Spacesuit

宇宙服は、宇宙飛行士が宇宙飛行中に着る加圧服である。 これは、宇宙空間で経験する潜在的に有害な条件から宇宙飛行士を保護するために設計されています。 宇宙服は、宇宙飛行士が軌道上の宇宙船の外側を歩くときに移動補助具としても使用されることから、船外活動ユニット (Extravehicular Mobility Units、EMU) とも呼ばれます。 様々なメーカーが製造した多数のオーダーメイド部品で構成され、ヒューストンのNASA本部で組み立てられている。 最初の宇宙服は、宇宙開発が始まった1950年代に登場した。 その後、より機能的で複雑なものに進化していった。 現在、NASAでは17機のEMUが完成しており、1機あたりの製作費は1,040万ドル以上となっています。

背景

地球上では、大気は私たちが生きていくために必要な環境条件を提供してくれています。 呼吸するための空気、太陽放射からの保護、温度調節、安定した圧力など、私たちは大気が提供してくれるものを当然のこととして受け止めています。 しかし、宇宙ではそのような保護機能はありません。 例えば、一定の圧力がない環境では、呼吸可能な酸素は存在しません。 また、宇宙空間の温度は-459.4°F(-273°C)にもなります。 人間が宇宙で生きていくためには、これらの保護条件を合成する必要があったのです。

宇宙服は、地球大気の環境条件を再現するように設計されています。 酸素、温度調節、加圧された囲い、二酸化炭素の除去、太陽光、太陽放射、小さなマイクロメテオロイドからの保護など、生命維持に必要な基本的なものを提供するものである。 地球大気圏外で活動する宇宙飛行士のための生命維持装置である。 宇宙服は、宇宙での多くの重要な作業に使用されています。 ペイロードの展開、軌道上の機器の回収と整備、軌道上の機器の外部点検と修理の補助、見事な写真の撮影などである。

歴史

宇宙服は、素材や電子部品、繊維の分野で技術改良が行われ、自然に進化してきた。 宇宙開発の初期には、宇宙飛行士一人一人に合わせたオーダーメイドの宇宙服が作られていた。 これは、現在のスーツよりもはるかに複雑なものではありませんでした。 実際、アラン・シェパードが米国初のサブオービタル飛行で着用した宇宙服は、米海軍の高高度ジェット機の与圧服を応用したものに過ぎない。 このスーツは2層構造になっており、パイロットが手足を動かすことは困難であった。

次世代の宇宙服は、宇宙飛行士が軌道上で減圧から身を守るためのもので、宇宙飛行士が宇宙船に搭乗している間は、減圧から身を守ることができます。 しかし、この宇宙服では宇宙の過酷な環境から身を守ることができないため、宇宙遊泳は不可能であった。 この宇宙服は5層構造になっています。 体に一番近い白い綿の下着には、生体医療機器のアタッチメントが付いています。 次に着心地の良い青いナイロンの層。 青いナイロンの上に、加圧された黒いネオプレンコーティングのナイロン層がある。 これは機内の圧力がなくなったときに、酸素を供給するためのものだ。 次に加圧時にスーツの形状を保持するためのテフロン層があり、最後の層は太陽光を反射し、偶発的な損傷から保護するための白いナイロン素材だったのです。

1965年のジェミニ計画で行われた最初の宇宙遊泳では、さらなる保護のために7層のスーツが使用された。 この層はアルミナ化されたマイラーで構成され、より熱的な保護とマイクロメテオロイドからの保護機能を備えていた。 このスーツの総重量は15kgであった。 しかし、このスーツにはいくつかの問題があった。 例えば、ヘルメットのフェイスマスクはすぐに曇ってしまい、視界が悪くなる。 また、ガス冷却システムは、過剰な熱や湿気を素早く取り除くことができず、適切なものではありませんでした。

Sally Ride

Sally Ride

Sally Rideは、宇宙へ送り込まれた最初のアメリカ女性としてよく知られています。 スタンフォード大学国際安全保障・軍備管理センターのフェロー、アップルコンピュータ社の取締役、カリフォルニア大学サンディエゴ校の宇宙研究所長および物理学教授を歴任。 ライド氏は、主に子供向けに宇宙旅行と探査について書くことにしている。

