Warum ist es unmöglich, eine perfekte Raumanzug zu entwerfen


Der erste Faktor, der bei der Gestaltung von einen Raumanzug zu betrachten muss, ist, "was der Anzug für verwendet werden?"

Es gibt keinen universellen Anzug. Die Anzüge sind für bestimmte Mission Bedürfnisse ausgelegt. Zum Beispiel technisch der russische Sokol-Anzug ist ein Raumanzug, aber es ist nicht für den Außeneinsatz konzipiert. Seine Mission ist es, die Kosmonauten aus dem Vakuum schützen ihre Sojus-Kapsel drucklos machen sollte. Der Sokol Mission erfordert es, klein und flexibel, so dass es innerhalb der beengten Sojus und innerhalb des Sitzes der Sojus getragen werden kann. Da es für den Einsatz außerhalb der Sonde nicht vorgesehen ist, ist nicht geeignet für robuste Unterstützung oder thermische Kontrolle oder resistent gegen Haken, Tränen, und sticht.

Das gleiche gilt für den amerikanischen Kürbis Anzug. Es richtet sich nicht an die Bedingungen des Weltraums. Es soll das Besatzungsmitglied zu schützen, sollte ihr Fahrzeug drucklos machen und wie die Sokol, es soll die Crew-Mitglied im Falle einer Wasserlandung zu schützen. Es ist Orange zu erleichtern für Rettungskräfte, die Crew-Mitglied zu finden. Es ist wasserdicht bis das Crew-Mitglied über Wasser zu halten helfen.

Die russischen Orlan und der amerikanischen EMU sind sowohl für den Einsatz außerhalb eines Fahrzeugs ausgelegt. Aber sie sind nicht geeignet für den Einsatz auf der Oberfläche eines Körpers, wie den Mond oder Mars. Achten Sie genau auf die WWU und Sie werden feststellen, es muss wirklich nicht Stiefel - es gibt keine starre schützende allein, als gäbe es auf der Apollo-Raumanzüge, die verwendet wurden, um zu Fuß auf den Mond.

Ich habe nicht die chinesische Faetian hier behandelt, aber es ist weitgehend ein Klon des russischen Orlan.

Gestaltung von einem Raumanzug verwandelt sich in einen Kampf zwischen Schutz und Mobilität. Je mehr versuchen wir den Träger zu schützen, desto weniger mobile werden sie. Je mobiler machen wir sie, die weniger geschützt sind.

Vakuum

Vakuum ist natürlich das wichtigste Anliegen. Flüssigkeiten fließen aus Gebieten mit hohem Druck auf Bereiche des Niederdruckes. In einem Vakuum versucht alle Gas und Flüssigkeit im Körper raus. Jeder Quadratzentimeter der Haut wird anziehen, wie die Inhalte unter ihm nach außen versucht schieben, das Vakuum zu erhalten. Ein Raumanzug hat, das zu verhindern. So weit, Raumanzüge erreicht haben, die durch die Schaffung einer auslaufsicheren Außenschicht, Umschläge den Körper und dann unterhält eine Luftschicht zwischen dem Körper und dem Layer. Die Luft ist allerdings nicht bei normalem Luftdruck (14,7 Psi). Dazu würde die Anzüge steif zu machen und erfordern die Astronauten zu großen Kraft zu nutzen, um ihre Arme und Beine biegen. Der EMU ist 4,3 Psi und Orlan bis 5,7 Psi unter Druck gesetzt.

Die WWU und Orlan verwenden Urethan-beschichtetem Nylon für die Druck-Blase.

Eine Alternative vorgeschlagen wurde, ist Druck Bands von Material zu verwenden, die passen kuschelig auf der Haut, quetschen, so dass es nicht zu erweitern. Es gibt einige wirklich coole Designs für diese Art von Klagen, aber gibt es viele gute Gründe, warum weder NASA noch Roscosmos diese Idee bisher angenommen haben. In der Schwerelosigkeit wird einen Anzug anziehen schwieriger. Für die Orlan der integrierten Rucksack geöffnet und nach außen schwingt und der Kosmonaut klettert hinein von hinten. Für die WWU sobald die solide Oberkörper auf, werden die Arme und Beine rutschte über und befestigt.

