البدلات الفضائية لرواد الفضاء ليست مجرد بدلات للطيران في المدار. ظهر أولهم في بداية القرن العشرين. كان هذا هو الوقت الذي بقي فيه ما يقرب من نصف قرن قبل رحلات الفضاء. ومع ذلك، فقد أدرك العلماء أن استكشاف المساحات خارج كوكب الأرض، التي تختلف ظروفها عن تلك المألوفة لنا، أمر لا مفر منه. لهذا السبب، بالنسبة للرحلات الجوية المستقبلية، توصلوا إلى معدات رواد الفضاء القادرة على حماية الشخص من البيئة الخارجية القاتلة.
مفهوم بدلة الفضاء
ما هي المعدات اللازمة للرحلات الفضائية؟ بدلة الفضاء هي نوع من معجزة التكنولوجيا. وهي محطة فضائية مصغرة تتبع شكل جسم الإنسان.
تم تجهيز بدلة الفضاء الحديثة لرائد فضاء كامل. ولكن على الرغم من تعقيد الجهاز، فإن كل شيء فيه مدمج ومريح.
تاريخ الخلق
كلمة "بدلة الفضاء" لها جذور فرنسية. تم تقديم هذا المفهوم في عام 1775 من قبل عالم الرياضيات رئيس الدير جان بابتيست دي باس شابيل. بالطبع، في نهاية القرن الثامن عشر، لم يحلم أحد بالطيران إلى الفضاء. كلمة "بدلة الغوص"، المترجمة من اليونانية وتعني "رجل القارب"، تقرر تطبيقها على معدات الغوص.
ومع ظهور عصر الفضاء، بدأ استخدام هذا المفهوم في اللغة الروسية. هنا فقط اكتسب معنى مختلفًا قليلاً. بدأ الرجل في الصعود أعلى وأعلى. وفي هذا الصدد، كانت هناك حاجة إلى معدات خاصة. لذلك، على ارتفاع يصل إلى سبعة كيلومترات، وهذا يعني الملابس الدافئة وقناع الأكسجين. المسافات التي تصل إلى عشرة آلاف متر بسبب انخفاض الضغط تحتاج إلى مقصورة مضغوطة وبدلة تعويضية. وإلا، أثناء خفض الضغط، ستتوقف رئتا الطيار عن امتصاص الأكسجين. حسنًا، ماذا لو ذهبت إلى مستوى أعلى؟ في هذه الحالة، سوف تحتاج إلى بدلة فضائية. يجب أن يكون محكم الإغلاق تمامًا. في هذه الحالة، فإن الضغط الداخلي في البدلة الفضائية (عادة في حدود 40 بالمائة من الضغط الجوي) سينقذ حياة الطيار.
في عشرينيات القرن العشرين، ظهر عدد من المقالات لعالم وظائف الأعضاء الإنجليزي جون هولدن. وفيهم اقترح المؤلف استخدام بدلات الغوص لحماية صحة وحياة راكبي المناطيد. حتى أن المؤلف حاول تنفيذ أفكاره موضع التنفيذ. قام ببناء بدلة فضاء مماثلة واختبرها في غرفة الضغط، حيث تم ضبط الضغط بما يتوافق مع ارتفاع 25.6 كم. ومع ذلك، فإن بناء بالونات قادرة على الارتفاع إلى طبقة الستراتوسفير ليست متعة رخيصة. ولسوء الحظ، فإن راكب المنطاد الأمريكي مارك ريدج، الذي كانت البدلة الفريدة مخصصة له، لم يجمع الأموال. ولهذا السبب لم يتم اختبار بدلة هولدن الفضائية عمليًا.
في بلدنا، عمل المهندس إيفجيني تشيرتوفسكي، الذي كان موظفًا في معهد طب الطيران، على بدلات الفضاء. وعلى مدى تسع سنوات، من عام 1931 إلى عام 1940، قام بتطوير 7 نماذج من المعدات المحكمية. أول مهندس سوفيتي في العالم حل مشكلة التنقل. والحقيقة هي أنه عند الارتفاع إلى ارتفاع معين، تضخم الدعوى. بعد ذلك، اضطر الطيار إلى بذل جهود كبيرة حتى لمجرد ثني ساقه أو ذراعه. ولهذا السبب تم تصميم نموذج Ch-2 بواسطة مهندس بمفصلات.
في عام 1936، ظهرت نسخة جديدة من المعدات الفضائية. هذا هو نموذج Ch-3، الذي يحتوي تقريبًا على جميع الأجزاء الموجودة في بدلات الفضاء الحديثة التي يستخدمها رواد الفضاء الروس. تم اختبار هذا الإصدار من المعدات الخاصة في 19 مايو 1937. تم استخدام القاذفة الثقيلة TB-3 كطائرة.
منذ عام 1936، بدأ تطوير بدلات رواد الفضاء من قبل المهندسين الشباب في المعهد المركزي للديناميكية الهوائية. وقد استلهموا ذلك من خلال العرض الأول لفيلم الخيال العلمي "رحلة الفضاء"، الذي تم إنتاجه بالتعاون مع كونستانتين تسيولكوفسكي.
تم تصميم وتصنيع واختبار أول بدلة فضاء تحمل المؤشر SK-STEPS-1 من قبل مهندسين شباب في عام 1937 فقط. وحتى الانطباع الخارجي لهذه المعدات يشير إلى غرضها خارج كوكب الأرض. في النموذج الأول، تم توفير موصل حزام لربط الأجزاء السفلية والعلوية. تم توفير حركة كبيرة عن طريق مفاصل الكتف. غلاف هذه البدلة مصنوع من طبقتين
تميز الإصدار التالي من بدلة الفضاء بوجود نظام تجديد مستقل مصمم لمدة 6 ساعات من التشغيل المتواصل. في عام 1940، تم إنشاء آخر بدلة فضاء سوفيتية قبل الحرب - SK-STEPS-8. تم اختبار هذه المعدات على المقاتلة I-153.
