Un costum spațial este un articol de îmbrăcăminte presurizat purtat de astronauți în timpul zborurilor spațiale. Acesta este conceput pentru a-i proteja de condițiile potențial dăunătoare experimentate în spațiu. Costumele spațiale sunt cunoscute și sub denumirea de unități de mobilitate extravehiculară (EMU) pentru a reflecta faptul că sunt utilizate și ca ajutoare de mobilitate atunci când un astronaut face o plimbare în spațiu în afara unei nave spațiale aflate pe orbită. Acestea sunt compuse din numeroase componente personalizate care sunt produse de o varietate de producători și asamblate de Agenția Națională Aeronautică și Spațială (NASA) la sediul central din Houston. Primele costume spațiale au fost introduse în anii 1950, când a început explorarea spațială. Acestea au evoluat de-a lungul timpului, devenind mai funcționale și mai complicate. În prezent, NASA are 17 UEM-uri finalizate, fiecare dintre ele a costat peste 10,4 milioane de dolari pentru a fi fabricate.

Context

Pe Pământ, atmosfera noastră ne asigură condițiile de mediu de care avem nevoie pentru a supraviețui. Luăm de la sine înțeles lucrurile pe care ni le oferă, cum ar fi aerul pentru respirație, protecția împotriva radiațiilor solare, reglarea temperaturii și presiunea constantă. În spațiu, niciuna dintre aceste caracteristici de protecție nu este prezentă. De exemplu, un mediu fără presiune constantă nu conține oxigen respirabil. De asemenea, temperatura în spațiu este de până la -459,4° F (-273° C). Pentru ca oamenii să supraviețuiască în spațiu, aceste condiții de protecție au trebuit să fie sintetizate.

Un costum spațial este conceput pentru a recrea condițiile de mediu din atmosfera terestră. Acesta asigură necesitățile de bază pentru susținerea vieții, cum ar fi oxigenul, controlul temperaturii, incinta presurizată, eliminarea dioxidului de carbon și protecția împotriva luminii solare, a radiațiilor solare și a micilor micrometeoroizi. Este un sistem de susținere a vieții pentru astronauții care lucrează în afara atmosferei terestre. Costumele spațiale au fost utilizate pentru multe sarcini importante în spațiu. Printre acestea se numără ajutorul în desfășurarea încărcăturii utile, recuperarea și întreținerea echipamentelor pe orbită, inspecția și repararea externă a orbitorului și realizarea de fotografii uimitoare.

Istoric

Costumele spațiale au evoluat în mod natural, pe măsură ce au fost aduse îmbunătățiri tehnologice în domeniile materialelor, electronicii și fibrelor. În primii ani ai programului spațial, costumele spațiale erau făcute la comandă pentru fiecare astronaut. Acestea erau mult mai puțin complexe decât costumele de astăzi. De fapt, costumul purtat de Alan Shepard la prima misiune suborbitală americană era puțin mai mult decât un costum presurizat adaptat de la costumul presurizat pentru avioane cu reacție de mare altitudine al Marinei SUA. Acest costum avea doar două straturi și era dificil pentru pilot să își miște brațele sau picioarele.

Următoarea generație de costume spațiale a fost concepută pentru a proteja împotriva depresurizării în timp ce astronauții se aflau într-o navă spațială pe orbită. Cu toate acestea, plimbările în spațiu în aceste costume nu au fost posibile, deoarece acestea nu protejau împotriva mediului dur din spațiu. Aceste costume erau alcătuite din cinci straturi. Stratul cel mai apropiat de corp era o lenjerie de corp din bumbac alb care avea atașamente pentru dispozitive biomedicale. Urma un strat de nailon albastru care oferea confort. Deasupra stratului de nailon albastru se afla un strat de nailon presurizat, negru, acoperit cu neopren. Acesta oferea oxigen în cazul în care presiunea din cabină ceda. Urma un strat de teflon pentru a menține forma costumului atunci când era presurizat, iar ultimul strat era un material de nailon alb care reflecta lumina soarelui și proteja împotriva deteriorărilor accidentale.

Pentru primele ieșiri în spațiu, care au avut loc în timpul misiunilor Gemini din 1965, a fost folosit un costum cu șapte straturi pentru protecție suplimentară. Straturile suplimentare au fost compuse din Mylar aluminizat, care a oferit mai multă protecție termică și protecție împotriva micrometeoroizilor. Aceste costume aveau o greutate totală de 15 kg (33 lb). Deși erau adecvate, existau anumite probleme asociate cu ele. De exemplu, masca facială de pe cască se încețoșa rapid, astfel încât vederea era îngreunată. De asemenea, sistemul de răcire a gazelor nu era adecvat, deoarece nu putea elimina căldura și umiditatea excesivă suficient de repede.

