Скафандр

<час />

Скафандр - это герметичная одежда, которую носят космонавты во время космических полетов. Он разработан, чтобы защитить их от потенциально опасных условий в космосе. Космические скафандры также известны как единицы внекорабельной мобильности (EMU), чтобы отразить тот факт, что они также используются в качестве помощников по мобильности, когда астронавт совершает космическую прогулку за пределами орбитального космического корабля. Они состоят из множества специально разработанных компонентов, которые производятся различными производителями и собираются Национальным агентством по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в своей штаб-квартире в Хьюстоне. Первые скафандры были представлены в 1950-х годах, когда начались исследования космоса. Они эволюционировали, становясь более функциональными и сложными. Сегодня у НАСА 17 готовых электропоездов, изготовление каждого из которых стоит более 10,4 миллиона долларов.

Фон

На Земле наша атмосфера обеспечивает нам условия окружающей среды, необходимые для выживания. Мы считаем само собой разумеющимся то, что он обеспечивает, например, воздух для дыхания, защиту от солнечного излучения, регулировку температуры и постоянное давление. В космосе ни одна из этих защитных характеристик отсутствует. Например, среда без постоянного давления не содержит пригодного для дыхания кислорода. Кроме того, температура в космосе составляет -459,4 ° F (-273 ° C). Чтобы человек мог выжить в космосе, необходимо было синтезировать эти защитные условия.

Скафандр предназначен для воссоздания условий окружающей среды в атмосфере Земли. Он обеспечивает предметы первой необходимости для жизнеобеспечения, такие как кислород, контроль температуры, герметичный корпус, удаление углекислого газа и защиту от солнечного света, солнечной радиации и крошечных микрометеороидов. Это система жизнеобеспечения космонавтов, работающих вне атмосферы Земли. Скафандры использовались для решения многих важных задач в космосе. К ним относятся помощь в развертывании полезной нагрузки, поиск и обслуживание орбитального оборудования, внешний осмотр и ремонт орбитального аппарата, а также создание потрясающих фотографий.

История

Космические скафандры эволюционировали естественным образом, поскольку были внесены технологические усовершенствования в области материалов, электроники и волокон. В первые годы космической программы для каждого космонавта шили скафандры. Они были намного менее сложными, чем сегодняшние костюмы. Фактически, костюм, который носил Алан Шепард на первой суборбитальной авиации в США, был немногим больше, чем скафандр, адаптированный из скафандра для высотных реактивных самолетов ВМС США. В этом костюме было всего два слоя, и пилоту было сложно двигать руками или ногами.

Скафандр следующего поколения был разработан для защиты от разгерметизации во время нахождения астронавтов на орбите. Однако выходить в открытый космос в этих костюмах было невозможно, потому что они не защищали от суровых условий космоса. Эти костюмы состояли из пяти слоев. Ближайшим к телу слоем было белое хлопковое белье с насадками для биомедицинских устройств. Следующим был слой нейлона синего цвета, обеспечивающий комфорт. Поверх синего нейлонового слоя находился герметичный черный нейлоновый слой с покрытием из неопрена. Это обеспечивало кислородом в случае падения давления в кабине. Следующим был слой тефлона, который удерживал форму костюма под давлением, а последний слой представлял собой белый нейлоновый материал, который отражал солнечный свет и защищал от случайных повреждений.

Для первых выходов в открытый космос, произошедших во время Близнецов В миссиях 1965 года для дополнительной защиты использовался семислойный костюм. Дополнительные слои состояли из алюминизированного майлара, который обеспечивал большую тепловую защиту и защиту от микрометеоритов. Эти костюмы имели общий вес 33 фунта (15 кг). Хотя они были адекватными, с ними были связаны определенные проблемы. Например, маска на шлеме быстро затуманивалась, поэтому обзор был затруднен. Кроме того, система охлаждения газа была неадекватной, потому что она не могла достаточно быстро отводить излишки тепла и влаги.

