Ruimtepak

Een ruimtepak is een onder druk staand kledingstuk dat door astronauten wordt gedragen tijdens ruimtevluchten. Het is ontworpen om hen te beschermen tegen de potentieel schadelijke omstandigheden in de ruimte. Ruimtepakken staan ​​ook bekend als Extravehicular Mobility Units (EMU's) om aan te geven dat ze ook worden gebruikt als mobiliteitshulpmiddelen wanneer een astronaut een ruimtewandeling maakt buiten een in een baan rond een ruimtevaartuig. Ze zijn samengesteld uit talrijke op maat gemaakte componenten die worden geproduceerd door verschillende fabrikanten en geassembleerd door de National Aeronautics Space Agency (NASA) op hun hoofdkantoor in Houston. De eerste ruimtepakken werden geïntroduceerd in de jaren vijftig, toen de verkenning van de ruimte begon. Ze zijn in de loop van de tijd steeds functioneler en gecompliceerder geworden. Tegenwoordig heeft NASA 17 voltooide EMU's, die elk meer dan $ 10,4 miljoen kosten om te maken.

Achtergrond

Op aarde biedt onze atmosfeer ons de omgevingsomstandigheden die we nodig hebben om te overleven. We beschouwen de dingen die het biedt als lucht om te ademen, bescherming tegen zonnestraling, temperatuurregeling en constante druk als vanzelfsprekend. In de ruimte is geen van deze beschermende eigenschappen aanwezig. Een omgeving zonder constante druk bevat bijvoorbeeld geen ademende zuurstof. Ook is de temperatuur in de ruimte zo koud als -459,4 ° F (-273 ° C). Om mensen in de ruimte te laten overleven, moesten deze beschermende omstandigheden worden gesynthetiseerd.

Een ruimtepak is ontworpen om de omgevingsomstandigheden van de atmosfeer van de aarde na te bootsen. Het biedt de basisbehoeften voor levensondersteuning, zoals zuurstof, temperatuurregeling, onder druk staande behuizing, verwijdering van kooldioxide en bescherming tegen zonlicht, zonnestraling en kleine micrometeoroïden. Het is een levensondersteunend systeem voor astronauten die buiten de atmosfeer van de aarde werken. Ruimtepakken zijn gebruikt voor veel belangrijke taken in de ruimte. Deze omvatten hulp bij het inzetten van nuttige lading, het ophalen en onderhouden van apparatuur in een baan om de aarde, externe inspectie en reparatie van de orbiter en het maken van verbluffende foto's.

Geschiedenis

Ruimtepakken zijn op natuurlijke wijze geëvolueerd doordat er technologische verbeteringen zijn aangebracht op het gebied van materialen, elektronica en vezels. Tijdens de beginjaren van het ruimteprogramma werden ruimtepakken op maat gemaakt voor elke astronaut. Deze waren veel minder complex dan de pakken van vandaag. In feite was het pak dat Alan Shepard droeg op de eerste Amerikaanse suborbital niet veel meer dan een drukpak aangepast aan het drukpak van de Amerikaanse marine voor straalvliegtuigen op grote hoogte. Dit pak had slechts twee lagen en het was moeilijk voor de piloot om zijn armen of benen te bewegen.

Het ruimtepak van de volgende generatie is ontworpen om te beschermen tegen drukverlaging terwijl de astronauten zich in een ruimtevaartuig in een baan rond de aarde bevonden. Ruimtewandelingen in deze pakken waren echter niet mogelijk omdat ze geen bescherming boden tegen de harde omgeving van de ruimte. Deze pakken waren opgebouwd uit vijf lagen. De laag die zich het dichtst bij het lichaam bevond, was wit katoenen ondergoed met bevestigingen voor biomedische apparaten. Een blauwe nylon laag die voor comfort zorgde was de volgende. Bovenop de blauwe nylonlaag bevond zich een onder druk staande, zwarte, met neopreen beklede nylonlaag. Dit zorgde voor zuurstof in het geval dat de cabinedruk wegviel. Een teflonlaag was naast om de vorm van het pak vast te houden wanneer het onder druk stond, en de laatste laag was een wit nylon materiaal dat zonlicht weerkaatste en beschermde tegen onopzettelijke schade.