Sally Ride

Sally Ride este cunoscută mai ales ca fiind prima femeie americană trimisă în spațiul cosmic. Atât om de știință, cât și profesor, ea a fost bursieră la Centrul pentru Securitate Internațională și Controlul Armelor de la Universitatea Stanford, membră a consiliului de administrație al Apple Computer Inc. și director al institutului spațial și profesor de fizică la Universitatea California din San Diego. Ride a ales să scrie în principal pentru copii despre călătoriile și explorările spațiale.

Sally Kristen Ride este fiica cea mare a lui Dale Burdell și Carol Joyce (Anderson) Ride din Encino, California, și s-a născut la 26 mai 1951. După cum descrie autoarea Karen O’Connor pe tomboy-ul Ride în cartea sa pentru tineri cititori, Sally Ride and the New Astronauts, Sally se întrecea cu tatăl ei pentru secțiunea de sport a ziarului când avea doar cinci ani. O familie activă, aventuroasă, dar și erudită, familia Ride a călătorit în Europa timp de un an, când Sally avea nouă ani, iar sora ei, Karen, șapte. În timp ce Karen a fost inspirată să devină preot, în spiritul părinților ei, care erau bătrâni în biserica lor prezbiteriană, gustul tot mai dezvoltat al lui Ride pentru explorare avea să o determine, în cele din urmă, să se înscrie în programul spațial aproape din capriciu. „Nu știu de ce am vrut să o fac”, a mărturisit ea pentru Newsweek înainte de a se îmbarca în primul său zbor în spațiu.

Oportunitatea a fost întâmplătoare, deoarece anul în care a început să caute un loc de muncă a marcat prima dată când NASA și-a deschis programul spațial pentru candidați de la sfârșitul anilor 1960 și prima dată când femeile nu vor fi excluse de la selecție. Ride a devenit una dintre cele treizeci și cinci de persoane alese dintr-un lot inițial de opt mii de candidați pentru pregătirea pentru zborurile spațiale din 1978. „De ce am fost selectată rămâne un mister total”, i-a mărturisit ea mai târziu lui John Grossmann într-un interviu acordat în 1985 în Health. „Nimănui dintre noi nu i s-a spus vreodată.”

Ulterior, Ride avea să devină, la treizeci și unu de ani, cea mai tânără persoană trimisă pe orbită, precum și prima femeie americană în spațiu, prima femeie americană care a efectuat două zboruri în spațiu și, întâmplător, primul astronaut care s-a căsătorit cu un alt astronaut aflat în serviciu activ.

Ride a părăsit NASA în 1987 pentru Centrul pentru Securitate Internațională și Controlul Armelor de la Stanford, iar doi ani mai târziu a devenit director al Institutului Spațial din California și profesor de fizică la Universitatea California din San Diego.

Misiunile Apollo au utilizat costume mai complicate care au rezolvat unele dintre aceste probleme. Pentru plimbările pe Lună, astronauții au purtat un costum în șapte straturi cu un rucsac de susținere a vieții. Greutatea totală era de aproximativ 26 kg (57 lb). Pentru misiunile Space Shuttle, NASA a introdus unitatea de mobilitate extravehiculară (EMU). Acesta era un costum spațial conceput pentru plimbări în spațiu care nu necesita o legătură cu nava orbitală. O diferență principală a acestor costume a fost faptul că au fost concepute pentru a fi folosite de mai mulți astronauți, în loc să fie făcute la comandă, precum costumele spațiale anterioare. În ultimii 20 de ani, EMU-urile au suferit îmbunătățiri constante, cu toate acestea, ele încă arată la fel ca atunci când a început programul de navetă în 1981. În prezent, EMU are 14 straturi de protecție și cântărește peste 125 kg (275 lb).

Materii prime

Pentru construcția unui costum spațial se folosesc numeroase materii prime. Materialele textile includ o varietate de diferiți polimeri sintetici. Stratul cel mai interior este alcătuit dintr-un material tricot din nailon. Un alt strat este compus din spandex, un polimer elastic care se poate purta. Există, de asemenea, un strat de nailon acoperit cu uretan, care este implicat în presurizare. Dacron – un tip de poliester – este utilizat pentru un strat de reținere a presiunii. Alte țesături sintetice utilizate includ neoprenul, care este un tip de cauciuc spongios, Mylar aluminizat, Gortex, Kevlar și Nomex.

