stringtranslate.com

Космический скафандр

Скафандр «Аполлон», который носил астронавт Базз Олдрин во время миссии «Аполлон-11»
Скафандр «Орлан», надетый астронавтом Майклом Финком за пределами Международной космической станции.
Космический скафандр «Фэйтянь» экспонируется в Национальном музее Китая

Космический костюм (или скафандр ) — это защитный костюм, используемый для защиты от суровых условий открытого космоса , в основном от вакуума как высокоспециализированный скафандр , а также от экстремальных температур, радиации и микрометеоритов . Базовые скафандры надеваются в качестве меры предосторожности внутри космических кораблей в случае потери давления в кабине . Для выхода в открытый космос (EVA) надеваются более сложные скафандры, оснащенные портативной системой жизнеобеспечения .

Скафандры обычно необходимы в условиях низкого давления выше предела Армстронга , на высоте около 19 000 м (62 000 футов) над Землей. Космические скафандры дополняют скафандры сложной системой оборудования и экологическими системами, разработанными для поддержания комфорта пользователя и минимизации усилий, необходимых для сгибания конечностей, противостоя естественной тенденции мягкой скафандры застывать под действием вакуума. Часто используется автономная система подачи кислорода и контроля окружающей среды, чтобы обеспечить полную свободу движений, независимую от космического корабля.

Существует три типа скафандров для разных целей: IVA (внутрикорабельная деятельность), EVA (внекорабельная деятельность) и IEVA (внутри/внекорабельная деятельность). Костюмы IVA предназначены для ношения внутри герметичного космического корабля, и поэтому они легче и удобнее. Костюмы IEVA предназначены для использования внутри и снаружи космического корабля, например, костюм Gemini G4C . Они включают в себя большую защиту от суровых условий космоса, таких как защита от микрометеоритов и экстремальных перепадов температур. Костюмы EVA, такие как EMU , используются вне космического корабля, либо для исследования планет, либо для выхода в открытый космос. Они должны защищать владельца от всех условий космоса, а также обеспечивать мобильность и функциональность. [1]

Первые скафандры полного давления для использования на экстремальных высотах были разработаны отдельными изобретателями еще в 1930-х годах. Первым космическим скафандром, который надел человек в космосе, был советский скафандр СК-1 , который носил Юрий Гагарин в 1961 году. С тех пор космические скафандры носили и на околоземной орбите, и в пути, и на поверхности Луны .

Требования

Космические скафандры, используемые для работы на Международной космической станции.

Космический костюм должен выполнять несколько функций, чтобы позволить его владельцу безопасно и комфортно работать внутри или снаружи космического корабля. Он должен обеспечивать:

Вторичные требования

Слева направо: Маргарет Р. (Ри) Седдон, Кэтрин Д. Салливан, Джудит А. Резник, Салли К. Райд, Анна Л. Фишер и Шеннон В. Люсид — первые шесть женщин-астронавтов США стоят с персональным спасательным устройством — сферическим шаром жизнеобеспечения для экстренной эвакуации людей в космосе.

Усовершенствованные скафандры лучше регулируют температуру тела астронавта с помощью костюма с жидкостным охлаждением и вентиляцией (LCVG), контактирующего с кожей астронавта, из которого тепло отводится в космос через внешний радиатор в PLSS.

Дополнительные требования к EVA включают:

Слои скафандра.

Как часть контроля астронавтической гигиены (т. е. защиты астронавтов от экстремальных температур, радиации и т. д.), скафандр необходим для внекорабельной деятельности. Костюм Apollo/Skylab A7L включал в себя одиннадцать слоев: внутреннюю подкладку, LCVG, камеру давления, ограничительный слой, еще одну подкладку и термическую микрометеороидную одежду, состоящую из пяти алюминизированных изоляционных слоев и внешнего слоя белой орто-ткани. Этот скафандр способен защищать астронавта от температур в диапазоне от −156 °C (−249 °F) до 121 °C (250 °F). [ необходима цитата ]

Во время исследования Луны или Марса существует вероятность того, что лунная или марсианская пыль будет удерживаться на скафандре. Когда скафандр снимается по возвращении на космический корабль, существует вероятность того, что пыль загрязнит поверхности и увеличит риск вдыхания и воздействия на кожу. Специалисты по гигиене астронавтики тестируют материалы с сокращенным временем удержания пыли и потенциалом для контроля рисков воздействия пыли во время исследования планет. Также изучаются новые подходы к входу и выходу, такие как порты для скафандров .

В космических скафандрах НАСА связь осуществляется через надеваемую на голову шапку, которая включает в себя наушники и микрофон. Из-за расцветки версии, используемой для Apollo и Skylab , которая напоминала расцветку персонажа комиксов Снупи , эти шапки стали называть « шапками Снупи ».

Рабочее давление

Астронавт Стивен Г. Маклин делает предварительный вдох перед выходом в открытый космос

Как правило, для обеспечения достаточного количества кислорода для дыхания скафандр, использующий чистый кислород, должен иметь давление около 32,4 кПа (240 торр; 4,7 фунта на квадратный дюйм), что равно парциальному давлению кислорода в атмосфере Земли на уровне моря 20,7 кПа (160 торр; 3,0 фунта на квадратный дюйм), плюс 5,3 кПа (40 торр; 0,77 фунта на квадратный дюйм) давления CO2 [ необходима ссылка ] и 6,3  кПа (47  торр ; 0,91  фунта на квадратный дюйм ) давления водяного пара , оба из которых должны быть вычтены из альвеолярного давления , чтобы получить парциальное давление альвеолярного кислорода в 100% кислородной атмосфере, по уравнению альвеолярного газа . [2] Последние две цифры в сумме составляют 11,6 кПа (87 торр; 1,7 фунта на квадратный дюйм), поэтому многие современные скафандры используют не 20,7 кПа (160 торр; 3,0 фунта на квадратный дюйм), а 32,4 кПа (240 торр; 4,7 фунта на квадратный дюйм) (это небольшая перекоррекция, поскольку альвеолярное парциальное давление на уровне моря немного меньше первого). В скафандрах, использующих 20,7 кПа, астронавт получает только 20,7 кПа − 11,6 кПа = 9,1 кПа (68 торр; 1,3 фунта на квадратный дюйм) кислорода, что примерно соответствует альвеолярному парциальному давлению кислорода, достигаемому на высоте 1860 м (6100 футов) над уровнем моря. Это составляет около 42% от нормального парциального давления кислорода на уровне моря, примерно столько же, сколько давление в коммерческом пассажирском реактивном самолете , и является реалистичным нижним пределом безопасного давления обычного скафандра, который обеспечивает разумную работоспособность.

