Az űrruha az űrhajósok által az űrrepülések során viselt nyomás alatti ruházat. Úgy tervezték, hogy megvédje őket az űrben tapasztalt, potenciálisan káros körülményektől. Az űrruhákat EMU-knak (Extravehicular Mobility Units) is nevezik, ami azt a tényt tükrözi, hogy az űrhajósok mozgást segítő eszközként is használják őket, amikor űrsétát tesznek a pályán keringő űrhajón kívül. Számos testre szabott alkatrészből állnak, amelyeket különböző gyártók állítanak elő, és a Nemzeti Űrhajózási és Űrkutatási Hivatal (NASA) houstoni központjában szerelik össze. Az első űrruhákat az 1950-es években mutatták be, amikor megkezdődött az űrkutatás. Azóta folyamatosan fejlődtek, egyre funkcionálisabbá és bonyolultabbá váltak. Napjainkban a NASA-nak 17 kész EMU-ja van, amelyek mindegyike több mint 10,4 millió dollárba került.

Háttér

A Földön a légkör biztosítja számunkra a túléléshez szükséges környezeti feltételeket. Természetesnek vesszük az általa biztosított dolgokat, mint például a levegőt a légzéshez, a napsugárzástól való védelmet, a hőmérséklet szabályozását és az állandó nyomást. Az űrben ezek közül a védő tulajdonságok közül egyik sincs jelen. Az állandó nyomás nélküli környezet például nem tartalmaz belélegezhető oxigént. Emellett az űrben a hőmérséklet akár -459,4° F (-273° C) is lehet. Ahhoz, hogy az emberek túlélhessenek az űrben, ezeket a védő körülményeket szintetizálni kellett.

Az űrruhát úgy tervezték, hogy a földi légkör környezeti körülményeit teremtse meg. Biztosítja az alapvető szükségleteket az életfenntartáshoz, mint például az oxigén, a hőmérsékletszabályozás, a nyomás alatt álló burkolat, a szén-dioxid eltávolítása, valamint a napfénytől, a napsugárzástól és az apró mikrometeoroidáktól való védelem. Ez egy létfenntartó rendszer a Föld légkörén kívül dolgozó űrhajósok számára. Az űrruhákat számos fontos feladatra használták az űrben. Ezek közé tartozik a hasznos teher kihelyezésének segítése, a pályán keringő berendezések visszaszerzése és karbantartása, a keringő űrhajó külső ellenőrzése és javítása, valamint lenyűgöző fényképek készítése.

Történelem

Az űrruhák természetes módon fejlődtek, ahogy a technológiai fejlesztések az anyagok, az elektronika és a szálak területén történtek. Az űrprogram korai éveiben az űrruhákat minden űrhajósra szabták. Ezek sokkal kevésbé voltak bonyolultak, mint a mai űrruhák. Valójában az Alan Shepard által az első amerikai szuborbitális űrrepülésen viselt ruha alig volt több, mint az amerikai haditengerészet nagy magasságú sugárhajtású repülőgépének nyomóruhájából átalakított nyomóruha. Ez a ruha csak két rétegű volt, és a pilóta nehezen tudta mozgatni a karját vagy a lábát.

A következő generációs űrruhát úgy tervezték, hogy védelmet nyújtson a nyomáscsökkenés ellen, amíg az űrhajósok egy keringő űrhajóban tartózkodnak. Az űrséták azonban ezekben a ruhákban nem voltak lehetségesek, mert nem védtek az űrben uralkodó zord környezet ellen. Ezek a ruhák öt rétegből álltak. A testhez legközelebbi réteg egy fehér pamut alsóruházat volt, amelyhez biomedicinális eszközök rögzítései tartoztak. Ezután egy kék nejlonréteg következett, amely kényelmet biztosított. A kék nejlonréteg tetején egy nyomás alatti, fekete, neoprénnel bevont nejlonréteg volt. Ez biztosította az oxigént arra az esetre, ha a kabinnyomás nem működne. Ezután egy teflonréteg következett, amely nyomás alatt tartotta a ruha alakját, az utolsó réteg pedig egy fehér nejlonanyag volt, amely visszaverte a napfényt és védett a véletlen sérülésektől.

