Traje espacial

Traje espacial da Apollo 11 moonwalk

Um traje espacial é um sistema complexo de vestuário , equipamentos e sistemas ambientais destinadas a manter uma pessoa viva e confortável no ambiente inóspito do espaço. Isto aplica-se a atividade extraveicular (EVA) fora nave espacial em órbita da Terra e pediu para caminhar, e montando o Lunar Rover, na Lua .

Alguns desses requisitos também se aplicam a ternos de pressão usado para outras tarefas especializadas, tais como de alta altitude voo de reconhecimento. Acima Linha de Armstrong (~ 63.000 pés / ~ 19.000 m), fatos pressurizados são necessários na atmosfera escasso. Ternos Hazmat que superficialmente lembram trajes espaciais são por vezes utilizados ao lidar com riscos biológicos.

Requisitos Spacesuit

Um traje espacial deve executar várias funções para permitir que seu ocupante para trabalhar com segurança e conforto. Ele deve fornecer:

• Um estável interno pressão. Isso pode ser inferior a atmosfera da Terra, como normalmente não há necessidade de que o traje espacial para levar nitrogênio. Pressão mais baixa permite uma maior mobilidade, mas introduz a exigência de pré-respiração para evitar doença de descompressão.
• Mobilidade. Movimento é tipicamente oposição pela pressão do terno; mobilidade é conseguida pelo projeto joint cuidado. Veja as teorias da concepção espacial seção.
• Respirável oxigênio . A circulação de oxigénio foi arrefecida e purificada é controlada pela Sistema de Suporte de Vida primário.
• Temperatura regulamento. Ao contrário da Terra, onde o calor pode ser transferido por convecção para a atmosfera, no espaço de calor só pode ser perdida pela ou por radiação térmica condução de objetos em contato físico com o traje espacial. Uma vez que a temperatura do lado de fora da roupa varia grandemente entre a luz solar e sombra, o terno é fortemente isolados, e a temperatura no interior do fato é regulada por um Líquido de arrefecimento Garment em contato com a pele do astronauta, bem como a temperatura do ar mantida pelo Sistema de Suporte de Vida primária.
• Blindagem contra radiação ultravioleta
• Blindagem limitada contra radiação de partículas
• A protecção contra a pequena micrometeoróides, fornecido por um Térmica micrometeoróide Garment, que é a camada mais externa do terno
• Um sistema de comunicação
• Meios de recarga e descarga de gases e líquidos
• Meios de manobrar, doca, lançamento e / ou corda para veículo espacial
• Meios de recolha e contendo resíduos sólidos e líquidos (como um Máxima absorção Garment)

Pressão de serviço

Geralmente, para fornecer oxigénio suficiente para respiração, usando um traje espacial oxigênio puro deve ter uma pressão de cerca de 4,7 psi (32,4 kPa), igual a 3 psi (20,7 kPa) pressão parcial de oxigênio no atmosfera da Terra ao nível do mar, além de 40 torr (5,3 kPa) CO ₂ e 47 torr (6,3 kPa) vapor de água pressão, os quais devem ser subtraído do pressão alveolar para obter pressão parcial de oxigênio alveolar em 100% atmosferas de oxigênio, pela equação do gás alveolar. Os dois últimos números adicionar a 87 Torr (11,6 kPa, 1,7 psi), que é por isso que muitos trajes espaciais modernos não usam 3 psi, mas 4,7 psi (este é um leve hipercorreção, como pressões parciais alveolares ao nível do mar não são um completo 3 psi, mas um pouco menos). Em trajes espaciais que usam 3 psi, o astronauta recebe apenas 3-1,7 = 1,3 psi (9 kPa) de oxigênio, que é sobre a pressão parcial de oxigênio alveolar atingido a uma altitude de 6100 ft (1860 m) acima do nível do mar. Isso é cerca de 78% da pressão normal do nível do mar, quase o mesmo que a pressão em um avião a jato comercial de passageiros, e é o menor limite realista para a segurança comum pressurização terno de espaço que permite a capacidade de trabalho razoável.

