Космический костюм -Space suit

Скафандр Аполлона , который носил астронавт Базз Олдрин на Аполлоне-11

Космический скафандр или скафандр — это одежда, которую носят, чтобы поддерживать жизнь человека в суровых условиях открытого космоса , вакуума и экстремальных температур. Космические 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 таких работ на околоземной орбите, на поверхности Луны были надеты скафандры., и по пути обратно на Землю с Луны. Современные космические скафандры дополняют основную компрессионную одежду сложной системой оборудования и систем окружающей среды, разработанных для обеспечения комфорта пользователя и минимизации усилий, необходимых для сгибания конечностей, противодействуя естественной тенденции мягкой комбинезоны к жесткости против вакуума. Часто используется автономная система подачи кислорода и контроля окружающей среды, 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, поэтому они 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 микрометеоритов и резких перепадов температур. Костюмы EVA, такие как EMU , используются вне космического корабля для исследования планет или выхода в открытый космос. Они должны защищать владельца от любых условий пространства, а также обеспечивать мобильность и функциональность.

Некоторые из этих требований также применяются к скафандрам, которые носят для других специализированных задач, таких как высотный разведывательный полет. На высотах выше предела Армстронга , около 19 000 м (62 000 футов), вода кипит при температуре тела и необходимы герметичные костюмы.

Первые костюмы полного давления для использования на экстремальных высотах были разработаны отдельными изобретателями еще в 1930-х годах. Первым космическим скафандром, надетым человеком в космосе, был советский скафандр СК-1 , который носил Юрий Гагарин в 1961 году.

Требования

Космические скафандры используются для работы на Международной космической станции.

Скафандр должен выполнять несколько функций, чтобы его обитатель мог безопасно и комфортно работать внутри или снаружи космического корабля. Он должен обеспечивать:

  • Стабильное внутреннее давление. Это может быть меньше, чем атмосфера Земли, поскольку обычно скафандру не нужно нести азот (который составляет около 78% атмосферы Земли и не используется организмом). Более низкое давление обеспечивает большую мобильность, но требует, чтобы человек, находящийся в костюме, какое-то время дышал чистым кислородом, прежде чем перейти в это более низкое давление, чтобы избежать декомпрессионной болезни .
  • Мобильность. Движению обычно противостоит давление костюма; подвижность достигается за счет тщательного проектирования суставов. См. раздел « Теории конструкции скафандра » .
  • Подача пригодного для дыхания кислорода и удаление углекислого газа ; эти газы обмениваются с космическим кораблем или переносной системой жизнеобеспечения (PLSS).
  • Регулировка температуры. В отличие от Земли, где тепло может передаваться в атмосферу путем конвекции , в космосе тепло может отдаваться только за счет теплового излучения или путем передачи к объектам, находящимся в физическом контакте с внешней стороной скафандра. Поскольку температура снаружи костюма сильно различается между солнечным светом и тенью, костюм хорошо изолирован, а температура воздуха поддерживается на комфортном уровне.
  • Система связи с внешним электрическим подключением к космическому кораблю или PLSS.
  • Средства сбора и содержания твердых и жидких телесных отходов (например, одежда с максимальной впитывающей способностью )

Второстепенные требования

Слева направо: Маргарет Р. (Рея) Седдон, Кэтрин Д. Салливан, Джудит А. Резник, Салли К. Райд, Анна Л. Фишер и Шеннон В. Люсид — первые шесть женщин-астронавтов Соединенных Штатов стоят рядом с Personal Rescue Enclosure , сферический шар жизнеобеспечения для экстренного перемещения людей в космос

Усовершенствованные костюмы лучше регулируют температуру космонавта с помощью одежды с жидкостным охлаждением и вентиляцией (LCVG), контактирующей с кожей космонавта, от которой тепло сбрасывается в космос через внешний радиатор в PLSS.

Дополнительные требования к EVA включают:

В рамках контроля космонавтической гигиены (т. е. защиты космонавтов от экстремальных температур, радиации и т. д.) космический скафандр необходим для работы в открытом космосе. Костюм Apollo/Skylab A7L включал в себя одиннадцать слоев: внутреннюю подкладку, LCVG, герметичную камеру, фиксирующий слой, еще одну подкладку и термомикрометеорную одежду, состоящую из пяти алюминизированных изоляционных слоев и внешнего слоя из белой орто-ткани. . Этот скафандр способен защитить космонавта от температур от -156 ° C (-249 ° F) до 121 ° C (250 ° F).