Предварительное дыхание кислородом

Когда космические скафандры ниже определенного рабочего давления используются на кораблях, которые герметизированы до нормального атмосферного давления (например, Space Shuttle ), это требует от астронавтов "предварительного дыхания" (то есть предварительного дыхания чистым кислородом в течение определенного периода) перед тем, как надеть скафандры и сбросить давление в воздушном шлюзе. Эта процедура очищает организм от растворенного азота, чтобы избежать декомпрессионной болезни из-за быстрой разгерметизации из азотсодержащей атмосферы. [1]

В американском космическом челноке давление в кабине было снижено с нормального атмосферного до 70 кПа (что эквивалентно высоте около 3000 м) в течение 24 часов перед выходом в открытый космос, а после надевания скафандра — 45-минутный период предварительного дыхания чистым кислородом перед декомпрессией до рабочего давления EMU 30 кПа. На МКС нет снижения давления в кабине, вместо этого используется 4-часовой предварительный вдох кислорода при нормальном давлении в кабине для десатурации азота до приемлемого уровня. Американские исследования показывают, что быстрая декомпрессия со 101 кПа до 55 кПа имеет приемлемый риск, а российские исследования показывают, что прямая декомпрессия со 101 кПа до 40 кПа после 30 минут предварительного дыхания кислородом, что примерно соответствует времени, необходимому для проверки скафандра перед выходом в открытый космос, является приемлемой. [1]

Физиологические эффекты незащищенного пребывания в космосе

Человеческое тело может кратковременно выживать в жестком вакууме космоса без защиты, [3] несмотря на противоположные изображения в некоторых популярных научных произведениях . Сознание сохраняется до 15 секунд, поскольку наступают последствия кислородного голодания . Эффекта мгновенной заморозки не происходит, поскольку все тепло должно быть потеряно через тепловое излучение или испарение жидкостей, а кровь не закипает, поскольку она остается под давлением внутри тела, но человеческая плоть расширяется примерно в два раза от своего объема из-за эбуллизма в таких условиях, создавая визуальный эффект бодибилдера, а не переполненного воздушного шара. [4]

В космосе существуют высокоэнергетические субатомные частицы , которые могут вызывать радиационные повреждения , нарушая важные биологические процессы. Воздействие радиации может создавать проблемы двумя способами: частицы могут реагировать с водой в организме человека, производя свободные радикалы , которые расщепляют молекулы ДНК, или напрямую расщепляя молекулы ДНК. [1] [5]

Температура в космосе может сильно различаться в зависимости от воздействия источников лучистой энергии. Температура от солнечного излучения может достигать 250 °F (121 °C), а при его отсутствии опускаться до −387 °F (−233 °C). Из-за этого скафандры должны обеспечивать достаточную изоляцию и охлаждение для условий, в которых они будут использоваться. [1]

Вакуумная среда космоса не имеет давления, поэтому газы будут расширяться, а открытые жидкости могут испаряться. Некоторые твердые вещества могут сублимироваться . Необходимо надевать костюм, который обеспечивает достаточное внутреннее давление тела в космосе. [1] [6] Самая непосредственная опасность заключается в попытке задержать дыхание во время взрывной декомпрессии , поскольку расширение газа может повредить легкие из-за разрыва от чрезмерного расширения. Эти эффекты были подтверждены различными несчастными случаями (в том числе в условиях очень большой высоты, в открытом космосе и в учебных вакуумных камерах ). [3] [7] Кожа человека не нуждается в защите от вакуума и сама по себе является газонепроницаемой. [4] Ее нужно только механически ограничить, чтобы она сохраняла свою нормальную форму, а внутренние ткани — свой объем. Этого можно добиться с помощью плотно прилегающего эластичного костюма и шлема для удержания дыхательных газов , известного как костюм для космической деятельности (SAS). [ требуется пояснение ] [ требуется цитата ]

Концепции дизайна

Нашивка NASA Extravehicular Mobility Unit Vitruvian Spaceman (версия Space Shuttle с тремя звездами, символизирующими программы NASA по пилотируемым космическим полетам )

Космический скафандр должен позволять пользователю свободно двигаться. Почти все конструкции стремятся поддерживать постоянный объем независимо от движений, которые совершает пользователь. Это связано с тем, что для изменения объема системы постоянного давления требуется механическая работа . Если сгибание сустава уменьшает объем скафандра, то астронавт должен выполнять дополнительную работу каждый раз, когда он сгибает этот сустав, и ему приходится поддерживать силу, чтобы удерживать сустав согнутым. Даже если эта сила очень мала, постоянная борьба со своим скафандром может быть серьезно утомительной. Это также сильно затрудняет тонкие движения. Работа, необходимая для сгибания сустава, определяется формулой

где V i и V f — начальный и конечный объемы соединения соответственно, P — давление в костюме, а W — результирующая работа. В целом верно, что все костюмы более подвижны при более низких давлениях. Однако, поскольку минимальное внутреннее давление диктуется требованиями жизнеобеспечения, единственным способом дальнейшего снижения работы является минимизация изменения объема.

Все конструкции скафандров пытаются минимизировать или устранить эту проблему. Наиболее распространенным решением является формирование скафандра из нескольких слоев. Слой пузыря представляет собой резиновый, герметичный слой, очень похожий на воздушный шар. Ограничительный слой выходит за пределы пузыря и обеспечивает определенную форму костюма. Поскольку слой пузыря больше, чем ограничительный слой, ограничитель принимает на себя все напряжения, вызванные давлением внутри костюма. Поскольку пузырь не находится под давлением, он не «лопнет», как воздушный шар, даже если его проколоть. Ограничительный слой сформирован таким образом, что сгибание сустава приводит к тому, что карманы ткани, называемые «клиньями», открываются снаружи сустава, в то время как складки, называемые «извитками», складываются внутри сустава. Клинья восполняют объем, потерянный внутри сустава, и поддерживают костюм в почти постоянном объеме. Однако, как только клинья полностью открыты, сустав не может быть сгнут дальше без значительного объема работы.