Aber ein hautengen Druckanzug Band wäre wie wenn man auf einen Neoprenanzug, der zwei Nummern zu klein, kein Talkum-Puder und kein Grund zum Ausruhen gegen war. Lohnt es, einige Mobilität zu gewinnen, wenn die Kosten zwei zusätzliche Stunden der Vorbereitung und Crew-Mitglieder, die erschöpft sind sind, bevor sie aus der Tür gehen? Diese Anzüge können auch verursachen eine Menge Häckseln und sehr schmerzhaft sein, wenn es eine Schwachstelle gibt. Sie machen auch thermische Kontrolle viel komplizierter. Es ist eine Gegend lohnt forschen, though. Dava Newman am MIT tut genau das. Eine Herausforderung, mit denen, die Sie konfrontiert wird, ist wie einen Gas unter Druck Helm eine Kompression Druck Anzug herstellen. Eine weitere Herausforderung ist, dass um richtig passen, müssen solche Anzüge für jeden Benutzer - angepasst werden, aber sechs Monate im Raum ändert sich die Form des Körpers ein Crew-Mitglied. Hier ist ein Bild von einem der ihren Anzug-Designs:

Thermische extreme


In direktem Sonnenlicht kann einem Raumanzug bis zu über 200 Grad Celsius erhitzen. In der Dunkelheit kann es auf-200 Grad Celsius abkühlen. Einiges davon kann mit äußeren Schichten, die Strahlung reflektieren oder verhindern, dass interne Hitze verlassen behandelt werden, aber oft sind die thermische sorgen mehr über die Wärmeentwicklung durch die Crew-Mitglieder, sich. Ein EVA-Crew-Mitglied übt sich. Das thermische System muss in der Lage, entfernt die überschüssige Körperwärme Docht sein. NASA und Roskosmos tun dies mit einer LCG (Liquid Cooling Kleidungsstück). Das ist ein Body, der sieht ein bisschen wie Thermo-Unterwäsche, aber Röhren durchzogen. Kaltes Wasser wird durch die Rohre gepumpt. Die Körperwärme wird durchgeführt von der Haut an den Rohren und Kesselgehäuse dann weg von der Pumpe und dann sublimiert, Raum. Ein hautenge Druckanzug Band auf ein LCG ist eine Herausforderung.

Strahlung

Raum ist voller böse Strahlung, die die Besatzung Schaden können. Ein Raumanzug muss den Träger von einigen dieser Bedrohung zu schützen, sei es ultraviolette Strahlung von der Sonne, kosmische Strahlung oder Strahlung aus einer Sendeantenne.

Auswirkungen Punktionen

Ein Sandkorn mit orbitalen Geschwindigkeit ist wie eine Kugel. Während die Anzüge große Trümmer nicht aufhören können, müssen sie resistent gegen kleine Trümmer, um Wunden auf der Crew-Mitglied zu verhindern und weiterhin der Druck-Volumen der Farbe sein. Wir tun dies, indem er mehrere Schichten von widerstandsfähigem Material. Die äußere Schicht der NASA WWU hat Kevlar in sie eingebettet.

Die WWU und Orlan verwenden eine äußere Schicht des Orthofabric mit Schichten von aluminisierten Mylar darunter, für Schutz.

Baustelle hängenbleiben und Tränen

Die NASA hat strenge Anforderungen an Geräte-Design um scharfe Kanten zu vermeiden, aber Langzeitbelichtung im Raum führt zu Lochfraß und Narben von kleine Trümmer. Was einst eine glatte Haltegriff vielleicht scharfe Projektionen entwickeln, die auf Handschuhe und Anzüge, Hängenbleiben und reißen sie zu fangen. NASA hat tatsächlich Änderungen an der WWU-Handschuhe, da ISS, wegen dieses Problems begann.

