Скафандр или скафандр — это одежда , которую носят для поддержания жизни человека в суровых условиях космического пространства , вакуума и экстремальных температур. Скафандры часто носят внутри космического корабля в качестве меры предосторожности на случай потери давления в кабине и необходимы для выхода в открытый космос (EVA), работы, выполняемой вне космического корабля. Для такой работы на околоземной орбите, на поверхности Луны и по пути обратно на Землю с Луны использовались скафандры. Современные скафандры дополняют базовый компрессионный костюм сложной системой оборудования и экологических систем, предназначенных для обеспечения комфорта пользователя и минимизации усилий, необходимых для сгибания конечностей, противодействуя естественной тенденции мягкого компрессионного костюма к жесткости под действием вакуума. Автономная система подачи кислорода и контроля окружающей среды часто используется, чтобы обеспечить полную свободу передвижения независимо от космического корабля.
Существуют 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 легче и удобнее. Костюмы IEVA предназначены для использования внутри и снаружи космического корабля, например, костюм Gemini G4C . Они включают в себя дополнительную защиту от суровых условий космоса, например, защиту от микрометеороидов и резких перепадов температур. Костюмы для выхода в открытый космос, такие как EMU , используются за пределами космических кораблей либо для исследования планет, либо для выходов в открытый космос. Они должны защищать пользователя от любых условий пространства, а также обеспечивать мобильность и функциональность. [1]
Некоторые из этих требований также применимы к скафандрам , которые носят для других специализированных задач, таких как высотные разведывательные полеты. На высоте выше предела Армстронга , около 19 000 м (62 000 футов), вода кипит при температуре тела, и необходимы герметические скафандры.
Первые скафандры полного давления для использования на экстремальных высотах были разработаны отдельными изобретателями еще в 1930-х годах. Первым скафандром, который носил человек в космосе, был советский скафандр СК-1 , который носил Юрий Гагарин в 1961 году.
Скафандр должен выполнять несколько функций, чтобы позволить пассажиру безопасно и комфортно работать внутри или снаружи космического корабля. Он должен обеспечить:
Усовершенствованные костюмы лучше регулируют температуру космонавта с помощью одежды с жидкостным охлаждением и вентиляцией (LCVG), контактирующей с кожей космонавта, из которой тепло сбрасывается в космос через внешний радиатор в PLSS.
Дополнительные требования для выхода в открытый космос включают в себя:
В рамках контроля космонавтической гигиены (т. е. защиты космонавтов от экстремальных температур, радиации и т. д.) скафандр необходим для выхода в открытый космос. Всего костюм Apollo /Skylab A7L включал одиннадцать слоев: внутренний подшлемник, LCVG, баллон давления, удерживающий слой, еще один подшлемник и термомикрометеороидную одежду, состоящую из пяти алюминизированных изоляционных слоев и внешнего слоя белой ортоткани. . Этот скафандр способен защитить космонавта от температур от -156 ° C (-249 ° F) до 121 ° C (250 ° F). [ нужна цитата ]
Во время исследования Луны или Марса на скафандре может остаться лунная или марсианская пыль. Когда скафандр будет снят по возвращении на космический корабль, существует вероятность загрязнения поверхностей пылью и увеличения риска ее вдыхания и воздействия на кожу. Космонавтические гигиенисты тестируют материалы с уменьшенным временем удержания пыли и возможностью контролировать риски воздействия пыли во время исследования планет. Также изучаются новые подходы к входу и выходу, такие как порты-костюмы .
В скафандрах НАСА связь осуществляется через надеваемую на голову шапочку с наушниками и микрофоном. Из-за окраски версии, использованной для «Аполлона» и « Скайлэба» , которая напоминала окраску персонажа комиксов Снупи , эти кепки стали известны как « кепки Снупи ».