إنشاء إنتاج خاص
في سنوات ما بعد الحرب، تولى معهد أبحاث الطيران مسؤولية مبادرة تصميم بدلات الفضاء لرواد الفضاء. تلقى المتخصصون فيها مهمة تطوير بدلات مصممة لطياري الطيران الذين يتغلبون على سرعات وارتفاعات جديدة باستمرار. ومع ذلك، من الواضح أن معهدًا واحدًا لم يكن كافيًا للإنتاج الضخم. ولهذا السبب أنشأ المهندس ألكسندر بويكو في أكتوبر 1952 ورشة عمل خاصة. وكانت تقع في توميلينو، بالقرب من موسكو، في المصنع رقم 918. واليوم تسمى هذه المؤسسة NPP Zvezda. لقد تم إنشاء بدلة غاغارين الفضائية عليها في وقت واحد.
رحلات إلى الفضاء
في نهاية الخمسينيات، بدأ عصر جديد لاستكشاف الفضاء خارج كوكب الأرض. خلال هذه الفترة بدأ مهندسو التصميم السوفييت في تصميم مركبة فوستوك الفضائية، وهي أول مركبة فضائية. ومع ذلك، كان من المخطط في البداية ألا تكون هناك حاجة لبدلات رواد الفضاء لهذا الصاروخ. كان يجب أن يكون الطيار في حاوية خاصة مغلقة، والتي سيتم فصلها عن وحدة الهبوط قبل الهبوط. ومع ذلك، تبين أن هذا المخطط مرهق للغاية، وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب اختبارات طويلة. ولهذا السبب تم في أغسطس 1960 إعادة تصميم التصميم الداخلي لفوستوك.
استبدل المتخصصون من مكتب سيرجي كوروليف الحاوية بمقعد طرد. في هذا الصدد، يحتاج رواد الفضاء في المستقبل إلى الحماية في حالة انخفاض الضغط. وهذا ما أصبحت عليه بدلة الفضاء. ومع ذلك، لم يكن هناك ما يكفي من الوقت للالتحام بالأنظمة الموجودة على متن الطائرة. وفي هذا الصدد، تم وضع كل ما هو ضروري لدعم حياة الطيار مباشرة في المقعد.
كانت البدلات الفضائية الأولى لرواد الفضاء تسمى SK-1. كانت مبنية على بدلة Vorkuta للارتفاعات العالية، والمصممة لطياري المقاتلة الاعتراضية SU-9. تم إعادة بناء الخوذة بالكامل فقط. تم تركيب آلية فيه يتم التحكم فيها بواسطة جهاز استشعار خاص. عندما انخفض الضغط في البدلة، انغلق الحاجب الشفاف على الفور.
تم تصنيع معدات رواد الفضاء وفقًا للقياسات الفردية. بالنسبة للرحلة الأولى، تم إنشاؤها لأولئك الذين أظهروا أفضل مستوى من التدريب. هذا هو الثلاثة الأوائل الذين شملوا يوري جاجارين وجيرمان تيتوف وغريغوري نيليوبوف.
ومن المثير للاهتمام أن رواد الفضاء كانوا في الفضاء بعد البدلة الفضائية. تم إرسال إحدى البدلات الخاصة للعلامة التجارية SK-1 إلى المدار أثناء إطلاقين تجريبيين بدون طيار لمركبة فوستوك الفضائية، والتي جرت في مارس 1961. بالإضافة إلى النغمات التجريبية، كان هناك دمية "إيفان إيفانوفيتش" على متنها، يرتدي بدلة الفضاء. تم تركيب قفص به خنازير غينيا وفئران في صندوق هذا الشخص الاصطناعي. ولكي لا يخطئ شهود الهبوط العاديون في اعتبار "إيفان إيفانوفيتش" كائنًا فضائيًا، تم وضع علامة عليها نقش "نموذج" تحت حاجب بدلته الفضائية.
تم استخدام بدلات الفضاء SK-1 خلال خمس رحلات مأهولة لمركبة فوستوك الفضائية. ومع ذلك، لم تتمكن رواد الفضاء من الطيران فيها. تم إنشاء نموذج SK-2 لهم. تم استخدامه لأول مرة أثناء رحلة المركبة الفضائية فوستوك -6. لقد صنعنا هذه البدلة الفضائية، مع الأخذ في الاعتبار السمات الهيكلية للجسم الأنثوي، لفالنتينا تيريشكوفا.
تطورات المتخصصين الأمريكيين
عند تنفيذ برنامج ميركوري، اتبع المصممون الأمريكيون طريق المهندسين السوفييت، بينما قدموا مقترحاتهم الخاصة. وهكذا، أخذت أول بدلة فضاء أمريكية في الاعتبار حقيقة أن رواد الفضاء في الفضاء في المستقبل سيبقون في المدار لفترة أطول.
أنتج المصمم راسل كولي بدلة خاصة بعلامة البحرية، كانت مخصصة في الأصل لرحلات طياري الطيران البحري. على عكس النماذج الأخرى، كانت هذه البدلة الفضائية مرنة ولها وزن منخفض نسبيًا. لاستخدام هذا الخيار في برامج الفضاء، تم إجراء العديد من التغييرات على التصميم، والتي أثرت في المقام الأول على تصميم الخوذة.
أثبتت بدلات الفضاء الأمريكية موثوقيتها. مرة واحدة فقط، عندما سقطت كبسولة ميركوري 4 وبدأت في الغرق، كادت البدلة أن تقتل رائد الفضاء فيرجيل غريسون. بالكاد تمكن الطيار من الخروج، لأنه لم يتمكن من قطع الاتصال بنظام دعم الحياة الموجود على متن الطائرة لفترة طويلة.
إنشاء بدلات فضائية مستقلة
ونظرًا للوتيرة السريعة لاستكشاف الفضاء، كان من الضروري تصميم بدلات خاصة جديدة. بعد كل شيء، كانت النماذج الأولى مجرد الإنقاذ في حالات الطوارئ. ونظرًا لارتباطها بنظام دعم الحياة لمركبة فضائية مأهولة، لم يتمكن رواد الفضاء من الذهاب إلى الفضاء مرتدين مثل هذه المعدات. لدخول الفضاء المفتوح خارج كوكب الأرض، كان من الضروري بناء بدلة فضائية مستقلة. تولى مصممو اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة الأمريكية هذه المهمة.