Az első űrsétákhoz, amelyek az 1965-ös Gemini-küldetések során történtek, hétrétegű ruhát használtak extra védelemként. Az extra rétegek aluminizált Mylarból álltak, amely nagyobb hővédelmet és védelmet nyújtott a mikrometeoroidák ellen. Ezeknek a ruháknak az összsúlya 15 kg volt. Bár megfelelőek voltak, bizonyos problémák is felmerültek velük kapcsolatban. Például a sisak arcmaszkja gyorsan bepárásodott, így a látás korlátozott volt. A gázhűtő rendszer sem volt megfelelő, mert nem tudta elég gyorsan eltávolítani a túlzott hőt és nedvességet.

Sally Ride

Sally Ride leginkább úgy ismert, mint az első amerikai nő, akit a világűrbe küldtek. Egyszerre tudós és professzor, a Stanford Egyetem Nemzetközi Biztonsági és Fegyverzetellenőrzési Központjának munkatársa, az Apple Computer Inc. igazgatótanácsának tagja, valamint a San Diegó-i Kaliforniai Egyetem űrkutatási intézetének igazgatója és fizika professzora. Ride úgy döntött, hogy elsősorban gyerekeknek ír az űrutazásról és űrkutatásról.

Sally Kristen Ride a kaliforniai Encino-ban élő Dale Burdell és Carol Joyce (Anderson) Ride idősebbik lánya, 1951. május 26-án született. Ahogy Karen O’Connor írónő a Sally Ride és az új űrhajósok című ifjúsági könyvében a tomboy Ride-ot jellemzi, Sally már ötéves korában versenyzett apjával az újság sportrovatában. A Ride-ék aktív, kalandvágyó, ugyanakkor tudós családként egy éven át beutazták Európát, amikor Sally kilencéves, nővére, Karen pedig hétéves volt. Míg Karen lelkésznek készült, szülei szellemében, akik presbiteriánus gyülekezetük vénjei voltak, Ride-ot a felfedezés iránti saját fejlődő kedve végül arra késztette, hogy szinte szeszélyből jelentkezzen az űrprogramba. “Nem tudom, miért akartam ezt csinálni” – vallotta be a Newsweeknek, mielőtt elindult volna első űrrepülésére.

A lehetőség szerencsésen adódott, hiszen abban az évben, amikor elkezdte az álláskeresést, a NASA az 1960-as évek vége óta először nyitotta meg űrprogramját a jelentkezők előtt, és ez volt a legelső alkalom, hogy a nőket nem zárták ki a pályázók közül. Ride egyike lett annak a harmincötnek, akiket az eredetileg nyolcezer jelentkezőből kiválasztottak az 1978-as űrhajósképzésre. “Hogy miért engem választottak ki, az máig teljes rejtély” – vallotta be később John Grossmannak egy 1985-ös Health című interjúban. “Egyikünknek sem mondták el soha.”

Ride később, harmincegy évesen a legfiatalabb pályára küldött ember lett, valamint az első amerikai nő az űrben, az első amerikai nő, aki két űrrepülést hajtott végre, és véletlenül az első űrhajós, aki aktív szolgálatban feleségül vett egy másik űrhajóst.

Ride 1987-ben távozott a NASA-tól a Stanford Nemzetközi Biztonsági és Fegyverzetellenőrzési Központjába, majd két évvel később a Kaliforniai Űrkutatási Intézet igazgatója és a San Diegó-i Kaliforniai Egyetem fizika professzora lett.