サリー・クリステン・ライドは、カリフォルニア州エンシノのデール・バーデルとキャロル・ジョイス(アンダーソン)・ライドの長女で、1951年5月26日に生まれました。 作家のカレン・オコナーがヤングリーダー向けの本「サリー・ライドと新しい宇宙飛行士たち」の中で、おてんば娘のライドについて述べているように、サリーはわずか5歳の時に新聞のスポーツ欄で父親と競争していたのである。 サリーが9歳、妹のカレンが7歳のとき、ライド家は活発で冒険好き、しかも学者肌の一家で1年間ヨーロッパを旅行した。 カレンは長老教会の長老であった両親の影響で牧師になることを志したが、ライド自身は探検好きで、ほとんど気まぐれに宇宙プログラムに応募することになった。 最初の宇宙飛行に出発する前に、彼女はニューズウィーク誌に「なぜそれをやりたいと思ったのかわからない」と告白している。

彼女が就職活動を始めた年は、NASAが1960年代後半以来初めて宇宙開発計画を志願者に開放した年で、まさに初めて女性が除外されない年であったから、その機会はセレンディピティであった。 ライドさんは、1978年の宇宙飛行訓練のために、8000人の応募者の中から選ばれた35人のうちの1人となった。 「なぜ私が選ばれたのか、まったく謎のままです」と、彼女は後に1985年のヘルス誌のインタビューでジョン・グロスマンに認めている。 “誰も教えてくれなかった”。

その後、ライドは31歳で軌道に乗った最年少の人物となり、アメリカ人女性初の宇宙飛行士、2回の宇宙飛行を行った最初の女性、そして偶然にも、現役の他の宇宙飛行士と結婚した最初の宇宙飛行士となった。

ライドは1987年にNASAを離れ、スタンフォード大学の国際安全保障・軍備管理センターで働き、2年後にカリフォルニア宇宙研究所の所長とカリフォルニア大学サンディエゴ校の物理学教授に就任した。

アポロ計画では、これらの問題のいくつかを解決するため、より複雑なスーツが使用されました。 月面歩行では、宇宙飛行士は7層の衣服と生命維持のためのバックパックを身につけました。 総重量は約26kgであった。 スペースシャトルのミッションでは、NASAは船外活動ユニット(Extravehicular Mobility Unit: EMU)を導入しました。 これは、オービターとの接続を必要としない宇宙遊泳用に設計された宇宙服である。 この宇宙服の大きな違いは、それまでの宇宙服のようにカスタムメイドではなく、複数の宇宙飛行士が使用できるように設計されていることです。 この20年の間にEMUは着実に改良されてきましたが、見た目は1981年のシャトル計画開始当時と変わりません。 現在、EMUは14の保護層からなり、重量は125kgを超える。

原材料

宇宙服の製造には、数多くの原材料が使用される。 布の材料には、さまざまな合成ポリマーが含まれる。 最も内側の層はナイロントリコット素材でできている。 もう1つの層は、伸縮性のあるウェアラブルポリマーであるスパンデックスで構成されています。 さらに、加圧に関わるウレタンコーティングされたナイロンの層があります。 ポリエステルの一種であるダクロンは、圧力抑制のための層として使われています。 その他、スポンジゴムの一種であるネオプレン、アルミナイズド・マイラー、ゴーテックス、ケブラー、ノーメックスなどの合成繊維が使用されています。

合成繊維以外の原料も重要な役割を担っている。 ファイバーグラスは硬い上部胴体部分の主な材料です。 水酸化リチウムは、宇宙遊泳中に二酸化炭素と水蒸気を除去するフィルターの製造に使用されています。 銀と亜鉛の混合物は、スーツに電力を供給するバッテリーを構成しています。 冷却水を送るためのプラスチックチューブが生地に織り込まれている。 ヘルメットのシェルにはポリカーボネート素材が使われている。 その他、電子回路やスーツの制御には様々な部品が使用されています。