أنشأ الأمريكيون، من أجل برنامجهم الفضائي الجوزاء، تعديلات جديدة على بدلات الفضاء G3C وG4C وG5C. والثاني منهم كان مخصصًا للسير في الفضاء. على الرغم من حقيقة أن جميع بدلات الفضاء الأمريكية كانت متصلة بنظام دعم الحياة على متن الطائرة، إلا أنها كانت تحتوي على جهاز مستقل مدمج فيها. وإذا لزم الأمر فإن مواردها ستكون كافية لدعم حياة رائد فضاء لمدة نصف ساعة.
في 3 يونيو 1965، ذهب الأمريكي إدوارد وايت إلى الفضاء الخارجي مرتديًا بدلة الفضاء G4C. ومع ذلك، لم يكن رائدا. قبل شهرين ونصف، قام أليكسي ليونوف بزيارة المركبة الفضائية المجاورة للسفينة. ومن أجل هذه الرحلة التاريخية، طوّر المهندسون السوفييت بدلة بيركوت الفضائية. كان يختلف عن SK-1 في وجود قذيفة محكمية ثانية. بالإضافة إلى ذلك، كانت البدلة تحتوي على حقيبة ظهر مزودة بأسطوانات الأكسجين، وتم تركيب مرشح للضوء في خوذتها.
أثناء وجوده في الفضاء الخارجي، تم ربط شخص بالسفينة بواسطة حبل حبال طوله سبعة أمتار، يتضمن جهازًا لامتصاص الصدمات وأسلاكًا كهربائية وكابلًا فولاذيًا وخرطومًا لإمداد الأكسجين في حالات الطوارئ. تم الخروج التاريخي إلى الفضاء خارج كوكب الأرض في 18 مارس 1965. وكان يقع في غضون 23 دقيقة. 41 ثانية.
بدلات فضائية لاستكشاف القمر
وبعد السيطرة على مدار الأرض، انتقل الإنسان إلى أبعد من ذلك. وكان هدفه الأول هو الطيران إلى القمر. لكن لهذا كنا بحاجة إلى بدلات فضائية خاصة مستقلة تسمح لنا بالبقاء خارج السفينة لعدة ساعات. وقد أنشأها الأمريكيون أثناء تطوير برنامج أبولو. توفر هذه البدلات الحماية لرائد الفضاء من ارتفاع درجة حرارة الشمس والنيازك الدقيقة. النسخة الأولى من بدلات الفضاء القمرية التي تم تطويرها كانت تسمى A5L. ومع ذلك، تم تحسينه في وقت لاحق. يحتوي التعديل الجديد لـ A6L على غلاف عازل للحرارة. كان إصدار A7L خيارًا مقاومًا للحريق.
كانت بدلات الفضاء القمرية عبارة عن بدلات متعددة الطبقات مكونة من قطعة واحدة مع وصلات مطاطية مرنة. كانت هناك حلقات معدنية على الأصفاد والياقات مصممة لربط القفازات المختومة والخوذة. تم تثبيت بدلات الفضاء بسحاب عمودي مخيط من الفخذ إلى الرقبة.
هبط الأمريكيون على سطح القمر في 21 يوليو 1969. خلال هذه الرحلة، وجدت بدلات الفضاء A7L استخدامها.
كان رواد الفضاء السوفييت يخططون أيضًا للذهاب إلى القمر. لهذه الرحلة، تم إنشاء بدلات الفضاء "كريشيت". لقد كانت نسخة شبه صلبة من البدلة، ولها باب خاص في الخلف. كان على رائد الفضاء أن يصعد إليه، وبالتالي يرتدي المعدات. وكان الباب مغلقا من الداخل. لهذا الغرض، تم توفير رافعة جانبية ودائرة كابل معقدة. كان هناك أيضًا نظام دعم الحياة داخل البدلة. ولسوء الحظ، لم يتمكن رواد الفضاء السوفييت قط من زيارة القمر. لكن البدلة الفضائية التي تم إنشاؤها لمثل هذه الرحلات تم استخدامها لاحقًا في تطوير نماذج أخرى.
معدات لأحدث السفن
ابتداءً من عام 1967، بدأ الاتحاد السوفييتي في إطلاق سويوز. كانت هذه مركبات مصممة لجعل الوقت الذي يقضيه رواد الفضاء عليها يتزايد دائمًا.
بالنسبة للرحلات الجوية على متن المركبة الفضائية سويوز، تم تصنيع بدلة الفضاء "ياستريب". كانت اختلافاته عن Berkut في تصميم نظام دعم الحياة. وبمساعدتها، تم تعميم الخليط التنفسي داخل البدلة الفضائية. هنا يتم تنظيفه من الشوائب الضارة وثاني أكسيد الكربون ثم تبريده.
تم استخدام بدلة الإنقاذ Sokol-K الجديدة أثناء رحلة Soyuz-12 في سبتمبر 1973. حتى أن مندوبي المبيعات من الصين اشتروا نماذج أكثر تقدمًا من هذه البدلات الواقية. ومن المثير للاهتمام أنه عندما تم إطلاق المركبة الفضائية المأهولة "شانتشو"، كان رواد الفضاء فيها يرتدون معدات تذكرنا جدًا بالنموذج الروسي.
من أجل السير في الفضاء، ابتكر المصممون السوفييت بدلة أورلان الفضائية. هذه معدات شبه صلبة مستقلة، تشبه Lunar Krechet. كان عليك أيضًا أن تضعه من خلال باب في الخلف. ولكن، على عكس كريشيت، كان أورلان عالميًا. تم تعديل أكمامه وأرجل بنطاله بسهولة إلى الارتفاع المطلوب.
لم يسافر رواد الفضاء الروس فقط ببدلات أورلان الفضائية. صنع الصينيون "Feitian" بناءً على هذه المعدات. ذهبوا إلى الفضاء الخارجي فيها.
بدلات الفضاء في المستقبل
واليوم، تعمل وكالة ناسا على تطوير برامج فضائية جديدة. وتشمل هذه الرحلات إلى الكويكبات، إلى القمر، ولهذا السبب يستمر تطوير تعديلات جديدة على بدلات الفضاء، والتي سيتعين عليها في المستقبل الجمع بين جميع الصفات الإيجابية لبدلة العمل ومعدات الإنقاذ. لا يزال من غير المعروف الخيار الذي سيختاره المطورون.
