Traje espacial

Trajes espaciales de la Apolo 11 moonwalk

Un traje espacial es un sistema complejo de prendas de vestir , equipos y sistemas ambientales diseñados para mantener viva y cómodo en el duro ambiente del espacio exterior a una persona. Esto se aplica a actividad extravehicular (EVA) en el exterior nave espacial que orbita la Tierra y se ha aplicado a caminar y montar la Lunar Rover, en la Luna .

Algunos de estos requisitos también se aplican a trajes de presión usados para otras tareas especializadas, tales como vuelo de reconocimiento a gran altura. Arriba Línea de Armstrong (~ 63.000 pies / ~ 19.000 m), se necesitan trajes presurizados en la atmósfera dispersa. Trajes Hazmat que superficialmente se asemejan a los trajes espaciales se utilizan a veces cuando se trata de peligros biológicos.

Requisitos Spacesuit

Un traje espacial debe realizar varias funciones para permitir su ocupante para trabajar con seguridad y comodidad. Se debe proporcionar:

• Un interna estable presión. Esto puede ser inferior a la atmósfera de la tierra, ya que generalmente no hay necesidad de que el traje espacial para llevar a nitrógeno. Baja presión permite una mayor movilidad, pero introduce el requisito de pre-respiración para evitar la enfermedad de descompresión.
• Movilidad. El movimiento es típicamente la oposición de la presión de la demanda; la movilidad se logra mediante el diseño cuidadoso y común. Ver las Teorías de diseño espacial sección.
• Transpirable oxígeno . Circulación de oxígeno enfriado y purificado es controlado por el Sistema de Soporte Vital Primaria.
• Temperatura regulación. A diferencia de la Tierra, donde el calor puede ser transferido por convección a la atmósfera, en el espacio de calor sólo puede perderse por radiación térmica o por conducción a los objetos que están en contacto físico con el traje espacial. Puesto que la temperatura en el exterior de la demanda varía mucho entre la luz del sol y la sombra, el traje está muy aislado, y la temperatura dentro del traje está regulada por una Liquid Cooling Garment en contacto con la piel del astronauta, así como la temperatura del aire mantenido por el Sistema de Soporte Vital Primaria.
• Blindaje contra la radiación ultravioleta
• Protección limitada contra radiación de partículas
• Protección contra la pequeña micrometeoritos, proporcionado por una Thermal micrometeoroide de prendas de vestir, que es la capa más externa de la demanda
• Un sistema de comunicación
• Medios para recarga y descarga de gases y líquidos
• Los medios para maniobrar, muelle, la liberación y / o correa en astronave
• Medios de recoger y contener los desechos sólidos y líquidos (como un Máxima absorbencia de ropa)

Presión operacional

En general, para suministrar suficiente oxígeno para la respiración, un traje espacial usando oxígeno puro debe tener una presión de aproximadamente 4,7 psi (32,4 kPa), igual a la 3 psi (20.7 kPa) presión parcial de oxígeno en la atmósfera de la Tierra a nivel del mar, más 40 torr (5,3 kPa) CO ₂ y 47 torr (6,3 kPa) de vapor de agua a presión, los cuales deben ser restada de la presión alveolar para obtener la presión parcial de oxígeno alveolar en 100% atmósferas de oxígeno, por la ecuación del gas alveolar. Las dos últimas cifras se suman a 87 torr (11,6 kPa, 1,7 psi), por lo que muchos trajes espaciales modernos no utilizan 3 psi, pero 4,7 psi (esto es una ligera corrección excesiva, ya que las presiones parciales alveolares a nivel del mar no son un total de 3 psi, pero un poco menos). En los trajes espaciales que utilizan 3 psi, el astronauta recibe sólo 3-1,7 = 1,3 psi (9 kPa) de oxígeno, que es acerca de la presión parcial de oxígeno alveolar alcanzado a una altitud de 6100 ft (1860 m) sobre el nivel del mar. Esto es aproximadamente el 78% de la presión normal el nivel del mar, aproximadamente la misma que la presión en un avión comercial de pasajeros, y es el límite inferior realista para seguro ordinario traje espacial de presurización que permite la capacidad de trabajo razonable.

