует указание о соотношении геометрических величин полости и той ее части, которая заполнена помещенным в нее сыпучим материалом. Однако произвольно назначенное соотношение этих величин не может обеспечить парирование отскока в условиях невесомости.
Известен молоток, отличающийся тем, что он имеет съемную головку в виде пустотелой каплевидной гальки [2], внутрь которой засыпается дробь. В конструкции отсутствуют признаки, которые могли бы способствовать устранению отскока, не указаны соотношения между геометрическими параметрами частей молотка. Кроме того, нанесение ударов молотком каплевидной формы по таким инструментам, как зубило, бородок, пробойник и др., является непродуктивным и опасным для исполнителя в скафандре в условиях невесомости при сниженной координации движений космонавта.
Известен молоток (полезная модель) [3], состоящий из ручки и бойка, имеющего полость, заполненную чугунными частицами полусферической формы и смазывающим веществом, отличающийся тем, что полость имеет форму цилиндра со сферическими поверхностями по концам при соотношении диаметр: длина цилиндра = 1:3-5, и которая заполнена чугунными частицами полусферической формы размером 1-3 мм и силиконовой смазкой, взятой в соотношении объемов чугунные частицы: силиконовое масло = 1:0,8-1,5.
В представленной конструкции нет данных о степени заполнения полости вязким силиконовым маслом и чугунными частицами. Кроме того, сопротивление вязкого силикона препятствует быстрому перемещению частиц, вызывает запаздывание воздействия наполнителя на боек и не исключает его отскока в условиях невесомости.
Известна деревянная киянка [4] с полостью 100×32×3 5 мм, в которую помещена свинцовая дробь №7 в объеме 40 мл и весом 300 г по общности признаков, принятая в качестве прототипа. Отскок при ударе деревянным бойком киянки поглощается нежестким материалом бойка, наполнителем и силой земного притяжения.
Удар металлом по металлу в условиях невесомости носит мгновенный упругий характер, воздействие сил, парирующих отскок, должно наступать в момент отскока. При указанных размерах полости и объеме дроби, последняя занимает 3,57 см по длине полости. Перемещение дроби на 2/3 длины полости вызовет в условиях невесомости запаздывание воздействия дроби на ударную часть бойка к моменту отскока, в результате чего отскок не парируется.
Задачей изобретения является обеспечение безопасности эксплуатации космического молотка в условиях невесомости космонавтом в скафандре.
Задача решается следующим образом.
Космический молоток, в бойке которого образована полость, заполненная сыпучим наполнителем, отличается тем, что длина полости определяется по следующему соотношению величин:
L = 4 ( 0,4 ÷ 0,5 ) M π d 2 ρ ( 1,1 ÷ 1,2 ) 
, где:
M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя, при этом масса сыпучего наполнителя m=(0,4÷0,5)M, степень заполнения полости сыпучим наполнителем l=L/(1,1÷1,2).
На фиг.1 — космический молоток.
На фиг.2 — окружность, вписанная в поперечное сечение бойка.
На фиг.3 — прозрачная модель бойка.
На фиг.4 — сравнение отскока космического и обычного молотка.
2 — сыпучий наполнитель.
По наблюдениям на режиме невесомости в полете самолета по параболической траектории, в экспериментах с использованием прозрачной модели бойка 1 (фиг.3) установлено, что оптимальная длина полости L (фиг.1) должна превышать длину части полости l, заполненную сыпучим наполнителем 2, в соотношении
L = ( 1,1 ÷ 1,2 ) l ( 1 ) 
Данное соотношение, полученное экспериментально, обеспечивает необходимый свободный пробег сыпучего наполнителя и своевременный контакт сыпучего наполнителя с ударной частью бойка для парирования отскока космического молотка.