ربما ستكون بدلة فضاء ثقيلة وصعبة تحمي الشخص من جميع التأثيرات الخارجية السلبية، وربما ستسمح التقنيات الحديثة بإنشاء غلاف عالمي، ستقدر أناقته رواد الفضاء في المستقبل.
"عندما أكبر، سأصبح رائد فضاء" - أصبحت هذه العبارة رمزا لعصر كامل، بدأ مع سباق الفضاء بين الدول الرائدة في العالم وانتهى بحلم لم يتحقق للكثيرين منا. ومع ذلك، هناك أشخاص على كوكب الأرض يذهبون بانتظام إلى الفضاء الخارجي. وإذا أصبح من المعتاد اليوم بالنسبة لنا أن يكون هناك دائمًا شخص ما في المدار يطفو في انعدام الجاذبية، فقد كان الأمر مثيرًا للغاية لدرجة أن ملايين الأشخاص لم يرفعوا أعينهم عن أجهزة التلفاز الخاصة بهم، وهم يشاهدون بفارغ الصبر المحاولات الأولى لاستكشاف الفضاء.
ولسوء الحظ، فقد ولدنا بعد فوات الأوان لاستكشاف الأرض. ولحسن الحظ، سنكون الجيل الأول الذي يبدأ استكشاف الكواكب الأخرى. في هذه المقالة، سنتحدث عن الملابس، والتي بدونها لن تتم رحلة واحدة بين الكواكب، ولا خروج واحد لشخص ذكي إلى الفضاء - حول بدلات الفضاء في المستقبل.
بدلات الفضاء الحديثة
الفضاء الخارجي بيئة معادية للغاية. إذا وجدت نفسك بالصدفة في فراغ، فمن غير المرجح أن يتم إنقاذك. خلال 15 ثانية ستفقد وعيك بسبب نقص الأكسجين. سوف يغلي الدم ثم يتجمد بسبب قلة الضغط. سوف تتوسع الأنسجة والأعضاء. سيؤدي التغير الحاد في درجة الحرارة إلى إكمال ما بدأ. حتى لو تمكنت من النجاة من كل هذا، فليس حقيقة أن الرياح الشمسية لن تكافئك بالإشعاع الضار.
ولحماية أنفسهم من كل هذه العوامل، يستخدم رواد الفضاء بدلات واقية - بدلات الفضاء. إن تاريخ خزانة الملابس الفضائية مثير للاهتمام للغاية، ولكن لم تحدث العديد من الأحداث المهمة فيه على مدار الثلاثين عامًا الماضية. والأكثر إثارة هو ما ينتظرنا في المستقبل القريب، خاصة بالنظر إلى تزايد وتيرة الرحلات الجوية التجارية ومع الأخذ في الاعتبار المهام المخطط لها.
اليوم، يستخدم رواد الفضاء الروس بدلات الفضاء Sokol KV-2 وOrlan-MK (للسير في الفضاء)، والتي تم تطويرها في السبعينيات والثمانينيات. في عام 2014، تم التخطيط لاختبارات Orlan-ISS، التي خضع تصميمها لتغييرات طفيفة - بشكل عام، بدلة الفضاء هي نفسها تقريبًا مثل سابقتها. اليوم ودائمًا ما يتم إنتاجها بواسطة شركة JSC NPP Zvezda التي تحمل اسم الأكاديمي G. I. Severin. بالمناسبة، تُلبس الصين رواد الفضاء (أو رواد الفضاء، إذا كنا أكثر دقة) بدلات مصنوعة على أساس البدلات السوفيتية: نفس سوكول وفيتيان، اللذان تم تقديمهما في عامي 2003 و 2008، على التوالي، واستخدما في شنتشو 5 و مهمات شنتشو-5.7". الولايات المتحدة الأمريكية، على الرغم من أنها تستحق الاحترام لتطوراتها الواعدة، إلا أنها وفية للبدلات الفضائية لعامي 1994 و1984: ACES (وحدة هروب الطاقم المتقدمة) وEMU (وحدة التنقل خارج المركبة).
يمكن فهم الأميركيين. بسبب مشاكل التمويل، تم تقليص برنامج الفضاء بشكل خطير. ربما، لولا ذلك، لكانوا موجودين بالفعل على كوكب الزهرة (تم التخطيط لمثل هذه المهمة بالفعل). أما بالنسبة للنجاحات التي حققتها روسكوزموس، باستثناء اختبارات أورلان-محطة الفضاء الدولية المذكورة أعلاه، فلا يمكن قول أي شيء آخر. إذا كانت بدلات الفضاء المستقبلية مصنوعة في روسيا، فهي مصنوعة تحت الأرض.
تخطط ناسا للعودة إلى القمر وتعمل بنشاط على تطوير بدلات فضائية جديدة، حيث ستكون هناك حاجة إليها من قبل أرمسترونج وألدرين الجديدين الذين سيتركون آثار أقدام على الرمال القمرية. ومع ذلك، على عكس برنامج أبولو 11، من المفترض أن تمنح البدلات الجديدة رواد الفضاء المزيد من القدرات. على سبيل المثال، حرية الحركة، والتي ستسهل العمل على القمر، وكذلك الحماية من الغبار القمري اللزج مثل الشريط.
لكن الشركاء الدوليين، ممثلين بوكالة الفضاء الأوروبية وروسكوزموس، يخططون لرحلة مأهولة إلى المريخ - كما يتضح من تجربة استمرت 500 يوم أجريت قبل عدة سنوات. كجزء من برنامج مارس 500، أمضى ستة أفراد من طاقم دولي (بما في ذلك الروس) 500 يوم في الإغلاق، لمحاكاة رحلة إلى المريخ. ربما ستستمر الرحلة في عام 2018. هنا تجدر الإشارة إلى أن المشكلة الرئيسية لمثل هذه الرحلة الطويلة هي تأثير الإشعاع الذي لا تحمي منه البدلات الفضائية ولا هيكل السفينة. يمكن أن تكون الرحلة غير مواتية للغاية.
لاحظ أنه بالنسبة لرحلة إلى المريخ، سيتعين على روسكوزموس، مع شركائها، تطوير بدلة فضائية خاصة. كجزء من برنامج Mars 500، استخدم أفراد الطاقم نسخة خاصة من بدلة الفضاء Orlan-E (والتي تعني "التجريبية"). يطلق عليه المصممون مازحين اسم شقيقهم الأصغر - فهو مطابق تقريبًا لمركبات أورلان الأخرى، لكنه أخف أربع مرات وليس مناسبًا بعد للمشي في الفضاء على سطح المريخ. ومع ذلك، فإنه سيشكل الأساس لبدلة المريخ المستقبلية.