Las teorías de diseño de traje espacial

Un traje espacial debe permitir a sus usuarios el movimiento sin trabas natural. Casi todos los diseños tratan de mantener un volumen constante sin importar lo que los movimientos del portador hace. Esto es porque el trabajo mecánico se necesita para cambiar el volumen de un sistema de presión constante. Si flexionar una articulación reduce el volumen del traje espacial, el astronauta debe hacer trabajo extra cada vez que se dobla esa articulación, y él tiene que mantener una fuerza para mantener la inclinación conjunta. Incluso si esta fuerza es muy pequeña, puede ser seriamente fatigante que luchar constantemente contra su traje. También hace movimientos delicados muy difícil. El trabajo requerido para doblar una articulación está dictada por la fórmula

donde V _i V y _f son, respectivamente, el volumen inicial y final de la articulación, P es la presión en el traje, y W es el trabajo resultante. Dado que la presión es dictado por los requisitos de mantenimiento de vida, el único medio de reducir el trabajo es reducir al mínimo el cambio de volumen.

Todos los diseños de trajes espaciales tratan de minimizar o eliminar este problema. La solución más común es la de formar el traje de múltiples capas. La capa de vejiga es una capa hermética de goma mucho como un globo. La capa de restricción va fuera de la vejiga, y proporciona una forma específica para el traje. Puesto que la capa de la vejiga es mayor que la capa de restricción, el sistema de retención se lleva todo de las tensiones causadas por la presión en el interior del traje. Dado que la vejiga no está bajo presión, no se "pop" como un globo, aunque pinchada. La capa de retención se forma de tal manera que la flexión A provoca conjuntos bolsillos de tejido, llamado "gajos", para abrir en el exterior de la articulación, mientras que los pliegues llamados "convolutas" se pliegan en el interior de la articulación. Los gajos compensar el volumen perdido en el interior de la articulación, y mantener la demanda a un volumen casi constante. Sin embargo, una vez que los gajos se abren todo el camino, la articulación no puede ser doblada más sin una cantidad considerable de trabajo.

En algunos trajes espaciales rusos, tiras de tela se envolvieron con fuerza alrededor de los brazos y las piernas del cosmonauta fuera del traje espacial para detener el traje espacial, desde globos cuando en el espacio.

La capa más externa de un traje espacial, el Garment micrometeoritos térmica, proporciona aislamiento térmico, protección contra micrometeoritos, y el blindaje de los dañinos de la radiación solar .

Hay tres enfoques teóricos que se adaptan a diseño:

Trajes Hard-shell

Trajes de cáscara dura son generalmente hechas de metal o materiales compuestos. Si bien se asemejan a las armaduras, que también están diseñadas para mantener un volumen constante. Sin embargo, tienden a ser difíciles de mover, ya que dependen de los rodamientos en lugar de fuelle más de las articulaciones, ya menudo terminan en posiciones impares que deben ser manipulados para recuperar la movilidad.

Trajes mixtos

Trajes mixtos tienen partes de cáscara dura y piezas de tela. NASA 's Unidad de Movilidad extravehicular utiliza una fibra de vidrio Duro parte superior del torso (HUT) y las extremidades de la tela. ILC Dover de I-Traje sustituye a la parte superior del torso duro con una tela suave torso superior para ahorrar peso, lo que restringe el uso de componentes duros a los cojinetes conjuntas, casco, sello de la cintura, y la escotilla de entrada trasera. Prácticamente todos los diseños de trajes espaciales viables incorporan componentes duros, sobre todo en las interfaces, como es el sello de la cintura, los rodamientos, y en el caso de los trajes de entrada trasera, la escotilla trasera, donde todos-suaves alternativas no son viables.

