Высокая космическая мода: марсианский скафандр
- Красота разработок Пускай вас не обманывает внешняя несерьезность облегающего BioSuit. Это не гламурный псевдохайтек. Элегантный костюм Дэйвы Ньюмэн — сгусток прорывных идей в области нанотехнологий, металлургии и текстильной промышленности. Не зря в 2007 году BioSuit был включен в перечень 100 самых больших изобретений человечества, составленный изданием The Time Magazine
- Двуликий CSSS Скафандр CSSS существует в двух вариантах. Легкая конфигурация будет употребляться на протяжении взлета и вхождения в воздух и для краткосрочных работ в открытом космосе — в частности, аварийного ремонта корабля. Тяжелая конфигурация предназначена для продолжительной работы вне корабля — в частности, прогулок по Луне и Марсу. Легкий скафандр складывается из пяти слоев.
- Нижний представляет собой герметичную камеру из неопрена, удерживающую давление. Верхний сделан из огнеупорной ткани Nomex оранжевого цвета. Скафандр возьмёт новые подшипники на запястьях, локтях, плечах, бёдрах и коленях
- Тяжелый скафандр возьмёт руки, ноги, шлем и обувные крепления от легкой конфигурации. Новая шарнирная совокупность твёрдого панциря разрешит космонавту наклоняться и поднимать предметы с почвы. Давление в скафандра будет увеличено если сравнивать с предшественниками, благодаря чему космонавты будут меньше мучиться от декомпрессии
В феврале администрация Б. Обамы приняла радикальное ответ о сворачивании стратегической программы NASA по освоению Луны. Политики посчитали, что с этим в полной мере способны совладать частные компании. Новыми целями США в космосе были названы астероиды и Марс. Ясно, что рвануть в том направлении в ближайшее десятилетие американцам не удастся — для для того чтобы путешествия до тех пор пока еще не созданы технологии.
Но в то время, когда это случится, космонавтам придется не просто совершать экскурсии по марсианским достопримечательностям, а вкалывать в поте лица. Лунные прогулки Apollo в сравнении с новыми миссиями покажутся космонавтам детской забавой. интенсивная геологоразведка и Строительство на раннем этапе освоения Марса потребуют в буквальном смысле слова тяжелого ручного труда.
Кроме того в случае если NASA будет применять на космических каторжных работах роботов-андроидов наподобие Robonaut2, прорабы с людской лицом на Красной планете все равно пригодятся. И встречать первопроходцев Марс будет по одежке.
Винтаж не в тренде
Самый дорогой костюм в истории — это космический скафандр. $20млн за штуку — не шутка. По сути он представляет собой личный космический корабль со оборудованием и всеми системами и практически так же сложен. А все вследствие того что человек — царь природы — совсем беспомощное существо.
Мы можем нормально существовать лишь при комнатной температуре, перепады давления заставляют нас глотать пилюли, а мельчайший недостаток кислорода в окружающем воздухе ведет к обмороку. Что уж сказать о сверхжестких условиях открытого космоса или других планет.
На данный момент существует два типа защитной космической одежды — домашняя и выходная. На протяжении переходных фаз полетов — взлета, маневрирования и посадки — космонавты щеголяют в герметичных спасательных скафандрах ACES (Advanced Crew Escape Suit), сделанных из нескольких слоев ткани и оснащенных гермошлемом, совокупностью жидкостного охлаждения, комплектом средств для выживания, аварийной парашютом и кислородной системой.
Для нижних слоев применяют материалы на базе хлопка, для внешних — нейлоны разной фактуры с неопреновой и уретановой пропиткой. Приблизительно такие же костюмы, но несложнее и из номекса носят пилоты сверхзвуковых истребителей.
На выход приходится наряжаться важнее. Для работы в открытом космосе используется комплекс EMU (Extravehicular Mobility Unit), создающий около человека узкую, но весьма надежную оболочку судьбы. Твёрдый EMU выручает от микрометеоритов, солнечной радиации, охлаждения, перегрева, и снабжает стабильное внутреннее давление, связь и вентиляцию.
В нем возможно делать несложные перемещения, но о сложной двигательной активности сказать не приходится. Вспомните хотя бы, как передвигались по Луне космонавты Apollo. О каком лунном либо марсианском постройке может идти обращение, в случае если для одетого, как капуста, космонавта было огромной проблемой подобрать выпавший из неуклюжих перчаток молоток!
Надеть 140-килограммовый EMU в одиночку нереально — проверки и процедура облачения бортовых совокупностей занимает около трех часов.
Разумеется, что для новых миссий таковой неуклюжий тулупчик не годится. В NASA вычисляют эту проблему не меньше серьёзной, чем, к примеру, разработка ракеты-носителя. Цена вопроса — полмиллиарда долларов.
Официальный космический кутюрье Америки — Терри Хилл, начальник проекта по разработке скафандра Constellation из Космического центра имени Джонсона.