Во время исследования Луны или Марса на скафандре может остаться лунная или марсианская пыль. Когда скафандр будет снят по возвращении на космический корабль, пыль может загрязнить поверхности и увеличить риск вдыхания и воздействия на кожу. Специалисты по гигиене космонавтики тестируют материалы с уменьшенным временем удерживания пыли и потенциально могут контролировать риски воздействия пыли во время исследования планет. Также изучаются новые подходы к входу и выходу, такие как костюмные порты .

В скафандрах НАСА связь обеспечивается через надетую на голову шапку, в которую входят наушники и микрофон. Из-за окраски версии, используемой для Аполлона и Скайлэба , которая напоминала окраску персонажа комиксов Снупи , эти кепки стали известны как « кепки Снупи ».

Рабочее давление

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

Как правило, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода для дыхания , скафандр, использующий чистый кислород, должен иметь давление около 32,4 кПа (240 торр; 4,7 фунта на квадратный дюйм), что равно 20,7 кПа (160 торр; 3,0 фунта на квадратный дюйм) парциальное давление кислорода в земной атмосфере. атмосфера на уровне моря, плюс 5,3 кПа (40 торр; 0,77 фунта на кв. дюйм) CO
2
и 6,3  кПа (47  торр ; 0,91  фунт/кв. дюйм ) давление водяного пара , оба из которых должны быть вычтены из альвеолярного давления , чтобы получить парциальное давление альвеолярного кислорода в 100% кислородных атмосферах, по уравнению альвеолярного газа . Последние две цифры в сумме дают 11,6 кПа (87 торр; 1,7 фунта на кв. дюйм), поэтому многие современные скафандры используют не 20,7 кПа (160 торр, 3,0 фунта на кв. небольшая гиперкоррекция, так как парциальное давление в альвеолах на уровне моря немного меньше, чем в первом случае). В скафандрах, использующих 20,7 кПа, космонавт получает только 20,7 кПа - 11,6 кПа = 9,1 кПа (68 торр; 1,3 фунта на кв. дюйм) кислорода, что примерно соответствует парциальному давлению кислорода в альвеолах, достигаемому на высоте 1860 м (6100 футов) над уровнем моря. уровень моря. Это составляет 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 безопасного наддува обычного скафандра, который обеспечивает приемлемую работоспособность.

Когда скафандры с рабочим давлением ниже определенного рабочего давления используются с кораблей, которые находятся под давлением до нормального атмосферного давления (например, космический шаттл ), это требует, чтобы астронавты «предварительно вдохнули» (то есть предварительно вдохнули чистый кислород в течение определенного периода) перед тем, как надеть их. костюмы и разгерметизация в воздушном шлюзе. Эта процедура очищает организм от растворенного азота, чтобы избежать декомпрессионной болезни из-за быстрой разгерметизации азотсодержащей атмосферы.

Физические последствия пребывания в незащищенном космосе

Человеческое тело может ненадолго выжить в жестком космическом вакууме без защиты, несмотря на противоположные описания в некоторых научно- популярных произведениях . В таких условиях человеческая плоть расширяется примерно в два раза, создавая визуальный эффект бодибилдера, а не переполненного воздушного шара. Сознание сохраняется до 15 секунд, поскольку наступают эффекты кислородного голодания . Эффекта мгновенной заморозки не происходит, потому что все тепло должно быть потеряно за счет теплового излучения или испарения жидкости, а кровь не кипит, потому что она остается под давлением внутри тела. .

В космосе существует много различных субатомных протонов с высокой энергией , которые подвергают тело сильному излучению. Хотя количество этих соединений минимально, их высокая энергия может нарушить основные физические и химические процессы в организме, например, изменить ДНК или вызвать рак. Воздействие радиации может создать проблемы двумя способами: частицы могут реагировать с водой в организме человека с образованием свободных радикалов , которые разрушают молекулы ДНК, или путем непосредственного разрыва молекул ДНК.

Температура в космосе может сильно различаться в зависимости от того, где находится Солнце. Температура от солнечного излучения может достигать 250 ° F (121 ° C) и опускаться до -387 ° F (-233 ° C). Из-за этого скафандры должны обеспечивать надлежащую изоляцию и охлаждение.

Вакуум в космосе создает нулевое давление, заставляя газы и процессы в организме расширяться. Чтобы химические процессы в организме не реагировали слишком остро, необходимо разработать костюм, противодействующий давлению в космосе. Наибольшую опасность представляют попытки задержать дыхание перед воздействием, так как последующая взрывная декомпрессия может повредить легкие. Эти эффекты были подтверждены различными авариями (в том числе в очень высокогорных условиях, открытом космосе и учебных вакуумных камерах ). Кожа человека не нуждается в защите от вакуума и сама по себе является газонепроницаемой. Вместо этого его нужно только механически сжать, чтобы сохранить свою нормальную форму. Этого можно добиться с помощью плотно облегающего эластичного костюма и шлема , содержащего дыхательные газы , известного как костюм для космической деятельности (SAS).