Trajes ceñidos

Trajes ceñidos, también conocidos como trajes de contrapresión mecánicos o trajes de actividad espacial, son un diseño propuesto que utilizaría una media del cuerpo elástico pesado para comprimir el cuerpo. La cabeza es en un casco presurizado, pero el resto del cuerpo se presuriza sólo por el efecto elástico del traje. Esto elimina el problema de volumen constante, reduce la posibilidad de una despresurización del juego de espacio y da un traje muy ligero. Sin embargo, estos trajes son muy difíciles de poner y hacer frente a los problemas con el suministro de una presión constante en todas partes. La mayoría de las propuestas utilizan el cuerpo de naturales sudar para mantenerse fresco.

Contribuir tecnologías

Tecnologías anteriores relacionados incluyen la máscara de gas utilizado en la Segunda Guerra Mundial , la máscara de oxígeno usado por los pilotos de los bombarderos de alto vuelo en la Segunda Guerra Mundial, la gran altitud o traje vacío requerido por los pilotos de la Lockheed U-2 y SR-71 Blackbird , el traje de baño, reciclador, equipo de buceo, y muchos otros.

El desarrollo del casco cúpula esférica fue clave en el equilibrio de la necesidad de que el campo de visión, la compensación de la presión, y el bajo peso. Un inconveniente con algunos trajes espaciales es la cabeza se fija hacia adelante y no poder recurrir a mirar hacia los lados. Los astronautas llaman a este efecto "cabeza de cocodrilo".

Modelos de trajes espaciales de importancia histórica

Trajes de gran altitud

• Evgeniy Chertanovskiy creó su traje de presión completa o de gran altitud "skafandr" (скафандр) en 1931. (скафандр también significa " Equipos de buceo ").
• Wiley Post experimentó con una serie de diseños de cáscara dura para vuelos récord.
• Russell Colley creó los trajes espaciales usados por los astronautas del Proyecto Mercury, incluidos el ajuste Alan B. Shepard para su paseo histórico como el primer hombre de Estados Unidos en el espacio el 5 de mayo de 1961.

Modelos de traje rusos

• SK-1, el traje espacial de Yuri Gagarin , el primer hombre en el espacio
• Berkut (Беркут = " águila dorada "), el traje espacial de Alexei Leonov, el cosmonauta que primero hizo una paseo espacial
• Krechet (Кречет = " gerifalte ") traje, diseñado para el alunizaje tripulado soviético cancelado
• Yastreb (Ястреб = " halcón ") traje espacial para actividad extra-vehicular, basado en el Krechet
• Orlan (Орлан = " mar-águila "o" águila calva ") se adapta para actividad extravehicular
• Sokol (Сокол = " halcón ") trajes usados por Miembros de la tripulación Soyuz durante despegue y reingreso
• Strizh (Стриж = " swift (pájaro) ") traje espacial desarrollado para pilotos de la Buran transbordador espacial

Modelos de traje de América

• A principios de la década de 1950 Siegfried Hansen y sus colegas de Litton Industries diseñado y construido un traje de tapa dura de trabajo, que fue utilizado en el interior de cámaras de vacío y fue el predecesor de trajes espaciales duros utilizados en misiones de la NASA.
• Traje de alta altitud / vacío Armada Mark V se utiliza para Proyecto Mercury
• Trajes caminata espacial Gemini, utilizados para Proyecto Gemini
• Tripulado Laboratorio Orbital MH-7 trajes espaciales
• Apolo / Skylab A7L EVA y trajes lunares. El traje espacial A7L Apolo y Skylab es el principal traje de presión usada por la NASA para los astronautas Proyecto Apolo, los tres tripulada Vuelos Skylab, y la Apollo-Soyuz Test Project entre 1968 y la terminación del programa Apolo en 1975.
• Avance Crew Traje de presión del sistema de escape utilizadas en la Transbordador Espacial. El traje de escape Advanced Crew o traje ACES, es un completo traje de presión usada actualmente por todo Las tripulaciones del transbordador espacial para las porciones de ascenso e ingreso de vuelo. El traje es un descendiente directo de la La Fuerza Aérea de Estados Unidos a gran altitud trajes de presión que llevan los SR-71 Blackbird y U-2 pilotos de aviones espía, X-15 y Piloto- Gemini astronautas, y los juegos de lanzamiento de entrada usados por la NASA astronautas a partir de la Vuelo STS-26, el primer vuelo después de la Challenger de Desastres
• Unidad de Movilidad extravehicular utilizado tanto en el El transbordador espacial y la Estación Espacial Internacional . La UEM es un sistema antropomórfico independiente que proporciona protección del medio ambiente, la movilidad, el soporte vital, y las comunicaciones para un traslado o miembro de la tripulación de la ISS para llevar a cabo actividad extravehicular (EVA) en órbita terrestre.