Az Apollo-missziókban bonyolultabb ruhákat használtak, amelyek megoldották e problémák egy részét. A holdjárásokhoz az űrhajósok hétrétegű ruhát viseltek egy létfenntartó hátizsákkal. A teljes súlya körülbelül 26 kg volt. A Space Shuttle-küldetésekhez a NASA bevezette az Extravehicular Mobility Unitot (EMU). Ez egy űrsétákhoz tervezett űrruha volt, amely nem igényelt kapcsolatot az orbiterrel. Az egyik fő különbség ezekben a ruhákban az volt, hogy több űrhajós használatára tervezték őket, ahelyett, hogy egyedi készítésűek lettek volna, mint a korábbi űrruhák. Az elmúlt 20 év során az EMU-k folyamatos fejlesztéseken mentek keresztül, azonban még mindig ugyanúgy néznek ki, mint az űrsiklóprogram 1981-es indulásakor. Jelenleg az EMU 14 védőréteggel rendelkezik és több mint 125 kg-ot nyom.

Nyersanyagok

Az űrruha építéséhez számos nyersanyagot használnak. A szövetanyagok közé tartoznak a különböző szintetikus polimerek. A legbelső réteg egy Nylon trikó anyagból készül. Egy másik réteg spandexből, egy rugalmas viselhető polimerből áll. Van egy uretánnal bevont nejlonból készült réteg is, amely a nyomás alá helyezésben vesz részt. Dacron – egyfajta poliészter – nyomáscsökkentő réteget használnak. Más szintetikus szövetek közé tartozik a neoprén, amely egyfajta szivacsgumi, az aluminizált Mylar, a Gortex, a Kevlar és a Nomex.

A szintetikus szálakon túl más nyersanyagok is fontos szerepet játszanak. Az üvegszál az elsődleges anyag a kemény felső törzsszegmenshez. Lítium-hidroxidból készül a szűrő, amely az űrséta során eltávolítja a szén-dioxidot és a vízgőzt. Ezüst-cink keverék alkotja a ruhát tápláló akkumulátort. A szövetbe műanyag csöveket szőttek, amelyek a hűtővizet szállítják a ruhán keresztül. A sisak héja polikarbonát anyagból készül. Az elektronikus áramkörök és a ruha kezelőszervei különböző egyéb alkatrészekből készülnek.

Tervezés

Egyetlen EMU űrruhát több mint 80 cég által gyártott különböző, testre szabott alkatrészekből állítanak össze. Az alkatrészek mérete az egynyolcad hüvelykes alátéttől a 30 hüvelykes (76,2 cm) hosszú víztartályig terjed. Az EMU 18 különálló részből áll. A főbb alkatrészek közül néhányat az alábbiakban ismertetünk.

Az elsődleges létfenntartó rendszer egy önálló hátizsák, amely oxigénellátással, szén-dioxid-eltávolító szűrőkkel, elektromos energiával, szellőzőventilátorral és kommunikációs berendezésekkel van felszerelve. Ez biztosítja az űrhajós számára a túléléshez szükséges legtöbb dolgot, például oxigént, légtisztítást, hőmérséklet-szabályozást és kommunikációt. A szkafander tartályában akár hét órányi oxigén is tárolható. Egy másodlagos oxigéncsomag is található a ruhán. Ez további 30 percnyi vészhelyzeti oxigént biztosít.

A sisak egy nagy műanyag, nyomás alatti buborék, amely egy nyakgyűrűvel és egy szellőzéselosztó párnával rendelkezik. Van rajta egy légtelenítő szelep is, amelyet a másodlagos oxigéncsomaggal együtt használnak. A sisakban van egy szívószál egy italos zacskóhoz arra az esetre, ha az űrhajós megszomjazna, egy vizor, amely a ragyogó nap sugarai ellen védelmet nyújt, és egy kamera, amely rögzíti az extra járműves tevékenységeket. Mivel az űrséták egyszerre több mint hét órán át tarthatnak, a ruhát vizeletgyűjtő rendszerrel szerelték fel, hogy lehetővé tegyék a mosdószüneteket. Az MSOR-szerelvény a sisak külső oldalára rögzíthető. Ez az eszköz (más néven “Snoopy sapka”) egy állszíjjal pattan be a helyére. Fejhallgatóból és mikrofonból áll a kétirányú kommunikációhoz. Négy kis “fejlámpával” is rendelkezik, amelyek extra fényt adnak, ahol szükséges. A napellenzőt manuálisan állítják be, hogy az űrhajós szemét védje.