Voor de eerste ruimtewandelingen die plaatsvonden tijdens de Gemini missies in 1965, werd een zevenlaags pak gebruikt voor extra bescherming. De extra lagen waren samengesteld uit gealuminiseerd Mylar, dat meer thermische bescherming en bescherming tegen micrometeoroïden bood. Deze pakken hadden een totaal gewicht van 33 pond (15 kg). Hoewel ze voldoende waren, waren er bepaalde problemen mee verbonden. Zo besloeg het gezichtsmasker op de helm snel waardoor het zicht belemmerd werd. Ook was het gaskoelsysteem niet adequaat omdat het overtollige warmte en vocht niet snel genoeg kon afvoeren.

Sally Ride

Sally Ride is vooral bekend als de eerste Amerikaanse vrouw die de ruimte in werd gestuurd. Ze was zowel wetenschapper als professor en werkte als fellow aan het Stanford University Center for International Security and Arms Control, als lid van de raad van bestuur bij Apple Computer Inc. en als directeur van het ruimteinstituut en hoogleraar natuurkunde aan de University of California at San Diego. Ride heeft ervoor gekozen om voornamelijk voor kinderen te schrijven over ruimtevaart en verkenning.

Sally Kristen Ride is de oudste dochter van Dale Burdell en Carol Joyce (Anderson) Ride uit Encino, Californië, en werd geboren op 26 mei 1951. Zoals auteur Karen O'Connor tomboy Ride beschrijft in haar boek voor jonge lezers, Sally Ride en de nieuwe astronauten, Sally zou met haar vader racen voor de sportsectie van de krant toen ze nog maar vijf jaar oud was. Een actief, avontuurlijk, maar ook geleerd gezin, de Rides reisden een jaar lang door Europa toen Sally negen was en haar zus Karen zeven. Terwijl Karen werd geïnspireerd om predikant te worden, in de geest van haar ouders, die ouderlingen waren in hun Presbyteriaanse kerk, zou Ride's eigen ontwikkelende smaak voor verkenning haar er uiteindelijk toe brengen om zich bijna in een opwelling aan te melden voor het ruimteprogramma. "Ik weet niet waarom ik het wilde doen", bekende ze aan Newsweek voordat ze aan haar eerste ruimtevlucht begon.

De kans was toevallig, aangezien het jaar waarin ze begon met zoeken naar een baan de eerste keer was dat NASA haar ruimteprogramma openstelde voor kandidaten sinds het einde van de jaren zestig, en de allereerste keer dat vrouwen niet van overweging werden uitgesloten. Ride werd een van de vijfendertig die werden gekozen uit een oorspronkelijk deelnemersveld van achtduizend kandidaten voor de ruimtevluchttraining van 1978. "Waarom ik werd geselecteerd, blijft een compleet mysterie", gaf ze later toe aan John Grossmann in een interview in 1985 in Health . "Niemand van ons is ooit verteld."

Ride zou vervolgens, op eenendertigjarige leeftijd, de jongste persoon worden die in een baan om de aarde werd gestuurd, evenals de eerste Amerikaanse vrouw in de ruimte, de eerste Amerikaanse vrouw die twee ruimtevluchten maakte en, toevallig, de eerste astronaut die in actieve dienst met een andere astronaut trouwde. plicht.

Ride verliet NASA in 1987 voor Stanford's Center for International Security and Arms Control, en twee jaar later werd ze directeur van het California Space Institute en hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Californië in San Diego.