Как правило, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода для дыхания , скафандр, использующий чистый кислород, должен иметь давление около 32,4 кПа (240 Торр; 4,7 фунтов на квадратный дюйм), равное парциальному давлению кислорода в земной атмосфере 20,7 кПа (160 Торр; 3,0 фунта на квадратный дюйм). атмосфера на уровне моря, плюс 5,3 кПа (40 Торр; 0,77 фунтов на квадратный дюйм) CO 2 [ нужна ссылка ] и 6,3 кПа (47 Торр ; 0,91 фунтов на квадратный дюйм ) давление водяного пара , оба из которых необходимо вычесть из альвеолярного давления , чтобы получить парциальный альвеолярный кислород. давление в атмосфере со 100% кислородом по уравнению альвеолярного газа . [2] Последние две цифры в сумме дают 11,6 кПа (87 Торр; 1,7 фунтов на квадратный дюйм), поэтому во многих современных скафандрах используется не 20,7 кПа (160 Торр; 3,0 фунтов на квадратный дюйм), а 32,4 кПа (240 Торр; 4,7 фунтов на квадратный дюйм) ( это небольшая чрезмерная коррекция, поскольку альвеолярное парциальное давление на уровне моря немного меньше, чем первое). В скафандрах, в которых используется давление 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 парциальному давлению альвеолярного кислорода, достигаемому на высоте 1860 м (6100 футов) над уровнем моря. уровень моря. Это около 42% нормального парциального давления кислорода на уровне моря, примерно такое же, как давление в коммерческом пассажирском реактивном самолете , и является реалистичным нижним пределом для безопасной наддува обычного скафандра, который обеспечивает достаточную работоспособность.
Когда на кораблях, находящихся под давлением до нормального атмосферного давления (таких как космический челнок ), используются скафандры с давлением ниже определенного рабочего давления , это требует от астронавтов «предварительного дыхания» (то есть предварительного дыхания чистым кислородом в течение определенного периода времени), прежде чем надеть скафандры. скафандры и разгерметизация воздушного шлюза. Эта процедура очищает организм от растворенного азота, чтобы избежать кессонной болезни из-за быстрой разгерметизации азотсодержащей атмосферы. [1]
В американском космическом корабле давление в кабине было снижено с нормального атмосферного до 70 кПа (что эквивалентно высоте около 3000 м) за 24 часа до выхода в открытый космос, а после надевания скафандра - 45-минутный период предварительного дыхания на чистом кислороде перед декомпрессией до рабочее давление ЭМУ 30кПа. На МКС нет снижения давления в кабине, вместо этого используется четырехчасовая предварительная вентиляция кислородом при нормальном давлении в кабине для десатурации азота до приемлемого уровня. Исследования в США 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, приемлема. [1]
Человеческое тело может кратковременно выжить в жестком космическом вакууме без защиты [3] , несмотря на противоположные описания в некоторых популярных научно-фантастических произведениях . Сознание сохраняется до 15 секунд, когда наступают последствия кислородного голодания . Эффекта мгновенного замораживания не происходит, поскольку все тепло должно теряться за счет теплового излучения или испарения жидкостей, а кровь не закипает, поскольку остается под давлением внутри тела. , но человеческая плоть увеличивается примерно в два раза из-за кипячения в таких условиях, создавая визуальный эффект бодибилдера, а не переполненного воздушного шара. [4]
В космосе существуют субатомные частицы с высокой энергией , которые могут вызвать радиационный ущерб , нарушая важные биологические процессы. Воздействие радиации может создать проблемы двумя способами: частицы могут вступать в реакцию с водой в организме человека, образуя свободные радикалы , которые разрывают молекулы ДНК, или непосредственно разрушая молекулы ДНК. [1] [5]
Температура в космосе может сильно различаться в зависимости от воздействия источников лучистой энергии. Температура солнечной радиации может достигать 250 ° F (121 ° C), а при ее отсутствии - до -387 ° F (-233 ° C). По этой причине скафандры должны обеспечивать достаточную изоляцию и охлаждение для условий, в которых они будут использоваться. [1]
В вакуумной среде космоса нет давления, поэтому газы будут расширяться, а открытые жидкости могут испаряться. Некоторые твердые вещества могут сублимироваться . Необходимо носить костюм, обеспечивающий достаточное внутреннее давление тела в пространстве. [1] [6] Самая непосредственная опасность заключается в попытке задержать дыхание во время взрывной декомпрессии, поскольку расширение газа может повредить легкие в результате чрезмерного расширения. Эти эффекты были подтверждены различными авариями (в том числе в условиях очень высокогорья, космического пространства и учебных вакуумных камер ). [3] [7] Кожа человека не нуждается в защите от вакуума и сама по себе газонепроницаема. [4] Его необходимо только механически зафиксировать, чтобы сохранить нормальную форму, а внутренние ткани — сохранить свой объем. Этого можно добиться с помощью плотно облегающего эластичного костюма и шлема для удержания дыхательных газов , известного как костюм для космической деятельности (SAS). [ нужны разъяснения ] [ нужна ссылка ]
Скафандр должен позволять пользователю естественные и беспрепятственные движения. Почти все модели стараются поддерживать постоянный объем независимо от движений пользователя. Это связано с тем, что для изменения объема системы с постоянным давлением необходима механическая работа . Если сгибание сустава уменьшает объем скафандра, то астронавту приходится выполнять дополнительную работу каждый раз, когда он сгибает этот сустав, и ему приходится сохранять силу, чтобы удерживать сустав согнутым. Даже если эта сила очень мала, постоянная борьба против своего костюма может быть очень утомительной. Это также очень затрудняет тонкие движения. Работа, необходимая для изгиба сустава, определяется формулой
где V i и V f — соответственно начальный и конечный объем сустава, P — давление в скафандре, а W — результирующая работа. В целом верно, что все костюмы более мобильны при более низком давлении. Однако, поскольку минимальное внутреннее давление продиктовано требованиями жизнеобеспечения, единственным способом дальнейшего снижения работы является минимизация изменения объема.