Концепции дизайна

Космический скафандр должен позволять своему владельцу свободно перемещаться. Почти все дизайны пытаются поддерживать постоянный объем независимо от того, какие движения делает владелец. Это связано с тем , что для изменения объема системы с постоянным давлением необходима механическая работа . Если сгибание сустава уменьшает объем скафандра, то астронавт должен выполнять дополнительную работу каждый раз, когда он сгибает этот сустав, и ему нужно поддерживать усилие, чтобы удерживать сустав согнутым. Даже если эта сила очень мала, постоянно бороться против своей масти может быть очень утомительно. Это также делает тонкие движения очень трудными. Работа, необходимая для изгиба сустава, определяется формулой

где V i и V f — соответственно начальный и конечный объемы соединения, P — давление в скафандре, W — результирующая работа. В целом верно, что все костюмы более мобильны при более низком давлении. Однако, поскольку минимальное внутреннее давление диктуется требованиями жизнеобеспечения, единственным средством дальнейшего сокращения работы является минимизация изменения объема.

Все конструкции скафандров пытаются свести к минимуму или устранить эту проблему. Наиболее распространенным решением является формирование костюма из нескольких слоев. Слой мочевого пузыря представляет собой эластичный воздухонепроницаемый слой, очень похожий на воздушный шар. Удерживающий слой выходит за пределы камеры и придает костюму особую форму. Поскольку слой камеры больше, чем ограничивающий слой, ограничитель принимает на себя все напряжения, вызванные давлением внутри костюма. Поскольку мочевой пузырь не находится под давлением, он не лопнет, как воздушный шар, даже если его проколоть. Удерживающий слой сформирован таким образом, что при сгибании сустава карманы ткани, называемые «ущельями», открываются снаружи сустава, а складки, называемые «конволютами», складываются внутри сустава. Бока восполняют объем, потерянный внутри сустава, и поддерживают почти постоянный объем костюма. Однако, как только клинья полностью открыты, соединение невозможно согнуть без значительного объема работы.

В некоторых российских скафандрах полоски ткани были плотно обернуты вокруг рук и ног космонавта снаружи скафандра, чтобы скафандр не раздувался в космосе.

Внешний слой скафандра, тепловая одежда для микрометеороидов, обеспечивает теплоизоляцию, защиту от микрометеороидов и защиту от вредного солнечного излучения .

Существует четыре основных концептуальных подхода к дизайну костюма:

Экспериментальный жесткий скафандр НАСА AX-5 (1988 г.)

Мягкие костюмы

Мягкие костюмы обычно изготавливаются в основном из ткани. У всех мягких костюмов есть твердые части; некоторые даже имеют жесткие шарнирные подшипники. Внутрикорабельная деятельность и ранние костюмы для выхода в открытый космос были мягкими костюмами.

Жесткие костюмы

Костюмы с жесткой оболочкой обычно изготавливаются из металла или композитных материалов и не используют ткань для соединения. В шарнирах жестких костюмов используются шарикоподшипники и сегменты клиновых колец, аналогичные регулируемому колену трубы печи, чтобы обеспечить широкий диапазон движений рук и ног. Суставы поддерживают постоянный объем воздуха внутри и не имеют противодействующей силы. Поэтому космонавту не нужно прилагать усилий, чтобы удерживать скафандр в любом положении. Жесткие костюмы также могут работать при более высоком давлении, что избавит космонавта от необходимости предварительно дышать кислородом, чтобы использовать скафандр 34 кПа (4,9 фунта на квадратный дюйм) перед выходом в открытый космос из кабины космического корабля 101 кПа (14,6 фунта на квадратный дюйм). Суставы могут попасть в ограниченное или заблокированное положение, требующее от космонавта манипулирования или программирования сустава. Экспериментальный скафандр с жесткой оболочкой AX-5 Исследовательского центра Эймса НАСА имел рейтинг гибкости 95%. Владелец мог занять 95% позиций без костюма.

Гибридные костюмы

Гибридные костюмы имеют твердые детали и тканевые детали. Группа внекорабельной мобильности НАСА (EMU) использует жесткую верхнюю часть туловища (HUT) из стекловолокна и тканевые конечности. ILC Dover I - Suit заменяет HUT мягкой тканью верхней части туловища для снижения веса, ограничивая использование жестких компонентов суставными подшипниками, шлемом, поясным уплотнением и задним входным люком. Практически все работоспособные конструкции скафандров включают твердые компоненты, особенно на таких поверхностях, как поясное уплотнение, подшипники и, в случае скафандров с входом сзади, задний люк, где полностью мягкие альтернативы нецелесообразны.