デザイン

1着のEMU宇宙服は、80社以上が製造するさまざまなオーダーメイド部品で構成されている。 部品の大きさは、8分の1インチのワッシャーから、30インチ(76.2cm)の長さの水タンクまでさまざまです。 EMUは18のアイテムから構成されている。 主な構成部品を以下に紹介する。

一次生命維持装置は、酸素供給装置、二酸化炭素除去フィルター、電力、換気扇、通信装置を備えた自己充足型のバックパックである。 酸素、空気清浄、温度調節、通信など、宇宙飛行士が生存するために必要なほとんどのものを提供する。 スーツ内のタンクには7時間分の酸素を貯蔵することができる。 また、スーツには2次酸素パックも装備されています。 これは、さらに30分の緊急用酸素を供給するものです。

ヘルメットは大きなプラスチック製の加圧された泡で、ネックリングと換気分配パッドがある。 また、パージバルブもあり、これは二次酸素パックと一緒に使用されます。 ヘルメットの中には、のどが渇いたときのためのドリンクバッグへのストロー、明るい太陽からの光線を遮るバイザー、そして余分な行動を記録するカメラが入っています。 宇宙遊泳は一度に7時間以上にも及ぶため、トイレ休憩のための採尿装置も装備されている。 ヘルメットの外側に取り付けられるMSORアセンブリ。 スヌーピー・キャップ」とも呼ばれるこの装置は、あご紐でカチッと固定される。 ヘッドフォンとマイクで構成され、双方向通信が可能。 また、4つの小さな「ヘッドランプ」があり、必要な場所を明るく照らすことができます。 バイザーは、宇宙飛行士の目を保護するために手動で調整されます。

気温を保つため、外衣の下には液体冷却通気服が装着される。 これは冷却チューブで構成されており、その中を液体が流れている。 下着はスパンデックスで構成されたメッシュのワンピース・スーツです。 前方から入れるようにジッパーが付いています。 300フィート以上のプラスチックチューブが絡み合っており、その中を冷却水が循環している。 通常、循環する水は40-50°F(4.4-9.9°C)に保たれています。 温度調節はディスプレイのコントロールパネルにあるバルブで行います。 下衣は水を入れた状態で3.8 kgです。

下部胴体部は、パンツ、ブーツ、「ブリーフユニット」、膝と足首の関節、腰の接続部から構成されています。 ウレタンコーティングナイロンの圧力ブラダーで構成されています。 ダクロンの拘束層とネオプレンコーティングナイロンからなる外側の保温衣服。 また、アルミナイズド・マイラーとテフロン、ケブラー、ノーメックスからなる生地表層の5層構造になっています。 この部分は、大腿部と脚部のサイズリングを調整することで、短くしたり長くしたりすることが可能です。 ブーツは保温性を高めるため、つま先のキャップに断熱材が入っています。 保温性の高い靴下も着用します。 蓄尿装置もこの部分にある。 旧型は最大950ミリリットルの液体を入れることができた。 現在は、使い捨てのおむつタイプの衣服が使用されている。

腕部も胴体下部と同じように調節可能。 手袋には

An Extravehicular Mobility Unit (EMU).

An Extravehicular Mobility Unit (EMU). An Extravehicular Mobility Unit (EMU).

が含まれている。

各指に小型の電池式ヒーターを搭載。 残りの部分はパッドと追加の保護外皮で覆われている。

硬い胴体上部は、グラスファイバーと金属で構成されている。 ヘルメット、腕、生命維持装置ディスプレイ、制御モジュール、胴体下部など、ほとんどのスーツ部品が取り付けられる場所である。 酸素ボンベ、貯水タンク、昇華装置、汚染物質制御カートリッジ、レギュレーター、センサー、バルブ、通信システムなどが含まれる。 酸素、二酸化炭素、水蒸気は、宇宙飛行士の足と肘の近くにある換気衣からスーツ外に出る。 胴体上部のドリンクバッグには、32オンス(907.2g)もの水を入れることができる。 宇宙飛行士は、ヘルメットの中に伸びたマウスピースを通して飲み物を飲むことができます。