Все конструкции скафандров пытаются свести к минимуму или устранить эту проблему. Наиболее распространенное решение — собрать костюм из нескольких слоев. Слой мочевого пузыря представляет собой эластичный воздухонепроницаемый слой, очень похожий на воздушный шар. Ограничительный слой выходит за пределы мочевого пузыря и придает костюму определенную форму. Поскольку слой мочевого пузыря больше удерживающего слоя, удерживающий слой принимает на себя все напряжения, вызванные давлением внутри костюма. Поскольку мочевой пузырь не находится под давлением, он не «лопнет», как воздушный шарик, даже если его проткнут. Ограничительный слой имеет такую форму, что при изгибе соединения карманы ткани, называемые «канавками», открываются на внешней стороне соединения, а складки, называемые «извилистыми», складываются на внутренней стороне соединения. Канавки компенсируют объем, потерянный на внутренней стороне сустава, и поддерживают почти постоянный объем костюма. Однако, как только выступы раскрыты полностью, сустав невозможно согнуть дальше без значительных усилий.
В некоторых российских скафандрах полоски ткани были плотно обернуты вокруг рук и ног космонавта снаружи скафандра, чтобы скафандр не раздувался в космосе. [ нужна цитата ]
Самый внешний слой скафандра, Thermal Micrometeoroid Garment, обеспечивает теплоизоляцию, защиту от микрометеороидов и защиту от вредного солнечного излучения .
Существует четыре основных концептуальных подхода к дизайну:
Мягкие костюмы обычно изготавливаются в основном из тканей. Во всех мягких костюмах есть твердые части; у некоторых даже есть жесткие шарнирные подшипники. Для работы внутри корабля и первые костюмы для выхода в открытый космос были мягкими. [ нужна цитата ]
Костюмы с жесткой оболочкой обычно изготавливаются из металла или композитных материалов и не используют ткань для соединений. В соединениях жестких костюмов используются шарикоподшипники и сегменты клиновых колец, похожие на регулируемое колено печной трубы, что обеспечивает широкий диапазон движений рук и ног. В суставах поддерживается постоянный объем воздуха внутри и нет противодействия. Поэтому космонавту не нужно прилагать усилий, чтобы удерживать скафандр в любом положении. Жесткие скафандры также могут работать при более высоком давлении, что избавит космонавта от необходимости предварительно вдыхать кислород для использования скафандра с давлением 34 кПа (4,9 фунтов на квадратный дюйм) перед выходом в открытый космос из кабины космического корабля с давлением 101 кПа (14,6 фунтов на квадратный дюйм). Суставы могут оказаться в ограниченном или заблокированном положении, что потребует от космонавта манипулирования или программирования сустава. [ нужны разъяснения ] Экспериментальный скафандр AX-5 с твердым корпусом Исследовательского центра Эймса НАСА имел рейтинг гибкости 95%. Владелец мог принимать 95% позиций без костюма. [ нужна цитата ]
Гибридные костюмы состоят из твёрдых и тканевых частей. Подразделение внекорабельной мобильности НАСА (EMU) использует твердую верхнюю часть туловища (HUT) из стекловолокна и тканевые конечности. [ нужна цитата ] I-Suit от ILC Dover заменяет HUT тканевой мягкой верхней частью туловища для экономии веса, ограничивая использование твердых компонентов шарнирными подшипниками, шлемом, поясным уплотнением и задним входным люком. [ нужна ссылка ] Практически все работоспособные конструкции скафандров включают в себя твердые компоненты, особенно на стыках, таких как поясное уплотнение, подшипники, а в случае скафандров с задним входом - задний люк, где полностью мягкие альтернативы нежизнеспособны.