Облегающие костюмы

Обтягивающие костюмы, также известные как костюмы с механическим противодавлением или костюмы для космической деятельности, представляют собой предлагаемую конструкцию, в которой будет использоваться тяжелый эластичный чулок для сжатия тела. Голова находится в гермошлеме, но остальная часть тела находится под давлением только за счет упругого эффекта костюма. Это смягчает проблему постоянного объема, снижает вероятность разгерметизации скафандра и дает очень легкий скафандр. В неношеном состоянии эластичная одежда может показаться одеждой для маленького ребенка. Эти костюмы может быть очень трудно надеть и столкнуться с проблемами с обеспечением равномерного давления. Большинство предложений используют естественный пот тела, чтобы сохранять прохладу. Пот легко испаряется в вакууме и может десублимироваться или оседать на близлежащих предметах: оптике, датчиках, забрале космонавта и других поверхностях. Ледяная пленка и остатки пота могут загрязнить чувствительные поверхности и повлиять на оптические характеристики.

Содействующие технологии

Связанные предыдущие технологии включают противогаз, использовавшийся во время Второй мировой войны , кислородную маску , использовавшуюся пилотами высотных бомбардировщиков во время Второй мировой войны, высотный или вакуумный костюм, необходимый пилотам Lockheed U-2 и SR-71 Blackbird . , гидрокостюм , ребризер , снаряжение для подводного плавания и многое другое.

Многие конструкции космических скафандров взяты из скафандров ВВС США, которые предназначены для работы в условиях «высотного авиационного давления», таких как скафандр Mercury IVA или Gemini G4C, или скафандры Advanced Crew Escape Suits .

Технология перчаток

Mercury IVA , первый космический скафандр в США, включал свет на кончиках перчаток, чтобы обеспечить визуальную помощь. По мере роста потребности в работе в открытом космосе такие костюмы, как Apollo A7L , включали перчатки из металлической ткани под названием Chromel-r для предотвращения проколов. Чтобы космонавты лучше чувствовали осязание, кончики пальцев перчаток были сделаны из силикона. С программой шаттла возникла необходимость управлять модулями космического корабля, поэтому костюмы ACES имели возможность захвата перчаток. Перчатки EMU, которые используются для выхода в открытый космос, нагреваются, чтобы держать руки космонавта в тепле. Перчатки Phase VI, предназначенные для использования с костюмом Mark III , являются первыми перчатками, разработанными с использованием «технологии лазерного сканирования, трехмерного компьютерного моделирования, стереолитографии, технологии лазерной резки и обработки с ЧПУ». Это позволяет удешевить и повысить точность производства, а также повысить детализацию подвижности и гибкости суставов.

Технология жизнеобеспечения

До миссий «Аполлон» система жизнеобеспечения в скафандрах была подключена к космической капсуле через устройство, похожее на пуповину. Однако в миссиях «Аполлон» система жизнеобеспечения была сконфигурирована в виде съемной капсулы, называемой портативной системой жизнеобеспечения , которая позволяла астронавту исследовать Луну без необходимости прикрепляться к космическому кораблю. Скафандр EMU, используемый для выхода в открытый космос, позволяет космонавту вручную управлять внутренней средой скафандра. У костюма Mark III есть рюкзак, заполненный примерно 12 фунтами жидкого воздуха, а также герметизация и теплообмен.

Технология шлема

Разработка шлема со сфероидальным куполом сыграла ключевую роль в балансировании потребности в поле зрения, компенсации давления и малом весе. Одним из неудобств некоторых скафандров является то, что голова фиксируется лицом вперед и не может повернуться, чтобы посмотреть вбок. Астронавты называют этот эффект «головой аллигатора».

Высотные костюмы

Прототип герметичного скафандра, разработанный военным инженером Эмилио Эррерой для полета на стратостате. около 1935 г.
  • Евгений Чертовский создал свой скафандр полного давления или высотный « скафандр » ( скафандр ) в 1931 г. (скафандр также означает « водолазный аппарат»).
  • Эмилио Эррера спроектировал и построил « стратонавтический скафандр » полного давления в 1935 году, который должен был использоваться во время стратосферного полета на воздушном шаре с открытой корзиной, запланированного на начало 1936 года.
  • Wiley Post экспериментировала с несколькими скафандрами для рекордных полетов.
  • Рассел Колли создал космические скафандры, которые носили астронавты проекта «Меркурий», в том числе примерил Алану Шепарду для его полета в качестве первого человека Америки в космос 5 мая 1961 года.