Teorias da concepção espacial

Um traje espacial deve permitir que o seu utilizador movimento desimpedido natural. Quase todos os projetos de tentar manter um volume constante, não importa o que os movimentos do utente faz. Isto é porque o trabalho mecânico necessário para alterar o volume de um sistema de pressão constante. Se flexionar uma joint reduz o volume do traje espacial, o astronauta deve fazer trabalho extra cada vez que ele se dobra essa articulação, e ele tem que manter uma força para manter a inclinação conjunta. Mesmo que essa força é muito pequena, pode ser seriamente fatigante para lutar constantemente contra seu terno. Ele também faz movimentos delicados muito difícil. O trabalho necessário para dobrar uma articulação é ditada pela fórmula

onde _i V e V _f são respectivamente o volume inicial e final do conjunto, P é a pressão no processo, e W é o trabalho resultante. Porque a pressão é ditada pelas necessidades de suporte à vida, o único meio de reduzir o trabalho é o de minimizar a variação de volume.

Todos os projetos espaço terno tentar minimizar ou eliminar este problema. A solução mais comum é para formar o terno de múltiplas camadas. A camada de bexiga é, uma camada de fecho hermético elástico muito como um balão. A camada de retenção vai para fora da bexiga, e fornece uma forma específica para o terno. Uma vez que a camada de bexiga é maior do que a camada de retenção, a retenção leva todas as tensões provocadas pela pressão no interior do mesmo. Uma vez que a bexiga não está sob pressão, não será "pop" como um balão, mesmo se furado. A camada de retenção tem uma forma de tal maneira que a dobragem de uma bolsos causas comuns de tecido, chamado "Gores", para abrir do lado de fora da junta, enquanto que as dobras chamados "convoluções" dobrar-se no interior da junta. Os gomos compensar o volume perdido no interior da articulação, e manter o terno em um volume quase constante. No entanto, uma vez que os gomos são abertas todo o caminho, a articulação não pode ser dobrada mais longe sem uma quantidade considerável de trabalho.

Em alguns trajes espaciais russos, tiras de pano foram enrolado em torno de braços e pernas do cosmonauta fora do traje espacial para parar o traje espacial de balão quando no espaço.

A camada mais externa de um traje espacial, o Garment micrometeoróide térmica, proporciona isolamento térmico, proteção contra micrometeoritos, e protegendo a partir prejudicial radiação solar .

Há três abordagens teóricas para se adequar ao projeto:

Ternos Hard-shell

Ternos Hard-shell são normalmente feitas de metal ou materiais compósitos. Enquanto eles se assemelham a armaduras, eles também são projetados para manter um volume constante. No entanto, eles tendem a ser difíceis de se mover, como eles dependem de rolamentos, em vez de fole ao longo das juntas, e muitas vezes terminam em posições ímpares que devem ser manipulados para recuperar a mobilidade.

Naipes variados

Naipes diferentes tem peças de casca dura e peças de tecido. NASA 's Extravehicular Unidade Mobility usa uma fibra de vidro Difícil parte superior do tronco (HUT) e membros de tecido. ILC Dover da I-Suit substitui a parte superior do tronco duro com um tecido macio parte superior do tronco para economizar peso, restringindo o uso de componentes rígidos aos rolamentos comuns, capacete, selo cintura, e escotilha de entrada traseira. Praticamente todos os projetos viáveis spacesuit incorporar componentes rígidos, especialmente nas interfaces, como é o selo de cintura, rolamentos, e no caso dos ternos rear-entrada, a escotilha de volta, onde todos os moles alternativas não são viáveis.