ويخطط العديد من أصحاب الأعمال الخيرية المليارديرات أيضًا لرحلة إلى المريخ - باس لانسدورب (مشروع MarsOne، المصمم لاستعمار المريخ خلال الفترة 2011-2033) وإيلون ماسك (مؤسس SpaceX).
كم تبلغ تكلفة بدلة الفضاء؟ النموذج الذي تستخدمه وكالة ناسا، مع جميع المعدات وأجهزة دعم الحياة والمعدات، يكلف 12 مليون دولار. وتفضل شركة NPP Zvezda عدم الإعلان عن تكلفة البدلة الفضائية، لكنها تتحدث عن 9 ملايين دولار.
تصميم
ما هي المواد التي تصنع منها بدلات الفضاء؟ دعونا نلقي نظرة على مثال الاتحاد النقدي الأوروبي. في حين أن البدلات الفضائية الأولى كانت مصنوعة بالكامل من الأقمشة الناعمة، فإن الإصدارات الحديثة تجمع بين المكونات الناعمة والصلبة التي توفر الدعم والتنقل والراحة (على الرغم من أنه لا يزال من الممكن الجدال بشأن الأخير). تتكون مادة بدلة الفضاء نفسها من 13 طبقة: طبقتان من التبريد الداخلي، وطبقتان من الضغط، وثماني طبقات من الحماية الحرارية ضد النيازك الدقيقة وطبقة خارجية واحدة. وتشمل هذه الطبقات المواد التالية: النايلون المحبوك، والياف لدنة، ونايلون اليوريثان، والداكرون، ونايلون النيوبرين، ومايلار، وجور تكس، والكيفلار (الذي تُصنع منه الدروع الواقية للبدن)، ونومكس.
يتم خياطة جميع الطبقات وربطها معًا لتكوين غطاء سلس. أيضًا، على عكس البدلات الفضائية الأولى، التي تم تصميمها بشكل فردي لكل رائد فضاء، تحتوي وحدات EMU الحديثة على مكونات بأحجام مختلفة لتناسب الجميع.
تتكون بدلة EMU من الأجزاء التالية: MAG (يجمع بول رائد الفضاء)، LCVG (يزيل الحرارة الزائدة أثناء المشي في الفضاء)، EEH (يوفر الاتصالات والأدوات الحيوية)، CCA (ميكروفون وسماعات رأس للاتصالات)، LTA ( البدلة السفلية، والسراويل، ومنصات الركبة، والأحذية، والأحذية)، HUT (الجزء العلوي من البدلة، وهو عبارة عن غلاف صلب من الألياف الزجاجية يدعم عدة هياكل: الذراعين، والجذع، والخوذة، وحقيبة الظهر الداعمة للحياة ووحدة التحكم)، والأكمام، وزوجين من قفازات (داخلية وخارجية)، خوذة، EVA (الحماية من أشعة الشمس الساطعة)، IDB (حقيبة ترطيب داخل البدلة)، PLSS (نظام دعم الحياة الأساسي: الأكسجين، الطاقة، ثاني أكسيد الكربون، التبريد، الماء، الراديو ونظام الإنذار)، SOP (الأكسجين الاحتياطي)، DCM (وحدة التحكم PLSS).
نسيان سيئة القديمة
في عام 2012، قدمت وكالة ناسا نوعًا جديدًا من البدلات الفضائية، Z-1. مستوحاة من بدلة الفضاء Buzz Lightyear من Toy Story، ومن المقرر أن تدخل البدلة حيز الإنتاج في عام 2015 وستأتي مع عدد من الميزات والميزات الرائعة.
أولاً، توفر الخوذة على شكل فقاعة مجال رؤية ضخمًا مقارنة بالخيارات السابقة. نعم، هذه ليست "خوذة الدراجة النارية" الأساسية، لكن السلامة، وفقًا للخبراء، ستكون على أعلى مستوى. يوفر التصميم الجديد لأجزاء الكتف في البدلة حرية أكبر لحركات الذراع. توجد فتحة في الجزء الخلفي من البدلة الفضائية يزحف من خلالها رائد الفضاء عند ارتداء ملابسه. أي أن البدلة الفضائية، مثل وسيلة النقل، هي التي تستقبل الراكب، وليس رائد الفضاء الذي يضع كل ذلك على عاتقه.
ثانيًا، وهو أمر مهم جدًا "ثانيًا"، ستكون البدلة الفضائية Z-1 مناسبة أيضًا للسير في الفضاء والحركة على سطح الكوكب (على عكس كل ما يرتديه طاقم محطة الفضاء الدولية).
ثالثًا، بفضل التطورات الأخيرة، انخفضت بشكل كبير الحاجة إلى تحميل بدلة فضائية بعبوات هيدروكسيد الليثيوم، التي تمتص ثاني أكسيد الكربون الذي يزفره الشخص. حسنًا، يمكن أن تكون Z-1 بديلاً رائعًا للاتحاد النقدي الأوروبي وتزيل البدلة القديمة.
في أواخر العام الماضي، أفيد أن وكالة ناسا كانت تختبر بدلة فضاء جديدة خفيفة الوزن لأن Z-1 كانت ضخمة جدًا. خطوة للخلف؟ وإليك الثانية: البدلة الجديدة ستكون نسخة معدلة من بدلة ACES البرتقالية، التي تم تطويرها في الستينيات. سيتم استخدام البدلة من قبل طاقم المركبة الفضائية أوريون، التي ستلتقط الكويكبات لجمع العينات وتحليلها. ولسوء الحظ، فإن وكالة الفضاء لم ترفع حجاب السرية حول هذه المهمة الغامضة، لذلك لا يُعرف عنها الكثير.