Список моделей скафандров

Советские и российские модели костюмов

Модели костюмов США

  • В начале 1950-х Зигфрид Хансен и его коллеги из Litton Industries спроектировали и построили рабочий скафандр с жесткой оболочкой, который использовался внутри вакуумных камер и был предшественником скафандров, использовавшихся в миссиях НАСА.
  • Высотный / вакуумный скафандр Navy Mark IV - использовался в проекте «Меркурий» (1961–1963).
  • Космические скафандры Gemini (1965–1966) - было разработано три основных варианта: G3C, предназначенный для использования внутри корабля; G4C специально разработан для использования в открытом космосе и внутри транспортных средств; и специальный костюм G5C, который экипаж Gemini 7 носил в течение 14 дней внутри космического корабля.
  • Скафандры пилотируемой орбитальной лаборатории MH-7 для отмененной программы MOL.
  • Костюм Apollo Block I A1C (1966–1967) - производный от костюма Gemini, который носили основной и резервный экипажи во время тренировок для двух первых миссий Apollo. Нейлоновая компрессионная одежда расплавилась и сгорела во время пожара в кабине Аполлона-1 . Этот костюм устарел, когда полеты Block I Apollo с экипажем были прекращены после пожара.
  • Костюмы Apollo / Skylab A7L для выхода в открытый космос и Луны - скафандр Block II Apollo был основным скафандром, который носили для одиннадцати полетов Apollo, трех полетов Skylab и американских астронавтов в испытательном проекте «Аполлон-Союз» в период с 1968 по 1975 год. Нейлоновый внешний слой скафандра. слой был заменен огнеупорной тканью Бета после пожара Аполлона-1. Этот костюм был первым, в котором использовалась внутренняя одежда с жидкостным охлаждением и внешняя одежда из микрометроида. Начиная с миссии « Аполлон-13 », в нем также были введены «командирские нашивки», чтобы пара космических кораблей не выглядела одинаково на камеру.
  • Спасательный костюм Shuttle Ejection Escape Suit  - использовался от STS-1 (1981 г.) до STS-4 (1982 г.) экипажем из двух человек в сочетании с установленными тогда катапультными креслами . Создан на основе модели ВВС США . Они были удалены после того, как Shuttle прошел сертификацию.
  • От STS-5 (1982 г.) до STS-51-L (1986 г.) скафандры не надевались при запуске и входе в атмосферу. Экипаж будет носить только синий летный костюм с кислородным шлемом.
  • Launch Entry Suit впервые использовался на STS-26 (1988 г.), первом полете после катастрофы Challenger . Это был скафандр частичного давления, созданный на основе модели ВВС США. Использовался с 1988 по 1998 год.
  • Усовершенствованный спасательный костюм экипажа , используемый на космических шаттлах, начиная с 1994 года. Усовершенствованный спасательный костюм экипажа или костюм ACES представляет собой костюм полного давления, который носят все экипажи космических шаттлов на этапах подъема и входа в полет. Этот костюм является прямым потомком высотных скафандров ВВС США , которые носили пилоты самолетов-шпионов SR-71 Blackbird и U-2, пилотов-астронавтов North American X-15 и Gemini , а также костюмов Launch Entry Suits, которые носили НАСА. космонавтов, стартовавших в полете STS-26. Он получен из модели USAF.
  • Блок внекорабельной мобильности (EMU) - используется как на космическом корабле "Шаттл", так и на Международной космической станции (МКС). EMU — это независимая антропоморфная система, которая обеспечивает защиту окружающей среды, мобильность, жизнеобеспечение и связь для члена экипажа шаттла или МКС для выхода в открытый космос на околоземной орбите . Используется с 1982 года по настоящее время, но доступен только в ограниченном размере с 2019 года.
  • Аэрокосмическая компания SpaceX разработала костюм IVA, который носят астронавты, участвующие в миссиях программы коммерческих экипажей , выполняемых SpaceX, начиная с миссии Demo-2 (см . Костюм #SpaceX («костюм звездного человека») ).
  • Система выживания экипажа Orion (OCSS) — будет использоваться во время запуска и повторного входа в атмосферу на Orion MPCV . Он является производным от Advanced Crew Escape Suit, но может работать при более высоком давлении и имеет улучшенную подвижность в плечах.