Ternos Skintight

Trajes colantes, também conhecido como ternos contrapressão mecânicos ou ternos de atividade espaço, são um projeto proposto que usaria um pesado órgão de lotação elástica para comprimir o corpo. A cabeça é em um capacete pressurizado, mas o resto do corpo é pressurizado apenas pelo efeito de elasticidade do naipe. Isto elimina o problema de volume constante, reduz a possibilidade de uma despressurização terno e dá um terno muito leve. No entanto, esses fatos são muito difíceis de colocar e enfrentam problemas com o fornecimento de uma pressão constante em todos os lugares. A maioria das propostas usar o corpo de naturais suar para manter a calma.

Contribuindo tecnologias

Tecnologias anteriores relacionados incluem o máscara de gás utilizado na Segunda Guerra Mundial , o máscara de oxigênio usados por pilotos de bombardeiros de alto vôo na Segunda Guerra Mundial, a grande altitude ou terno vácuo exigido por pilotos da Lockheed U-2 e SR-71 Blackbird , o roupa de mergulho, rebreather, equipamento de mergulho scuba, e muitos outros.

O desenvolvimento do capacete cúpula esferoidal foi fundamental no equilíbrio entre a necessidade de campo de visão, a compensação de pressão, e baixo peso. Um inconveniente com alguns trajes espaciais é a cabeça que está sendo fixado virado para frente e ser incapaz de voltar-se para olhar para os lados. Astronautas chamar esse efeito de "cabeça de jacaré".

Spacesuit modelos de importância histórica

Ternos de alta altitude

• Evgeniy Chertanovskiy criou seu terno pressão total ou de alta altitude "skafandr" (скафандр) em 1931. (скафандр também significa " equipamento de mergulho ").
• Wiley Post experimentou com uma série de projetos de concha difícil para voos recordes.
• Russell Colley criou os trajes espaciais usados pelos astronautas do Projeto Mercury, incluindo montagem Alan B. Shepard Jr. para seu passeio histórico como primeiro homem da América no espaço em 05 de maio de 1961.

Modelos de terno russo

• SK-1, o traje espacial de Yuri Gagarin , o primeiro homem no espaço
• Berkut (Беркут = " águia de ouro "), o traje espacial de Alexei Leonov, o cosmonauta que primeiro fez um caminhada espacial
• Krechet (Кречет = " gyrfalcon ") terno, concebido para a aterragem de lua equipada Soviética cancelado
• Yastreb (Ястреб = " falcão ") traje espacial para atividade extra-veicular, com base no Krechet
• Orlan (Орлан = " mar-águia "ou" águia careca se adapte ") para atividade extraveicular
• Sokol (Сокол = " falcão ") ternos usados por Membros da tripulação da Soyuz durante descolagem e reentrada
• Strizh (Стриж = " swift (pássaro) ") traje espacial desenvolvido para pilotos do Buran ônibus espacial

Modelos de terno americanos

• No início de 1950 Siegfried Hansen e os colegas na Litton Industries projetado e construído um terno de hard-shell de trabalho, que foi usado dentro de câmaras de vácuo e foi o antecessor de trajes espaciais rígidos usados em missões da NASA.
• Marinha Mark V terno de alta altitude / vácuo usado para Projeto Mercury
• Ternos spacewalk Gêmeos, utilizados para Projeto Gemini
• Laboratório Orbital Tripulado MH-7 trajes espaciais
• Apollo / Skylab A7L EVA e ternos lua. O A7L Apollo e Skylab traje espacial é a principal roupa de pressão usada por NASA astronautas para Projeto Apollo, os três tripulado Vôos Skylab, eo Projeto Teste Apollo-Soyuz entre 1968 e o encerramento do programa Apollo em 1975.
• Equipes antecedência Suit Pressão de escape do sistema utilizado no Space Shuttle. O terno escape avançada Equipes ou ACES terno, é um completo terno pressão atualmente usado por todos Tripulações do Ônibus Espacial para a subida e entrada porções de vôo. O terno é um descendente direto do Força Aérea dos EUA ternos de pressão de alta altitude usadas pelos SR-71 Blackbird e U-2 pilotos de avião espião, X-15 e Pilot- Gêmeos astronautas, e os ternos Lançamento Escriturais usadas por NASA astronautas a partir do Voo STS-26, o primeiro voo após a Challenger de Desastres
• Unidade de Mobilidade Extravehicular usado em ambos o Space Shuttle e da Estação Espacial Internacional . A UEM é um sistema antropomórfico independente que fornece proteção ambiental, mobilidade, suporte de vida, e as comunicações para um Shuttle ou ISS tripulante desempenhe atividade extraveicular (EVA) em órbita terrestre.