خطوتين إلى الوراء؟ إليكم الأمر الثالث: مكوك أوريون هو في الأساس وحدة أبولو محدثة. وهنا تجتمع كل قطع اللغز معًا: داخل وحدة صاروخ Orion هناك مساحة صغيرة جدًا للالتفاف في بدلة من نوع EMU أو Z-1. بالإضافة إلى ذلك، ستكون البدلة الجديدة عالمية ومصممة للعمل في الداخل والخارج. ويؤكد ممثلو ناسا أنفسهم بشكل خاص على مزايا البدلة الفضائية الجديدة، مثل انخفاض تكلفة الإنتاج ووجود نظام دعم حياة جاهز لرائد الفضاء في البدلة الفضائية الجديدة. ومع ذلك، هناك أمل قوي في استمرار استخدام Z-1، وبعدها Z-2 التي تم الإعلان عنها مؤخرًا، ولكن في مهام أخرى.
تم اختيار اللون البرتقالي لبدلات ACES لأسباب تتعلق بالسلامة. إنه أحد الألوان الأكثر حيوية في البحر والفضاء. سيكون العثور على رائد الفضاء المفقود وإنقاذه أسهل.
"قشرة البشرة الثانية"
أثناء الرحلة في الفضاء، يمتد العمود الفقري لرائد الفضاء بمقدار سبعة سنتيمترات. وهذا يؤدي إلى آلام رهيبة في الظهر، الأمر الذي يثير بالطبع قلق وكالات الفضاء. خاصة بالنسبة لوكالة الفضاء الأوروبية، قام المهندسون الألمان بتطوير بدلة جلدية تناسب الجسم بشكل محكم، وهي مصنوعة من نسيج ألياف البولي يوريثين المرن ثنائي الاتجاه. تعمل البدلة على ضغط الجسم بإحكام من الكتفين إلى القدمين، لمحاكاة الضغط الطبيعي. ومن المقرر إجراء اختبار الطيران للبدلة المصنوعة من ألياف لدنة في عام 2015. ومع ذلك، ذهب بعض المهندسين إلى أبعد من ذلك في تطوراتهم.
ومؤخراً، قدمت ديفا نيومان، الباحثة في أفضل جامعة في العالم (بحسب QS) - معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا - بدلة فضاء جديدة كانت تعمل عليها منذ أكثر من عشر سنوات. يُطلق عليها اسم Biosuit ويعتقد الكثيرون أنها يمكن أن تُحدث ثورة في استكشاف الإنسان للفضاء.
توفر البدلة الفضائية الضيقة لرواد الفضاء قدرة أكبر على الحركة وتمنع الإصابات ("على أكتاف" رواد الفضاء - 25 عملية بسبب الإصابات الناجمة عن بدلات الفضاء الثقيلة). كان الدافع الرئيسي لنيومان لعملها هو أن النساء تحت ارتفاع معين لا يمكنهن استخدام وحدات EMU لأنهن ببساطة لا يصنعن بدلات صغيرة إلى هذا الحد. بالنسبة لديفا نفسها، هذه حقيقة مهمة، لأنها ليست طويلة. لكن هناك دوافع أخرى.
أولاً، تزن بدلات الفضاء الحديثة حوالي 100 كيلوغرام. نعم، إنها مصممة للاستخدام في حالة انعدام الجاذبية، ولكن عليك العبث بها. ثانيا، الفضاء في حد ذاته ليس فارغا. يوجد أيضًا غاز في الفضاء، ومن أجل تثبيت الضغط في الداخل والخارج، "تنتفخ" البدلة، مما يزيد من تعقيد تحركات الإنسان. Biosuit عبارة عن نسيج محكم بإحكام مصنوع من البوليمرات والمواد النشطة - وهي سبيكة من النيكل والتيتانيوم، وبالتالي فهي تمارس الضغط بشكل مستقل على الأنسجة البشرية، مما يمنع توسعها ويظل مرنًا ومرنًا.
وأيضًا، نظرًا لأن هذه البدلة مقسمة إلى أقسام قائمة بذاتها، فإذا تم ثقب أحد الأجزاء، فسيكون لدى رائد الفضاء الوقت الكافي لوضع "ضمادة". لا يمكن لبدلات الفضاء الحديثة أن تفعل هذا: فالتشقق يعني التشقق، ويحدث انخفاض الضغط على كامل عرض الثوب. ومع ذلك، لا تزال ديفا تواجه مشاكل معينة مع الخوذة، لذلك تعترف المخترعة نفسها أنه مهما كان الأمر، فمن المرجح أن نرى تعايش EMU و Biosuit. سيكون الحل الوسط هو الحفاظ على الجزء السفلي من البدلة الحيوية والخوذة من الاتحاد النقدي الأوروبي. سيوفر هذا لرائد الفضاء القدرة على الحركة اللازمة والسلامة المؤكدة للخوذة. لا يزال هناك وقت قبل الرحلات الجوية الأولى إلى المريخ - وفرصة للتوصل إلى شيء جديد.
يذهب؟
أما بالنسبة لملء البدلات الفضائية، فإن العلماء يخططون بجدية لتحويل رواد فضاء المستقبل إلى مختبرات للمشي. يقوم فريق العالم باتريك ماكغواير من شيكاغو بتطوير كمبيوتر محمول لبدلة فضائية يمكنها بشكل مستقل (أو بشكل مستقل تقريبًا، باستخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي المستندة إلى الشبكات العصبية) إجراء مجموعة من التحليلات: من تقييم المناظر الطبيعية إلى البنية المجهرية للحجارة. يتم إعداد هذه البدلة الفضائية الذكية لمهمات إلى المريخ، ويتم اختبارها بنجاح في المناطق شبه القاحلة في إسبانيا، وقد ميزت بين الأشنة واللوحة الموجودة على الصخور. في الظروف البرية لبعض المريخ، يمكن أن يصبح مثل هذا المساعد لا يقدر بثمن.
وبطبيعة الحال، فإن التطورات الحديثة لا تقتصر فقط على بدلات رواد الفضاء. تم الإعلان عن افتتاح عصر السفر إلى الفضاء - ومن يدري، ربما تكون من بين أوائل سائحي الفضاء. في يناير، تمت بنجاح الرحلة التجريبية الثالثة والمثيرة للإعجاب للمركبة الفضائية Space Ship Two، التي أنشأتها شركة Virgin Galactic وريتشارد برانسون شخصيًا. يبدو أن شركة Virgin Galaxy ستكون على الأرجح أول شركة تقدم رحلة فاخرة إلى مدار أرضي منخفض، وربما أبعد من ذلك.