A hőmérséklet fenntartása érdekében a külső ruházat alatt egy folyékony hűtő- és szellőző ruházatot viselnek. Ez hűtőcsövekből áll, amelyeken folyadék áramlik keresztül. Az alsóruha egy hálós egyrészes ruha, amely spandexből áll. Cipzárral rendelkezik, amely lehetővé teszi az elülső belépést. Több mint 300 lábnyi műanyag cső van benne összefonódva, amelyekben hideg víz kering. Általában a keringetett víz hőmérséklete 40-50° F (4,4-9,9° C) között van. A hőmérsékletet a kijelző vezérlőpanelén lévő szelep szabályozza. Az alsó ruhadarab vízzel megrakva 8,4 font (3,8 kg) súlyú.

Az alsó törzsegység a nadrágból, a csizmából, az “alsó egységből, a térd- és bokaízületekből és a derékcsatlakozásból áll. Ez egy uretánnal bevont nejlonból készült nyomóhólyagból áll. Dacronból készült visszatartó rétegből és neoprénnel bevont neoprénből álló külső hőruházatból. Öt réteg aluminizált Mylarból és egy teflonból, kevlárból és Nomexből álló szövetfelületi rétegből áll. A ruhának ez a része a comb- és lábszárrészen található méretezőgyűrűk beállításával rövidebbé vagy hosszabbá tehető. A csizma szigetelt orrmerevítővel rendelkezik a hőmegtartás javítása érdekében. Hőzoknit is viselnek. A vizelettároló eszköz szintén a ruhának ebben a részében található. A régi modellek akár 950 milliliter folyadékot is képesek voltak tárolni. Jelenleg eldobható pelenka típusú ruházatot használnak.

A karok szerelvénye a törzs alsó részéhez hasonlóan állítható. A kesztyűk tartalmazzák

Egy Extravehicular Mobility Unit (EMU).

miniatűr elemmel működő fűtőelemeket minden egyes ujjban. Az egység többi részét párnázás és egy további külső védőréteg borítja.

A kemény felső törzs üvegszálból és fémből készült. Ezen rögzül a legtöbb ruhadarab, beleértve a sisakot, a karokat, a létfenntartó rendszer kijelzőjét, a vezérlőmodult és az alsó törzset. Tartalmaz oxigénpalackokat, víztároló tartályokat, egy szublimátort, egy szennyezőanyag-ellenőrző patront, szabályozókat, érzékelőket, szelepeket és egy kommunikációs rendszert. Az oxigén, a szén-dioxid és a vízgőz az űrhajós lábánál és könyökénél lévő szellőző ruházaton keresztül távozik a ruhából. A felső törzsben lévő italtáska akár 32 oz (907,2 g) vizet is tartalmazhat. Az űrhajós a sisakba nyúló szájrészen keresztül ihat.

A mellkasra szerelt vezérlőmodul lehetővé teszi az űrhajós számára, hogy figyelemmel kísérje a ruha állapotát, és csatlakozzon külső folyadék- és áramforrásokhoz. Tartalmazza az összes mechanikus és elektromos kezelőszervet, valamint egy vizuális kijelzőpanelt is. A ruhát egy 17 volton működő, újratölthető ezüstcink akkumulátor látja el energiával. Ez a vezérlőmodul integrálva van a kemény felső törzsben található figyelmeztető rendszerrel, hogy az űrhajós tisztában legyen a ruha környezetének állapotával. A ruha egy köldökzsinóron keresztül csatlakozik az orbiterhez. Ezt a légzsilip elhagyása előtt leválasztják.