Костюм SpaceX («костюм Starman»)

В феврале 2015 года SpaceX начала разработку скафандра для астронавтов, который они будут носить в космической капсуле Dragon 2 . Его внешний вид был разработан совместно Хосе Фернандесом — голливудским дизайнером костюмов, известным своими работами для фильмов о супергероях и научно-фантастических фильмах — и основателем и генеральным директором SpaceX Илоном Маском . Первые изображения скафандра были опубликованы в сентябре 2017 года. Манекен под названием «Звездный человек» (в честь одноименной песни Дэвида Боуи ) был одет в скафандр SpaceX во время первого запуска Falcon Heavy в феврале 2018 года. на этом выставочном запуске скафандр не находился под давлением и не имел датчиков.

Костюм, подходящий для вакуума, обеспечивает защиту от разгерметизации кабины за счет единственного троса на бедре космонавта, который питает воздух и электронные соединения. Шлемы, напечатанные на 3D-принтере, содержат микрофоны и динамики. Поскольку костюмы нуждаются в тросовом соединении и не обеспечивают защиты от радиации, они не используются для выхода в открытый космос.

В 2018 году астронавты коммерческого экипажа НАСА Боб Бенкен и Дуг Херли протестировали скафандр внутри космического корабля Dragon 2, чтобы ознакомиться с ним. Они носили его во время полета Crew Dragon Demo-2, запущенного 30 мая 2020 года. Этот костюм носят астронавты, участвующие в миссиях программы коммерческих экипажей с участием SpaceX.

китайские модели костюмов

  • Космический скафандр Shuguang : скафандр первого поколения для выхода в открытый космос, разработанный Китаем для отмененной в 1967 году пилотируемой космической программы Project 714 . Он имеет массу около 10 кг (20 фунтов), оранжевый цвет и изготовлен из многослойной полиэфирной ткани с высоким сопротивлением. Космонавт мог использовать его в кабине, а также проводить выход в открытый космос.
  • Скафандр проекта 863 : Отмененный проект китайского скафандра второго поколения для выхода в открытый космос.
  • Космический скафандр Шэньчжоу IVA (神舟): скафандр впервые надел Ян Ливэй во время Шэньчжоу-5 , первого китайского космического полета с экипажем. Он очень похож на скафандр Сокол-КВ2 , но считается, что это версия китайского производства, а не Настоящий русский костюм. На фотографиях видно, что костюмы на Шэньчжоу 6 в деталях отличаются от более раннего костюма; также сообщается, что они легче.
  • « Хайин » (海鹰号航天服) Скафандр для выхода в открытый космос: Импортный российский скафандр « Орлан-М » для выхода в открытый космос называется « Хайин» . Используется в Шэньчжоу 7 .
  • Feitian (飞天号航天服) Космический скафандр для выхода в открытый космос: скафандр нового поколения для выхода в открытый космос китайского производства, который также использовался для миссии Shenzhou 7. Скафандр был разработан для выхода в открытый космос продолжительностью до семи часов. Китайские астронавты тренируются в скафандрах вне капсулы с июля 2007 года, и движения в скафандрах серьезно ограничены, поскольку каждый из них весит более 110 кг (240 фунтов).

Новые технологии

Несколько компаний и университетов разрабатывают технологии и прототипы, которые представляют собой усовершенствования существующих скафандров.

Производство добавок

3D-печать (аддитивное производство) можно использовать для уменьшения массы жестких скафандров при сохранении обеспечиваемой ими высокой мобильности. Этот метод изготовления также позволяет производить и ремонтировать костюмы на месте, что в настоящее время недоступно, но, вероятно, будет необходимо для исследования Марса. В 2016 году Университет Мэриленда начал разработку прототипа жесткого костюма, напечатанного на 3D-принтере, на основе кинематики AX-5 . Сегмент прототипа руки предназначен для оценки в перчаточном боксе Лаборатории космических систем , чтобы сравнить мобильность с традиционными мягкими костюмами. Первоначальные исследования были сосредоточены на возможности печати элементов жесткого костюма, обойм подшипников, шарикоподшипников, уплотнений и уплотнительных поверхностей.

Испытание в перчатках космонавта

Существуют определенные трудности в разработке ловких перчаток скафандра, а существующие конструкции имеют ограничения. По этой причине Centennial Astronaut Glove Challenge был создан, чтобы создать лучшую перчатку. Соревнования уже проводились в 2007 и 2009 годах, планируется еще одно. Конкурс 2009 года требовал, чтобы перчатка была покрыта слоем микрометеорита.

Ауда.X

Ауда.X

С 2009 года Австрийский космический форум разрабатывает «Aouda.X», экспериментальный скафандр - аналог Марса с упором на усовершенствованный человеко-машинный интерфейс и бортовую вычислительную сеть для повышения ситуационной осведомленности . Костюм предназначен для изучения векторов загрязнения в аналоговых средах исследования планет и создания ограничений в зависимости от режима давления, выбранного для моделирования.