Modelos de traje de china

• Shenzhou 5 traje espacial. El traje utilizado por Yang Liwei en Shenzhou 5, el primer vuelo espacial tripulado de China, se parece mucho a un Traje Sokol-KV2, pero se cree que es una versión de fabricación china en vez de un traje ruso real.

• Shenzhou 6 traje espacial. Las imágenes muestran que los trajes usados por Fei Junlong y Nie Haisheng en Shenzhou 6 difieren en algunos detalles de la demanda anterior, también son reportados a ser más ligero.

• Shenzhou 7 traje espacial. Nuevos trajes espaciales para la actividad extravehicular (舱外 航天 服) serán utilizados, en particular realizadas con materiales inteligentes ("聪明 材"). . El traje está diseñado para una misión de caminata espacial de hasta siete astronautas horas de la madrugada había estado entrenando en los trajes espaciales fuera de la cápsula desde julio de 2007, y los movimientos están seriamente restringido en los trajes, con una masa de más de 110 kilogramos cada uno . Informes recientes dan a entender que China compró algunos Trajes espaciales Orlan de Rusia como una opción alternativa en el misson.

Tecnologías emergentes

Varias empresas y universidades están desarrollando tecnologías y prototipos que representan mejoras sobre los trajes espaciales actuales.

Mark III

La Mark III es un prototipo de la NASA, construido por ILC Dover, que incorpora una sección de torso inferior duro y una mezcla de componentes blandos y duros. El Mark III es marcadamente más móviles que los trajes anteriores, a pesar de su alta presión de funcionamiento (8,3 psi / 57 kPa), que le hace un traje "cero-prebreathe", lo que significa que los astronautas serían capaces de hacer la transición directamente de una atmósfera, mixto entorno de la estación espacial -gas, tales como los de la Estación Espacial Internacional , a la demanda, sin poner en riesgo enfermedad de descompresión, que puede ocurrir con la despresurización rápida de una atmósfera que contiene nitrógeno u otro gas inerte.

I-Traje

La I-Suit es un prototipo de traje espacial también construido por ILC Dover, que incorpora varias mejoras de diseño sobre la UEM, incluyendo una parte superior del torso suave de ahorro de peso. Tanto la Mark III y el I-Traje han participado en NASA anual Desierto de Investigación y Estudios Tecnológicos (D-RATS) ensayos de campo, durante el cual traje ocupantes interactúan entre sí y con los rovers y otros equipos.

Bio-Suit

Bio-Suit es un traje de la actividad espacial en fase de desarrollo en la Instituto de Tecnología de Massachusetts, que a partir de 2006 consta de varios prototipos inferior de la pierna. Bio-traje es ajuste personalizado para cada usuario, utilizando el escaneo corporal con láser.

MX-2

El MX-2 es un análogo del juego de espacio construido a Universidad de Maryland de Espacio Laboratorio de Sistemas. El MX-2 se utiliza para tripulada flotabilidad neutra pruebas en Neutral Fondo para la flotabilidad de Investigación del Laboratorio de Sistemas Espaciales. Por aproximar el campo de trabajo de un verdadero traje EVA, sin cumplir los requisitos de un traje de vuelo-nominal, el MX-2 proporciona una plataforma de bajo costo para la investigación EVA, en comparación con el uso de UEM se adapte a instalaciones como la NASA Laboratorio de Flotación Neutral.