В результате экспериментов в условиях невесомости установлено, что масса сыпучего наполнителя m обеспечивает оптимальное парирование отскока космического молотка массой M при соотношении
m = ( 0,4 ÷ 0,5 ) M ( 2 ) 
Тогда объем сыпучего наполнителя v при удельной плотности сыпучего наполнителя ρ определится
v = m ρ ( 3 ) 
В свою очередь, объем заполненной части полости v, равен
v = π d 2 4 l ( 4 ) 
,
где d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка.
Из выражений (3) и (4) получаем равенство
π d 2 4 l = ( 0,4 ÷ 0,5 ) M ρ , ( 5 ) 
откуда длина части полости l, заполненная сыпучим наполнителем, равна
l = 4 ( 0,4 ÷ 0,5 ) M π d 2 ρ ( 6 ) 
Согласно полученной экспериментально зависимости (1)
L = 4 ( 0,4 ÷ 0,5 ) M π d 2 ρ ( 1,1 ÷ 1,2 ) ( 7 ) 
Разработка космического молотка осуществляется в следующем порядке.
Исходя из технологических задач, назначается масса космического молотка M, форма и размеры ударной части бойка, например, круг диаметром D. В поперечное сечение бойка вписывается, из конструктивных соображений, окружность диаметра d для цилиндрической полости (фиг.2).
Критериями выбора сыпучего наполнителя являются:
— фрагментированный материал, сохраняющий форму частиц;
— отсутствие адгезии между частицами;
— приемлемая удельная плотность материала; рационально использовать материал с удельной плотностью ρ, близкой к удельной плотности материала бойка, например, стальные шары диаметром 2 мм.
Определяют длину полости L (фиг.1) при заданных массе молотка M, удельной плотности сыпучего наполнителя ρ и диаметре полости d по полученной зависимости (7).
Ниже приведен численный пример.
L = ( 0,4 ÷ 0,5 ) 1000 3,14 ⋅ 3 2 ⋅ 7,8 ( 1,1 ÷ 1,2 ) = ( 8 ÷ 11 ) с м 
Степень заполнения полости сыпучим наполнителем по ее длине определяется из соотношений (1) или (6)
Парирование отскока при данной конструкции космического молотка в условиях невесомости реализуется следующим образом:
— при движении бойка на стадии замаха сыпучий наполнитель частично смещается в полости к задней части бойка, при этом образуются бесконтактные зазоры между частицами и разрежение в среде сыпучего наполнителя;
— при обратном движении — в направлении нанесения удара, корпус бойка опережает сыпучий наполнитель ввиду инерционного отставания последнего;
— в момент отскока бойка частицы сыпучего наполнителя вступают в контакт с ударной частью бойка, при этом кинетическая энергия сыпучего наполнителя, уплотнение частиц и трение между частицами обеспечивают парирование отскока.
Свойство безреактивности космического молотка наглядно проявляется в сравнении с обычным молотком при одновременном нанесении ударов (фиг.4).
Космические молотки описанной конструкции подтвердили соответствие назначению и свою эффективность при применении в реальных космических полетах, обеспечено безопасное применение молотка: исключен отскок и контактирование молотка с элементами скафандра при этом, облегчено удерживание космонавтом рукоятки молотка рукой в наддутой перчатке скафандра.
1. Ц. Олегов, Г. Сергеев. Инструменты для космонавта. Наука и жизнь, №9, 1976 г., с.27-32, цв. вкладка.
2. Патент RU 2418674 С2.
3. Патент RU 18508 U1.
Молоток, используемый в условиях невесомости, в бойке которого образована полость, заполненная сыпучим наполнителем, отличающийся тем, что длина полости определена по следующему соотношению: 
,
где: M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя, при этом масса сыпучего наполнителя составляет m=(0,4÷0,5)M, а степень заполнения полости сыпучим наполнителем — l=L/(1,1÷1,2).
Первый раз я его увидел давным-давно, и даже держал его в руках!