С 2012 года для аналоговой миссии Mars2013 Австрийского космического форума в Эрфуд , Марокко , у аналогового скафандра Aouda.X есть сестра в виде Aouda.S. Это немного менее сложный костюм, предназначенный в первую очередь для помощи в операциях Aouda.X и для изучения взаимодействия между двумя (аналоговыми) астронавтами в аналогичных костюмах.

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.

Биокостюм

Bio-Suit — костюм для космической деятельности, разрабатываемый в Массачусетском технологическом институте , который по состоянию на 2006 год состоял из нескольких прототипов голени. Биокостюм подгоняется под каждого пользователя с помощью лазерного сканирования тела.

Система скафандра Созвездие

2 августа 2006 года НАСА сообщило о планах выпустить запрос предложений (RFP) на проектирование, разработку, сертификацию, производство и техническую поддержку скафандра Constellation для удовлетворения потребностей программы Constellation . НАСА предвидело единый костюм, способный поддерживать: живучесть во время запуска, входа и выхода из строя; выход в открытый космос в невесомости ; выход в открытый космос на лунной поверхности; и выход в открытый космос на поверхности Марса.

11 июня 2008 года НАСА заключило с Oceaneering International контракт на 745 миллионов долларов США на создание нового скафандра.

Космический скафандр Final Frontier Design IVA

Космический скафандр Final Frontier Design IVA

Final Frontier Design (FFD) разрабатывает коммерческий полный космический скафандр IVA, первый скафандр которого был завершен в 2010 году. Костюмы FFD задуманы как легкие, высокомобильные и недорогие коммерческие скафандры. С 2011 года FFD модернизировала дизайн, оборудование, процессы и возможности костюма IVA. С момента основания компания FFD построила в общей сложности 7 комплектов скафандров IVA (2016 г.) для различных учреждений и заказчиков, а также провела высокоточные испытания на людях в симуляторах, самолетах, условиях микрогравитации и гипобарических камерах. У FFD есть Соглашение о космическом акте с Управлением коммерческих космических возможностей НАСА для разработки и выполнения плана оценки человека для скафандра FFD IVA. 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-костюм

I - Suit — это прототип скафандра, также созданный ILC Dover, который включает в себя несколько конструктивных улучшений по сравнению с EMU, в том числе мягкую верхнюю часть туловища для снижения веса. И Mark III, и I-Suit принимали участие в ежегодных полевых испытаниях НАСА по исследованиям и технологиям пустыни (D-RATS), во время которых люди в костюмах взаимодействуют друг с другом, а также с вездеходами и другим оборудованием.

Марк III

Mark III — это прототип НАСА, построенный ILC Dover, который включает в себя жесткую нижнюю часть туловища и сочетание 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 костюмом с нулевым предварительным вдохом, а это означает, что астронавты смогут переходить непосредственно из одной атмосферы. смешанной среде космической станции, такой как на Международной космической станции, к скафандру, не рискуя декомпрессионной болезнью, которая может возникнуть при быстрой разгерметизации из атмосферы, содержащей азот или другой инертный газ.

МХ-2

MX-2 — аналог скафандра, созданный в лаборатории космических систем Университета Мэриленда . MX-2 используется для испытаний нейтральной плавучести с экипажем в Исследовательском центре нейтральной плавучести Лаборатории космических систем. Приближаясь к рабочему диапазону реального костюма для выхода в открытый космос, но не отвечая требованиям летного костюма, MX-2 обеспечивает недорогую платформу для исследований выхода в открытый космос по сравнению с использованием костюмов EMU в таких учреждениях, как Лаборатория нейтральной плавучести НАСА .

MX-2 имеет рабочее давление 2,5–4 фунта на квадратный дюйм. Это костюм с входом сзади, в котором используется HUT из стекловолокна . Воздух, охлаждающая вода LCVG и электроэнергия представляют собой системы с разомкнутым контуром, подаваемые через шлангокабели . Костюм содержит компьютер Mac Mini для сбора данных датчиков, таких как давление в костюме, температура воздуха на входе и выходе и частота сердечных сокращений. Элементы костюма с изменяемым размером и регулируемый балласт позволяют использовать костюм для людей ростом от 68 до 75 дюймов (170–190 см) и весом до 120 фунтов (54 кг).