Плотно прилегающие костюмы, также известные как костюмы механического противодавления или костюмы для космической деятельности, представляют собой предлагаемую конструкцию, в которой для сжатия тела будет использоваться тяжелый эластичный чулок. Голова находится в герметичном шлеме, но остальная часть тела находится под давлением только за счет эластичного эффекта костюма. Это смягчает проблему постоянного объема, снижает вероятность разгерметизации скафандра и дает скафандр очень легкий . Если не носить эластичную одежду, она может выглядеть как одежда для маленького ребенка. Эти костюмы может быть очень сложно надеть, и могут возникнуть проблемы с обеспечением равномерного давления. В большинстве предложений для сохранения прохлады используется естественное потоотделение организма . Пот легко испаряется в вакууме и может десублимироваться или оседать на близлежащих объектах: оптике, датчиках, смотровом стекле космонавта и других поверхностях. Ледяная пленка и остатки пота могут загрязнить чувствительные поверхности и ухудшить оптические характеристики.
Связанные с предыдущими технологиями включают стратонавтический скафандр , противогаз , использовавшийся во Второй мировой войне , кислородную маску, использовавшуюся пилотами высотных бомбардировщиков во Второй мировой войне, высотный или вакуумный скафандр, необходимый пилотам Lockheed U-2. и SR-71 Blackbird , гидрокостюм , ребризер , снаряжение для подводного плавания и многие другие.
Многие конструкции скафандров взяты из скафандров ВВС США, которые предназначены для работы в «высотном давлении самолетов» [ 1] , таких как скафандр Mercury IVA или Gemini G4C, или усовершенствованные спасательные костюмы экипажа. . [8]
Mercury IVA , первый скафандр в США, включал в себя фонари на кончиках перчаток для визуальной помощи. По мере того, как росла потребность в выходах в открытый космос, в такие костюмы, как Apollo A7L, входили перчатки, сделанные из металлической ткани под названием Chromel-r, чтобы предотвратить проколы. Чтобы космонавты сохранили лучшее осязание, кончики пальцев перчаток были сделаны из силикона. В рамках программы шаттлов возникла необходимость управлять модулями космического корабля, поэтому скафандры ACES имели возможность захвата перчаток. Перчатки EMU, которые используются для выхода в открытый космос, нагреваются, чтобы согреть руки космонавта. 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 с ЧПУ». [НАСА, ILC Dover Inc. 1] Это позволяет удешевить и повысить точность производства, а также повысить детализацию подвижности и гибкости суставов.
До миссий «Аполлон» системы жизнеобеспечения в скафандрах подключались к космической капсуле посредством пуповины . Однако в миссиях «Аполлон» жизнеобеспечение было смонтировано в съемной капсуле под названием « Портативная система жизнеобеспечения» , которая позволяла астронавту исследовать Луну без необходимости прикрепляться к космическому кораблю. Скафандр EMU, используемый для выходов в открытый космос, позволяет космонавту вручную управлять внутренней средой скафандра. В костюме Mark III есть рюкзак, содержащий около 12 фунтов жидкого воздуха для дыхания, создания давления и теплообмена. [ необходимо разъяснение ] [8]
Разработка шлема со сфероидальным куполом сыграла ключевую роль в обеспечении баланса между необходимостью обеспечения поля зрения, компенсации давления и небольшого веса. Одним из неудобств некоторых скафандров является то, что голова зафиксирована вперед и невозможно повернуть, чтобы посмотреть в сторону. Астронавты называют этот эффект «головой аллигатора». [ нужна цитата ]
В феврале 2015 года SpaceX начала разработку скафандра для астронавтов, который можно будет носить в космической капсуле Dragon 2 . [17] Его внешний вид был разработан совместно 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 . [18] [19] Первые изображения скафандра были представлены в сентябре 2017 года. [20] Манекен под названием «Звездный человек» (в честь одноименной песни Дэвида Боуи ) носил скафандр SpaceX во время первого запуска. Falcon Heavy в феврале 2018 года. [21] [22] Для этого выставочного запуска скафандр не находился под давлением и не имел датчиков. [23]
Костюм, пригодный для работы в вакууме, обеспечивает защиту от разгерметизации кабины с помощью единственного троса на бедре космонавта, который подает воздух и электронные соединения. Шлемы, напечатанные на 3D-принтере, содержат микрофоны и динамики. Поскольку костюмы нуждаются в привязном соединении и не обеспечивают защиты от радиации, их не используют для деятельности вне транспортных средств. [24]
В 2018 году астронавты коммерческого экипажа НАСА Боб Бенкен и Даг Херли протестировали скафандр внутри космического корабля Dragon 2, чтобы ознакомиться со скафандром. [25] Они носили его во время полета Crew Dragon Demo-2, запущенного 30 мая 2020 года. [22] Костюм носят астронавты, участвующие в миссиях по программе коммерческих экипажей с участием SpaceX.