胸に取り付けられたコントロール・モジュールにより、宇宙飛行士はスーツの状態を監視し、外部の液体や電気の供給源に接続することができる。 すべての機械的、電気的な操作コントロールと、視覚的なディスプレイパネルが含まれています。 スーツへの電力供給には、17ボルトで動作する銀亜鉛の充電式バッテリーが使用されています。 この制御モジュールは、硬い胴体上部にある警告システムと統合されており、宇宙飛行士がスーツの環境状態を確実に把握できるようになっている。 スーツはアンビリカルラインでオービターと接続される。 エアロックを出る前に切り離される。

白いスーツは地球上では約275ポンド(124.8kg)あり、製品寿命は約15年です。 1平方インチあたり4.3ポンド(1.95kg)まで加圧され、オービターに直接接続することで再充電が可能である。 既存の

一次生命維持装置は、酸素供給装置、二酸化炭素除去フィルター、電力、換気扇、通信装置を備えた自己完結型のバックパックである

宇宙服はモジュール式で、複数の宇宙飛行士が共有できるようになっています。 交換可能な基本部分は、ヘルメット、硬い上部胴体、腕、下部胴体の4つのアセンブリです。 これらのパーツはサイズ調整が可能で、全宇宙飛行士の95%以上にフィットするようにサイズを変更することができます。 腕と脚はそれぞれ異なるサイズが用意され、特定の宇宙飛行士に合うように微調整が可能です。 腕は1インチの調整が可能です。 脚は3インチまで調整可能です。

宇宙服の装着には約15分かかります。 宇宙服を着るには、まず液体冷却装置と換気装置の入った下衣を着ます。 次に胴体下部を装着し、ブーツを装着する。 次に、エアロックチャンバーにある専用のコネクタに、生命維持装置であるバックパックを装着した胴体上部のユニットにスライドさせます。 廃棄物リングを接続し、手袋とヘルメットを装着します。

製造工程

宇宙服の製造は複雑な工程である。 生産は2つのフェーズに分けられる。 まず、個々の部品が作られる。 次に、ヒューストンのNASA本部のような一次生産拠点に部品を集め、組み立てる。 大まかな工程は以下の通りです。

ヘルメットとバイザーの組み立て

  • 1 ヘルメットとバイザーは、従来のブロー成形技術を使って構築されることがある。
    EMUは14の保護層からできている。 ファブリック素材は、さまざまな異なる合成ポリマーを含みます。 最も内側の層はナイロントリコット素材である。 もう一つの層は、伸縮性のあるウェアラブルポリマーであるスパンデックスで構成されています。 さらに、加圧に関わるウレタンコーティングされたナイロンの層があります。 ポリエステルの一種であるダクロンは、圧力抑制のための層として使用されています。 その他、スポンジゴムの一種であるネオプレン、アルミナイズド・マイラー、ゴーテックス、ケブラー、ノーメックスなどの合成繊維が使用されています

    EMUは14層の保護層からできています。 ファブリック素材には、さまざまな合成ポリマーが含まれています。 最も内側の層は、ナイロントリコット素材です。 もう一つの層は、伸縮性のあるウェアラブルポリマーであるスパンデックスで構成されています。 さらに、加圧に関わるウレタンコーティングされたナイロンの層があります。 ポリエステルの一種であるダクロンは、圧力抑制のための層として使用されています。 その他、スポンジゴムの一種であるネオプレン、アルミナイズド・マイラー、ゴーテックス、ケブラー、ノーメックスなどの合成繊維が使用されています。

    ポリカーボネートのペレットを射出成形機に装填する。 これらは溶かされ、ヘルメットのサイズと形状に近いキャビティに押し込まれる。 キャビティが開くと、ヘルメットの原型ができあがります。 開口部には、ヘルメットを硬い胴体の上部に固定するための連結具が追加されます。 ヘルメットが梱包され出荷される前に、換気分配パッドがパージバルブとともに追加されます。 バイザーアセンブリには、同様に「ヘッドランプ」と通信機器が取り付けられます。