Dincolo de fibrele sintetice, alte materii prime au roluri importante. Fibra de sticlă este materialul principal pentru segmentul dur al trunchiului superior. Hidroxidul de litiu este utilizat la fabricarea filtrului care îndepărtează dioxidul de carbon și vaporii de apă în timpul unei plimbări în spațiu. Un amestec de argint și zinc cuprinde bateria care alimentează costumul. Tubulatura din plastic este țesută în țesătură pentru a transporta apa de răcire în tot costumul. Un material din policarbonat este utilizat pentru construcția cochiliei căștii. Diverse alte componente sunt folosite pentru a realiza circuitele electronice și comenzile costumului.

Proiectare

Un singur costum spațial EMU este construit din diverse componente realizate la comandă, produse de peste 80 de companii. Dimensiunile pieselor variază de la șaibe de o optime de inch până la un rezervor de apă cu o lungime de 30 inch (76,2 cm). EMU este alcătuit din 18 elemente separate. Unele dintre componentele principale sunt prezentate mai jos.

Sistemul primar de susținere a vieții este un rucsac autonom care este dotat cu o sursă de oxigen, filtre de eliminare a dioxidului de carbon, energie electrică, ventilator de ventilație și echipament de comunicare. Acesta oferă astronautului majoritatea lucrurilor necesare pentru a supraviețui, cum ar fi oxigenul, purificarea aerului, controlul temperaturii și comunicarea. În rezervorul costumului se poate stoca o cantitate de oxigen de până la șapte ore. Un pachet secundar de oxigen se găsește, de asemenea, pe costum. Acesta oferă încă 30 de minute de oxigen de urgență.

Casca este o bulă mare de plastic, presurizată, care are un inel de gât și o placă de distribuție a ventilației. Ea are, de asemenea, o supapă de purjare, care este utilizată cu un pachet secundar de oxigen. În cască există un pai la o pungă de băutură în cazul în care astronautului i se face sete, o vizieră care protejează razele de soarele strălucitor și o cameră care înregistrează activitățile extravehiculare. Având în vedere că plimbările în spațiu pot dura peste șapte ore la rând, costumul este prevăzut cu un sistem de colectare a urinei pentru a permite pauze pentru a merge la baie. Ansamblul MSOR se atașează la partea exterioară a căștii. Acest dispozitiv (cunoscut și sub numele de „șapcă Snoopy”) se fixează la locul său cu ajutorul unei curele pentru bărbie. Acesta este format din căști și un microfon pentru comunicare bidirecțională. De asemenea, are patru mici „lămpi de cap” care luminează suplimentar acolo unde este nevoie. Viziera se reglează manual pentru a proteja ochii astronautului.

Pentru a menține temperatura, sub îmbrăcămintea exterioară se poartă o îmbrăcăminte de răcire și ventilație cu lichid. Acesta este compus din tuburi de răcire, prin care curge lichid. Îmbrăcămintea de dedesubt este un costum dintr-o singură bucată din plasă, compus din spandex. Are un fermoar pentru a permite intrarea frontală. Are peste 300 de metri de tuburi de plastic întrepătrunse în interiorul cărora circulă apă rece. În mod normal, apa care circulă este menținută la o temperatură de 40-50° F (4,4-9,9° C). Temperatura este controlată de o supapă de pe panoul de control al afișajului. Îmbrăcămintea inferioară cântărește 8,4 lb (3,8 kg) atunci când este încărcată cu apă.

Ansamblul trunchiului inferior este alcătuit din pantaloni, cizme, „unitatea scurtă, articulațiile genunchilor și gleznelor și conexiunea taliei. Acesta este compus dintr-o vezică de presiune din nailon acoperit cu uretan. Un strat de reținere din Dacron și o îmbrăcăminte termică exterioară compusă din nailon acoperit cu neopren. De asemenea, are cinci straturi de Mylar aluminizat și un strat de suprafață textilă compus din Teflon, Kevlar și Nomex. Această parte a costumului poate fi făcută mai scurtă sau mai lungă prin ajustarea inelelor de dimensionare din secțiunea coapselor și a picioarelor. Cizmele au un vârf izolat pentru a îmbunătăți retenția căldurii. Se poartă, de asemenea, șosete termice. Dispozitivul de stocare a urinei se află, de asemenea, în această secțiune a costumului. Modelele vechi puteau reține până la 950 de mililitri de lichid. În prezent, se folosește un articol de îmbrăcăminte de unică folosință de tip scutec.

Ansamblul brațelor este reglabil, la fel ca și ansamblul trunchiului inferior. Mănușile conțin

O unitate de mobilitate extravehiculară (EMU).