1 июня 2022 года НАСА объявило, что выбрало конкурирующие компании Axiom Space и Collins Aerospace для разработки и предоставления астронавтам скафандров следующего поколения и систем выхода в открытый космос для первых испытаний, а затем использования за пределами Международной космической станции, а также на поверхности Луны для экипажей. Миссии Артемиды и подготовка к экспедиции людей на Марс. [26] [27]
.JPG/1280px-Chinese_EVA_spacesuit_(1).JPG)
Несколько компаний и университетов разрабатывают технологии и прототипы, которые представляют собой усовершенствования по сравнению с нынешними скафандрами.
3D-печать (аддитивное производство) может использоваться для уменьшения массы скафандров с твердым корпусом, сохраняя при этом высокую мобильность, которую они обеспечивают. Этот метод изготовления также дает возможность изготавливать и ремонтировать скафандры на месте — возможность, которая в настоящее время недоступна, но, вероятно, будет необходима для исследования Марса. [38] В 2016 году Университет Мэриленда начал разработку прототипа жесткого костюма, напечатанного на 3D-принтере, на основе кинематики AX -5 . Прототип сегмента руки предназначен для оценки в перчаточном боксе Лаборатории космических систем для сравнения мобильности с традиционными мягкими костюмами. Первоначальные исследования были сосредоточены на возможности печати жестких элементов костюма, обойм подшипников, шарикоподшипников, уплотнений и уплотнительных поверхностей. [39]
Существуют определенные трудности в разработке ловких перчаток скафандра, а существующие конструкции имеют ограничения. По этой причине был создан конкурс Centennial Astronaut Glove Challenge , чтобы создать лучшую перчатку. Соревнования проводились в 2007 и 2009 годах, планируется еще один. Конкурс 2009 года требовал, чтобы перчатка была покрыта слоем микрометеоритов.
С 2009 года Австрийский космический форум [40] разрабатывает «Aouda.X», экспериментальный аналог марсианского скафандра, ориентированный на усовершенствованный человеко-машинный интерфейс и бортовую вычислительную сеть для повышения ситуационной осведомленности . Костюм предназначен для изучения векторов загрязнения в аналоговых средах планетарных исследований и создания ограничений в зависимости от режима давления, выбранного для моделирования.
С 2012 года для аналоговой миссии Mars2013 [41] Австрийского космического форума в Эрфуд , Марокко , у аналогового скафандра Aouda.X появился сестрёнка в виде Aouda.S. [42] Это немного менее сложный скафандр, предназначенный в первую очередь для помощи в операциях Aouda.X и для изучения взаимодействия между двумя (аналоговыми) астронавтами в одинаковых 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. [43]
Биокостюм — это костюм для космической деятельности , разрабатываемый в Массачусетском технологическом институте , который по состоянию на 2006 год [обновлять]состоял из нескольких прототипов голени. Биокостюм подбирается индивидуально для каждого пользователя с помощью лазерного сканирования тела. [ нужно обновить ]
2 августа 2006 года НАСА сообщило о планах выпустить запрос предложений (RFP) на проектирование, разработку, сертификацию, производство и техническое обслуживание скафандра Constellation для удовлетворения потребностей программы Constellation . [44] НАСА предвидело единый костюм, способный обеспечить: живучесть во время запуска, входа и прерывания; выход в открытый космос в невесомости ; выход в открытый космос на лунную поверхность; и выход в открытый космос на поверхность Марса.
