High Space Fashion: Martian spaceuit

I februari fattade Barack Obama-administrationen ett radikalt beslut att avveckla NASA: s månutforskningsstrategiprogram. Politiker ansåg att privata företag var ganska kapabla att hantera detta. De nya amerikanska målen i rymden hette Mars och asteroider. Det är uppenbart att amerikanerna inte lyckas rusa dit under det kommande decenniet - teknik har ännu inte skapats för en sådan resa. Men när detta händer kommer astronauterna inte bara att göra utflykter till Martian-sevärdheterna, utan hålla sig fast i deras svett. Apollomånen går i jämförelse med nya uppdrag kommer att verka astronauter som barnslig kul. Konstruktion och intensiv utforskning i ett tidigt skede i utforskningen av Mars kommer bokstavligen att kräva tung manuell arbetskraft. Även om NASA kommer att använda Android-robotar som Robonaut2 i hård arbetet i rymden, kommer fortfarande arbetare med ett mänskligt ansikte på Röda planeten att behövas. Och Mars kommer att möta pionjärerna med kläder.

Vintage är inte trend

Den dyraste kostymen i mänsklighetens historia är en rymdräkt. 20 miljoner dollar per stycke är inget skämt. Det är faktiskt ett individuellt rymdskepp med alla system och utrustning och är nästan lika komplex. Och allt för att människan - naturens kung - är en helt försvarslös varelse. Vi kan bara förekomma normalt vid rumstemperatur, atmosfäriska tryckfall tvingar oss att svälja tabletter, och den minsta syrebristen i den omgivande luften leder till svimning. Vad kan vi säga om de superhårda förhållandena i yttre rymden eller andra planeter.

Låt dig inte luras av den yttre frivoliteten hos den snävt passande BioSuit. Detta är inte en glamorös pseudo-high tech. Davy Newmans eleganta jumpsuit är ett gäng banbrytande idéer inom områdena nanoteknik, textilindustri och metallurgi. Inte förgäves 2007 inkluderades BioSuit i listan över 100 viktigaste uppfinningar av mänskligheten, sammanställd av The Time Magazine.

För närvarande finns det två typer av skyddskläder - hem och helg. Under övergångsfaserna av flygningar - start, landning och manövrering - flaggar astronauter i tätade ACES-räddningsdräkter (Advanced Crew Escape Suit), tillverkade av flera tyglager och utrustade med en ansiktsmask, ett flytande kylsystem, en uppsättning överlevnadsverktyg, ett akut syresystem och en fallskärm. Bomullsbaserade material används för de nedre skikten, och nylon i olika texturer med neopren- och uretanimpregnering används för de yttre skikten. Ungefär samma overaller, men enklare och från nomex är piloter av supersoniska kämpar.

Vid utgången måste du klä dig mer allvarligt. För arbete i yttre rymden används EMU (Extravehicular Mobility Unit) -komplexet, vilket skapar ett tunt men mycket tillförlitligt skal av livet runt en person. Stiv EMU sparar från mikrometeoriter, solstrålning, kylning, överhettning och ger också stabilt inre tryck, ventilation och kommunikation. I det kan du utföra enkla rörelser, men det finns inget behov av att prata om komplex motorisk aktivitet. Kom bara ihåg hur Apollo-astronauter reste månen. Vilken typ av mån- eller martkonstruktion kan diskuteras, om det var ett enormt problem för en astronaut klädd som en kål att plocka upp en hammare som föll ur klumpiga handskar! Det är omöjligt att använda en EMU på 140 pund ensam - processen för att västa och kontrollera system ombord tar cirka tre timmar.

Snabbt till stjärnorna: kinesisk rymdflotta

Uppenbarligen är en sådan klumpig fårskinnspäla inte lämplig för nya uppdrag. NASA anser att detta problem inte är mindre viktigt än till exempel utvecklingen av ett lanseringsfordon. Priset på emissionen är en halv miljard dollar. Amerikas officiella rymdcouturier är Terry Hill, en projektledare för designen av rymdsuiten Constellation från Johnson Space Center.

