Małe sekrety przyszłych kombinezonów, które zapobiegną śmierci astronautów w kosmosie

W ciągu ostatnich dwudziestu lat, Nowe technologie opracowane przez NASA W rezultacie powstał nowy prototyp skafandra kosmicznego, xEMU (Moduł eksploracji mobilności pozakołowej). W wyniku tych badań powstały futurystyczne skafandry kosmiczne AxEMU na potrzeby misji Artemis III, której celem jest wznowienie eksploracji Księżyca przez człowieka.

Nowe kolekcje są w przygotowaniu Przestrzeń aksjomatu (W ramach kontraktu z NASA). Firma ta wywołała niespodziankę, ogłaszając w październiku 2023 roku współpracę ze słynnym włoskim domem mody Prada.

Aby uzyskać więcej

Aby chronić astronautę, ułożonych jest do szesnastu warstw

Skafander kosmiczny przypomina statek kosmiczny… zaprojektowany dla jednego użytkownika i zdolny do poruszania się, i składa się z dwóch głównych elementów: skafandra ciśnieniowego i systemu podtrzymywania życia.

Ta odzież uciskowa, która może mieć do szesnastu warstw, dopasowuje się i chroni kontury ciała oraz zapewnia pewną swobodę ruchów.

W kosmosie astronauci napotykają nieprzyjazne środowisko, w którym ciepło przenoszone jest głównie przez promieniowanie. Zewnętrzne warstwy skafandrów są narażone na działanie ekstremalnych temperatur (od +120°C do -180°C) w zależności od tego, czy astronauta otrzymuje promieniowanie słoneczne, czy też jest zwrócony w stronę przestrzeni kosmicznej, która wynosi -270°C. Do termicznej izolacji astronautów od zewnątrz stosuje się system składający się z: Wiele warstw Do Aluminiowany mylar.

Ponadto zewnętrzna warstwa „tkaniny ortopedycznej” powinna nie tylko chronić astronautę przed wstrząsami Różne zagrożeniaTakie jak promieniowanie jonizujące, promieniowanie ultrafioletowe, plazma i mikrometeoryty, ale odgrywają one również główną rolę w absorpcji i emisji promieniowania.

Jego właściwości fototermiczne są niezbędne do utrzymania astronautów w odpowiedniej temperaturze. Charakterystyczny biały kolor skafandrów odbija znaczną część bezpośredniego promieniowania słonecznego i promieniowania powierzchni Księżyca (albedo), emitując jednocześnie znaczną ilość promieniowania.

Głównym wyzwaniem pozostaje pył księżycowy

Dużym wyzwaniem jest ścierny pył z powierzchni Księżyca, który nie może przedostać się do skafandra. Ponadto pył ten, tworzący regolit księżycowy (lub glebę), przenosi ładunki elektrostatyczne. Ładunki te powodują, że kurz przykleja się do powierzchni skafandra, co znacznie komplikuje nawet najmniejszą misję astronautów.

Gene Cernan, dowódca misji Apollo 17, mówiąc o swoim locie, omówił wyzwania związane z pyłem księżycowym. Eksperyment na Księżycu :

” Wierzę, że możemy przezwyciężyć wszystkie problemy fizjologiczne, fizyczne i mechaniczne z wyjątkiem kurzu »

Jane Cernan

Właśnie dlatego istniejące xEMU są zintegrowane Elektrodynamiczna osłona przeciwpyłowa. System ten wykorzystuje ładunki elektrostatyczne do usuwania pyłu księżycowego z zewnętrznych powierzchni skafandrów.

Wewnętrzne chłodzenie do chłodzenia astronauty

Jeśli całkowicie odizolujemy astronautę od środowiska zewnętrznego, staniemy przed poważnym wyzwaniem: organizm sam wypromieniowuje ciepło w drodze metabolizmu, generując w zależności od aktywności fizycznej od 200 do 400 watów, co podnosi temperaturę wewnątrz skafandra. Aby uniknąć tego problemu, pod warstwą kompresyjną umieszcza się odzież chłodzącą i wentylującą ciecz (LCVG) w bezpośrednim kontakcie ze skórą astronauty.

W latach siedemdziesiątych XX wieku zdano sobie sprawę, że chłodzenie przepływem powietrza jest niewystarczające w przypadku skafandrów kosmicznych i w LCVG zaczęto stosować chłodzenie cieczą w obiegu zamkniętym.

W tym systemie woda krąży po organizmie za pomocą pompy i pochłania ciepło. Następnie kierowany jest do wymiennika ciepła w systemie podtrzymywania życia. W tym urządzeniu woda w zbiorniku jest poddawana działaniu próżni i zamarza, co powoduje obniżenie temperatury obwodu chłodniczego: Kiedy lód w zbiorniku pochłania ciepło cieczy znajdującej się w obwodzie chłodniczym, ulega sublimacji, czyli powiedzmy przechodzi bezpośrednio w stan gazowy. Para ta jest uwalniana do przestrzeni kosmicznej poprzez porowaty system.