încălzitoare miniaturale alimentate cu baterii în fiecare deget. Restul unității este acoperit de căptușeală și de un strat exterior protector suplimentar.

Trunchiul superior dur este construit din fibră de sticlă și metal. Este locul unde se atașează majoritatea pieselor costumului, inclusiv casca, brațele, afișajul sistemului de susținere a vieții, modulul de control și trunchiul inferior. Acesta include sticle de oxigen, rezervoare de stocare a apei, un sublimator, un cartuș de control al contaminanților, regulatoare, senzori, supape și un sistem de comunicații. Oxigenul, dioxidul de carbon și vaporii de apă părăsesc costumul prin îmbrăcămintea de ventilație de lângă picioarele și coatele astronautului. O geantă de băutură în partea superioară a trunchiului poate conține până la 32 oz (907,2 g) de apă. Astronautul poate lua o băutură prin piesa bucală care se prelungește în cască.

Modulul de control montat pe piept îi permite astronautului să monitorizeze starea costumului și să se conecteze la surse externe de fluide și electricitate. Acesta conține toate comenzile mecanice și electrice de funcționare și, de asemenea, un panou de afișare vizuală. Pentru alimentarea costumului se utilizează o baterie reîncărcabilă cu zinc argintiu care funcționează la 17 volți. Acest modul de control este integrat cu sistemul de avertizare care se găsește în partea superioară a trunchiului dur pentru a se asigura că astronautul cunoaște starea mediului în care se află costumul. Costumul se conectează la orbiter prin intermediul unei linii ombilicale. Aceasta este deconectată înainte de a părăsi sasul de aer.

Costumul alb cântărește aproximativ 124,8 kg (275 lb) pe Pământ și are o speranță de viață a produsului de aproximativ 15 ani. Este presurizat la 1,95 kg (4,3 lb) pe inch pătrat și poate fi reîncărcat prin conectarea directă la orbitor. Sistemul de susținere a vieții existent

costumele spațiale sunt modulare, astfel încât pot fi împărțite de mai mulți astronauți. Cele patru secțiuni de bază interschimbabile includ casca, trunchiul superior dur, brațele și ansamblul trunchiului inferior. Aceste părți sunt reglabile și pot fi redimensionate pentru a se potrivi la peste 95% din toți astronauții. Fiecare set de brațe și picioare vine în dimensiuni diferite, care pot fi ajustate pentru a se potrivi astronautului specific. Brațele permit o ajustare de până la un inch. Picioarele permit o ajustare de până la trei inci.

Este nevoie de aproximativ 15 minute pentru a îmbrăca costumul spațial. Pentru a îmbrăca costumul spațial, astronautul îmbracă mai întâi haina inferioară care conține sistemul de răcire și ventilație cu lichid. Urmează apoi ansamblul inferior al trunchiului, după care se atașează cizmele. Apoi, astronautul alunecă în unitatea superioară a trunchiului, care este montată împreună cu rucsacul de susținere a vieții pe un conector special din camera sasului. Se conectează inelele de deșeuri și apoi se pun mănușile și casca.

Procesul de fabricație

Fabricarea unui costum spațial este un proces complicat. Acesta poate fi împărțit în două faze de producție. Mai întâi se construiesc componentele individuale. Apoi, piesele sunt aduse împreună într-o locație de producție primară, cum ar fi sediul NASA din Houston, și asamblate. Procesul general este schițat după cum urmează.

Asamblarea căștii și a vizierei

• 1 Casca și viziera pot fi construite folosind tehnici tradiționale de turnare prin suflare.
  

  Un EMU este alcătuit din 14 straturi de protecție. Materialele din țesătură includ o varietate de diferiți polimeri sintetici. Stratul cel mai interior este un material Nylon tricot. Un alt strat este compus din spandex, un polimer elastic purtabil. Există, de asemenea, un strat de nailon acoperit cu uretan, care este implicat în presurizare. Dacron – un tip de poliester – este utilizat pentru un strat de reținere a presiunii. Alte țesături sintetice utilizate includ neoprenul, care este un tip de cauciuc spongios, Mylar aluminizat, Gortex, Kevlar și Nomex.

  Granulele de policarbonat sunt încărcate într-o mașină de turnare prin injecție. Ele sunt topite și forțate într-o cavitate care ca dimensiunea și forma aproximativă a căștii. Când cavitatea este deschisă, este construită piesa primară a căștii. La capătul deschis se adaugă un dispozitiv de conectare, astfel încât casca să poată fi fixată pe partea superioară a trunchiului dur. Plăcuța de distribuție a ventilației este adăugată împreună cu supapele de purjare înainte ca casca să fie împachetată și expediată. Ansamblul vizorului este echipat în mod similar cu „lămpi frontale” și echipament de comunicare.