Это было жарким июлем 1985 года. Защитившись в институте, я уже точно знал, куда я попаду по распределению – в ПТУ-2 города Мытищи. Обычно, после защиты молодой специалист, перед выходом на работу, получает месяц отпуска. Но меня Директор училища, Владислав Палыч, уговорил сразу, в июле выйти, набрать учебную группу, а потом уже в августе, отдохнуть. Училище наше было не простое. Оно готовило рабочих для космических предприятий тогдашнего города Калининград, который нынче зовется Королёв, – ЦНИИмаш, КБ Химмаш, ЦНИИ МВ.
Готовило училище в основном станочников – токарей, фрезеровщиков, были и слесаря. А вот группу автослесарей, на которую меня и взяли, набирали в первый раз. Поэтому помочь мне с отбором особо было не кому. Хорошо хоть, выбирать было из кого – на автослесаря мальчишки шли гораздо охотнее, чем на станочника, и у меня был выбор — два человека на место.
Дали мне место и стол в комнате мастеров, дали стопку личных дел – отбирай себе тридцать человек!
И вот я сижу такой, новичок, в углу. Знакомлюсь с личными делами абитуриентов и заодно слушаю, о чем говорят окружающие новые коллеги. А тема тем летом была – Салют-7. Дело в том, что у некоторых сотрудников жёны-мужья работали в ЦУПе и все перипетии полета неуправляемой станции Салют-7 и восстановления её экипажем Союз-13 Джанибеков-Савиных, были известны в коллективе училища и воспринимались очень эмоционально. Это недавно об этом сняли художественный фильм, а тогда об этом мало говорили в советской прессе. А в училище информация была, так сказать, из первых рук.
Но это эмоциональный фон. А с молотком я познакомился так. Врывается в комнату мастеров мастер производственного обучения фрезеровщиков, с каким-то, необычным молотком в руке. И с порога заявляет:
«Что они себе думают? «Спустили» из базового предприятия заказ – изготовить партию таких молотков. А у меня всего один станок с ЧПУ. И кого я за него поставлю? Своих оболтусов? Придется самому всю партию точить!»
Народ заинтересовался необычной формы молотком. Мастер, кажется по фамилии Фролов, давал каждому желающему подержать молоток в руке и пояснял, что это молоток для работы в космосе, на орбитальной станции.
Подержал в руках этот молоток и я.
Ручка очень оригинальной формы – чуть изогнутая, полая внутри, с волнообразным профилем под пальцы. Очень ухватистая.
Очень понравился дизайн.
В магазинах наших, советских, такого тогда не встретишь.
Классным и эстетичным мне показалось ушко под ремешок.
Не знаю, кто разрабатывал этот молоток, но с точки зрения технической эстетики, он был хорош!
Только тогда мне показалось, что он был сделан одной деталью – ручка вместе с молотком. А сейчас, увидев его в музее космонавтики, обратил внимание, что они разъёмные. Ну, может быть, это уже чуть поздняя модель. А ведь до сих пор такие молотки используются в космосе!
Если кто смотрел фильм «Салют-7», то обратил внимание, что в кульминационный момент космонавты срубают непослушный колпак с датчика совсем другим молотком.
И это так. Тот молоток, о котором я рассказал, он для работы внутри станции. А для наружных работ совсем другой набор инструментов, и там свой молоток, более увесистый. Этот набор также представлен в музее.
Но кто разрабатывал и изготавливал эти молотки мне не известно.
Как должен храниться инструмент на станции, я не знал. Только в музее увидел эти аккуратные, продуманные панели для инструментов. Отдельно для работы внутри станции, отдельно для наружных работ.
Что можно ещё сказать? Дай Бог каждому мужику, чтобы у него инструмент в домашней мастерской хранился также аккуратно, как на космической станции!
Мне лично, в своей домашней мастерской, космического порядка пока достичь не удалось…
Автор Aleksandr on Янв 4th, 2017 в рубрике Приборы. Вы можете следить за комментариями к записи через RSS 2.0. Вы можете оставить комментарий или отправить трекбек на эту запись
Кадры о работе на космической станции мы часто видим по телевизору. Космонавты праздно летают по кораблю, развлекаются в условиях невесомости, да кушают деликатесы замысловатыми способами. Со стороны можно подумать, что они летают туда на отдых, хотя это конечно только со стороны.