Domstolen

Trots dödsstraffet som åläggs lunarprogrammet kommer arbetet med rymdsuiten Constellation Space Suit (CSSS) att slutföras. NASA satte Hill-teamet mycket tuffa uppgifter, vars huvudsakliga var rymddräktens modularitet och universalitet, den autonoma tillhandahållandet av normalt mänskligt liv i yttre rymden under hög fysisk ansträngning i 150 timmar, möjligheten till individuell klädsel och ökad rörlighet.

Enligt NASA kommer garderoben för framtidens astronauter att bestå av en enda uppsättning kläder med ett gäng extra tillbehör. Det är tänkt att skapa två rymddresskonfigurationer - ljus och extrem. I mars 2009 anfördes teknikföretaget Oceaneering från Houston, som specialiserat sig på tillverkning av skyddsammunition för djuphavsoperationer, utvecklingen av en lättdräkt för övergångsfaser av flyg- och nödoperationer i yttre rymden.


Pascaler är värda sin vikt i guld

Stabiliteten hos en traditionell rymdsäck är ett väsentligt säkerhetsförhållande: oavsiktlig skada på det yttre skalet och tryckförlust kan leda till astronautens omedelbara död. Trycket på ytan på Mars är 0, 6 kPa eller mindre än 1% av jordens (100 kPa), och inuti rymdsäcken ska det, enligt Dave Newman, vara cirka 30 kPa. Detta gör att en person kan arbeta utanför basstationen i mer än 8 timmar utan negativa hälsoeffekter. Med en sådan tryckskillnad kommer astronauter inte att behöva dekomprimering när de återvänder hem. Till exempel, nu efter varje utresa från ISS till det yttre rymden, väntar astronauten fyra timmar tills trycket i stationens rum och inuti rymdsuiten utjämnas. Först då kan hjälmen vara trycksatt.

Constellation rymdräkten kommer att använda den traditionella barometriska metoden för att bibehålla tryck - en gasblandning pumpas in i det undre lagret och styva plastinsatser kommer att installeras i områdena i armbågs-, axel- och knäleden. Astronautens kroppstemperatur bibehålls av en flerskikts-vakuum-termisk isolering, som först applicerades tillbaka i mitten av 1960-talet på sovjetiska Golden Eagle-rymdsäcken. I själva verket kommer astronauten vara innesluten i en slags tät termos med minimal värmeledningsförmåga. Men medan designers på Golden Eagle använde tungmetallvävnad, avser specialister för CSSS David Clark att utveckla speciella typer av lätt andningsbar nylon med justerbar ensidig permeabilitet. Inget mänskligt är främmande för astronauter, inklusive normal matsmältning. CSSS kommer att utrustas med ett kompakt avloppssystem för bortskaffande av avfallsprodukter.

Kompakt telemetriutrustning och kommunikationssystem integrerade i hjälmen ger konstant kommunikation med jorden och, i händelse av en nödutgång till rymden, med en basstation. Ett akut andningsorgan används vid behov. Att sätta på en lätt rymddräkt är inte ett problem, för detta måste du bokstavligen kliva in genom en lång vertikal dragkedja på baksidan, som kan fästas utan att stå upp till spegeln. Den begränsade autonomin för CSSS tillhandahåller ett fasat stödsystem för arbete i rymden.

Den tunga CSSS-konfigurationen är astronauternas dagliga arbetskläder. Basdelen av kostymen kommer att förbli densamma, men den kommer att kompletteras med ett lätt och hållbart kompositskal för överkroppen med syretillförseln, batteriet och verktygen i den. Det kommer inte att vara svårt att kasta denna kedjepost över dig själv - den bärs som en kirurgskåpa på ryggen och fästs på baksidan med en automatisk låsning. Den sista handen är en tunn men mycket hållbar jumpsuit för skydd mot mikrometeoriter och damm.

