Skafandr je přetlakový oděv, který nosí astronauti při kosmických letech. Je navržen tak, aby je chránil před potenciálně škodlivými podmínkami, které se vyskytují ve vesmíru. Skafandry jsou také známé jako jednotky pro mimořádnou pohyblivost (Extravehicular Mobility Units, EMU), což odráží skutečnost, že se používají také jako pomůcky pro pohyblivost, když astronaut absolvuje vesmírnou procházku mimo oběžnou dráhu kosmické lodi. Skládají se z mnoha na míru šitých komponentů, které vyrábí různí výrobci a montuje je Národní agentura pro letectví a vesmír (NASA) ve svém sídle v Houstonu. První skafandry byly představeny v 50. letech 20. století, kdy byl zahájen výzkum vesmíru. Postupně se vyvíjely a stávaly se funkčnějšími a složitějšími. Dnes má NASA 17 dokončených skafandrů, přičemž výroba každého z nich stála přes 10,4 milionu dolarů.

Pozadí

Na Zemi nám atmosféra zajišťuje podmínky prostředí, které potřebujeme k přežití. Věci, které nám poskytuje, jako je vzduch k dýchání, ochrana před slunečním zářením, regulace teploty a stálý tlak, považujeme za samozřejmost. Ve vesmíru žádná z těchto ochranných vlastností není přítomna. Například prostředí bez stálého tlaku neobsahuje dýchatelný kyslík. Také teplota ve vesmíru dosahuje až -459,4° F (-273° C). Aby lidé mohli ve vesmíru přežít, musely být tyto ochranné podmínky syntetizovány.

Skafandr je navržen tak, aby znovu vytvořil podmínky prostředí zemské atmosféry. Poskytuje základní potřeby pro podporu života, jako je kyslík, regulace teploty, přetlakový kryt, odstraňování oxidu uhličitého a ochrana před slunečním zářením, slunečním zářením a drobnými mikrometeoroidy. Jedná se o systém podpory života pro astronauty pracující mimo zemskou atmosféru. Skafandry se používají pro mnoho důležitých úkolů ve vesmíru. Patří mezi ně pomoc při vynášení užitečného zatížení, vyzvedávání a servis zařízení na oběžné dráze, vnější kontrola a oprava orbitální lodi a pořizování ohromujících fotografií.

Historie

Kosmické skafandry se přirozeně vyvíjely s tím, jak docházelo k technologickým zlepšením v oblastech materiálů, elektroniky a vláken. V prvních letech vesmírného programu byly skafandry šité na míru každému astronautovi. Byly mnohem méně složité než dnešní skafandry. Ve skutečnosti byl skafandr, který měl na sobě Alan Shepard při prvním americkém suborbitálním letu, jen o málo víc než tlakový oblek upravený z tlakového obleku pro výškové proudové letouny amerického námořnictva. Tento oblek měl pouze dvě vrstvy a pilot v něm mohl jen obtížně pohybovat rukama nebo nohama.

Další generace skafandrů byla navržena tak, aby chránila před odtlakováním během pobytu astronautů v kosmické lodi na oběžné dráze. Procházky vesmírem v těchto skafandrech však nebyly možné, protože nechránily před drsným prostředím vesmíru. Tyto skafandry se skládaly z pěti vrstev. Vrstvu nejblíže k tělu tvořilo bílé bavlněné spodní prádlo, které mělo nástavce pro biomedicínské přístroje. Následovala modrá nylonová vrstva, která poskytovala pohodlí. Na modré nylonové vrstvě byla tlaková, černá, neoprenem potažená nylonová vrstva. Ta poskytovala kyslík pro případ, že by v kabině selhal tlak. Následovala teflonová vrstva, která držela tvar skafandru pod tlakem, a poslední vrstvou byl bílý nylonový materiál, který odrážel sluneční světlo a chránil před náhodným poškozením.

Při prvních výstupech do vesmíru, k nimž došlo během misí Gemini v roce 1965, byl pro dodatečnou ochranu použit sedmivrstvý oblek. Další vrstvy byly složeny z aluminizovaného mylaru, který poskytoval větší tepelnou ochranu a ochranu před mikrometeoroidy. Tyto skafandry měly celkovou hmotnost 33 liber (15 kg). Byly sice dostačující, ale byly s nimi spojeny určité problémy. Například obličejová maska na přilbě se rychle zamlžovala, takže bylo ztíženo vidění. Také systém chlazení plynů nebyl dostatečný, protože nedokázal dostatečně rychle odvádět nadměrné teplo a vlhkost.