Салли Райд

Салли Райд наиболее известна как первая американка, отправленная в космос. Ученый и профессор, она работала научным сотрудником в Центре международной безопасности и контроля над вооружениями Стэнфордского университета, членом совета директоров Apple Computer Inc., а также директором космического института и профессором физики в Калифорнийском университете в г. Сан Диего. «Поездка» решила писать в первую очередь для детей о космических путешествиях и исследованиях.

Салли Кристен Райд - старшая дочь Дейла Берделла и Кэрол Джойс (Андерсон) Райд из Энсино, Калифорния, родилась 26 мая 1951 года. Как писательница Карен О'Коннор описывает Райд сорванца в книге своего юного читателя, Салли Райд и Новые астронавты, Салли участвовала в гонках со своим отцом в спортивном разделе газеты, когда ей было всего пять лет. Активная, предприимчивая, но в то же время образованная семья, Райды путешествовали по Европе в течение года, когда Салли было девять, а ее сестре Карен - семь. В то время как Карен была вдохновлена ​​на то, чтобы стать священником, в духе ее родителей, которые были старейшинами в своей пресвитерианской церкви, собственный развивающийся вкус Райд к исследованиям в конечном итоге заставил ее подать заявку на участие в космической программе почти случайно. "Я не знаю, почему я хотела это сделать", - призналась она Newsweek . перед ее первым космическим полетом.

Возможность была удачной, поскольку год, когда она начала искать работу, стал первым с конца 1960-х годов, когда НАСА открыло свою космическую программу для соискателей, и в первый раз женщины не были исключены из рассмотрения. Райд стала одной из тридцати пяти, отобранных из первоначального набора претендентов, насчитывающего восемь тысяч человек для обучения космическим полетам в 1978 году. «Почему меня выбрали, остается полной загадкой», - позже призналась она Джону Гроссманну в интервью 1985 года в Health. . «Никому из нас никогда не говорили».

Впоследствии Райд в возрасте тридцати одного года стал самым молодым человеком, отправленным на орбиту, а также первой американкой в ​​космосе, первой американкой, совершившей два космических полета, и, по совпадению, первым астронавтом, вышедшим замуж за другого астронавта в действующем космосе. долг.

Райд покинула НАСА в 1987 году и поступила в Стэнфордский центр международной безопасности и контроля над вооружениями, а через два года стала директором Калифорнийского космического института и профессором физики Калифорнийского университета в Сан-Диего.

В миссиях «Аполлон» использовались более сложные костюмы, которые решали некоторые из этих проблем. Во время лунных прогулок астронавты носили семислойную одежду с рюкзаком жизнеобеспечения. Общий вес составлял около 57 фунтов (26 кг). Для полетов космических челноков НАСА представило модуль внекорабельной мобильности (EMU). Это был скафандр, предназначенный для выходов в открытый космос, не требующий подключения к орбитальному аппарату. Одним из основных отличий этих костюмов было то, что они были разработаны для использования несколькими космонавтами, а не изготавливались по индивидуальному заказу, как предыдущие скафандры. За последние 20 лет ЭВС претерпевают неуклонные улучшения, однако они по-прежнему выглядят так же, как и во время запуска программы шаттлов в 1981 году. В настоящее время ЭВС имеет 14 уровней защиты и весит более 275 фунтов (125 кг).

Сырье

Для изготовления скафандра используется множество материалов. Тканевые материалы включают множество различных синтетических полимеров. Самый внутренний слой состоит из нейлонового трикотажа. Другой слой состоит из спандекса, эластичного носимого полимера. Также имеется слой нейлона с уретановым покрытием, который участвует в создании давления. Дакрон - разновидность полиэстера - используется в качестве слоя, сдерживающего давление. Другие используемые синтетические ткани включают неопрен, который представляет собой губчатую резину, алюминизированный майлар, гортекс, кевлар и номекс.