El MX-2 tiene una presión de funcionamiento de 2,5-4 psi. Es un traje de la entrada trasera, con una fibra de vidrio parte superior del torso duro. Aire, Agua de refrigeración LCG, y el poder son los sistemas de bucle abierto, proporcionados a través de un umbilical. El traje incluye una Mac mini para capturar datos de los sensores, como la presión traje, temperaturas de entrada y salida de aire, y la frecuencia cardíaca. Elementos de juego de tamaño y de lastre ajustable permiten el traje para dar cabida a los sujetos que van en altura de 68 pulg. A 75 pulg., Y con un rango de peso de 120 libras (54 kg).

Traje de Dakota del Norte

A partir de mayo de 2006, cinco Escuelas de Dakota del Norte colaboraron en un nuevo prototipo de traje espacial, financiado por una subvención de $ 100,000 de la NASA , para demostrar las tecnologías que podrían ser incorporados en un traje planetario. El traje se puso a prueba en el Parque Nacional Theodore Roosevelt tierras baldías de Dakota del Norte occidental. El traje pesa 47 libras sin una mochila de soporte vital, y cuesta sólo una fracción del costo estándar de $ 22.000.000 para un traje espacial NASA vuelo-nominal. La demanda fue desarrollado en poco más de un año por estudiantes de la Universidad de Dakota del Norte, Dakota del Norte Estado, Dickinson Estado, el Estado Facultad de Ciencia y Turtle Mountain Community College. La movilidad del traje de Dakota del Norte puede atribuirse a su baja presión de funcionamiento; mientras que el traje de Dakota del Norte se puso a prueba de campo a una presión de 1 psi diferencial, traje de la UEM de la NASA opera a una presión de 4,7 psi, una presión diseñado para suministrar presión parcial de oxígeno de aproximadamente el nivel del mar para la respiración (véase la discusión anterior ).

La constelación del sistema de trajes espaciales

El 2 de agosto de 2006, la NASA indicó planes para emitir una Solicitud de Propuesta (RFP) para el diseño, el desarrollo, la certificación, la producción, el mantenimiento y la ingeniería de la Traje espacial Constelación para satisfacer las necesidades de los La constelación del proyecto. NASA prevé un único traje capaz de soportar: la supervivencia durante el lanzamiento, entrada y abortar; cero-gravedad EVA; EVA superficie lunar; y Marte superficie de EVA.

El 11 de junio de 2008, la NASA otorgó un contrato de $ 745 millones a Oceaneering Internacional para crear el nuevo traje espacial.

Suitports

La suitport es una alternativa teórica a una esclusa de aire, diseñado para su uso en entornos peligrosos, y en los vuelos espaciales tripulados, especialmente planetaria exploración superficial. En un sistema de suitport, un traje espacial entrada trasera está unida y sellada contra el exterior de una nave espacial, de manera que un astronauta puede entrar y cerrar bien el traje, y luego ir en EVA, sin la necesidad de una bolsa de aire o la despresurización de la cabina nave espacial. Suitports requieren menos masa y el volumen de esclusas de aire, proporcionan mitigación de polvo, y prevenir la contaminación cruzada de la parte interior y entornos exteriores. Las patentes de diseños suitport fueron presentadas en 1996 por Philip Culbertson Jr. de la NASA Centro de Investigación Ames y en 2003 por Joerg Boettcher, Stephen Ransom, y Frank Steinsiek.

Los trajes espaciales en la ficción

Durante el tiempo que ha habido ficción ambientado en el espacio, los autores han tratado de describir o representar los trajes espaciales usados por sus personajes. Estos trajes de ficción varían en apariencia y la tecnología, y van desde el muy auténtico a lo totalmente improbable.

Un relato de ficción muy temprana de trajes espaciales se puede ver en el libro Conquista de Edison de Marte (1898). Más tarde serie de cómics como Buck Rogers (1930) y Dan Dare (1950) también contó con su propia toma en el diseño del juego de espacio. Autores de ciencia ficción, como Robert A. Heinlein contribuyó al desarrollo de conceptos de ficción del traje espacial.