De Apollo-missies gebruikten meer gecompliceerde pakken die een aantal van deze problemen oplosten. Voor maanwandelingen droegen de astronauten een kledingstuk met zeven lagen en een levensondersteunende rugzak. Het totale gewicht was ongeveer 57 pond (26 kg). Voor de Space Shuttle-missies introduceerde NASA de Extravehicular Mobility Unit (EMU). Dit was een ruimtepak ontworpen voor ruimtewandelingen waarvoor geen verbinding met de orbiter nodig was. Een belangrijk verschil in deze pakken was dat ze waren ontworpen voor gebruik door meerdere astronauten in plaats van op maat gemaakt te worden zoals de vorige ruimtepakken. In de afgelopen 20 jaar hebben de EMU's gestaag verbeteringen ondergaan, maar ze zien er nog steeds hetzelfde uit als toen het shuttleprogramma in 1981 begon. Momenteel heeft de EMU 14 beschermingslagen en weegt meer dan 125 kg.

Grondstoffen

Voor de constructie van een ruimtepak worden tal van grondstoffen gebruikt. Weefselmaterialen omvatten een verscheidenheid aan verschillende synthetische polymeren. De binnenste laag is gemaakt van nylon tricot. Een andere laag is gemaakt van spandex, een elastisch draagbaar polymeer. Er is ook een laag van met urethaan gecoat nylon, die betrokken is bij het onder druk zetten. Dacron, een soort polyester, wordt gebruikt voor een drukremmende laag. Andere gebruikte synthetische stoffen zijn neopreen, een soort sponsrubber, gealuminiseerd Mylar, Gortex, Kevlar en Nomex.

Naast synthetische vezels spelen andere grondstoffen een belangrijke rol. Glasvezel is het primaire materiaal voor het segment van het harde bovenlichaam. Lithiumhydroxide wordt gebruikt bij het maken van het filter dat koolstofdioxide en waterdamp verwijdert tijdens een ruimtewandeling. Een zilver-zinkmengsel vormt de batterij die het pak van stroom voorziet. Plastic buizen zijn in de stof geweven om koelwater door het pak te transporteren. Een polycarbonaat materiaal wordt gebruikt voor de constructie van de schaal van de helm. Verschillende andere componenten worden gebruikt om de elektronische schakelingen en de bedieningselementen van het pak te vormen.

Ontwerp

Een enkel EMU-ruimtepak is opgebouwd uit verschillende op maat gemaakte componenten die door meer dan 80 bedrijven zijn geproduceerd. De grootte van de onderdelen varieert van één-achtste-inch ringen tot een 30 inch (76,2 cm) lange watertank. De EMU bestaat uit 18 afzonderlijke posten. Enkele van de belangrijkste componenten worden hieronder beschreven.

Het primaire levensondersteunende systeem is een op zichzelf staande rugzak die is uitgerust met een zuurstoftoevoer, koolstofdioxideverwijderingsfilters, elektrische stroom, ventilatieventilator en communicatieapparatuur. Het voorziet de astronaut van de meeste dingen die nodig zijn om te overleven, zoals zuurstof, luchtzuivering, temperatuurregeling en communicatie. Maar liefst zeven uur aan zuurstof kan worden opgeslagen in de tank van het pak. Een secundair zuurstofpakket is ook te vinden op het pak. Dit zorgt voor 30 minuten extra noodzuurstof.

De helm is een grote plastic, onder druk staande bubbel met een nekring en een ventilatiedistributiekussen. Het heeft ook een ontluchtingsklep, die wordt gebruikt met een secundair zuurstofpakket. In de helm zit een rietje voor een drinkzak voor het geval de astronaut dorst krijgt, een vizier dat de stralen van de felle zon afschermt en een camera die activiteiten buiten het voertuig vastlegt. Omdat ruimtewandelingen meer dan zeven uur per keer kunnen duren, is het pak uitgerust met een urineopvangsysteem om badkamerpauzes mogelijk te maken. De MSOR-constructie wordt aan de buitenkant van de helm bevestigd. Dit apparaat (ook bekend als een "Snoopy Cap") klikt op zijn plaats met een kinriem. Het bestaat uit een koptelefoon en een microfoon voor tweerichtingscommunicatie. Het heeft ook vier kleine "koplampen" die extra licht schijnen waar nodig. Het vizier wordt handmatig aangepast om de ogen van de astronaut af te schermen.