В некоторых российских скафандрах полосы ткани плотно обматывали руки и ноги космонавта снаружи скафандра, чтобы предотвратить раздувание скафандра во время нахождения в космосе. [ необходима цитата ]

Самый внешний слой скафандра — термомемориальная одежда — обеспечивает теплоизоляцию, защиту от микрометеоритов и вредного солнечного излучения .

Существует четыре основных концептуальных подхода к проектированию костюмов:

Экспериментальный жесткий скафандр НАСА AX-5 (1988)

Мягкие костюмы

Мягкие костюмы обычно изготавливаются в основном из тканей. Все мягкие костюмы имеют некоторые жесткие части; некоторые даже имеют жесткие подшипники сочленений. Внутрикорабельная активность и ранние костюмы для выхода в открытый космос были мягкими костюмами. [ необходима цитата ]

Костюмы из жесткой ткани

Жесткие костюмы обычно изготавливаются из металла или композитных материалов и не используют ткань для соединений. Соединения жестких костюмов используют шарикоподшипники и клиновидные сегменты, похожие на регулируемый коленчатый патрубок печной трубы, чтобы обеспечить широкий диапазон движений руками и ногами. Соединения поддерживают постоянный объем воздуха внутри и не имеют никакой противодействующей силы. Поэтому астронавту не нужно прилагать усилий, чтобы удерживать костюм в любом положении. Жесткие костюмы также могут работать при более высоких давлениях, что исключает необходимость для астронавта предварительно вдыхать кислород, чтобы использовать скафандр 34 кПа (4,9 фунта на квадратный дюйм) перед выходом в открытый космос из кабины космического корабля с давлением 101 кПа (14,6 фунта на квадратный дюйм). Соединения могут оказаться в ограниченном или заблокированном положении, требующем от астронавта манипулировать или программировать соединение. [ необходимо разъяснение ] Экспериментальный жесткий скафандр AX-5 исследовательского центра имени Эймса НАСА имел рейтинг гибкости 95%. Владелец мог перемещаться в 95% положений, которые он мог бы занять без костюма. [ необходима ссылка ]

Гибридные костюмы

Гибридные костюмы имеют твердые и тканевые части. В блоке внекорабельной мобильности (EMU) NASA используется жесткий верхний торс из стекловолокна (HUT) и тканевые конечности. [ необходима цитата ] Костюм I-Suit от ILC Dover заменяет HUT на мягкий тканевый верх торса для экономии веса, ограничивая использование жестких компонентов подшипниками суставов, шлемом, поясным уплотнителем и задним входным люком. [ необходима цитата ] Практически все работоспособные конструкции космических скафандров включают жесткие компоненты, особенно в таких интерфейсах, как поясной уплотнитель, подшипники и, в случае скафандров с задним входом, задний люк, где полностью мягкие альтернативы нецелесообразны.

Обтягивающие костюмы

Обтягивающие костюмы, также известные как механические противодавление костюмы или костюмы для космической деятельности, являются предлагаемой конструкцией, которая будет использовать тяжелое эластичное тело чулок для сжатия тела. Голова находится в герметичном шлеме, но остальная часть тела находится под давлением только за счет эластичного эффекта костюма. Это смягчает проблему постоянного объема, [ требуется ссылка ] снижает вероятность разгерметизации скафандра и делает костюм очень легким. Когда они не надеты, эластичная одежда может показаться одеждой для маленького ребенка. Эти костюмы может быть очень трудно надевать, и возникают проблемы с обеспечением равномерного давления. Большинство предложений используют естественное потоотделение тела для сохранения прохлады. Пот легко испаряется в вакууме и может десублимироваться или осаждаться на объектах поблизости: оптике, датчиках, забрале астронавта и других поверхностях. Ледяная пленка и остатки пота могут загрязнять чувствительные поверхности и влиять на оптические характеристики.

Содействие развитию технологий

К родственным предшествующим технологиям относятся стратонавтический космический скафандр , противогаз, использовавшийся во Второй мировой войне , кислородная маска, использовавшаяся пилотами высотных бомбардировщиков во Второй мировой войне, высотный или вакуумный костюм, необходимый пилотам Lockheed U-2 и SR-71 Blackbird , водолазный костюм , ребризер , снаряжение для подводного плавания и многие другие.

Многие конструкции скафандров заимствованы из костюмов ВВС США, которые предназначены для работы в условиях «давления высотных самолетов» [1] , например, костюм Mercury IVA или Gemini G4C, или усовершенствованные спасательные костюмы для экипажа [8] .

Технология перчаток

Mercury IVA , первый американский скафандр, включал в себя фонари на кончиках перчаток для обеспечения визуальной помощи. По мере того, как росла необходимость в деятельности вне корабля, такие скафандры, как Apollo A7L, включали перчатки из металлической ткани под названием Chromel-r для предотвращения проколов. Чтобы сохранить лучшее чувство осязания у астронавтов, кончики пальцев перчаток были сделаны из силикона. С программой шаттла возникла необходимость в возможности управлять модулями космического корабля, поэтому скафандры ACES имели захват на перчатках. Перчатки EMU, которые используются для выхода в открытый космос, нагреваются, чтобы руки астронавта оставались в тепле. Перчатки Phase VI, предназначенные для использования с костюмом Mark III , являются первыми перчатками, разработанными с использованием «технологии лазерного сканирования, 3D-компьютерного моделирования, стереолитографии, технологии лазерной резки и обработки на станках с ЧПУ». [NASA, ILC Dover Inc. 1] Это позволяет производить более дешевое и точное оборудование, а также повышает детализацию подвижности и гибкости суставов.