Придворный кутюрье
Не обращая внимания на смертельный решение суда, вынесенный лунной программе, работы по скафандру Constellation Space Suit System (CSSS) будут закончены. NASA поставила перед группой Хилла весьма твёрдые задачи, главные из которых — универсальность и модульность скафандра, независимое обеспечение обычной жизнедеятельности человека в открытом космосе при высоких физических нагрузках в течение 150 часов, возможность личного переодевания и повышенная мобильность.
Гардероб космонавтов будущего, по задумке NASA, будет складываться из единственного набора одежды с кучей дополнительных аксессуаров. Предполагается создать две конфигурации скафандра — легкую и экстремальную. В марте 2009 года разработка легкой конфигурации скафандра для переходных аварийных работ и фаз полёта в открытом космосе была поручена технологической компании Oceaneering из Хьюстона, специализирующейся на изготовлении защитной амуниции для глубоководных работ.
В скафандре Constellation будет применен классический барометрический метод поддержания давления — вовнутрь нижнего слоя закачают газовую смесь, а для обеспечения подвижности в территориях локтевого, плечевого и коленного суставов установят твёрдые пластиковые вставки. Обычную температуру тела космонавта будет поддерживать многослойная экранно-вакуумная теплоизоляция, в первый раз примененная еще в середине 1960-х на советском скафандре «Беркут».
Практически космонавт будет заключен в необычный герметичный термос с минимальной теплопроводностью. Но в случае если в «Беркуте» конструкторы применяли тяжелую металлизированную ткань, то для CSSS эксперты David Clark собираются создать особенные типы легкого дышащего нейлона с регулируемой односторонней проницаемостью. Космонавтам не чуждо ничто человеческое, а также — обычное пищеварение.
Для утилизации продуктов жизнедеятельности CSSS оснастят компактной ассенизационной совокупностью.
Компактная системы связи и телеметрическая аппаратура, интегрированные в шлем, обеспечат постоянную сообщение с Почвой и, при экстренного выхода в открытый космос, базисной станцией. Аварийная дыхательная совокупность будет употребляться при необходимости. Облачиться в легкий скафандр не неприятность, для этого нужно в буквальном смысле слова шагнуть вовнутрь через долгую вертикальную молнию на пояснице, застегнуть которую возможно, не поднимаясь к зеркалу.
Ограниченная автономность CSSS предусматривает фаловую совокупность обеспечения при работах в открытом космосе.
Тяжелая конфигурация CSSS будет повседневной рабочей одеждой космонавтов. Базисная часть костюма останется прошлой, но к ней добавится легкий и прочный композитный панцирь для торса с находящимися в нем запасом кислорода, инструментами и аккумулятором. Самостоятельно накинуть на себя эту кольчужку будет нетрудно — она надевается, как халат врача, позади и застегивается на пояснице автоматической застежкой.
Финальный штрих — узкий, но весьма прочный костюм для защиты от микрометеоритов и пыли.
По словам Дэна Барри, вице-главы фирмы David Clark, экспериментальный прототип модульного скафандра Constellation снаряженной массой не более 50 кг покажется уже в сентябре 2010 года. Но пока CSSS- это всего лишь концепция, для воплощения которой требуются новые материалы, технологии и время.
Анатомический авангард
У Терри Хилла имеется свободные соперники с совсем иным взором на моду. Созданием других концептуальных скафандров занимается сходу пара групп ученых. Освоение Луны частными компаниями дает им хороший шанс появляться на звездном подиуме. Самый радикален и многообещающ проект доктора наук Массачусетского технологического университета (MIT) Дэйвы Ньюмэн и ее коллеги, известного космонавта, доктора наук Джеффри Хоффмана.
Их BioSuit уже возможно пощупать руками а также примерить.
В отличие от хороших концепций скафандров, в которых оптимальное давление поддерживается барометрически — закачиванием газовой смеси, в BioSuit человеческое тело сжимается механически за счет упругости материала. NASA еще в первой половине 70-ых годов двадцатого века предприняло попытку создать космический костюм с механической компрессией Space Activity Suit, но работа поднялась из-за отсутствия нужных тканей. А мысль была весьма заманчива — вместо громоздкого надувного футляра, сковывающего перемещения, взять эластичный и легкий спортивный костюм, в котором возможно играться в футбол на Луне.
Сотрудник Ньюмэн, Джеффри Хоффман, знает о вызывающих большие сомнения красотах твёрдого скафандра не понаслышке, потому, что совершил пять полетов на космических челноках Shuttle и неспециализированной длительностью 50 дней, из которых 25 часов он провел в открытом космосе. Он утвержает, что кроме того несложные манипуляции космонавта, облаченного в EMU, преобразовываются в трудную работу. Совместно со экспертами из институтской лаборатории Soldier Nanotechnologies, создающей технологии и материалы для изготовления боевой амуниции ХХI века, дизайнерским агентством Trotti & Associates и известным производителем спортивной защиты Dainese из Мольвены, Ньюмэн и Хоффман кинули вызов проекту Constellation.