Om de temperatuur op peil te houden, wordt onder de bovenkleding een vloeistofkoel- en ventilatiekledingstuk gedragen. Het is samengesteld uit koelbuizen, waar vloeistof doorheen stroomt. Het ondergoed is een gaaspak uit één stuk dat is samengesteld uit spandex. Het heeft een ritssluiting om toegang aan de voorkant mogelijk te maken. Het heeft meer dan 300 ft plastic buizen met elkaar verweven waarbinnen het koel water circuleert. Normaal gesproken wordt het circulerende water op 40-50 ° F (4,4-9,9 ° C) gehouden. De temperatuur wordt geregeld door een klep op het bedieningspaneel van het display. Het onderste kledingstuk weegt 8,4 lb (3,8 kg) wanneer geladen met water.

Het onderlichaam bestaat uit de broek, laarzen, korte eenheid, knie- en enkelgewrichten en de tailleverbinding. Het is samengesteld uit een drukblaas van met urethaan gecoat nylon. Een beperkende laag van Dacron en een buitenste thermisch kledingstuk samengesteld van nylon met neopreencoating. Het heeft ook vijf lagen gealuminiseerd Mylar en een oppervlaktelaag van stof bestaande uit Teflon, Kevlar en Nomex. Dit deel van het pak kan korter of langer worden gemaakt door de maatringen in het dij- en beengedeelte aan te passen . De laarzen hebben een geïsoleerde neus om de warmte beter vast te houden. Er worden ook thermische sokken gedragen. Het urineopslagapparaat bevindt zich ook in dit gedeelte van het pak. Oude modellen kunnen tot 950 milliliter vloeistof bevatten. Momenteel is het een wegwerpluier kledingstuk wordt gebruikt.

Het armsamenstel is verstelbaar, net als het onderlichaam. De handschoenen bevatten Een Extravehicular Mobility Unit (EMU). miniatuur batterij-aangedreven kachels in elke vinger. De rest van de unit is bedekt met vulling en een extra beschermende buitenlaag.

Het harde bovenlichaam is gemaakt van glasvezel en metaal. Hier worden de meeste stukken van het pak bevestigd, inclusief de helm, armen, het display van het levensondersteunende systeem, de bedieningsmodule en het onderlichaam. Het omvat zuurstofflessen, wateropslagtanks, een sublimator, een controlepatroon voor verontreinigingen, regelaars, sensoren, kleppen en een communicatiesysteem. Zuurstof, kooldioxide en waterdamp verlaten het pak via het ventilatiekledingstuk bij de voeten en ellebogen van de astronaut. Een drinkzak in het bovenlichaam kan maar liefst 32 oz (907,2 g) water bevatten. De astronaut kan een drankje nemen door het mondstuk dat in de helm steekt.

Op de borst gemonteerde controlemodule stelt de astronaut in staat de status van het pak te controleren en verbinding te maken met externe bronnen van vloeistoffen en elektriciteit. Het bevat alle mechanische en elektrische bedieningselementen en ook een visueel display. Een oplaadbare batterij van zilverzink die werkt op 17 volt wordt gebruikt om het pak van stroom te voorzien. Deze controlemodule is geïntegreerd met het waarschuwingssysteem in het harde bovenlichaam om ervoor te zorgen dat de astronaut de status van de omgeving van het pak kent. Het pak is via een navelstreng verbonden met de orbiter. Het wordt losgekoppeld voordat het de luchtsluis verlaat.