Космонавтам постоянно приходится выполнять сложные и трудоемкие операции, по поддержанию в космосе жизнеспособности станции. Вот например пробило солнечную батарею и вся МКС осталась на какое то время без электропитания. Нужно срочно приступать к ремонту.
У каждого земного мастера есть обязательный набор инструментов: молоток, гаечный ключ, пила и какие ни будь кусачки, вот только в космосе свои законы. В космосе если ударить молотком о корабль космонавт отскочит от него как мячик. Ведь он намного легче корабля. Та же ситуация и с закручиванием болта, корабль тяжелее и вокруг болта придется крутиться космонавту. Поэту для работы в космосе нужны специальные инструменты.
Самое первое правило в космосе – зафиксироваться. Для этого на станции есть стремена, которые фиксируют, да и упереться в них можно. Космический молоток на первый взгляд ничем не отличается от своего земного собрата, но ударная часть космического молотка полая. Внутри неё приблизительно до половины объёма засыпана металлическая дробь. В момент удара шарики стремительно перемещаются вниз и гасят энергию отдачи. Поэтому космический молоток не отскакивает при ударе.
Все инструменты сделаны с учетом того, что космонавт работает в скафандре. Попробуйте в толстых рукавицах вставить нитку в иголку – мучительное занятие. Точно так же и космонавт должен постоянно мирится с неудобствами. Каждым движением приходится преодолевать сопротивление много килограммовой конструкции и давления воздуха внутри скафандра. Поэтому инструмент в космосе должен: быть простым в обращении и экономить силы.
Гаечный ключ космонавта намертво сцепляется с головкой болта и никуда не денется. Можно вращать и крутить даже с какими ни будь передышками или занять рабочую позу. Так и инструмент не улетит и болт не выпадет.
Кусачки тоже сконструированы удобно. Их ручки играют роль рычага. Чем больше длина ручки, тем меньше нужно приложить сил чтоб перекусить толстую стальную проволоку.
Даже на Земле работая с инструментами нужно проявлять осторожность. У хорошего плотника пила наточена как скальпель. Представляете, что будет если в открытом космосе повредить скафандр. Поэтому конструкторы снабдили космическую пилу хитроумным защитным кожухом. У такой пилы мелкие зубчики. Их высота меньше, чем толщина защитного слоя скафандра.
Прогресс не стоит на месте. Ремонтировать в космосе научились, пора строить. А значит, потребуется новый инструмент и новые рабочие руки!
5. Можно ли в космическом корабле пользоваться молотком?
Почему обычным молотком пользоваться в космосе сложнее?
Вакуум–это среда, где есть какие-то молекулы, но их так мало, что они никогда не сталкиваются.
В космосе не то что сложно, а практически невозможно пользоваться обычным молотком. Это происходит, потому что на земле и в космосе разные условия.
Конструкция молотка на земле сделана по принципу получения большей кинетической энергии, то есть, чем больше скорость замаха и масса самого молотка, тем сильнее удар.
На земле мы работаем молотком, используя точку опоры — пол. В космосе нет точки опоры, нет низа, и все имеют нулевой вес, когда космонавт ударит молотком, это будет выглядеть как столкновение двух тел, у которых есть кинетическая энергия, космонавта просто начнёт крутить из стороны в сторону, а то почему он ударил, отлетит в сторону, потому что они сами по себе они ни к чему «не привязаны». По этому нужно работать молотком относительно чего-то, например можно закрепить молоток на корпусе того, почему надо ударить, так что бы молоток был не сам по себе, а имел точку опоры.
В недавнее время создали молоток для работы в космосе, по форме он не сильно отличается от молотка, каким работают на стройке, но всё же есть отличие, которое позволяет гасить отдачу при ударе. Его особенность заключается в полом строении бойка, в котором находится дробь. Особая ребристая рукоять не даёт выскользнуть молотку из руки.