Enligt Dan Barry, vice ordförande för David Clark, kommer en experimentell prototyp av Constellation-modulär rymddräkt med en trottoarkant på högst 50 kg att dyka upp i september 2010. Men medan CSSS bara är ett koncept, kräver det nya material, teknik och tid för att implementera det.

Anatomisk avantgarde

Terry Hill har oberoende konkurrenter med en helt annan syn på mode. Skapandet av alternativa konceptuella kostymer utförs av flera forskargrupper. Månens utveckling av privata företag ger dem en stor chans att vara på stjärnhallen. Det mest radikala och lovande projektet från Massachusetts Institute of Technology (MIT) -professorn Davey Newman och hennes kollega, den berömda astronauten, professor Jeffrey Hoffman. Deras BioSuit kan redan kännas med dina händer och till och med prova.

Till skillnad från klassiska rymddräksbegrepp, där det optimala trycket upprätthålls barometriskt genom att pumpa en gasblandning, komprimeras människokroppen mekaniskt på BioSuit på grund av materialets elasticitet. NASA tillbaka 1971 gjorde ett försök att utveckla en rymddräkt med mekanisk kompression Space Activity Suit, men arbetet gick upp på grund av bristen på nödvändiga vävnader. Och idén var mycket frestande - istället för ett skrymmande uppblåsbart fodral som förhindrar rörelse, få en flexibel och lätt träningsdräkt där du kan spela fotboll på månen.

Newmans kollega, Jeffrey Hoffman, känner till den tvivelaktiga charmen för en hård rymddräkt från första hand, då han gjorde fem flygningar på Shuttle-rymdfärjan med en total varaktighet på 50 dagar, varav 25 timmar han tillbringade i öppet utrymme. Enligt honom förvandlas till och med de enklaste manipulationerna av en astronaut klädd i en EMU till hårt arbete. Tillsammans med specialister från Soldier Nanotechnologies institutlaboratorium, som skapar material och teknik för tillverkning av militär utrustning under 2000-talet, utmanade designbyrån Trotti & Associates och den berömda tillverkaren av sportskydd Dainese från Molven, Newman och Hoffman projektet Constellation.

Lätt kostym består av fem lager. Den lägsta är en förseglad neoprenkammare som håller tryck. Det översta skiktet är gjord av Nomex eldfast tyg i orange. Rymdsuiten får nya lager på handleden, armbågar, axlar, knän och höfter samt en hjälm med rörligt visir.

Till att börja med studerade fysiker Chris Carr i detalj biomekaniken i mänskliga rörelser under förhållandena av Martian gravitation, som bara är 38% av jordens. Det visade sig att med tanke på energieffektivitet är den bästa tekniken för att flytta runt på Mars. Men du kan inte komma långt i den nuvarande EMU - den rörliga fixeringen av fötter och styva knän gör att du bara kan göra hopp i kängurostil. Så här redde Apollo-missionsmedlemmarna på månen.

För att tillhandahålla mekanisk komprimering räcker inte en mjuk kostym bara för att vara tätt passande - den ska inte ge veck vid böjning av lemmarna och i själva verket den andra huden! Även fräsarna i de bästa modehusen kan inte göra något liknande av vanligt tyg. Spandex med olika egenskaper hjälpte utvecklare.

I Soldier Nanotechnologies-laboratoriet utvecklade MIT-ingenjörer en 3D-laserskanningsteknik för den mänskliga kroppen, vilket gör att vi kan beräkna den mest exakta matematiska modellen för deformation av huden under rörelser och avslöja ett nätverk av så kallade konstanta linjer. Med andra ord, skapa exakta digitala mönster efter en enda montering. Inga bubblor på knä och rynkor! Dessutom kan enskilda lager i en rymdräkt bokstavligen dras direkt på astronauten med hjälp av tekniken för sputterande mikrofiber och flytande polymerer.