Sally Ride

Sally Ride je známá především jako první Američanka vyslaná do vesmíru. Je vědkyní i profesorkou, působila jako pracovnice Centra pro mezinárodní bezpečnost a kontrolu zbraní na Stanfordově univerzitě, členka správní rady společnosti Apple Computer Inc. a ředitelka vesmírného institutu a profesorka fyziky na Kalifornské univerzitě v San Diegu. Ride se rozhodl psát především pro děti o cestování a průzkumu vesmíru.

Sally Kristen Rideová je starší dcerou Dalea Burdella a Carol Joyce (Andersonové) Rideových z Encina v Kalifornii a narodila se 26. května 1951. Jak popisuje autorka Karen O’Connorová ve své knize pro mladé čtenáře Sally Rideová a noví astronauti, Sally závodila se svým otcem pro sportovní rubriku novin, když jí bylo pouhých pět let. Aktivní, dobrodružná, ale také vzdělaná rodina Rideových cestovala rok po Evropě, když bylo Sally devět a její sestře Karen sedm let. Zatímco Karen se v duchu svých rodičů, kteří byli staršími v presbyteriánské církvi, inspirovala k tomu, aby se stala duchovní, Rideová se díky své rozvíjející se zálibě v objevování nakonec téměř z rozmaru přihlásila do vesmírného programu. „Nevím, proč jsem to chtěla udělat,“ přiznala týdeníku Newsweek předtím, než se vydala na svůj první let do vesmíru.

Příležitost to byla náhodná, protože v roce, kdy začala hledat práci, NASA poprvé od konce šedesátých let otevřela svůj vesmírný program uchazečům a vůbec poprvé z něj nebyly vyloučeny ženy. Rideová se stala jednou z pětatřiceti vybraných z původního počtu osmi tisíc uchazečů o výcvik pro lety do vesmíru v roce 1978. „Proč jsem byla vybrána, zůstává naprostou záhadou,“ přiznala později Johnu Grossmannovi v rozhovoru pro časopis Health z roku 1985. „Nikdo z nás se to nikdy nedozvěděl.“

Rideová se následně ve svých jednatřiceti letech stala nejmladší osobou vyslanou na oběžnou dráhu a také první Američankou ve vesmíru, první Američankou, která uskutečnila dva lety do vesmíru, a shodou okolností také první astronautkou, která se v aktivní službě provdala za jiného astronauta.

Rideová odešla z NASA v roce 1987 do Stanfordského centra pro mezinárodní bezpečnost a kontrolu zbraní a o dva roky později se stala ředitelkou Kalifornského kosmického institutu a profesorkou fyziky na Kalifornské univerzitě v San Diegu.

Při misích Apollo se používaly složitější skafandry, které některé z těchto problémů řešily. Při procházkách po Měsíci nosili astronauti sedmivrstvý oděv s batohem na podporu života. Celková hmotnost činila asi 26 kg (57 lb). Pro mise raketoplánů NASA zavedla jednotku EMU (Extravehicular Mobility Unit). Jednalo se o skafandr určený pro vesmírné vycházky, který nevyžadoval spojení s orbitálním modulem. Jedním z hlavních rozdílů těchto skafandrů bylo, že byly určeny pro použití více astronauty, místo aby byly vyrobeny na zakázku jako předchozí skafandry. Za posledních 20 let prošly skafandry EMU neustálým zdokonalováním, nicméně stále vypadají stejně jako při zahájení programu raketoplánů v roce 1981. V současné době má EMU 14 vrstev ochrany a váží přes 275 liber (125 kg).

Suroviny

Pro konstrukci skafandru se používá řada surovin. Tkaninové materiály zahrnují řadu různých syntetických polymerů. Nejvnitřnější vrstvu tvoří nylonový trikotový materiál. Další vrstva se skládá ze spandexu, pružného nositelného polymeru. Dále je zde vrstva z nylonu potaženého uretanem, který se podílí na přetlakování. Dacron – druh polyesteru – se používá pro vrstvu snižující tlak. Mezi další používané syntetické tkaniny patří neopren, což je druh houbovité pryže, aluminizovaný mylar, Gortex, Kevlar a Nomex.