A fehér ruha a Földön körülbelül 124,8 kg-ot nyom, és a termék várható élettartama körülbelül 15 év. Négyzetcentiméterenként 4,3 font (1,95 kg) nyomás alá van helyezve, és közvetlenül az orbiterhez csatlakoztatva feltölthető. A meglévő

Az elsődleges létfenntartó rendszer egy önálló hátizsák, amely oxigénellátással, szén-dioxid-eltávolító szűrőkkel, elektromos energiával, szellőzőventilátorral és kommunikációs berendezésekkel van felszerelve.

Az űrruhák modulárisak, így több űrhajós is használhatja őket. A négy alapvető cserélhető rész a sisak, a kemény felső törzs, a karok és az alsó törzsegység. Ezek az alkatrészek állíthatóak és átméretezhetők, hogy az űrhajósok több mint 95%-ának megfeleljenek. Minden kar- és lábkészlet különböző méretekben kapható, amelyek finomhangolhatók, hogy illeszkedjenek az adott űrhajóshoz. A karok akár egy hüvelyknyi állítást is lehetővé tesznek. A lábak akár három hüvelykes állítást is lehetővé tesznek.

Az űrruha felöltése körülbelül 15 percet vesz igénybe. Az űrruha felöltéséhez az űrhajós először az alsó ruhadarabot veszi fel, amely a folyadékhűtő és szellőzőrendszert tartalmazza. Ezután az alsó törzsrész kerül fel, majd a csizmák kerülnek felhelyezésre. Ezután az űrhajós belecsúszik a felső törzsegységbe, amelyet a létfenntartó hátizsákkal együtt egy speciális csatlakozóra szerelnek fel a zsilipkamrában. A hulladékgyűrűket csatlakoztatják, majd felveszik a kesztyűt és a sisakot.

A gyártási folyamat

Az űrruha gyártása bonyolult folyamat. A termelés két fázisra bontható. Először az egyes alkatrészeket építik meg. Ezután az alkatrészeket egy elsődleges gyártási helyen, például a NASA houstoni központjában hozzák össze és szerelik össze. Az általános folyamat a következőképpen vázolható fel.

Sisak és napellenző összeszerelése

• 1 A sisak és a napellenző hagyományos fúvóformázási technikával is elkészíthető.
  

  Egy EMU 14 védőrétegből áll. A szövetanyagok közé különböző szintetikus polimerek tartoznak. A legbelső réteg egy nejlon trikó anyag. Egy másik réteg spandexből, egy rugalmas viselhető polimerből áll. Van egy uretánnal bevont nejlon réteg is, amely a nyomáskiegyenlítésben vesz részt. Dacron – egyfajta poliészter – nyomáscsökkentő réteget használnak. Más szintetikus szövetek közé tartozik a neoprén, amely egyfajta szivacsgumi, az aluminizált Mylar, a Gortex, a Kevlar és a Nomex.

  A polikarbonát pelleteket egy fröccsöntőgépbe töltik. Megolvasztják és egy olyan üregbe préselik őket, amely megközelítőleg a sisak mérete és alakja. Amikor az üreget kinyitják, elkészül a sisak elsődleges darabja. A nyitott végén egy összekötő eszközt helyeznek el, hogy a sisakot a kemény felsőtesthez lehessen rögzíteni. A sisak csomagolása és szállítása előtt hozzáadják a szellőzéselosztó párnát és a légtelenítő szelepeket. A napellenzőt hasonlóképpen felszerelik “fejlámpákkal” és kommunikációs berendezésekkel.

Életfenntartó rendszerek

• 2 Az életfenntartó rendszerek összeállítása több lépésben történik. Az összes darabot a hátizsák külső házára szerelik. Először a nyomás alatt lévő oxigénpalackokat töltik meg, zárják le és helyezik be a házba. A szén-dioxid eltávolító berendezéseket szerelik össze. Ez általában egy lítium-hidroxiddal töltött szűrőtartályt foglal magában, amelyet egy tömlőhöz csatlakoztatnak. Ezután a hátizsákot felszerelik egy szellőztető ventilátorrendszerrel, elektromos árammal, rádióval, figyelmeztető rendszerrel és a vízhűtő berendezéssel. Teljesen összeszerelve a létfenntartó rendszer közvetlenül a kemény felsőtestre rögzíthető.