يتم أيضًا إعداد بدلات الفضاء لي ولكم. قدمت شركة Final Frontier Design الأمريكية نسخة خفيفة الوزن من بدلة الفضاء 3G لسائحي الفضاء. تم إنشاء بدلة فضاء مريحة وخفيفة الوزن (سبعة كيلوغرامات فقط - هذه ليست 100 كيلوغرام من EMU) وغير مكلفة على مدى أربع سنوات على قمة مجد الاختراع السابق للشركة، والذي فاز بجائزة Popular Science 2013 المرموقة - قفازات الفضاء الخاصة. ما عليك سوى الاستماع إلى مدى روعة الصوت: "طبقة منصهرة من النايلون المطلي باليوريثان، و13 مستوى من الملاءمة المخصصة، وحلقة من ألياف الكربون حول الخصر، وقفازات قابلة للإزالة، ومقبس اتصالات مدمج، ودوائر تبريد في الصدر والذراعين والساقين حماية المسافر من ارتفاع درجة الحرارة..."
يبدو أن رائحته مثل الفضاء. اختر بدلة تناسب كتفك واستعد لرؤية كرة عمياء ترتفع في شرق القمر - أرضنا.
في اليونان القديمة، كان يُطلق على السباحين أو الغواصين الجيدين اسم "البدلات". ولكن مع تطور التكنولوجيا البشرية، بدأ يطلق على جميع وسائل حماية الإنسان هذا الاسم، مما يسمح للشخص باختراق البيئات التي قد يواجه فيها جسم بشري غير محمي موتًا سريعًا وليس سهلًا دائمًا. أولاً تحت الماء، ثم في الهواء، ومؤخراً خارج الأرض.
تاريخ بدلة الفضاء
تم استخدام كلمة "فضاء" بمعناها الحديث لأول مرة في عام 1775 من قبل عالم الرياضيات الفرنسي جان بابتيست دي لا شابيل. هذا ما أسماه بدلته المصنوعة من الفلين، والتي كان من المفترض أن تساعد الجنود على عبور الأنهار. تم التقاط الفكرة، وبحلول منتصف القرن التاسع عشر، أصبح الغواصون وحدة منتظمة في جميع الأساطيل البحرية الرئيسية. في عشرينيات القرن العشرين، اقترح عالم وظائف الأعضاء الإنجليزي جون هولدن استخدام بدلات الغوص لحماية صحة وحياة راكبي المناطيد. كما صمم أيضًا أول بدلة فضاء واختبرها في غرفة الضغط، لمحاكاة الضغط المعادل للضغط الذي يتشكل على ارتفاع 25 كم. لكنه فشل في جمع الأموال اللازمة لبناء منطاد يصعد إلى طبقة الستراتوسفير، ولم يتم اختبار البدلة عمليًا.
بعد نهاية الحرب العالمية الثانية، بدأ التقدم السريع في الطيران النفاث وبدأ الناس في الصعود أعلى وأعلى في الهواء. وللتغلب على آفاق جديدة، كانت هناك حاجة إلى بدلة فضائية.
مشاريعنا الأولى والأجنبية
يعد إنشاء بدلة الفضاء أحد أكثر البرامج تعقيدًا من الناحية التكنولوجية والرئيسية لمشروع الفضاء. وقد تم تحقيق التقدم في هذا المجال من خلال التنافس بين قوتين عظميين في الفضاء.
في بلدنا، كان إيفجيني تشيرتوفسكي من معهد طب الطيران أول من عمل على بدلات الفضاء. وفي الأربعينيات، قام بتطوير 7 أنواع من المعدات المختومة وكان الأول في العالم الذي حل مشكلة التنقل من خلال تصميم نموذج 4-2 بمفصلات. منذ عام 1936، بدأ المعهد المركزي للديناميكية الهوائية الذي تم إنشاؤه خصيصًا في تطوير بدلات رواد الفضاء بشكل متعمد. ونتيجة لذلك، فإن النموذج 4-3 يحتوي بالفعل على جميع الأجزاء المستخدمة في بدلات الفضاء الحديثة تقريبًا. في سنوات ما بعد الحرب، بدأ معهد أبحاث الطيران في تصميم بدلات الفضاء. وفي أكتوبر 1952، في توميلينو بالقرب من موسكو، أنشأ المهندس ألكسندر بويكو ورشة عمل خاصة في المصنع رقم 918 (اليوم هي مؤسسة "زفيزدا" للأبحاث والإنتاج). لقد تم إنشاء بدلة غاغارين الفضائية عليها. إذا تم إجراء اختبارات المعدات الجديدة في بلدنا من قبل الطيارين، فقد جاء الأمريكيون لإنشاء نسختهم الخاصة من بدلة الفضاء من خلال برنامج الستراتوسفير. وفي أوائل الستينيات، تم بناء العديد من المناطيد الستراتوسفيرية لاختبار بدلات الفضاء والطيران، وتم تجهيزها بجندول مفتوحة للهبوط من ارتفاعات عالية.
تبين أن البرنامج كان مميتًا - فقد مات ثلاثة من رواد الفضاء الستة. لكن في النهاية انتهى مشروع Excelsior بالنجاح. في 16 أغسطس 1960، وضع جوزيف كيتنجر عدة سجلات في وقت واحد. واستمر سقوطه من طبقة الستراتوسفير 4 دقائق و36 ثانية، حلق خلالها الطيار لمسافة 25816 مترًا، ووصلت سرعته إلى حوالي 1000 كم/ساعة.
ما هي بدلة الفضاء الحديثة؟
يجب أن تحل بدلة الفضاء الحديثة العديد من المشكلات المهمة في وقت واحد. مع انخفاض الضغط، يصبح من الصعب على جسم الإنسان امتصاص الأكسجين. بدون مشاكل، يمكن للشخص أن يكون على ارتفاع لا يزيد عن 4-5 كم. في الارتفاعات العالية، من الضروري إضافة الأكسجين إلى الهواء المستنشق، ومن 7-8 كم يجب على الشخص أن يتنفس الأكسجين النقي. عند الارتفاع إلى ارتفاع يزيد عن 12 كم، تفقد الرئتان القدرة على امتصاص الأكسجين ويكون تعويض الضغط ضروريًا.