Технологии жизнеобеспечения

До миссий Аполлона жизнеобеспечение в космических скафандрах было подключено к космической капсуле через кабель-пуповину . Однако в миссиях Аполлона жизнеобеспечение было сконфигурировано в съемной капсуле, называемой Портативной системой жизнеобеспечения , которая позволяла астронавту исследовать Луну без необходимости быть прикрепленным к космическому кораблю. Космический скафандр EMU, используемый для выхода в открытый космос, позволяет астронавту вручную контролировать внутреннюю среду скафандра. Костюм Mark III имеет рюкзак, содержащий около 12 фунтов жидкого воздуха для дыхания, наддува и теплообмена. [ требуется разъяснение ] [8]

Технология шлема

Разработка сфероидального купольного шлема стала ключом к балансу между необходимостью поля зрения, компенсацией давления и малым весом. Одним из неудобств некоторых скафандров является то, что голова зафиксирована лицом вперед и не может поворачиваться, чтобы смотреть вбок. Астронавты называют этот эффект «головой аллигатора». [ необходима цитата ]

Высотные костюмы

Прототип герметичного костюма, разработанный военным инженером Эмилио Эррерой для полета на стратосферном шаре.  1935 г.

Список моделей скафандров

Советские и российские модели костюмов

Модели костюмов США

Костюм SpaceX («костюм Starman»)

В феврале 2015 года SpaceX начала разработку скафандра для астронавтов, которые будут носиться в космической капсуле Dragon 2. [22] Его внешний вид был совместно разработан Хосе Фернандесом — голливудским художником по костюмам, известным своими работами для фильмов о супергероях и научно-фантастических фильмах , — и основателем и генеральным директором SpaceX Илоном Маском . [23] [24] Первые изображения скафандра были представлены в сентябре 2017 года. [25] Манекен, названный «Starman» (в честь одноименной песни Дэвида Боуи ), носил скафандр SpaceX во время первого запуска Falcon Heavy в феврале 2018 года. [26] [27] Для этого показательного запуска скафандр не был герметичным и не имел датчиков. [28]

Костюм, подходящий для вакуума, обеспечивает защиту от разгерметизации кабины с помощью единственного троса на бедре астронавта, который питает воздух и электронные соединения. Шлемы, которые печатаются на 3D-принтере, содержат микрофоны и динамики. Поскольку костюмы нуждаются в соединении троса и не обеспечивают защиту от радиации, они не используются для внекорабельной деятельности. Костюмы изготавливаются индивидуально для каждого астронавта. [29]

В 2018 году астронавты коммерческого экипажа НАСА Боб Бенкен и Даг Херли испытали скафандр внутри космического корабля Dragon 2, чтобы ознакомиться с ним. [30] Они носили его во время полета Crew Dragon Demo-2 , запущенного 30 мая 2020 года. [27] Костюм носят астронавты, участвующие в коммерческих миссиях программы Crew Program с участием SpaceX.

4 мая 2024 года SpaceX представила скафандр, разработанный для внекорабельной деятельности на основе костюма IVA для миссии Polaris Dawn в программе Polaris . Как и в случае со скафандром IVA, шлемы напечатаны на 3D-принтере , хотя шлем EVA включает в себя дисплей на лобовом стекле, предоставляющий информацию и камеру о показателях костюма во время работы. Он более мобильный, включает в себя новые теплоизоляционные ткани и материалы, используемые в межступенчатом отсеке Falcon и внешнем негерметичном багажнике Crew Dragon . [31]

Будущие контрактные костюмы NASA

1 июня 2022 года НАСА объявило, что выбрало конкурирующие компании Axiom Space и Collins Aerospace для разработки и поставки астронавтам скафандров и систем выхода в открытый космос следующего поколения для предварительного тестирования и последующего использования за пределами Международной космической станции, а также на поверхности Луны для пилотируемых миссий Artemis и подготовки к пилотируемым миссиям на Марс. [32] [33] [34]

Китайские модели костюмов

Новые технологии

Несколько компаний и университетов разрабатывают технологии и прототипы, которые представляют собой усовершенствования по сравнению с существующими космическими скафандрами.

Аддитивное производство

3D-печать (аддитивное производство) может использоваться для уменьшения массы жестких космических скафандров, сохраняя при этом высокую мобильность, которую они обеспечивают. Этот метод изготовления также позволяет потенциально изготавливать и ремонтировать скафандры на месте, что в настоящее время недоступно, но, вероятно, будет необходимо для исследования Марса. [45] Университет Мэриленда начал разработку прототипа жесткого скафандра, напечатанного на 3D-принтере, в 2016 году на основе кинематики AX -5 . Прототип сегмента руки предназначен для оценки в перчаточном боксе Лаборатории космических систем для сравнения мобильности с традиционными мягкими скафандрами. Первоначальные исследования были сосредоточены на возможности печати жестких элементов скафандра, дорожек подшипников, шарикоподшипников, уплотнений и уплотнительных поверхностей. [46]

Испытание перчаток астронавтов

Существуют определенные трудности в проектировании ловкой перчатки для скафандра, и существуют ограничения для текущих конструкций. По этой причине был создан Centennial Astronaut Glove Challenge , чтобы создать лучшую перчатку. Соревнования проводились в 2007 и 2009 годах, и еще одно запланировано. Конкурс 2009 года требовал, чтобы перчатка была покрыта слоем микрометеорита.

Ауда.X

Ауда.X

С 2009 года Австрийский космический форум [47] разрабатывает "Aouda.X", экспериментальный аналог марсианского скафандра, фокусирующийся на передовом человеко-машинном интерфейсе и бортовой вычислительной сети для повышения ситуационной осведомленности . Костюм предназначен для изучения векторов загрязнения в аналоговых средах планетарного исследования и создания ограничений в зависимости от режима давления, выбранного для моделирования.

С 2012 года для аналоговой миссии Mars2013 [48] Австрийского космического форума в Эрфуде , Марокко , у аналогового скафандра Aouda.X появился аналог в виде Aouda.S. [49] Это немного менее сложный скафандр, предназначенный в первую очередь для помощи в работе Aouda.X и позволяющий изучать взаимодействие между двумя (аналоговыми) астронавтами в похожих скафандрах.