Vezérlőmodul

• 3 A vezérlőmodul fő alkotóelemeit különálló egységekben építik meg, majd összeszerelik. Ez a moduláris megközelítés lehetővé teszi, hogy a kulcsfontosságú részek szükség esetén könnyen szervizelhetőek legyenek. A mellkasra szerelt vezérlőmodul tartalmazza az összes elektronikus vezérlőt, a digitális kijelzőt és egyéb elektronikus interfészeket. Az elsődleges öblítőszelep is ehhez a részhez tartozik.

Hűtőruha

• 4 A hűtőruhát a nyomórétegek belsejében kell viselni. Nylon, spandex szálak és folyadékhűtő csövek kombinációjából készül. A nejlon trikót először hosszú, alsóneműszerű formára vágják. Eközben a spandexszálakat egy szövetlapba szövik, és ugyanilyen alakúra vágják. A spandexet ezután egy sor hűtőcsővel látják el, majd összevarrják a nylonréteggel. Ezután egy elülső cipzárat, valamint a létfenntartó rendszerhez való rögzítéshez szükséges csatlakozókat rögzítenek.

Felső és alsó törzs

• 5 Az alsó törzs, a karok és a kesztyűk hasonló módon készülnek. A szintetikus szálak különböző rétegeit összeszövik, majd a megfelelő formára vágják. A végekre csatlakozó gyűrűket erősítenek, és a különböző szegmenseket rögzítik. A kesztyűket minden ujjba miniatűr fűtőelemekkel látják el, és szigetelőbetéttel borítják.
• 6 A kemény felsőtestet üvegszál és fém kombinációjából kovácsolják. Négy nyílással rendelkezik, ahol az alsó törzsegység, a két kar és a sisak csatlakozik. Ezenkívül adapterek vannak hozzáadva, ahová a létfenntartó csomag és a vezérlőmodul csatlakoztatható.

Végső összeszerelés

• 7 Az összes alkatrészt elszállítják a NASA-nak összeszerelésre. Ez a földön történik, ahol a ruhát az űrben való használat előtt tesztelni lehet.

Minőségellenőrzés

Az egyes beszállítók a gyártási folyamat minden egyes lépésénél minőségellenőrzési vizsgálatokat végeznek. Ez biztosítja, hogy minden alkatrész a szigorú előírásoknak megfelelően készüljön, és működjön az űrben uralkodó szélsőséges körülmények között is. A NASA a teljesen összeszerelt űrruhán is kiterjedt teszteket végez. Olyan dolgokat ellenőriznek, mint a légszivárgás, a nyomáscsökkenés vagy a nem működő létfenntartó rendszerek. A minőségellenőrzési tesztek azért kulcsfontosságúak, mert egyetlen meghibásodás is súlyos következményekkel járhat az űrhajósra nézve.

A jövő

A jelenlegi EMU kialakítása sokéves kutatás és fejlesztés eredménye. Míg ezek hatékony eszközei az orbitális műveleteknek, számos fejlesztés lehetséges. Felmerült, hogy a jövő űrruhája drámaian másképp nézhet ki, mint a jelenlegi. Az egyik fejleszthető terület olyan ruhák kifejlesztése, amelyek a jelenlegi EMU-nál nagyobb nyomáson képesek működni. Ez azzal az előnnyel járna, hogy az űrséta előtti előlégzéshez jelenleg szükséges idő csökkenne. A nagyobb nyomású ruhák előállításához javítani kell a ruha egyes részeinek összekötő csuklóit. Egy másik fejlesztés a ruhák méretének megváltoztatása lehet a pályára állításkor. Jelenleg jelentős időt vesz igénybe a láb és a karok területén lévő hosszabbító betétek eltávolítása vagy hozzáadása. Egy másik lehetséges fejlesztés a ruha elektronikus vezérlését érinti. Ami most bonyolult parancskódokat igényel, az a jövőben egyetlen gombnyomással elvégezhető lesz.