En tung rymdsäck kommer att ta emot armar, ben, skonfästen och en hjälm från en lättkonfiguration. Det nya gångjärnssystemet med hårt skal gör att astronauten kan böja sig och plocka upp föremål från marken. Trycket inuti rymddräkten kommer att ökas jämfört med dess föregångare, så att astronauter kommer att drabbas mindre av dekompression.

För att dräkten ska sitta

Hittills har Newman och Hoffman-gruppen redan gjort flera prototyper av rymdtrumpor. För enkelhetens skull är de alla syda av händerna på Dainese designers enligt standarderna för Davey Newman, eftersom professorn i flygfartyg har en utmärkt siffra. I designen av den tunna och samtidigt flerskikts BioSuit testade utvecklarna ett antal tekniker och material, som tills nyligen beskrivs i science fiction-romaner.

Det optimala trycket inuti dräkten uppnås genom användning av ett externt elektriskt exoskelett från en legeringstejp med formminne - metallmuskelfibrer. Att finjustera kompressionsnivån i enskilda områden i BioSuit ger ett elektroniskt styrsystem. Brottet i dräkten leder inte längre till döden, eftersom tryckförlust endast kommer att inträffa i ett litet område av kroppen. Mindre reparationer av BioSuit kan enkelt utföras i fältet, helt enkelt applicera ett åtdragningsbandage på gapet. Det inre quiltade skiktet med en termohärdad gelfyllning gör att överflödigt värme och fukt avlägsnas, och vattenånga kommer inte att samlas i dräneringssystemet, men släpps omedelbart tack vare den ensidiga permeabiliteten för alla BioSuit-lager. Ett dubbelt lager metalliserat spandex med en skum- och gelvärmeisolator skyddar astronauten från förändringar i yttre temperatur, och når på Mars 100 och mer grader Celsius.

Vid första anblicken bör processen med att klä sig i en så snävt jumpsuit vara inte mindre svår än en tre timmars kollektiv donering av EMU, men det är inte så. BioSuit dras på kroppen på bara en minut tack vare ett genomtänkt system med blixtlås och elektro-åtdragning. Vid nollspänning tar metalltejpen sin initiala sträckta konfiguration, och efter att astronauten har anslutit strömförsörjningen komprimeras den till fullständig passform. Martians utrustning kompletteras av halvstyva skyddselement av kompositer, ett torso-skal med behållare för livstödssystemet, skor, handskar och en hjälm.

Från Hi-Tec till Haute Couture

BioSuit är fortfarande långt borta, men Newman och Hoffman är övertygade om dess framgång. Även om det slutliga utseendet på framtidens rymdräkt visar sig vara annorlunda kommer principerna för elasticitet och lätthet att förbli grundläggande för det. Säkerhetsresultat från MIT-forskarnas arbete kan inte bara ha en enorm inverkan på protestekniken och tillverkningen av kompensationsbeklädnader för äldre och patienter, utan också vända modet. Hushållens vattenfilter, kontaktlinser, neoprenmaterial för skor, trådlösa verktyg, rökdetektorer, värmebesparande kläder och skor och tusentals fler olika användbara saker - allt detta uppfanns under rymdforskning. Så varför vetar forskarna nu inte att haute couture?

Artikeln publicerades i tidskriften Popular Mechanics (nr 4, april 2010). Jag undrar hur en kärnreaktor fungerar och kan robotar bygga ett hus?

Allt om ny teknik och uppfinningar! OK Jag godkänner webbplatsens regler Tack. Vi har skickat ett bekräftelsemail till din e-post.

Rekommenderas

Vem uppfann cement?
2019
Mänskliknande aktivitet i mini-hjärnor i laboratoriet
2019
LSD låter dig inte vara rädd
2019