11 июня 2008 года НАСА заключило с Oceaneering International контракт на сумму 745 миллионов долларов США на создание нового скафандра. [45]
Компания Final Frontier Design (FFD) разрабатывает коммерческий скафандр полного IVA, первый скафандр был завершен в 2010 году. [46] Скафандры FFD задуманы как легкие, высокомобильные и недорогие коммерческие скафандры. С 2011 года FFD модернизировала конструкцию, оборудование, процессы и возможности костюмов IVA. С момента основания FFD построила в общей сложности 7 скафандров IVA (2016 г.) для различных учреждений и клиентов, а также провела высокоточные испытания на людях на симуляторах, самолетах, в условиях микрогравитации и в гипобарических камерах. У FFD есть Соглашение о космосе с Управлением коммерческих космических возможностей НАСА по разработке и реализации Плана оценки человека для костюма FFD IVA. [47] 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 разные требования к производственному контролю, проверкам и материалам, но имеет схожую архитектуру.
I -Suit — это прототип скафандра, также созданный компанией ILC Dover, который включает в себя несколько конструктивных улучшений по сравнению с EMU, включая облегченную мягкую верхнюю часть туловища. И Mark III, и I-Suit принимали участие в ежегодных полевых испытаниях НАСА по исследованию и технологиям пустыни (D-RATS), во время которых обитатели скафандра взаимодействуют друг с другом, а также с марсоходами и другим оборудованием.
Mark III — это прототип НАСА, построенный компанией ILC Dover, который включает в себя жесткую нижнюю часть туловища и смесь мягких и твердых компонентов. Mark III заметно более мобилен, чем предыдущие скафандры, несмотря на его высокое рабочее давление (57 кПа или 8,3 фунта на квадратный дюйм), что делает его скафандром с нулевым предварительным дыханием, а это означает, что астронавты смогут переходить непосредственно из одной атмосферы. среду космической станции, например, на Международной космической станции, без риска декомпрессионной болезни, которая может возникнуть при быстрой разгерметизации атмосферы, содержащей азот или другой инертный газ.
MX-2 представляет собой аналог скафандра, созданный в Лаборатории космических систем Университета Мэриленда . MX-2 используется [ когда? ] для испытаний нейтральной плавучести с экипажем в Центре исследования нейтральной плавучести Лаборатории космических систем. Приблизительно приближаясь к рабочему диапазону реального костюма для выхода в открытый космос, но не отвечая требованиям летного костюма, MX-2 обеспечивает недорогую платформу для исследований в открытом космосе по сравнению с использованием костюмов EMU на таких объектах, как Лаборатория нейтральной плавучести НАСА .
MX-2 имеет рабочее давление 2,5–4 фунта на квадратный дюйм. Это костюм с задним входом и хижиной из стекловолокна . Воздух, охлаждающая вода LCVG и электропитание представляют собой системы с открытым контуром, подаваемые через шлангокабель . В костюме находится компьютер Mac Mini [ нужна ссылка ] для сбора данных с датчиков, таких как давление в костюме, температура воздуха на входе и выходе, а также частота сердечных сокращений. [48] Элементы костюма изменяемого размера и регулируемый балласт позволяют костюму вмещать людей ростом от 68 до 75 дюймов (170–190 см) и весом до 120 фунтов (54 кг). [ необходимо разъяснение ] [49]
Начиная с мая 2006 года пять колледжей Северной Дакоты совместно работали над прототипом нового скафандра, финансируемого за счет гранта НАСА в размере 100 000 долларов США, чтобы продемонстрировать технологии, которые могут быть включены в планетарный скафандр. Костюм был испытан в бесплодных землях Национального парка Теодора Рузвельта на западе Северной Дакоты. Скафандр имеет массу 47 фунтов (21 кг) без рюкзака жизнеобеспечения и стоит лишь часть стандартной стоимости скафандра НАСА, предназначенного для полетов, в 12 000 000 долларов США. [50] Костюм был разработан чуть более чем за год студентами Университета Северной Дакоты , штата Северная Дакота , штата Дикинсон , Государственного научного колледжа и общественного колледжа Черепаховой горы . [51] Мобильность костюма «Северная Дакота» объясняется низким рабочим давлением; в то время как костюм Северной Дакоты проходил полевые испытания при перепаде давления 1 фунт на квадратный дюйм (6,9 кПа; 52 Торр), костюм НАСА EMU работает при давлении 4,7 фунтов на квадратный дюйм (32 кПа; 240 Торр), давлении, рассчитанном на подачу примерно на уровне моря. парциальное давление кислорода для дыхания (см. обсуждение выше).