Скафандры Aouda.X и Aouda.S были названы в честь вымышленной принцессы из романа Жюля Верна 1873 года « Вокруг света за восемьдесят дней» . Публичный макет Aouda.X (называемый Aouda.D) в настоящее время выставлен в ледяной пещере Дахштайн в Обертрауне , Австрия , после экспериментов, проведенных там в 2012 году. [50]

Аксиома Космос и Прада

В 2024 году на Международном астронавтическом конгрессе в Милане, Италия, компании Axiom Space и Prada продемонстрировали результаты продолжающегося сотрудничества по разработке скафандра для миссии NASA Artemis III. [34]

Био-костюм

Bio-Suit — это космический костюм, разрабатываемый в Массачусетском технологическом институте , который по состоянию на 2006 год состоял из нескольких прототипов голени. Bio-Suit подгоняется индивидуально под каждого пользователя с помощью лазерного сканирования тела. [ требуется обновление ]

Система космического скафандра «Созвездие»

2 августа 2006 года НАСА сообщило о планах выпустить Запрос предложений (RFP) на проектирование, разработку, сертификацию, производство и техническое обслуживание космического скафандра Constellation для удовлетворения потребностей программы Constellation . [51] НАСА предвидело, что один скафандр сможет обеспечить: выживаемость во время запуска, входа в атмосферу и прерывания полета; выход в открытый космос в условиях невесомости ; выход в открытый космос на поверхности Луны; и выход в открытый космос на поверхности Марса.

11 июня 2008 года НАСА заключило контракт на сумму 745 миллионов долларов США с компанией Oceaneering International на создание нового скафандра. [52]

Скафандр Final Frontier Design IVA

Скафандр Final Frontier Design IVA

Final Frontier Design (FFD) разрабатывает коммерческий полноценный космический скафандр IVA, первый из которых был завершен в 2010 году. [53] Костюмы FFD предназначены для использования в качестве легких, высокомобильных и недорогих коммерческих космических скафандров. С 2011 года FFD модернизировала конструкции, оборудование, процессы и возможности костюмов IVA. С момента основания FFD построила в общей сложности 7 сборок космических скафандров IVA (2016) для различных учреждений и клиентов и провела высокоточные испытания на людях на симуляторах, самолетах, в условиях микрогравитации и гипобарических камерах. FFD имеет Соглашение о космическом законе с Управлением коммерческих космических возможностей NASA для разработки и выполнения Плана оценки человеком костюма FFD IVA. [54] FFD классифицирует свои костюмы IVA в соответствии с их миссией: Terra для наземных испытаний, Stratos для полетов на большой высоте и Exos для орбитальных космических полетов. Каждая категория костюмов имеет различные требования к контролю производства, проверкам и материалам, но имеет схожую архитектуру.

I-костюм

I -Suit — прототип скафандра, также созданный ILC Dover, который включает в себя несколько улучшений конструкции по сравнению с EMU, включая мягкую верхнюю часть туловища, снижающую вес. И Mark III, и I-Suit принимали участие в ежегодных полевых испытаниях NASA Desert Research and Technology Studies (D-RATS), в ходе которых носители скафандра взаимодействуют друг с другом, а также с марсоходами и другим оборудованием.

Марк III

Mark III — прототип NASA, созданный ILC Dover, который включает в себя жесткую нижнюю часть туловища и смесь мягких и жестких компонентов. Mark III заметно более подвижен, чем предыдущие костюмы, несмотря на его высокое рабочее давление (57 кПа или 8,3 фунта на квадратный дюйм), что делает его костюмом «с нулевым предварительным дыханием», что означает, что астронавты смогут напрямую переходить из среды космической станции с одной атмосферой и смешанным газом, например, на Международной космической станции, в костюм, не рискуя получить декомпрессионную болезнь, которая может возникнуть при быстрой разгерметизации из атмосферы, содержащей азот или другой инертный газ.

МХ-2

MX-2 — это аналог скафандра, созданный в Лаборатории космических систем Мэрилендского университета . MX-2 используется [ когда? ] для испытаний нейтральной плавучести экипажа в Лаборатории исследований нейтральной плавучести Лаборатории космических систем. Приближая рабочую область настоящего скафандра для выхода в открытый космос, но не отвечая требованиям летного скафандра, MX-2 обеспечивает недорогую платформу для исследований в открытом космосе по сравнению с использованием скафандров EMU в таких учреждениях, как Лаборатория нейтральной плавучести НАСА .

MX-2 имеет рабочее давление 2,5–4 фунта на квадратный дюйм. Это костюм с задним входом, оснащенный стекловолоконным HUT . Воздух, охлаждающая вода LCVG и питание являются системами открытого контура, поставляемыми через шлангокабель . Костюм содержит компьютер Mac Mini [ требуется ссылка ] для сбора данных датчиков, таких как давление костюма, температура воздуха на входе и выходе и частота сердечных сокращений. [55] Изменяемые по размеру элементы костюма и регулируемый балласт позволяют костюму вмещать субъектов ростом от 68 до 75 дюймов (170–190 см) и весом в 120 фунтов (54 кг). [ требуется разъяснение ] [56]

костюм Северной Дакоты

Начиная с мая 2006 года, пять колледжей Северной Дакоты сотрудничали над новым прототипом космического скафандра, финансируемым грантом в размере 100 000 долларов США от НАСА, чтобы продемонстрировать технологии, которые могут быть включены в планетарный костюм. Костюм был испытан в бесплодных землях Национального парка Теодора Рузвельта на западе Северной Дакоты. Костюм имеет массу 47 фунтов (21 кг) без рюкзака жизнеобеспечения и стоит всего лишь часть стандартной стоимости в 12 000 000 долларов США для летного скафандра НАСА. [57] Костюм был разработан всего за год студентами из Университета Северной Дакоты , штата Северная Дакота , штата Дикинсон , государственного колледжа науки и колледжа Turtle Mountain Community College . [58] Мобильность костюма Северной Дакоты можно объяснить его низким рабочим давлением; В то время как костюм North Dakota испытывался в полевых условиях при перепаде давления в 1 фунт на квадратный дюйм (6,9 кПа; 52 торр), костюм EMU от NASA работает при давлении 4,7 фунта на квадратный дюйм (32 кПа; 240 торр), давлении, рассчитанном на обеспечение парциального давления кислорода примерно на уровне моря для дыхания (см. обсуждение выше).