Choć tego typu Sublimator jest skuteczny, to ilość zużywanej przez niego wody jest bardzo duża (prawie pół litra na godzinę), z czym nie radzą sobie obecne skafandry xEMU.

Dlatego zastąpiono go systemem tzw SWMEMembrana wykonana z włókien polipropylenowych o porach o bardzo małej średnicy jest poddawana działaniu próżni. Woda w stanie ciekłym z układu chłodzenia nie może przejść przez membranę (i dlatego nie może opuścić układu). Z drugiej strony para może przedostać się przez pory membrany: spadek ciśnienia w SWME powoduje odparowanie części wody i tym samym uwolnienie jej w przestrzeń kosmiczną – system odprowadza w ten sposób znaczną część ciepła wytwarzanego przez metabolizm astronauty .

Wyeliminuj dwutlenek węgla i parę wodną za pomocą warstwy pochłaniającej

Jednym z podstawowych wymagań stawianych skafandrom kosmicznym jest konieczność eliminacji dwutlenku węgla₂ I para wodna od środka. Nadmiar wilgoci jest nie tylko niewygodny dla astronautów, ale może także powodować kondensację pary wodnej wewnątrz skafandra.

Starsze kombinezony EMU wykorzystywały filtr z tlenku srebra, który trzeba było wymieniać po kilku godzinach użytkowania. Nowe kombinezony xEMU będą zawierać istotne ulepszenia: „ Sekretarz szybkiego kursu „.W tej technologii CO₂ I H₂O Jest wchłaniany przez warstwę chłonną. Podczas gdy ta pierwsza warstwa jest wystawiona na działanie próżni, umożliwiając uwolnienie cząsteczek w przestrzeń (adsorpcja), druga warstwa kontynuuje proces absorpcji.

Ten cykl samoodnawiania zwiększa autonomię skafandrów.

Utrzymuj odpowiednie ciśnienie, aby uniknąć skutków podciśnienia

Jednym z wyzwań, przed którymi stoimy pracując w kosmosie, jest próżnia. Kiedy ciśnienie powietrza spada, ilość tlenu staje się niewystarczająca, aby astronauci mogli przeżyć.

Jednym z problemów jest to, że niskie ciśnienie Obniża temperaturę wrzenia wody. Na wysokości ponad 19 kilometrów i przy ciśnieniu 3,5 kilopaskala woda zaczyna wrzeć w temperaturze pokojowej… co stanowi poważny problem, gdyż w organizmie człowieka znajduje się ponad 60% wody. Dlatego wysokość ta nazywana jest granicą Armstronga, powyżej której człowiek nie przeżyje dłużej niż kilka minut.

Bez ochrony woda z naszego organizmu będzie uciekać przez pory skóry. Kiedy paruje, pochłania wewnętrzne ciepło, powodując stopniowe zamarzanie nosa i ust. Nawet jeśli jędrność naszej skóry i ciągłe pompowanie naszego układu krążenia zapobiegają wrzeniu naszej krwi, zatrzymanie akcji serca zajmuje tylko około minuty.

Jest rzeczą oczywistą, że w skafandrach kosmicznych musi znajdować się ciśnienie, ale zbyt wysokie ciśnienie utrudniałoby ruch astronauty. W przypadku zajęć poza pojazdami skafandry kosmiczne są zwykle poddawane działaniu czystego tlenu pod ciśnieniem do 30 kPa (jedna trzecia ciśnienia otoczenia na Ziemi).

Jednym z głównych ulepszeń kombinezonów xEMU jest Układ o zmiennym ciśnieniuSkraca to czas, jaki astronauci potrzebują na dostosowanie oddychania do stosunkowo niskiego ciśnienia wytwarzanego przez czysty tlen. Jeśli zmiana jest zbyt nagła, azot we krwi może utworzyć śmiercionośne pęcherzyki, podobnie jak u nurków powracających na powierzchnię lub w postaci pęcherzyków dwutlenku węgla.₂ Który powstaje podczas otwierania napojów bezalkoholowych.

Skafandry kosmiczne to stosunkowo nowa technologia – mają zaledwie 60 lat – i stanowią jedyną ochronę przed najgorszymi warunkami, z jakimi spotyka się człowiek w kosmosie. Powinni być także naszymi sojusznikami w badaniu Księżyca i innych planet Układu Słonecznego. Być może nie jesteśmy daleko od tego, co wczoraj było jedynie science fiction.

Davida Gonzaleza Barcenyprofesor na Wydziale Mechaniki Płynów i Napędu Kosmicznego w ETSIAE oraz badacz w Instituto Universitario Microgravida „Ignacio da Riva”, Politechnika w Madrycie (UPM)

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa Na licencji Creative Commons. PrzeczytaćOryginalny artykuł.

Zapisz się bezpłatnie do Artificielles, naszego biuletynu o sztucznej inteligencji, zaprojektowanego przez AI i zweryfikowanego przez Numeramę!