Kromě syntetických vláken hrají důležitou roli i další suroviny. Skelné vlákno je hlavním materiálem pro tvrdý horní segment trupu. Hydroxid lithný se používá při výrobě filtru, který odstraňuje oxid uhličitý a vodní páru během kosmické vycházky. Směs stříbra a zinku tvoří baterii, která napájí skafandr. Do tkaniny jsou vetkány plastové trubky, které slouží k dopravě chladicí vody po celém skafandru. Na konstrukci skořepiny přilby se používá polykarbonátový materiál. Elektronické obvody a ovládací prvky skafandru jsou tvořeny různými dalšími součástkami.

Konstrukce

Jediný skafandr EMU je zkonstruován z různých součástek vyrobených na míru více než 80 společnostmi. Velikost dílů se liší od osmipalcových podložek až po 30 palců (76,2 cm) dlouhou nádrž na vodu. EMU se skládá z 18 samostatných položek. Některé z hlavních součástí jsou uvedeny níže.

Primární systém podpory života je samostatný batoh, který je vybaven zásobou kyslíku, filtry pro odstranění oxidu uhličitého, elektrickým napájením, ventilátorem a komunikačním zařízením. Poskytuje astronautovi většinu věcí potřebných k přežití, jako je kyslík, čištění vzduchu, regulace teploty a komunikace. V nádrži skafandru může být uloženo až sedm hodin kyslíku. Na skafandru se nachází také sekundární kyslíkový balíček. Ten poskytuje dalších 30 minut nouzového kyslíku.

Přilba je velká plastová přetlaková bublina, která má na krku kroužek a větrací rozdělovací podložku. Má také proplachovací ventil, který se používá se sekundárním kyslíkovým balíčkem. V přilbě je brčko do sáčku na pití pro případ, že by astronaut dostal žízeň, hledí, které chrání před ostrými slunečními paprsky, a kamera, která zaznamenává mimořádné aktivity. Protože vycházky do vesmíru mohou trvat i více než sedm hodin v kuse, je skafandr vybaven systémem na sběr moči, který umožňuje přestávky na toaletu. Sestava MSOR se připevňuje na vnější stranu přilby. Toto zařízení (známé také jako „Snoopyho čepice“) se zaklapne pomocí podbradního pásku. Skládá se ze sluchátek a mikrofonu pro obousměrnou komunikaci. Má také čtyři malé „čelovky“, které svítí dodatečným světlem tam, kde je to potřeba. Stínítko se ručně nastavuje tak, aby astronautovi chránilo oči.

Pro udržení teploty se pod svrchním oděvem nosí kapalinový chladicí a ventilační oděv. Skládá se z chladicích trubic, kterými protéká tekutina. Spodní oděv je síťovaný jednodílný oblek složený ze spandexu. Má zip umožňující vstup zepředu. Má více než 300 stop propletených plastových trubek, v nichž cirkuluje chladná voda. Obvykle je teplota cirkulující vody udržována v rozmezí 40-50° F (4,4-9,9° C). Teplota se ovládá ventilem na ovládacím panelu displeje. Spodní oděv váží po naplnění vodou 8,4 lb (3,8 kg).

Sestava spodního trupu se skládá z kalhot, bot, „krátké jednotky, kolenních a kotníkových kloubů a připojení v pase. Skládá se z tlakového měchýře z nylonu potaženého uretanem. Zádržná vrstva z dacronu a vnější tepelný oděv složený z nylonu potaženého neoprenem. Dále má pět vrstev aluminizovaného Mylaru a povrchovou vrstvu tkaniny složenou z teflonu, kevlaru a nomexu. Tuto část obleku lze zkrátit nebo prodloužit nastavením velikostních kroužků ve stehenní a nohavicové části. Boty mají zateplenou špičku pro lepší udržení tepla. Používají se také zateplené ponožky. V této části obleku je také umístěno zařízení pro uchovávání moči. Starší modely mohly pojmout až 950 mililitrů tekutiny. V současné době se používá oděv typu jednorázové pleny.

Sestava paží je nastavitelná stejně jako spodní část trupu. Rukavice obsahují

Jednotka pro mimořádnou pohyblivost (EMU).

miniaturní bateriové ohřívače v každém prstu. Zbytek jednotky je pokryt polstrováním a další ochrannou vnější vrstvou.