Het witte pak weegt op aarde ongeveer 275 lb (124,8 kg) en heeft een levensverwachting van ongeveer 15 jaar. Hij staat onder een druk van 4,3 lb (1,95 kg) per vierkante inch en kan worden opgeladen door hem rechtstreeks op de orbiter aan te sluiten. Het bestaan Het primaire levensondersteunende systeem is een op zichzelf staande rugzak die is uitgerust met een zuurstoftoevoer en verwijdering van koolstofdioxide filters, elektrische stroom, ventilator en communicatieapparatuur. ruimtepakken zijn modulair, zodat ze door meerdere astronauten kunnen worden gedeeld. De vier onderling verwisselbare basissecties omvatten de helm, het harde bovenlichaam, de armen en het onderlichaam. Deze onderdelen zijn verstelbaar en kunnen worden aangepast aan meer dan 95% van alle astronauten. Elke set armen en benen is verkrijgbaar in verschillende maten die kunnen worden aangepast aan de specifieke astronaut. De armen maken een aanpassing van maximaal één inch mogelijk. De poten maken een aanpassing van maximaal drie inch mogelijk.

Het aantrekken van het ruimtepak duurt ongeveer 15 minuten. Om het ruimtepak aan te trekken, trekt de astronaut eerst het onderste kledingstuk aan dat het vloeistofkoel- en ventilatiesysteem bevat. Het onderste torso-samenstel wordt vervolgens aangebracht terwijl de laarzen worden vastgemaakt. Vervolgens schuift de astronaut in de bovenlichaamseenheid die met de levensondersteunende rugzak op een speciale connector in de luchtsluiskamer is gemonteerd. De afvalringen worden aangesloten en vervolgens worden de handschoenen en helm aangetrokken.

Het fabricageproces

Het vervaardigen van een ruimtepak is een ingewikkeld proces. Het kan worden onderverdeeld in twee productiefasen. Eerst worden de afzonderlijke componenten geconstrueerd. Vervolgens worden de onderdelen samengebracht op een primaire productielocatie, zoals het NASA-hoofdkwartier in Houston, en geassembleerd. Het algemene proces ziet er als volgt uit.

Montage helm en vizier

• 1 De helm en het vizier kunnen worden geconstrueerd met behulp van traditionele blaasvormtechnieken. Een EMU is gemaakt van 14 beschermende lagen. Weefselmaterialen omvatten een verscheidenheid aan verschillende synthetische polymeren. De binnenste laag is een nylon tricot materiaal. Een andere laag is gemaakt van spandex, een elastisch draagbaar polymeer. Er is ook een laag van met urethaan gecoat nylon, die betrokken is bij het onder druk zetten. Dacron, een soort polyester, wordt gebruikt voor een drukremmende laag. Andere gebruikte synthetische stoffen zijn neopreen, een soort sponsrubber, gealuminiseerd Mylar, Gortex, Kevlar en Nomex. Pellets van polycarbonaat worden in een spuitgietmachine geladen. Ze worden gesmolten en in een holte geduwd die ongeveer de grootte en vorm van de helm heeft. Wanneer de holte wordt geopend, wordt het primaire stuk van de helm geconstrueerd. Aan het open uiteinde is een verbindingsstuk toegevoegd zodat de helm aan het harde bovenlichaam kan worden bevestigd. Het ventilatiedistributiekussen wordt samen met ontluchtingsventielen toegevoegd voordat de helm wordt verpakt en verzonden. Het viziersamenstel is op dezelfde manier uitgerust met "koplampen" en communicatieapparatuur.

Levensondersteunende systemen

• 2 De life support systemen worden in een aantal stappen in elkaar gezet. Alle onderdelen zijn bevestigd aan de buitenste rugzakbehuizing. Eerst worden de zuurstoftanks onder druk gevuld, afgedekt en in de behuizing geplaatst. De apparatuur voor het verwijderen van kooldioxide wordt in elkaar gezet. Dit omvat meestal een filterbus die is gevuld met lithiumhydroxide die aan een slang wordt bevestigd. De rugzak is dan voorzien van een ventilatiesysteem, stroom, een radio, een waarschuwingssysteem en de waterkoelingsapparatuur. Wanneer het volledig gemonteerd is, kan het levensondersteunende systeem direct aan het harde bovenlichaam worden bevestigd.