Для начала физик Крис Карр подробно изучил биомеханику перемещений человека в условиях марсианской гравитации, составляющей всего 38% от земной. Оказалось, что с позиций энергетической эффективности наилучшая техника передвижения по Марсу — бег. Но в этих EMU далеко не убежишь — неподвижная фиксация стоп и негнущиеся коленки разрешают выполнять только прыжки в стиле кенгуру.
Как раз так передвигались по Луне члены миссий Apollo.
Дабы обеспечить механическую компрессию, мягкому скафандру не хватает быть легко облегающим — он обязан не давать складок при сгибании конечностей и по сути быть второй кожей! Кроме того закройщики лучших домов моды не могут сделать что-либо подобное из простой ткани. На помощь разработчикам пришли спандексы с разными особенностями.
В лаборатории Soldier Nanotechnologies инженеры MIT создали методику лазерного 3D-сканирования людской тела, которая разрешает вычислить правильнейшую математическую модель деформации кожного покрова при совершении перемещений и распознать сетку так называемых константных линий. Иначе говоря сделать правильные цифровые лекала по окончании единственной примерки. Никаких пузырей на коленках и морщин!
Более того, отдельные слои скафандра возможно практически нарисовать прямо на космонавте по разработке напыления микроволокон и жидких полимеров.
Дабы костюмчик сидел
На сегодня несколько Ньюмэн и Хоффмана сделала уже пара прототипов космического костюма. Для удобства все они отшиты руками дизайнеров из Dainese по меркам Дэйвы Ньюмэн, благо доктор наук аэронавтики владеет хорошей фигурой. В конструкции узкого и наряду с этим многослойного BioSuit разработчики опробовали множество материалов и технологий, каковые еще совсем сравнительно не так давно описывались в научно-фантастических романах.
Оптимальное давление в скафандра будет достигаться за счет применения внешнего электрического экзоскелета из ленты сплава с памятью формы — железных мышечных волокон. Узкую настройку уровня компрессии в отдельных территориях BioSuit обеспечит электронная совокупность управления. Разрыв скафандра уже не приведет к летальному финалу, поскольку утрата давления случится только на маленьком участке тела.
Небольшой ремонт BioSuit возможно легко произвести в поле, элементарно наложив на место разрыва стягивающую повязку. Внутренний стеганый слой с наполнителем из термореактивного геля обеспечит отвод избыточного тепла и жидкости, причем водяные пары будут не скапливаться в дренажной совокупности, а сходу выводиться наружу благодаря односторонней проницаемости всех слоев BioSuit. Двойной слой из металлизированного спандекса с поропластом и гелевым термоизолятором оградит космонавта от перепадов внешней температуры, достигающих на Марсе 100 и более градусов Цельсия.
На первый взгляд процесс облачения в таковой облегающий костюм должен быть не меньше тяжёлым, чем трехчасовое коллективное надевание EMU, но это не верно. BioSuit натягивается на тело практически за 60 секунд благодаря продуманной совокупности застежек-молний и электрозатягивания. Железная лента при нулевом напряжении получает начальную растянутую конфигурацию, а по окончании того как космонавт подключит электропитание, сжимается до полного облегания.
Дополняют экипировку марсианина полужесткие защитные элементы из композитов, торсовый панцирь с контейнерами для совокупности жизнеобеспечения, обувь, перчатки и шлем.
От Hi-Tec к Haute Couture
До завершения проекта BioSuit еще далеко, но Ньюмэн и Хоффман уверены в его успехе. Кроме того в случае если окончательный вид скафандра будущего окажется иным, лёгкости и принципы эластичности останутся для него базисными. Побочные результаты работы ученых MIT смогут не только сильно повлиять на технологии изготовления и протезирования компенсирующей одежды для больных и пожилых людей, но и перевернуть моду.
Бытовые фильтры для воды, контактные линзы, неопреновые материалы для обуви, беспроводные инструменты, датчики возгорания, теплосберегающая обувь и одежда и еще тысячи разных нужных вещей — все это было придумано на протяжении космических изучений. Так из-за чего бы сейчас ученым не замахнуться на haute couture?
Паскали на вес золота
Жесткость классического скафандра — это наиболее значимое условие безопасности: случайное повреждение внешней оболочки и утрата давления смогут привести к мгновенной смерти космонавта. Давление на поверхности Марса образовывает 0,6 кПа, либо менее 1% от земного (100 кПа), а в скафандра оно должно быть, согласно точки зрения Дэйвы Ньюмэн, около 30 кПа. Это разрешает человеку трудиться вне базисной станции более восьми часов без отрицательных последствий для здоровья.
Помимо этого, при таковой разнице давлений космонавту, возвратившемуся с работы к себе, не потребуется декомпрессия. К примеру, на данный момент по окончании любого выхода из МКС в открытый космос космонавт ожидает четыре часа, пока давление в помещении станции и в скафандра сравняется. Лишь затем возможно разгерметизировать шлем.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№90, апрель 2010).
<
h4>