Modelos de terno chinês

• Shenzhou 5 traje espacial. O terno usado por Yang Liwei em Shenzhou 5, o primeiro voo espacial tripulado chinês, de perto se assemelha a um Sokol-KV2 terno, mas acredita-se ser uma versão de fabrico chinês em vez de um terno russo real.

• Shenzhou 6 traje espacial. Fotos mostram que os ternos usados por Fei Junlong e Nie Haisheng em Shenzhou 6 diferir em detalhes do terno antes, eles também são relatados para ser mais leve.

• Shenzhou 7 traje espacial. Novos trajes espaciais para a atividade extraveicular (舱外 航天 服) serão utilizados, nomeadamente feitos com materiais inteligentes ("聪明 材"). . O traje é projetado para uma missão de passeio espacial de até sete astronautas hours.The tinha estado a treinar nos trajes espaciais fora da cápsula desde julho de 2007, e os movimentos estão seriamente restringido nos ternos, com uma massa de mais de 110 kg cada . Relatórios recentes implicam que a China comprou alguns Trajes espaciais Orlan da Rússia como uma opção alternativa no misson.

Tecnologias emergentes

Várias empresas e universidades estão desenvolvendo tecnologias e protótipos que representam melhorias sobre trajes espaciais atuais.

Mark III

O Mark III é um protótipo NASA, construído por ILC Dover, que incorpora uma secção tronco inferior dura e uma mistura de componentes macios e duros. O Mark III é marcadamente mais móvel do que fatos anteriores, apesar da sua elevada pressão de funcionamento (8,3 psi / 57 kPa), o que o torna um "zero-prebreathe" terno, o que significa que os astronautas seria capaz de transição diretamente de um uma atmosfera, misto -Gás ambiente estação espacial, como a que está na Estação Espacial Internacional , para o terno, sem arriscar doença de descompressão, a qual pode ocorrer com despressurização rápida a partir de uma atmosfera contendo Azoto ou outro gás inerte.

I-Suit

O I-Suit é um protótipo espacial também construído por ILC Dover, que incorpora diversas melhorias no projeto sobre a UEM, incluindo uma suave torso superior de economia de peso. Tanto o Mark III ea I-Suit ter tomado parte na NASA anual Pesquisas do Deserto e Estudos Tecnológicos (D-RATS) ensaios de campo, durante o qual os ocupantes terno interagem uns com os outros, e com rovers e outros equipamentos.

Bio-Suit

Bio-Suit é uma terno atividade espacial em desenvolvimento no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, que a partir de 2006 consiste em diversos protótipos de perna. Bio-terno é ajuste personalizado para cada utilizador, usando a verificação do corpo laser.

MX-2

O MX-2 é um análogo do terno de espaço construído no Da Universidade de Maryland Laboratório de Sistemas de espaço. O MX-2 é utilizada para tripulado flutuabilidade neutra testes em Neutral Buoyancy Facility Research Lab da Space Systems. Aproximando-se o envelope de trabalho de um terno EVA verdadeira, sem satisfazer as exigências de um terno classificado voo, o MX-2 fornece uma plataforma barata para pesquisa EVA, em comparação ao uso UEM se adapte às facilidades como a NASA Laboratório de Flutuação Neutra.