ПКС

Костюм-прототип NASA eXploration Suit (PXS), как и Z-серия, представляет собой костюм с задним входом, совместимый с портами для костюмов. [59] Костюм имеет компоненты, которые могут быть напечатаны на 3D-принтере во время миссий в соответствии с различными спецификациями, чтобы соответствовать разным людям или меняющимся требованиям к мобильности. [60]

Suitports

Порт для костюма — это теоретическая альтернатива шлюзу , разработанная для использования в опасных условиях и в пилотируемых космических полетах , особенно при исследовании поверхности планет . В системе порта для костюма скафандр с задним входом крепится и герметично прикрепляется к внешней стороне космического корабля, так что астронавт может войти и запечатать костюм, а затем выйти в открытый космос без необходимости в шлюзе или разгерметизации кабины космического корабля. Порты для костюмов требуют меньшей массы и объема, чем воздушные шлюзы, обеспечивают защиту от пыли и предотвращают перекрестное загрязнение внутренней и внешней среды. Патенты на конструкции портов для костюмов были поданы в 1996 году Филиппом Калбертсоном-младшим из Исследовательского центра Эймса НАСА и в 2003 году Йоргом Беттчером, Стивеном Рэнсомом и Фрэнком Стейнсиком. [61] [62]

Z-серия

Костюм серии Z-1

В 2012 году NASA представило космический костюм Z-1, первый в серии Z-прототипов космических костюмов, разработанных NASA специально для планетарной внекорабельной деятельности. Космический костюм Z-1 включает в себя акцент на мобильности и защите для космических миссий. Он имеет мягкий торс по сравнению с жестким торсом, который можно было увидеть в предыдущих космических скафандрах NASA EVA, что снижает массу. [63] Он был назван «костюмом Базза Лайтера» из-за его зеленых полос в дизайне.

В 2014 году НАСА опубликовало дизайн прототипа Z-2, следующей модели в серии Z. НАСА провело опрос, в котором попросило общественность принять решение о дизайне скафандра Z-2. Дизайны, созданные студентами-модельерами из Филадельфийского университета, были «Технологии», «Тенденции в обществе» и «Биомимикрия». [64] Победил дизайн «Технологии», и прототип был построен с использованием таких технологий, как 3D-печать . Костюм Z-2 также будет отличаться от костюма Z-1 тем, что туловище возвращается к твердой оболочке, как это видно в костюме EMU НАСА . [65] [66]

В художественной литературе

Самая ранняя космическая фантастика игнорировала проблемы путешествия в вакууме и отправляла своих героев в космос без какой-либо специальной защиты. Однако в конце 19 века появилась более реалистичная разновидность космической фантастики, в которой авторы пытались описать или изобразить космические скафандры, которые носили их персонажи. Эти вымышленные костюмы различаются по внешнему виду и технологиям и варьируются от весьма аутентичных до совершенно невероятных.