Помимо синтетических волокон, важную роль играет другое сырье. Стекловолокно - это основной материал для твердой верхней части туловища. Гидроксид лития используется в создании фильтра, удаляющего углекислый газ и водяной пар во время космической прогулки. Смесь серебра и цинка составляет батарею, питающую костюм. В ткань вплетены пластиковые трубки для транспортировки охлаждающей воды по всему костюму. Для изготовления корпуса шлема использован поликарбонатный материал. Различные другие компоненты используются для создания электронных схем и органов управления костюмом.

Дизайн

Одиночный скафандр EMU состоит из различных индивидуальных компонентов, производимых более чем 80 компаниями. Размер деталей варьируется от шайб на одну восьмую дюйма до резервуара для воды длиной 30 дюймов (76,2 см). ЭВС состоит из 18 отдельных пунктов. Некоторые из основных компонентов описаны ниже.

Основная система жизнеобеспечения представляет собой автономный рюкзак, который снабжен кислородом, фильтрами для удаления углекислого газа, электроэнергией, вентилятором и оборудованием связи. Он обеспечивает космонавта большинством вещей, необходимых для выживания, такими как кислород, очистка воздуха, контроль температуры и связь. В баке костюма можно хранить до семи часов кислорода. Дополнительный кислородный баллон также находится на костюме. Это дает дополнительные 30 минут аварийного кислорода.

Шлем представляет собой большой пластиковый пузырь под давлением с шейным кольцом и вентиляционной распределительной подушкой. Он также имеет продувочный клапан, который используется с дополнительным кислородным баллоном. В шлеме есть соломинка от сумки для питья на случай, если космонавт захочет пить, козырек, защищающий от яркого солнца, и камера, которая фиксирует действия вне транспортного средства. Поскольку прогулки в космос могут длиться более семи часов, скафандр оснащен системой сбора мочи, позволяющей использовать перерывы в ванной. Узел MSOR крепится к внешней стороне шлема. Это устройство (также известное как «Snoopy Cap») фиксируется с помощью ремня для подбородка. Он состоит из наушников и микрофона для двусторонней связи. У него также есть четыре маленьких "налобных фонаря", которые дают дополнительный свет там, где это необходимо. Козырек регулируется вручную, чтобы защитить глаза космонавта.

Для поддержания температуры под верхнюю одежду надевают одежду с жидкостным охлаждением и вентиляцией. Он состоит из охлаждающих трубок, через которые проходит жидкость. Нижнее белье представляет собой цельный сетчатый костюм из спандекса. Застежка-молния для входа спереди. У него более 300 футов переплетенных пластиковых трубок, по которым циркулирует холодная вода. Обычно температура циркулирующей воды поддерживается при температуре 4,4–9,9 ° C (40–50 ° F). Температура регулируется клапаном на панели управления дисплеем. Нижняя одежда весит 8,4 фунта (3,8 кг) с водой.

Узел нижней части туловища состоит из брюк, ботинок, короткого шорта, коленных и голеностопных суставов и соединения на талии. Он состоит из напорной камеры из нейлона с уретановым покрытием. Сдерживающий слой из дакрона и верхняя термобелье, состоящая из из нейлона с неопреновым покрытием. Он также имеет пять слоев алюминизированного майлара и поверхностный слой ткани, состоящий из тефлона, кевлара и номекса. Эту часть костюма можно сделать короче или длиннее, отрегулировав калибровочные кольца в области бедер и ног. . Ботинки имеют утеплитель для улучшения удержания тепла. Также носятся термо носки. Устройство для хранения мочи также находится в этой части костюма. Старые модели могли вмещать до 950 миллилитров жидкости. В настоящее время используются одноразовые подгузники. одежда используется.

Узел руки регулируется так же, как узел нижней части туловища. Перчатки содержат Подразделение внекорабельной мобильности (EMU). миниатюрные аккумуляторные обогреватели в каждом пальце. Остальная часть устройства покрыта набивкой и дополнительным защитным внешним слоем.