ライフサポート・システム

  • 2 ライフサポート・システムはいくつかのステップを経て組み上げられる。 すべての部品は、バックパックの外側のハウジングに取り付けられる。 まず、加圧された酸素タンクが充填され、キャップされ、ハウジングに入れられる。 次に、二酸化炭素を除去する装置を組み立てます。 これは通常、水酸化リチウムで満たされたフィルターキャニスターをホースに取り付けるというものです。 バックパックには、換気扇、電源、無線機、警告システム、水冷装置などが取り付けられます。 完全に組み立てられると、生命維持装置は硬い胴体の上部に直接取り付けることができるようになります。

制御モジュール

  • 3 制御モジュールの主要コンポーネントは、別々のユニットで作られ、その後組み立てられる。 このモジュール方式により、主要な部品は必要に応じて簡単に修理することができます。 胸部搭載のコントロールモジュールには、すべての電子制御装置、デジタルディスプレイ、およびその他の電子インターフェイスが含まれています。 また、一次パージバルブもこの部分に追加されています。

冷却衣

  • 4 冷却衣は圧力層の内側に着用されます。 ナイロン、スパンデックス繊維、液体冷却チューブの組み合わせでできている。 まずナイロントリコットを長襦袢のような形状に裁断する。 一方、スパンデックス繊維はシート状に織られ、同じ形に裁断される。 そのスパンデックスに冷却チューブを通し、ナイロンと縫い合わせる。 その後、フロントジッパーと、生命維持装置に取り付けるためのコネクターが取り付けられます。

上部および下部胴体

  • 5下部胴体、腕組み、および手袋は同様の方法で作られる。 合成繊維のさまざまな層が一緒に織られ、その後、適切な形に切断される。 両端には接続リングが取り付けられ、様々なセグメントが取り付けられる。 手袋は、すべての指に小型ヒーターが取り付けられ、断熱パッドで覆われています。
  • 6 硬い上部胴体は、ファイバーグラスと金属の組み合わせで鍛造されている。 これは、下部胴体アセンブリ、2つの腕、およびヘルメットを取り付ける4つの開口部を持っています。 さらに、生命維持パックと制御モジュールが取り付けられるアダプタが追加されている。

最終組み立て

  • 7 すべての部品は組み立てのためにNASAに輸送されます。 これは宇宙で使用する前にスーツがテストできる地上で行われる。

品質管理

個々のサプライヤーは、生産工程の各段階で品質管理テストを実施する。 これにより、すべての部品が厳密な基準で製造され、宇宙の極限環境でも機能することを保証している。 また、NASAでは、完全に組み立てられたスーツに対して広範なテストを実施しています。 空気漏れ、減圧、生命維持装置の機能低下などをチェックするのです。 たった一つの不具合が宇宙飛行士に悲惨な結果をもたらす可能性があるため、品質管理テストは非常に重要なのです。

未来

現在のEMUの設計は、長年の研究開発の結果です。 軌道上では強力な道具であるが、多くの改良が可能である。 未来の宇宙服は、現在の宇宙服とは大きく異なるものになるかもしれないと言われています。 その1つが、現在のEMUよりも高い圧力で作動する宇宙服の開発です。 そうすると、現在、宇宙遊泳の前に行っている予備呼吸の時間が短縮されるというメリットがあります。 より高圧のスーツを作るには、各部の接続部の改良が必要です。 また、軌道上でスーツのサイズを変更することも可能です。 現在、脚部や腕部の拡張インサートの脱着にかなりの時間を要しています。 もうひとつ考えられるのは、スーツの電子制御です。 今は複雑なコマンドコードが必要なものも、将来はボタン1つでできるようになるでしょう。

Where to learn more

Suited for Spacewalking(宇宙遊泳用スーツ)。 NASA、1998年

ハミルトン・スタンダード社。 http://www.hamilton-standard.com/ .

– ペリー・ロマノフスキー

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