Очень ранний вымышленный рассказ о космических скафандрах можно увидеть в романе Гаррета П. Сервисса «Завоевание Марса Эдисоном» (1898). Более поздние серии комиксов, такие как «Бак Роджерс» (1930-е годы) и «Дэн Дэр» (1950-е годы), также представляли свои собственные интерпретации дизайна космических скафандров. Авторы научной фантастики, такие как Роберт А. Хайнлайн, внесли свой вклад в разработку вымышленных концепций космических скафандров.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefg Томас, Кеннет С.; Макманн, Гарольд Дж. (23 ноября 2011 г.). Американские скафандры . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4419-9566-7.
  2. ^ Мартин, Лоуренс. «Четыре самых важных уравнения в клинической практике». GlobalRPh . Дэвид Маколи . Получено 19 июня 2013 г. .
  3. ^ ab Bellows, Alan (27 ноября 2006 г.). "Outer Space Exposure". Чертовски интересно . Статья № 237. Получено 19 июня 2013 г.
  4. ^ ab Springel, Mark (30 июля 2013 г.). «Человеческое тело в космосе: как отличить факт от вымысла». Высшая школа искусств и наук Гарвардского университета . Получено 6 октября 2023 г.
  5. ^ "Space Radiation Analysis Group". NASA, Johnson Space Center . NASA. Архивировано из оригинала 18 февраля 2015 года . Получено 16 февраля 2015 года .
  6. ^ Ханслмейер, Арнольд (1 января 2002 г.). Солнце и космическая погода (иллюстрированное издание). Springer Science & Business Media. стр. 166–67. ISBN 1-4020-0684-5.
  7. ^ «Спросите астрофизика: человеческое тело в вакууме». Представьте себе Вселенную! . NASA . Получено 14 декабря 2008 г. .
  8. ^ ab "NASA Spacesuits". NASA . Архивировано из оригинала 20 мая 2010 г. Получено 17 февраля 2015 г.
  9. ^ Кондюрин, Алексей (2012). Проектирование и изготовление крупных полимерных конструкций в космосе . Амстердам, Нидерланды: Elsevier . ISBN 978-0128168035.был предложен «скафандр» (Евгений Чертовский, инженер Института авиационной медицины, в 1931 году спроектировал первый полногерметичный скафандр для стратосферных полетов),
  10. ^ «Google Переводчик: скафандр на английский» . Гугл-переводчик . Проверено 17 марта 2024 г.
  11. ^ "Escafandra Estratonautica". Encyclopedia Astronautica . Mark Wade. Архивировано из оригинала 22 мая 2013 года . Получено 19 июня 2013 года .
  12. ^ "Wiley Post: Первое испытание высотных скафандров в Соединенных Штатах". Defense Technical Information Center . Получено 17 марта 2024 г.
  13. ^ Дженкинс, Деннис Р. (2012). Одеваемся для высоты: авиационные скафандры США, Wiley Post to Space Shuttle: авиационные скафандры США, Wiley Post to Space Shuttle None (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия, США: Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. ISBN 978-0160901102.
  14. ^ "Зигфрид Хансен, отец скафандра; изобретателю было 90". The New York Times . 24 июля 2002 г. Получено 9 февраля 2008 г.
  15. ↑ Джонс, Эрик (20 февраля 2006 г.). «Командирские полосы». Apollo Lunar Surface Journal . NASA. Архивировано из оригинала 28 июня 2021 г. Получено 7 апреля 2019 г.
  16. ^ Томас и МакМанн 2006, стр. 38, 368
  17. ^ Томас и МакМанн 2006
  18. ^ "ACES". Encyclopedia Astronautica . Марк Уэйд. Архивировано из оригинала 30 мая 2013 г. Получено 19 июня 2013 г.
  19. ^ Корен, Марина (27 марта 2019 г.). «Первородный грех космических скафандров NASA». TheAtlantic.com . TheAtlantic Monthly Group . Получено 29 марта 2019 г. В 1990-х годах, через несколько лет после того, как первые американские женщины полетели в космос, сокращение бюджета заставило NASA урезать свою программу по созданию скафандров... Ограниченные размеры повлияли на некоторые обязанности астронавтов.
  20. ^ "SpaceX". SpaceX . Получено 4 мая 2024 г. .
  21. ^ Шейн Э. Джейкобс; Дональд Б. Тафтс; Дастин М. Гомерт (8–12 июля 2018 г.). «Разработка космического костюма для Ориона» (PDF) . 48-я Международная конференция по экологическим системам . Альбукерке, Нью-Мексико. Архивировано (PDF) из оригинала 6 июля 2019 г. . Получено 6 июля 2019 г. .
  22. ^ Райзман, Гарретт (27 февраля 2015 г.). "Заявление Гарретта Райзмана перед Подкомитетом по космосу Комитета по науке, космосу и технологиям Палаты представителей США" (PDF) . science.house.gov . Публикация Палатой представителей США документа SpaceX, предоставленного комитету. Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2018 г. . Получено 28 февраля 2015 г. . Crew Dragon несет достаточные запасы дыхательного газа, чтобы обеспечить безопасное возвращение на Землю в случае утечки до эквивалентного отверстия диаметром 0,25 дюйма. В качестве дополнительного уровня защиты экипаж будет носить скафандры, разработанные SpaceX, чтобы защитить их от чрезвычайной ситуации быстрой разгерметизации кабины еще большей серьезности. Скафандры и сам корабль будут рассчитаны на работу в условиях вакуума.
  23. ^ Мартин, Гай. «Человек, стоящий за новым космическим костюмом Америки: как Илон Маск перевел голливудского художника по костюмам Хосе Фернандеса из «Бэтмена» в НАСА». Forbes . Получено 3 июня 2020 г.
  24. ↑ Бобб, Брук (29 мая 2020 г.). «Новые костюмы SpaceX были созданы для супергероев, но что бы надела Чудо-женщина на орбиту?». Vogue . Получено 3 июня 2020 г.
  25. ^ Этерингтон, Даррелл (8 сентября 2017 г.). «Илон Маск делится первой фотографией скафандра SpaceX в полный рост». Tech Crunch . Получено 6 февраля 2018 г.
  26. ↑ Seemangal, Robin (6 февраля 2018 г.). «SPACEX УСПЕШНО ЗАПУСКАЕТ FALCON HEAVY—AND ELON MUSK'S ROADSTER». Wired . Получено 6 февраля 2018 г.
  27. ^ ab Спектор, Брэндон (8 февраля 2018 г.). «Скафандр SpaceX от Starman оставит вас мертвыми за считанные минуты». livescience.com . Получено 3 июня 2020 г. .
  28. ^ Оберхаус, Дэниел (6 февраля 2018 г.). «SpaceX только что запустила Tesla в космос на самой мощной ракете в мире». vice.com . Motherboard . Получено 8 февраля 2023 г. На пресс-конференции после запуска Маск заявил, что в скафандре нет никаких датчиков.
  29. ^ Хауэлл, Элизабет (22 мая 2020 г.). «Как элегантный скафандр SpaceX меняет моду астронавтов эпохи космических шаттлов». Space.com . Получено 3 июня 2020 г. .
  30. ↑ Кусер, Аманда (6 ноября 2018 г.). «Астронавты NASA тестируют скафандры SpaceX в Crew Dragon». cnet.com . Получено 9 ноября 2018 г.