Sisteme de susținere a vieții

• 2 Sistemele de susținere a vieții sunt asamblate în mai multe etape. Toate piesele sunt montate pe carcasa exterioară a rucsacului. Mai întâi, rezervoarele de oxigen presurizat sunt umplute, acoperite și puse în carcasă. Se montează echipamentul de eliminare a dioxidului de carbon. Acesta implică, de obicei, un recipient de filtrare care este umplut cu hidroxid de litiu care se atașează la un furtun. Rucsacul este apoi dotat cu un sistem de ventilație, energie electrică, un radio, un sistem de avertizare și echipamentul de răcire cu apă. Când este complet asamblat, sistemul de susținere a vieții se poate atașa direct la partea superioară a trunchiului dur.

Modulul de control

• 3 Componentele cheie ale modulului de control sunt construite în unități separate și apoi asamblate. Această abordare modulară permite ca piesele cheie să fie ușor de reparat dacă este necesar. Modulul de control montat pe piept conține toate comenzile electronice, un afișaj digital și alte interfețe electronice. Supapa de purjare primară este, de asemenea, adăugată la această parte.

Îmbrăcăminte de răcire

• 4 Îmbrăcămintea de răcire se poartă în interiorul straturilor de presiune. Este confecționat dintr-o combinație de fibre de nailon, fibre spandex și tuburi de răcire cu lichid. Tricotul de nailon este mai întâi tăiat într-o formă de lenjerie de corp lungă. Între timp, fibrele de spandex sunt țesute într-o foaie de țesătură și tăiate în aceeași formă. Spandexul este apoi prevăzut cu o serie de tuburi de răcire și apoi cusut împreună cu stratul de nailon. Un fermoar frontal este apoi atașat, precum și conectori pentru atașarea la sistemul de susținere a vieții.

Partea superioară și inferioară a trunchiului

• 5 Partea inferioară a trunchiului, ansamblul brațelor și mănușile sunt realizate în mod similar. Diferitele straturi de fibre sintetice sunt țesute împreună și apoi tăiate în forma corespunzătoare. Inelele de conectare sunt atașate la capete și se fixează diferitele segmente. Mănușile sunt prevăzute cu dispozitive de încălzire în miniatură în fiecare deget și sunt acoperite cu umplutură izolatoare.
• 6 Partea superioară a trunchiului dur este forjată folosind o combinație de fibră de sticlă și metal. Are patru deschideri prin care se atașează ansamblul trunchiului inferior, cele două brațe și casca. În plus, sunt adăugate adaptoare în care pot fi atașate pachetul de susținere a vieții și modulul de control.

Asamblare finală

• 7 Toate piesele sunt expediate la NASA pentru a fi asamblate. Acest lucru se face la sol, unde costumul poate fi testat înainte de a fi utilizat în spațiu.

Controlul calității

Furnizorii individuali efectuează teste de control al calității în fiecare etapă a procesului de producție. Acest lucru asigură faptul că fiecare piesă este fabricată la standarde exigente și că va funcționa în mediul extrem din spațiu. NASA efectuează, de asemenea, teste extinse asupra costumului complet asamblat. Aceștia verifică lucruri precum scurgeri de aer, depresurizare sau sisteme de susținere a vieții nefuncționale. Testele de control al calității sunt cruciale, deoarece o singură defecțiune ar putea avea consecințe grave pentru un astronaut.

Viitorul

Designul actual al EMU este rezultatul a mulți ani de cercetare și dezvoltare. Deși sunt un instrument puternic pentru operațiunile orbitale, sunt posibile multe îmbunătățiri. S-a sugerat că costumul spațial al viitorului ar putea arăta dramatic de diferit față de costumul actual. Un domeniu care poate fi îmbunătățit este dezvoltarea de costume care pot funcționa la presiuni mai mari decât actuala EMU. Acest lucru ar avea avantajul de a reduce timpul necesar în prezent pentru prerespirație înainte de o ieșire în spațiu. Pentru a realiza costume cu presiune mai mare, vor trebui aduse îmbunătățiri la nivelul îmbinărilor de legătură de pe fiecare parte a costumului. O altă îmbunătățire poate consta în redimensionarea costumului pe orbită. În prezent, este nevoie de o cantitate semnificativă de timp pentru a scoate sau a adăuga inserții extensibile în zona picioarelor și a brațelor. O altă îmbunătățire posibilă este în ceea ce privește controalele electronice ale costumului. Ceea ce acum necesită coduri de comandă complexe se va face în viitor prin apăsarea unui singur buton.

.