Mobilität & Ergonomie

Helm

Helme müssen den Kopf schützen, so dass alle Designs erfordern, dass sie eine starre, starkes Material bestehen. Der EMU-Helm ist aus Polycarbonat gefertigt. Der Großteil der Helm und die Mechanismen, die zur Verbindung mit dem Rumpf begrenzt die Fähigkeit, den Kopf, etwas zu machen. Es ist ein bisschen wie Michael Keatons Batman. Seine steife Verkleidung hinderte ihn daran, den Kopf zu drehen, so wandte er sich seinen Körper - mit der Ausnahme, dass wir einige der Körper drehen durch den Helm überdimensioniert, so dass der Kopf darin drehen kann und dann dem Visier soviel Gesichtsfeld möglichst vermeiden können.

Beleuchtung ist sehr wichtig für ein Crew-Mitglied, ihre Arbeit außerhalb durchführen zu können. Weil die Sonne auf- und alle 90 Minuten im erdnahen Orbit untergeht, muss die Crew-Mitglied können Sie schnell Licht hinzufügen oder Entfernen von Licht. Sie mit Helm Lichter hinzufügen und entfernen Sie, indem sich eine zweite Visier, die mit Gold überzogen ist - es ist wie wenn man auf Sonnenbrillen.

Torso

Der Oberkörper neigen dazu, ziemlich starr sein, weil sie die meisten der Schnittstelle und der Ausrüstung halten müssen. In einem sperrigen Anzug sind Reichweite und Flexibilität gefordert, so dass alle Steuerelemente, die die Besatzung zugreifen muss entweder auf die Unterarme oder der Brust müssen.

Arme und Beine

Sie müssen flexibel sein. Sie sollten auch vor Verletzungen schützen. Schulterverletzungen sind nicht ungewöhnlich, dass EVA Astronauten.

Handschuhe

Einen Handschuh entsprechend schützende und dennoch flexibel und klein genug, dass die Finger normale Aufgaben wie das halten einer Schraube oder einem Tastendruck ausführen können ist, eine Herausforderung. Gehen Sie auf Topflappen setzen und dann versuchen Sie, einen Schraubendreher verwenden, um Ihre TV-Fernbedienung auseinander zu nehmen.

Weit weg von der Körperwärme des Rumpfes müssen die Handschuhe beheizt werden.

Eine wenig bekannte Tatsache ist, dass Astronauten, die EVAs oft ausführen Fingernägel aufgrund der Art und Weise verlieren, dass der Handschuh passt.

Anthropometrische Sortiment

Die WWU hat hier einen Vorteil gegenüber der Orlan. Anthropometrische Bereich bedeutet wie viel von die Bevölkerung kann den Anzug tragen. Der Orlan ist einer einzigen Farbe, die wirklich nicht leicht für Menschen unterschiedlicher Größe angepasst werden kann, während während alle die EMUs einen gemeinsame Torso teilen, Arme und Beine leicht höher oder niedriger Besatzungsmitgliedern ausgelagert sind. Der Orlan ist eine Größe passt alle (obwohl es Riemen, die gibt in den Arm anpassen und Beinlänge etwas gezogen werden können). Der EMU kann 5. Perzentil Frauen durch 95. Perzentil Männer behandeln.

Raumanzüge sind unglaublich teuer zu produzieren. Wir wollen nicht zu haben, um benutzerdefinierte Anzüge für jede Person, zu produzieren, so dass der Anzug der Zukunft gestaltet werden sollte, so dass es leicht angepasst werden kann die Astronauten und Kosmonauten.

Der Raumanzug sollten entworfen werden, so dass eine neutrale Körperhaltung keine Anstrengung erfordert zu pflegen.