Regelmodule

• 3 De belangrijkste componenten van de regelmodule worden in afzonderlijke eenheden gebouwd en vervolgens geassembleerd. Door deze modulaire aanpak kunnen belangrijke onderdelen indien nodig eenvoudig worden onderhouden. De op de kist gemonteerde bedieningsmodule bevat alle elektronische bedieningselementen, een digitaal display en andere elektronische interfaces. Aan dit onderdeel is ook de primaire ontluchtingsklep toegevoegd.

Verkoelend kledingstuk

• 4 Het verkoelende kledingstuk wordt in de druklagen gedragen. Het is gemaakt van een combinatie van nylon, spandexvezels en vloeistofkoelbuizen. De nylon tricot wordt eerst in een lange ondergoedachtige vorm gesneden. Ondertussen worden de spandexvezels geweven tot een vel stof en in dezelfde vorm gesneden. De spandex wordt vervolgens voorzien van een reeks koelbuizen en vervolgens aan elkaar genaaid met de nylonlaag. Een ritssluiting aan de voorkant wordt vervolgens bevestigd, evenals connectoren voor bevestiging aan het levensondersteunende systeem.

Boven- en onderlichaam

• 5 Het onderlichaam, de armconstructie en de handschoenen zijn op dezelfde manier gemaakt. De verschillende lagen kunststofvezels worden aan elkaar geweven en vervolgens in de juiste vorm gesneden. Aan de uiteinden zijn verbindingsringen bevestigd en de verschillende segmenten zijn bevestigd. De handschoenen zijn voorzien van miniatuurverwarmers in elke vinger en bedekt met isolatievulling.
• 6 Het harde bovenlichaam is gesmeed met een combinatie van glasvezel en metaal. Het heeft vier openingen waar het onderlichaam, de twee armen en de helm worden bevestigd. Daarnaast zijn er adapters toegevoegd waar het life support pack en de control module aan kunnen worden bevestigd.

Eindmontage

• 7 Alle onderdelen worden naar NASA verzonden om te worden geassembleerd. Dit gebeurt op de grond waar het pak kan worden getest voordat het in de ruimte wordt gebruikt.

Kwaliteitscontrole

De individuele leveranciers voeren kwaliteitscontroles uit bij elke stap van het productieproces. Dit zorgt ervoor dat elk onderdeel is gemaakt volgens veeleisende normen en zal functioneren in de extreme omgeving van de ruimte. NASA voert ook uitgebreide tests uit op het volledig geassembleerde pak. Ze controleren op zaken als luchtlekkage, drukverlaging of niet-functionele levensondersteunende systemen. De kwaliteitscontroletests zijn cruciaal omdat een enkele storing ernstige gevolgen kan hebben voor een astronaut.

De Toekomst

Het huidige ontwerp van de EMU is het resultaat van jarenlang onderzoek en ontwikkeling. Hoewel ze een krachtig hulpmiddel zijn voor orbitale operaties, zijn er veel verbeteringen mogelijk. Er is gesuggereerd dat het ruimtepak van de toekomst er dramatisch anders uit kan zien dan het huidige pak. Een gebied dat voor verbetering vatbaar is, is de ontwikkeling van pakken die bij hogere druk kunnen werken dan de huidige EMU. Dit zou het voordeel hebben dat de tijd die momenteel nodig is voor het voorademen voorafgaand aan een ruimtewandeling wordt verkort. Om pakken voor hogere druk te maken, moeten er verbeteringen worden aangebracht in de verbindingsnaden op elk deel van het pak. Een andere verbetering kan zijn in de grootte van het pak in een baan om de aarde. Momenteel kost het een aanzienlijke hoeveelheid tijd om verlengde inzetstukken in de been- en armgebieden te verwijderen of toe te voegen. Een andere mogelijke verbetering zit in de elektronische bediening van het pak. Wat nu complexe commandocodes vereist, zal in de toekomst met één druk op de knop worden gedaan.