Северная Дакота костюм

Начиная с мая 2006 года пять колледжей Северной Дакоты совместно работали над прототипом нового космического скафандра, финансируемого за счет гранта НАСА в размере 100 000 долларов США, для демонстрации технологий, которые можно было бы использовать в планетарном скафандре. Костюм был испытан в бесплодных землях Национального парка Теодора Рузвельта в западной части Северной Дакоты. Костюм имеет массу 47 фунтов (21 кг) без рюкзака жизнеобеспечения и стоит лишь небольшую часть стандартной стоимости скафандра НАСА в 12 000 000 долларов США. Костюм был разработан чуть более чем за год студентами из Университета Северной Дакоты , штата Северная Дакота , штата Дикинсон , Государственного научного колледжа и муниципального колледжа Черепаховой горы . Мобильность костюма North Dakota можно объяснить его низким рабочим давлением; в то время как костюм для Северной Дакоты был испытан в полевых условиях при перепаде давления 1 фунт на квадратный дюйм (6,9 кПа; 52 Торр), костюм EMU НАСА работает при давлении 4,7 фунта на квадратный дюйм (32 кПа; 240 Торр), давление, рассчитанное на подачу примерно на уровне моря. парциальное давление кислорода для дыхания (см. обсуждение выше ).

PXS

Исследовательский костюм-прототип НАСА (PXS), как и серия Z, представляет собой костюм с входом сзади, совместимый с портами костюма. В костюме есть компоненты, которые можно распечатать на 3D-принтере во время миссий с различными спецификациями, чтобы они подходили разным людям или изменяющимся требованиям к мобильности.

Костюмпорты

Гидрокостюм — теоретическая альтернатива воздушному шлюзу , разработанная для использования в опасных условиях и в пилотируемых космических полетах , особенно при исследовании поверхности планет . В системе скафандра скафандр с входом сзади прикрепляется и герметизируется снаружи космического корабля, так что астронавт может войти и запечатать скафандр, а затем выйти в открытый космос без необходимости в воздушном шлюзе или разгерметизации кабины космического корабля. . Порты для скафандров требуют меньшей массы и объема, чем шлюзы, обеспечивают уменьшение запыленности и предотвращают перекрестное загрязнение внутренней и внешней среды. Патенты на конструкции скафандров были поданы в 1996 году Филипом Калбертсоном-младшим из Исследовательского центра Эймса НАСА, а в 2003 году - Йоргом Бетчером, Стивеном Рэнсомом и Фрэнком Стейнсеком.

Z-серия

Костюм серии Z-1

В 2012 году НАСА представило скафандр Z-1, первый из прототипов скафандров серии Z, разработанных НАСА специально для планетарной внекорабельной деятельности. Скафандр Z-1 включает в себя акцент на мобильность и защиту для космических миссий. Он имеет мягкий торс по сравнению с жестким торсом, который можно было увидеть в предыдущих скафандрах НАСА для выхода в открытый космос, что обеспечивает меньшую массу. Он был назван «костюмом Базза Лайтера» из-за его зеленых полос в дизайне.

В 2014 году НАСА выпустило дизайн прототипа Z-2, следующей модели в серии Z. НАСА провело опрос, в котором попросило общественность выбрать дизайн скафандра Z-2. Проекты, созданные студентами факультета моды Филадельфийского университета, назывались «Технология», «Тенденции в обществе» и «Биомимикрия». Победил дизайн «Технология», и прототип построен 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 NASA EMU .

В художественной литературе

Самая ранняя космическая фантастика игнорировала проблемы путешествий в вакууме и запускала своих героев в космос без какой-либо специальной защиты. Однако в конце 19 века появился более реалистичный вид космической фантастики, в которой авторы пытались описать или изобразить космические скафандры, которые носят их персонажи. Эти вымышленные костюмы различаются по внешнему виду и технологиям и варьируются от очень аутентичных до совершенно невероятных.

Очень ранний вымышленный рассказ о космических скафандрах можно увидеть в романе Гарретта П. Сервисса «Покорение Марса Эдисоном» (1898 г.). В более поздних сериях комиксов, таких как « Бак Роджерс » (1930-е) и « Дэн Дэйр» (1950-е), также были представлены собственные взгляды на дизайн скафандра. Авторы-фантасты, такие как Роберт А. Хайнлайн , внесли свой вклад в разработку концепций вымышленных космических скафандров.

Смотрите также

Плюшевых мишек подняли на высоту 30 085 метров (98 704 фута) над уровнем моря на гелиевом воздушном шаре в ходе эксперимента с материалами, проведенного CU Spaceflight и научным клубом SPARKS. Каждый из медведей был одет в разные скафандры, разработанные 11-13-летними из SPARKS.

использованная литература

Список используемой литературы

внешние ссылки