Pevná horní část trupu je vyrobena ze skelných vláken a kovu. Připevňuje se k němu většina částí skafandru včetně přilby, paží, displeje systému podpory života, řídicího modulu a spodní části trupu. Obsahuje kyslíkové láhve, zásobníky vody, sublimátor, kazetu pro kontrolu kontaminace, regulátory, senzory, ventily a komunikační systém. Kyslík, oxid uhličitý a vodní pára opouštějí skafandr přes ventilační oděv v blízkosti astronautových nohou a loktů. Pitný vak v horní části trupu pojme až 32 oz (907,2 g) vody. Astronaut se může napít přes náustek, který zasahuje do přilby.

Řídicí modul umístěný na hrudi umožňuje astronautovi sledovat stav skafandru a připojit se k vnějším zdrojům tekutin a elektřiny. Obsahuje všechny mechanické a elektrické ovládací prvky a také vizuální zobrazovací panel. K napájení skafandru se používá stříbrná zinková dobíjecí baterie, která pracuje při napětí 17 V. Tento řídicí modul je integrován s výstražným systémem, který se nachází v pevné horní části trupu, aby astronaut věděl o stavu prostředí skafandru. Skafandr se k orbiteru připojuje pomocí pupeční šňůry. Před opuštěním přechodové komory se odpojí.

Bílý oblek váží na Zemi asi 275 liber (124,8 kg) a jeho životnost je přibližně 15 let. Je natlakován na 4,3 lb (1,95 kg) na čtvereční palec a může být dobíjen připojením přímo k orbitálnímu modulu. Stávající

Primární systém podpory života je samostatný batoh, který je vybaven zásobou kyslíku, filtry pro odstranění oxidu uhličitého, elektrickým napájením, ventilátorem a komunikačním zařízením.

Skafandry jsou modulární, takže je může sdílet více astronautů. Čtyři základní vyměnitelné části zahrnují přilbu, pevnou horní část trupu, paže a spodní část trupu. Tyto části jsou nastavitelné a jejich velikost lze měnit tak, aby vyhovovaly více než 95 % všech astronautů. Každá sada rukou a nohou se dodává v různých velikostech, které lze doladit tak, aby vyhovovaly konkrétnímu astronautovi. Ramena umožňují nastavení až o jeden palec. Nohy umožňují nastavení až o tři palce.

Obléknutí skafandru trvá asi 15 minut. Při oblékání skafandru si astronaut nejprve oblékne spodní oděv, který obsahuje kapalinový chladicí a ventilační systém. Poté se oblékne spodní část trupu, na kterou se připevní boty. Poté astronaut vklouzne do horní trupové jednotky, která je spolu s batohem na podporu života připevněna na speciálním konektoru v komoře přechodové komory. Připojí se odpadní prstence a poté se nasadí rukavice a přilba.

Výrobní proces

Výroba skafandru je složitý proces. Lze ji rozdělit do dvou fází výroby. Nejprve se zkonstruují jednotlivé komponenty. Poté se díly shromáždí v místě primární výroby, například v centrále NASA v Houstonu, a smontují se. Obecný postup je nastíněn následovně.

Sestavení přilby a hledí

• 1 Přilba a hledí mohou být zkonstruovány tradiční technikou vyfukování.
  

  EMU se skládá ze 14 ochranných vrstev. Látkové materiály zahrnují řadu různých syntetických polymerů. Nejvnitřnější vrstvu tvoří nylonový trikotový materiál. Další vrstva se skládá ze spandexu, pružného nositelného polymeru. Dále je zde vrstva z nylonu potaženého uretanem, který se podílí na přetlaku. Dacron – druh polyesteru – je použit pro vrstvu omezující tlak. Mezi další používané syntetické tkaniny patří neopren, což je druh houbovité pryže, aluminizovaný mylar, Gortex, Kevlar a Nomex.

  Pelety polykarbonátu se vkládají do vstřikovacího stroje. Jsou roztaveny a vtlačeny do dutiny, která má přibližnou velikost a tvar přilby. Po otevření dutiny se zkonstruuje primární část přilby. Na otevřeném konci je přidáno spojovací zařízení, aby bylo možné přilbu připevnit k tvrdé horní části trupu. Před zabalením a odesláním přilby se přidá větrací rozdělovací podložka spolu s ventily pro profukování. Podobně je sestava hledí vybavena „čelovkami“ a komunikačním zařízením.