Жесткая верхняя часть туловища изготовлена ​​из стекловолокна и металла. Именно здесь крепится большинство деталей костюма, включая шлем, руки, дисплей системы жизнеобеспечения, модуль управления и нижнюю часть туловища. Он включает в себя кислородные баллоны, резервуары для хранения воды, сублиматор, картридж для контроля загрязнений, регуляторы, датчики, клапаны и систему связи. Кислород, углекислый газ и водяной пар покидают скафандр через вентиляционную одежду у ног и локтей космонавта. Мешочек для питья в верхней части туловища может вместить до 32 унций (907,2 г) воды. Космонавт может пить через мундштук, который входит в шлем.

Модуль управления, установленный на груди, позволяет астронавту контролировать состояние скафандра и подключаться к внешним источникам жидкости и электричества. Он содержит все механические и электрические элементы управления, а также панель визуального отображения. Для питания костюма используется серебристо-цинковая перезаряжаемая батарея, которая работает от напряжения 17 В. Этот модуль управления интегрирован с системой предупреждения, расположенной в твердой верхней части туловища, чтобы астронавт знал о состоянии окружающей среды в скафандре. Костюм соединяется с орбитальным аппаратом через пуповину. Он отключается перед выходом из шлюза.

Белый костюм весит около 275 фунтов (124,8 кг) на земле и рассчитан на срок службы около 15 лет. Он находится под давлением до 4,3 фунта (1,95 кг) на квадратный дюйм и может заряжаться, подключившись непосредственно к орбитальному аппарату. Существующий Основная система жизнеобеспечения представляет собой автономный рюкзак, снабженный системой подачи кислорода и удаления углекислого газа. фильтры, электроэнергию, вентилятор и коммуникационное оборудование. скафандры имеют модульную конструкцию, поэтому их могут использовать несколько космонавтов. Четыре основных сменных секции включают шлем, твердую верхнюю часть туловища, руки и нижнюю часть туловища. Эти части регулируются и могут быть изменены, чтобы соответствовать более чем 95% всех космонавтов. Каждый набор рук и ног бывает разных размеров, которые можно настроить под конкретного космонавта. Рычаги допускают регулировку на один дюйм. Ножки позволяют регулировать до трех дюймов.

На надевание скафандра уходит около 15 минут. Чтобы надеть скафандр, космонавт сначала надевает нижнюю одежду, в которой находится система жидкостного охлаждения и вентиляции. Затем надевается нижняя часть туловища с надетыми ботинками. Затем космонавт заезжает в верхнюю часть туловища, которая крепится с рюкзаком жизнеобеспечения на специальном разъеме в шлюзовой камере. Соединяют сливные кольца, затем надевают перчатки и шлем.

Производственный
процесс

Изготовление скафандра - сложный процесс. Его можно разбить на два этапа производства. Сначала конструируются отдельные компоненты. Затем детали собираются на месте основного производства, например, в штаб-квартире НАСА в Хьюстоне, и собираются. Общий процесс описывается следующим образом.

Сборка шлема и козырька

• 1 Шлем и забрало могут быть изготовлены с использованием традиционных методов выдувного формования. EMU состоит из 14 защитных слоев. Тканевые материалы включают множество различных синтетических полимеров. Самый внутренний слой - это нейлоновый трикотаж. Другой слой состоит из спандекса, эластичного носимого полимера. Также имеется слой нейлона с уретановым покрытием, который участвует в создании давления. Дакрон - разновидность полиэстера - используется в качестве слоя, сдерживающего давление. Другие используемые синтетические ткани включают неопрен, который представляет собой губчатую резину, алюминизированный майлар, гортекс, кевлар и номекс. Гранулы поликарбоната загружаются в термопластавтомат. Они плавятся и помещаются в полость, которая приблизительно соответствует размеру и форме шлема. Когда полость открыта, строится основная часть шлема. На открытом конце добавлено соединительное устройство, чтобы шлем можно было прикрепить к жесткой верхней части туловища. Распределительная прокладка вентиляции добавляется вместе с продувочными клапанами перед упаковкой и отправкой шлема. Аналогично комплект козырька комплектуется «фарами» и аппаратурой связи.