Weitere Bedenken


Langlebigkeit

Russischen Orlan-Anzüge sind zertifiziert für 15 Anwendungen oder 4 Jahre und dann weggeworfen. Die amerikanische EMUs sind renoviert und kann mehr als 25 Jahre dauern. Aber wie bereits erwähnt, ist weder für den Einsatz an einem Ort wie der Mond oder Mars konzipiert. Umgebungen wie, die sind schwer auf Anzüge. Es gibt Staub, gibt es Felsen. Ein Anzug dafür verwenden Bedürfnisse leicht gewartet und gereinigt werden. Vorzugsweise sollte es Staub abstoßen und Schmutz, da nehmen, die im Inneren der Sonde oder Basis Sicherheit darstellen könnte betrifft (z.B. Atemnot vor scharfen Staub).

Dauer

Die amerikanischen EMU richtet sich an etwa sieben Stunden und die Orlan für ca. 6,5 Stunden. Außenbordeinsätze erfordert eine Menge Vorbereitung. Wir wollen keinen Anzug, der nicht so lange wie der EMU oder Orlan betreiben könnte.

Life Supportsystem

Der Orlan hat seine Lebenserhaltungssystem in den Anzug. Die WWU hat seine Lebenserhaltungssystem innerhalb einer externen Rucksack genannt das PLSS. Beide sind geschlossene und 100 % Sauerstoff. Sie verwenden abnehmbar und wiederaufladbare Kohlendioxid und Gas Wäscher zu verfolgen.

Thermal Control

Orlan und WWU haben aktive thermische Steuerungssysteme, die Flüssigkeit Kühlung Kleidungsstücke gehören und sie abkühlen durch Einsatz eines Sublimator. Beide können fast 600 Watt metabolische Rate behandeln.

Abfallbehandlung

Beim Wasserlassen, Stuhlgang und Erbrechen sind alles Dinge, die möglicherweise in den Raumanzug zwar.

Essen & Wasser

Der Anzug muss das Besatzungsmitglied Trinkwasser anzubieten. Sie schwitzen reichlich während der Durchführung einer EVA und müssen das Wasser ersetzt haben. Lange EVAs erfordern auch eine Snack-Bar, um sicherzustellen, dass den Blutzuckerspiegel zu niedrig fallen nicht.

Wasser-Widerstand

Es klingt vielleicht seltsam, aber es ist wichtig. Viel von EVA Ausbildung erfolgt in einem Schwimmbad. Es ist wichtig, dass der Anzug getragen in den Pool und den Anzug in den Raum getragen keine nachweisbaren Unterschiede zu den Crew-Mitglied, haben so ist es am einfachsten, den gleichen Anzug nutzen zu können.

Gewicht

Das Gewicht kann ist nicht wichtig für EVA im erdnahen Orbit, aber ein Faktor, der zu Fuß auf den Mond oder Mars. Die WWU wiegt ca. 280 kg und der Orlan wiegt ca. 230 kg.

Unterstützung

Ein Anzug sollte die Verwendung von Sicherheit Leinen, Werkzeug-Gürtel und Verwendung von standard Baustelle Griffe und Fesseln und Werkzeuge unterstützen.

Andere möglichen Verbesserungen

HUD (Heads Up Display) - wäre die Fähigkeit, Telemetrie-Projekt und auch Arbeitshilfen wie Schaltpläne, Teile Bilder und Verfahren für die Crew von Vorteil.

Obere Bild über

Über den Autor: Robert Frost arbeitet in der Flug-Betriebsdirektion bei der NASA. Zehn Jahre Ausbildung Astronauten und Fluglotsen auf Orientierung, Navigation, Steuerung und Antrieb für die internationale Raumstation und fünf Jahre verbrachte er in der Raumfahrt Training Management Office Verwaltung von Projekten und die Durchführung von einem Instructor Training Course. Heute arbeitet er in der Kontrollgruppe Flug für einen Besuch in Fahrzeugsysteme und fortschrittliche Technologie-Integration für die ISS.

Was sind alle bei der Gestaltung von einen Raumanzug Faktoren? erschien ursprünglich auf Quora. Sie können Quora auf Twitter, Facebook und Google + folgen.

Diese Antwort wurde leicht bearbeitet, für Grammatik und Klarheit.

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