Прототип исследовательского костюма НАСА (PXS), как и серия Z, представляет собой костюм с задним входом, совместимый с портами костюма. [52] В костюме есть компоненты, которые можно напечатать на 3D-принтере во время миссий в соответствии с различными спецификациями, чтобы подходить различным людям или меняющимся требованиям к мобильности. [53]
Порт для костюмов является теоретической альтернативой шлюзовой камере , предназначенной для использования в опасных средах и при пилотируемых космических полетах , особенно при исследовании поверхности планет . В системе портов скафандра скафандр с задним входом прикрепляется и герметизируется снаружи космического корабля, так что астронавт может войти и запечатать скафандр, а затем выйти в открытый космос без необходимости использования шлюза или сброса давления в кабине космического корабля. . Порты для костюмов требуют меньше массы и объема, чем шлюзы, обеспечивают снижение уровня пыли и предотвращают перекрестное загрязнение внутренней и внешней среды. Патенты на конструкции портов костюмов были поданы в 1996 году Филипом Калбертсоном-младшим из Исследовательского центра Эймса НАСА, а в 2003 году — Йоргом Беттчером, Стивеном Рэнсомом и Фрэнком Стейнсиком. [54] [55]
В 2012 году НАСА представило скафандр Z-1, первый в серии прототипов скафандров Z, разработанных НАСА специально для планетарной деятельности в открытом космосе. В скафандре Z-1 особое внимание уделяется мобильности и защите для космических полетов. Он имеет мягкий туловище по сравнению с твердым туловищем, которое было в предыдущих скафандрах НАСА для выхода в открытый космос, что уменьшает массу. [56] Его назвали «костюмом Базза Лайтера» из-за зеленых полос на дизайне.
В 2014 году НАСА опубликовало проект прототипа Z-2, следующей модели Z-серии. НАСА провело опрос, предложив общественности определиться с конструкцией скафандра Z-2. Дизайны, созданные студентами факультета моды из Университета Филадельфии, назывались «Технологии», «Тенденции в обществе» и «Биомимикрия». [57] Победил проект «Технология», а прототип создан с использованием таких технологий, как 3D-печать . Костюм Z-2 также будет отличаться от костюма Z-1 тем, что туловище превращается в твердую оболочку, как это видно в костюме НАСА EMU . [58] [59]
Самая ранняя космическая фантастика игнорировала проблемы путешествия в вакууме и отправляла своих героев в космос без какой-либо специальной защиты. Однако в конце XIX века возникла более реалистичная разновидность космической фантастики, в которой авторы пытались описать или изобразить скафандры, которые носят их персонажи. Эти вымышленные костюмы различаются по внешнему виду и технологии и варьируются от очень аутентичных до совершенно невероятных.
Очень ранний художественный рассказ о скафандрах можно увидеть в романе Гаррета П. Сервисса «Покорение Марса Эдисоном» (1898). Более поздние серии комиксов, такие как Бак Роджерс (1930-е) и Дэн Дэйр (1950-е), также содержали свои собственные взгляды на дизайн скафандров. Авторы научной фантастики, такие как Роберт А. Хайнлайн, внесли свой вклад в разработку концепций вымышленных скафандров.
В 1990-х годах, через несколько лет после того, как первые американки полетели в космос, сокращение бюджета вынудило НАСА сократить программу по скафандрам... Ограничение размеров повлияло на некоторые обязанности астронавтов.
Crew Dragon имеет достаточные запасы пригодного для дыхания газа, чтобы обеспечить безопасное возвращение на Землю в случае утечки через эквивалентное отверстие диаметром до 0,25 дюйма. В качестве дополнительного уровня защиты экипаж будет носить скафандры, разработанные SpaceX, чтобы защитить их от аварийной ситуации быстрой разгерметизации кабины еще большей серьезности. Костюмы и само транспортное средство будут рассчитаны на работу в вакууме.
Маск заявил на пресс-конференции после запуска, что в скафандре не было датчиков.
.jpg/1280px-SpaceX_Crew-3_Dry_Dress_Rehearsal_(KSC-20211028-PH-SPX02_0013).jpg)