Системы жизнеобеспечения

• 2 Системы жизнеобеспечения собираются в несколько этапов. Все детали прикреплены к внешнему корпусу рюкзака. Сначала баллоны с кислородом под давлением заполняются, закрываются крышками и помещаются в корпус. Собирается оборудование для удаления углекислого газа. Обычно это канистра фильтра, заполненная гидроксидом лития, которая прикрепляется к шлангу. Затем рюкзак оснащается системой вентиляции, электропитанием, радио, системой предупреждения и оборудованием для водяного охлаждения. В полностью собранном состоянии система жизнеобеспечения может прикрепляться непосредственно к твердой верхней части туловища.

Модуль управления

• 3 Ключевые компоненты модуля управления собираются в отдельные блоки, а затем собираются. Такой модульный подход позволяет при необходимости легко обслуживать ключевые детали. Модуль управления, установленный на груди, содержит все электронные элементы управления, цифровой дисплей и другие электронные интерфейсы. К этой детали также добавлен клапан первичной продувки.

Охлаждающая одежда

• 4 Охлаждающая одежда надевается внутри прижимных слоев. Он сделан из комбинации нейлона, волокон спандекса и трубок жидкостного охлаждения. Из нейлонового трикотажа сначала нарезают длинную форму, похожую на нижнее белье. Между тем, волокна спандекса вплетаются в полотно ткани и нарезаются такой же формы. Затем спандекс снабжен серией охлаждающих трубок и сшит вместе с нейлоновым слоем. Затем прикрепляется передняя молния, а также соединители для присоединения к системе жизнеобеспечения.

Верхняя и нижняя часть туловища

• 5 Нижняя часть туловища, рука и перчатки сделаны аналогичным образом. Различные слои синтетических волокон сплетаются вместе, а затем нарезаются соответствующей формы. На концах прикреплены соединительные кольца и прикреплены различные сегменты. Перчатки снабжены миниатюрными обогревателями на каждом пальце и покрыты изоляционной прокладкой.
• 6 Твердая верхняя часть туловища выкована из стекловолокна и металла. Он имеет четыре отверстия для крепления нижней части туловища, двух рук и шлема. Дополнительно добавлены переходники, куда можно прикрепить комплект жизнеобеспечения и модуль управления.

Окончательная сборка

• 7 Все детали отправлены в НАСА для сборки. Это делается на земле, где скафандр можно проверить перед использованием в космосе.

Контроль качества

Отдельные поставщики проводят тесты контроля качества на каждом этапе производственного процесса. Это гарантирует, что каждая деталь изготовлена ​​в соответствии со строгими стандартами и будет работать в экстремальных условиях космоса. НАСА также проводит обширные испытания полностью собранного костюма. Они проверяют такие вещи, как утечка воздуха, разгерметизация или нефункциональные системы жизнеобеспечения. Проверка качества имеет решающее значение, потому что одна неисправность может иметь тяжелые последствия для космонавта.

Будущее

Текущий дизайн EMU является результатом многих лет исследований и разработок. Хотя они являются мощным инструментом для орбитальных операций, их можно улучшить. Было высказано предположение, что скафандр будущего может сильно отличаться от нынешнего. Одна из областей, которую можно улучшить, - это разработка костюмов, которые могут работать при более высоких давлениях, чем нынешний EMU. Это даст преимущество в сокращении времени, необходимого в настоящее время для предварительного дыхания перед выходом в открытый космос. Для изготовления костюмов с более высоким давлением необходимо улучшить соединительные элементы каждой части костюма. Еще одно улучшение может заключаться в изменении размера скафандра на орбите. В настоящее время удаление или добавление удлиняющих вставок в области ног и рук занимает много времени. Еще одно возможное улучшение - электронное управление костюмом. То, что сейчас требует сложных командных кодов, в будущем будет выполняться нажатием одной кнопки.