  31. ^ "Polaris Dawn". Программа Polaris . Получено 20 августа 2024 г.
  32. ^ "NASA сотрудничает с промышленностью для новых услуг по выходу в открытый космос и высадке на Луну". NASA . 1 июня 2021 г. Получено 5 июня 2021 г.
  33. ^ "NASA выбирает Axiom Space и Collins Aerospace для контрактов на скафандры". SpaceNews . 1 июня 2022 г. Получено 14 июня 2022 г.
  34. ^ ab "Axiom Space, Prada представили дизайн скафандра для возвращения на Луну". Axiom Space . Получено 17 октября 2024 г. .
  35. ^ "为中华航天史册再添辉煌" . 国防科工委新闻宣传中心. 14 ноября 2005 года . Проверено 22 июля 2008 г.[ мертвая ссылка ]
  36. ^ "航天服充压实验" . 雷霆万钧. 19 сентября 2005 года. Архивировано из оригинала 22 декабря 2005 года . Проверено 24 июля 2008 г.
  37. ^ "中国最早研制的航天服为桔黄色 重10千克" . 雷霆万钧. 16 сентября 2005 года. Архивировано из оригинала 28 ноября 2005 года . Проверено 24 июля 2008 г.
  38. ^ "舱外航天服液冷服散热特性研究" . 北京航空航天大学图书馆. 1 марта 2000 года . Проверено 23 июля 2008 г.[ мертвая ссылка ]
  39. ^ «Свидетельские показания Джеймса Оберга: слушания в Сенате по науке, технологиям и космосу: Международная программа исследования космоса». SpaceRef . Рестон, Вирджиния: SpaceRef Interactive Inc. 27 апреля 2004 г. Архивировано из оригинала 10 сентября 2012 г. Получено 12 апреля 2011 г.
  40. ^ Seedhouse 2010, стр. 180
  41. ^ Малик, Тарик (8 ноября 2004 г.). «Китай наращивает усилия по пилотируемым космическим полетам». Space.com . TechMediaNetwork, Inc. Получено 19 июня 2013 г. .
  42. ^ "神七准备中俄产两套航天服 出舱者穿国产航天服".搜狐. 22 июля 2008 года . Проверено 22 июля 2008 г.[ мертвая ссылка ]
  43. ^ Сяо Цзе, ред. (1 июня 2007 г.). «Китайские производители астронавтов разрабатывают материал для скафандров для выхода в открытый космос». English.news.cn . Пекин: Информационное агентство Синьхуа . Архивировано из оригинала 25 января 2008 г. . Получено 1 июня 2007 г. .
  44. ^ "Китайские астронавты начинают подготовку к выходу в открытый космос". People's Daily Online . Пекин: Центральный комитет Коммунистической партии Китая . Информационное агентство Синьхуа. 18 июля 2007 г. Получено 1 августа 2007 г.
  45. ^ Бартлетт, Харрисон; Боузер, Джозеф; Каллехон Йерро, Карлос; Гарнер, Сара; Гулой, Лоуренс; Хнатов, Кристина; Калман, Джонатан; Сосис, Барам; Акин, Дэвид (16 июля 2017 г.). Изготовленные на месте космические костюмы для расширенных исследований и заселения. Международная конференция по экологическим системам 2017 г. Чарльстон, Южная Каролина . Получено 11 декабря 2018 г.
  46. ^ Гарнер, Сара; Карпентер, Лемюэль; Акин, Дэвид (8 июля 2018 г.). Разработка технологий и методов аддитивного производства подшипников и уплотнений скафандров. Международная конференция по экологическим системам 2018 г. Альбукерке, Нью-Мексико . Получено 11 декабря 2018 г.
  47. ^ "Spacesuit-simulator 'Aouda.X'". PolAres . Austrian Space Forum . Архивировано из оригинала 29 мая 2013 г. Получено 19 июня 2013 г.
  48. ^ "Моделирование аналогового поля Марса в Марокко 2013". PolAres . Австрийский космический форум . Получено 19 июня 2013 г. .
  49. ^ "Mars 2013 - Morocco Mars Analog Field Simulation" (пресс-релиз). Австрийский космический форум. Архивировано из оригинала 24 июня 2013 г. Получено 19 июня 2013 г.
  50. ^ "Aouda.D, ice princess". PolAres (блог). Австрийский космический форум . Получено 19 июня 2013 г.
  51. ^ "CONSTELLATION SPACE SUIT SYSTEM (CSSS), SOL NNJ06161022R". NASA Acquisition Internet Service . NASA. Архивировано из оригинала 30 июля 2009 г. Получено 19 июня 2013 г.
  52. ^ «Получите свой первый взгляд на следующий скафандр NASA». NBCNews.com . Associated Press. 12 июня 2008 г. Получено 19 июня 2013 г.
  53. ^ "Изобретатели представят частный скафандр в Нью-Йорке". Space.com . 16 июля 2010 г. Получено 17 июля 2010 г.
  54. ^ "NASA выбирает коммерческих космических партнёров для совместного партнёрства". 23 декабря 2014 г. Получено 24 декабря 2010 г.
  55. ^ "MARS Suit: MX-2". Лаборатория космических систем . Колледж-Парк, Мэриленд: Мэрилендский университет . Архивировано из оригинала 3 сентября 2012 г. Получено 19 июня 2013 г.
  56. ^ Jacobs, Shane E.; Akin, David L.; Braden, Jeffrey R. (17 июля 2006 г.). "Обзор системы и эксплуатация аналога скафандра нейтральной плавучести MX-2". Серия технических документов SAE . Международная конференция по экологическим системам. Том 1. SAE International . doi :10.4271/2006-01-2287. 2006-01-2287 . Получено 12 июня 2007 г.
  57. ^ Фройденрих, Крейг (14 декабря 2000 г.). «Как работают космические костюмы». HowStuffWorks . Атланта, Джорджия: Discovery Communications . Получено 19 июня 2013 г.
  58. ↑ MacPherson, James (7 мая 2006 г.). «Это один маленький шаг к миссии на Марс». The San Diego Union-Tribune . Associated Press . Получено 19 июня 2013 г.
  59. ↑ Хауэлл, Элизабет (25 августа 2015 г.). «Марсианин» показывает 9 способов, которыми технологии NASA направляются на Марс». space.com . Получено 18 декабря 2015 г.
  60. ^ "The Next Generation of Suit Technologies". NASA. 1 октября 2015 г. Архивировано из оригинала 15 декабря 2015 г. Получено 18 декабря 2015 г.
  61. ^ Калбертсон, Филип-младший (30 сентября 1996 г.). «Механизм стыковки Suitlock – Патент США 5697108». freepatentsonline.com . Получено 15 июня 2006 г. .
  62. ^ Boettcher, Joerg; Ransom, Stephen; Steinsiek, Frank (17 июля 2003 г.). «Устройство и способ надевания защитного костюма – Патент США 6959456». freepatentsonline.com . Получено 15 июня 2006 г.
  63. ^ Сотрудники TIME. "Космический костюм NASA Z-1". TIME . Журнал TIME. Архивировано из оригинала 20 февраля 2015 года . Получено 17 февраля 2015 года .
  64. ^ Киркпатрик, Ник. «Межгалактическая мода: следующий космический костюм НАСА». The Washington Post . Получено 17 февраля 2015 г.
  65. ^ CBC News (1 мая 2014 г.). "NASA представила новый скафандр для полета на Марс". CBC/Radio-Canada . Получено 17 февраля 2015 г.
  66. ^ "The NASA Z-2 Suit". NASA.gov . NASA. Архивировано из оригинала 29 марта 2014 года.
  1. ^ Грациози, Дэвид; Стайн, Джеймс; Росс, Эми; Космо, Джозеф (21 января 2011 г.). Фаза VI. Разработка и сертификация усовершенствованных перчаток для выхода в открытый космос для Международной космической станции (отчет).

Библиография

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Космические скафандры» .