O MX-2 tem uma pressão de operação de 2,5-4 psi. É um terno rear-entrada, com uma fibra de vidro torso superior rígido. Ar, LCG águas de refrigeração, e poder são sistemas de circuito aberto, fornecidos através de um umbilical. O processo inclui um Mac mini para capturar dados de sensores, tais como a pressão terno, entrada e temperaturas do ar de saída, e freqüência cardíaca. Elementos terno redimensionáveis e de lastro ajustável permite que o terno para acomodar assuntos que variam em altura de 68 pol. A 75 pol., E com uma faixa de peso de 120 libras (54 kg).

North Dakota terno

A partir de maio de 2006, cinco Escolas Dakota do Norte colaboraram em um novo protótipo espacial, financiado por uma doação de US $ 100.000 da NASA , para demonstrar tecnologias que poderiam ser incorporados em um terno planetária. A ação foi testada no Theodore Roosevelt National Park ermo da Dakota do Norte ocidental. O traje pesa £ 47 sem uma mochila de suporte à vida, e custa apenas uma fração do custo padrão 22.000 mil dólares para um traje espacial NASA classificado voo. O processo foi desenvolvido em pouco mais de um ano por alunos da University of North Dakota, North Dakota State, Estado Dickinson, o estado Faculdade de Ciências e Turtle Mountain Community College. A mobilidade do terno North Dakota pode ser atribuída à sua pressão de funcionamento baixo; enquanto o terno North Dakota foi testada em campo a uma pressão de 1 psi diferencial, a UEM terno da NASA opera a uma pressão de 4,7 psi, uma pressão projetado para fornecer pressão parcial do nível do mar cerca de oxigênio para respiração (ver discussão acima ).

NASA Constellation sistema Space Suit

Em 2 de agosto de 2006, a NASA indicou planos de emitir um Request for Proposal (RFP) para a concepção, desenvolvimento, certificação, produção e engenharia de apoio do Constelação Espaço Suit para atender às necessidades de Projeto Constellation. NASA prevê um único terno capaz de suportar: a capacidade de sobrevivência durante o lançamento, a entrada e abortar; de gravidade zero EVA; EVA superfície lunar; e Marte superfície EVA.

Em 11 de junho de 2008, a NASA concedido um contrato $ 745.000.000 para Oceaneering International para criar o novo traje espacial.

Suitports

A suitport é uma alternativa teórica a um airlock, projetado para uso em ambientes perigosos e em voo espacial humano, especialmente planetária exploração superfície. Num sistema suitport, um espaço terno-entrada traseira está ligado e selado contra o exterior de um nave espacial, de tal forma que um astronauta pode entrar e selar o terno, em seguida, vá em EVA, sem a necessidade de uma câmara ou despressurização da cabine da nave espacial. Suitports exigem menos massa e volume de câmaras pressurizadas, fornecer mitigação de poeira, e evitar a contaminação cruzada da parte interna e ambientes exteriores. As patentes para projetos suitport foram arquivadas em 1996 por Philip Culbertson Jr. da NASA Centro de Investigação Ames e em 2003 por Joerg Boettcher, Stephen Ransom, e Frank Steinsiek.

Os trajes espaciais na ficção

Por enquanto não houve ficção ambientado no espaço, os autores tentaram descrever ou descrever os trajes espaciais usados por seus personagens. Estes fatos ficcionais variam na aparência e tecnologia, e vão dos mais autêntico para o totalmente improvável.

Um relato fictício muito precoce de processos espaciais podem ser vistos no livro Conquista de Edison de Marte (1898). Mais tarde série de quadrinhos, como Buck Rogers (1930) e Dan Dare (1950) também contou com a sua própria leva em design de espaço terno. Autores de ficção científica, como Robert A. Heinlein contribuiu para o desenvolvimento de conceitos de ficção espaço terno.