Systémy podpory života

• 2 Systémy podpory života se sestavují v několika krocích. Všechny části se připevňují k vnějšímu krytu batohu. Nejprve se naplní tlakové kyslíkové nádrže, uzavřou se a vloží do pouzdra. Poté se sestaví zařízení pro odvod oxidu uhličitého. To obvykle zahrnuje filtrační nádobu naplněnou hydroxidem lithným, která se připojí k hadici. Poté je batoh vybaven ventilačním systémem, elektrickým napájením, vysílačkou, výstražným systémem a zařízením pro chlazení vodou. Po kompletním sestavení lze systém podpory života připevnit přímo na pevnou horní část trupu.

Řídicí modul

• 3 Klíčové součásti řídicího modulu jsou sestaveny v samostatných jednotkách a poté smontovány. Tento modulární přístup umožňuje v případě potřeby snadný servis klíčových dílů. Hrudní řídicí modul obsahuje všechny elektronické ovládací prvky, digitální displej a další elektronická rozhraní. K této části je přidán také primární proplachovací ventil.

Chladicí oděv

• 4 Chladicí oděv se nosí uvnitř tlakových vrstev. Je vyroben z kombinace nylonu, spandexových vláken a kapalinových chladicích trubiček. Nylonový trikot je nejprve nastříhán do tvaru dlouhého spodního prádla. Mezitím se vlákna spandexu utkají do listu látky a nastříhají se do stejného tvaru. Spandex je poté opatřen řadou chladicích trubiček a následně sešit s nylonovou vrstvou. Vpředu je pak připevněn zip a konektory pro připojení k záchrannému systému.

Horní a dolní část trupu

• 5 Podobným způsobem je zhotovena spodní část trupu, sestava paží a rukavice. Různé vrstvy syntetických vláken jsou spleteny dohromady a poté nastříhány do příslušného tvaru. Na koncích se připevní spojovací kroužky a jednotlivé segmenty se spojí. Rukavice jsou vybaveny miniaturními topnými tělesy v každém prstu a pokryty izolační vycpávkou.
• 6 Pevná horní část trupu je vykovaná kombinací skleněných vláken a kovu. Má čtyři otvory, ke kterým se připojuje sestava spodního trupu, obě paže a přilba. Navíc jsou přidány adaptéry, kam lze připevnit záchranný balíček a řídicí modul.

Konečná montáž

• 7 Všechny díly jsou odeslány do NASA k sestavení. To se provádí na zemi, kde lze skafandr před použitím ve vesmíru otestovat.

Kontrola kvality

Jednotliví dodavatelé provádějí testy kontroly kvality v každém kroku výrobního procesu. Tím je zajištěno, že každý díl je vyroben podle přísných norem a bude fungovat v extrémním prostředí vesmíru. NASA také provádí rozsáhlé testy kompletně sestaveného skafandru. Kontrolují, zda nedochází k úniku vzduchu, snížení tlaku nebo nefunkčnosti systémů podpory života. Testy kontroly kvality jsou klíčové, protože jediná porucha může mít pro astronauta fatální následky.

Budoucnost

Současná konstrukce EMU je výsledkem mnohaletého výzkumu a vývoje. Přestože jsou výkonným nástrojem pro orbitální operace, je možné je v mnohém vylepšit. Bylo navrženo, že skafandr budoucnosti může vypadat dramaticky jinak než současný skafandr. Jednou z oblastí, kterou lze zlepšit, je vývoj skafandrů, které mohou pracovat při vyšších tlacích než současné EMU. To by mělo tu výhodu, že by se zkrátila doba, která je v současnosti nutná pro předdýchání před výstupem do vesmíru. Pro výrobu skafandrů s vyšším tlakem bude nutné vylepšit spojovací spoje na jednotlivých částech skafandru. Další zlepšení může spočívat ve změně velikosti obleku na oběžné dráze. V současné době zabere odebrání nebo přidání rozšiřujících vložek v oblasti nohou a rukou značné množství času. Další možné zlepšení se týká elektronického ovládání obleku. To, co nyní vyžaduje složité příkazové kódy, bude v budoucnu možné provést stisknutím jediného tlačítka.

.