يوجد اليوم نوعان من تعويض الضغط: التعويض الميكانيكي وخلق بيئة غازية ذات ضغط زائد حول الشخص. الخيار الأول هو بدلات الطيران التعويضية على ارتفاعات عالية. جسم الطيار متشابك بأشرطة تشبه الرقم ثمانية، يتم من خلالها إدخال المثانة المطاطية.
في حالة انخفاض الضغط، يتم توفير الهواء المضغوط للغرفة، ويزداد قطرها، مما يقلل من قطر الحلقة التي تربط الطيار. ومع ذلك، لا يمكن للطيار أن يقضي أكثر من 20 دقيقة في مقصورة منخفضة الضغط. الطريقة الثانية هي بدلة الفضاء. في الأساس، إنها حقيبة محكمة الغلق يتم فيها إنشاء ضغط زائد. الوقت الذي يقضيه الشخص في بدلة الفضاء غير محدود عمليا، ولكن القدرة على الحركة محدودة بشكل كبير. غلاف الضغط الزائد لبدلة الفضاء هو في الواقع شعاع هواء بضغط يبلغ 0.4 ضغط جوي. إن ثني ذراعك في مثل هذه الظروف يشبه ثني أنبوب داخلي منتفخ. لذلك، فإن البدلة الفضائية مصنوعة من مادة مركبة، ومن أكثر التقنيات تعقيدًا إنتاج مفاصل "ناعمة" خاصة.
تتكون البدلة من قذيفتين: قذيفة داخلية محكمة الغلق وقذيفة طاقة خارجية. الأول يتكون من صفائح المطاط، والتي يتم استخدام المطاط عالي الجودة لإنتاجها. الغلاف الخارجي مصنوع من القماش (يستخدم الأمريكيون النايلون، ونحن نستخدم النايلون المعادل المحلي). يحمي الغلاف المطاطي من التلف ويحافظ على شكله. يشبه إلى حد كبير هيكل كرة القدم، حيث يحمي الغطاء الجلدي المثانة المطاطية المنتفخة. لا يمكن لأي شخص البقاء في "كيس مطاطي" لفترة طويلة، وبالتالي فإن البدلة الفضائية بها نظام تهوية.
عملت بدلات الفضاء الأولى على مبدأ التهوية، حيث كانت تطرد الهواء المستعمل إلى الخارج، مثل معدات الغوص. وقد تم تصميم البدلات الفضائية الأولى من طراز SK-1، وهي البدلة الفضائية "بيركوت" التي ذهب بها ليونوف إلى الفضاء الخارجي، وبدلات الإنقاذ الفضائية "فالكون" وفقًا لهذا المبدأ. ومع ذلك، لم تكن مناسبة للإقامات الطويلة في الفضاء الخارجي وللبرنامج القمري الأمريكي. لهذه الأغراض، تم تطوير بدلات الفضاء التجديدية (السوفيتية أورلان وكريشيت والأمريكية A5L، A6L، A7L). فيها يتم تجديد غاز الزفير، وإزالة الرطوبة منه، ويتم تشبع الهواء مرة أخرى بالأكسجين وتبريده.
يتم ارتداء بدلة شبكية خاصة لتبريد المياه أسفل البدلة الفضائية. ويعمل العزل الفراغي للسترة الخارجية على مبدأ الترمس ويتكون من عدة طبقات من فيلم البولي إيثيلين الخاص المطلي بالألمنيوم. ونتيجة لذلك، يتم تحييد تأثير درجات الحرارة المرتفعة للغاية والباردة للغاية.
اعتني برأسك
تعد الخوذة أحد الأجزاء الأكثر تعقيدًا في بدلة الفضاء. في "عصر الطيران" كان هناك نوعان من الخوذات: مقنعة (استخدم الطيار قناع أكسجين) وبدون قناع (تم فصل الخوذة عن بقية بدلة الفضاء بواسطة ستارة محكمة الغلق وأصبحت قناع أكسجين واحد كبير مع إمداد مستمر من خليط التنفس). في النهاية، انتصر مفهوم عدم وجود قناع، والذي قدم بيئة عمل أفضل، على الرغم من أنه يتطلب المزيد من استهلاك الأكسجين. هكذا بدأ صنع خوذات الفضاء، والتي بدورها تم تقسيمها إلى قابلة للإزالة وغير قابلة للإزالة. تم تجهيز أول SK-1 بخوذة غير قابلة للإزالة، ولكن "Berkut" و "Yastreb" من ليونوف كانت قابلة للإزالة. علاوة على ذلك، فقد تم توصيلهم بواسطة موصل محكم خاص مع محمل محكم، مما جعل من الممكن لرائد الفضاء أن يدير رأسه. لكن الحركة الإضافية أدت إلى تصميم مرهق وتم التخلي عنها لاحقًا.
أحد العناصر الإلزامية للخوذة أثناء السير في الفضاء هو مرشح الضوء. استخدمت النماذج الأولى مرشحات من نوع الطائرة مطلية بطبقة رقيقة من الفضة. لكن تبين أن خصائصها الوقائية لم تكن كافية، وبعد ذلك بدأ رش مرشحات الضوء الخاصة بالبدلات الفضائية بطبقة سميكة من الذهب الخالص، مما يضمن انتقال 34٪ فقط من الضوء. يكاد يكون من المستحيل كسر "زجاج" الخوذة: فهي مصنوعة من مادة البولي كربونات الليكسان شديدة التحمل. ونتيجة لذلك، فإن هذه المعجزة الهندسية باهظة الثمن بشكل لا يصدق - تبلغ تكلفة الخوذة الأمريكية الحديثة حوالي 12 مليون دولار؛ الروسية، كما يحدث في كثير من الأحيان، أرخص إلى حد ما.
بدلات الفضاء في المستقبل
ليس سراً أن برامج الفضاء لكل من الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة كانت جزءًا كبيرًا من التنافس العسكري العالمي. أدى انهيار الاتحاد السوفييتي إلى تباطؤ حاد في التقدم في هذا المجال. لفترة طويلة، لم يكن لدى بلدنا وقت للفضاء، ولم يتم سحب أحدث التطورات السوفيتية من تحت السجادة إلا مؤخرًا. كما تم أيضًا تخفيض تمويل البرنامج الأمريكي بشكل كبير (تم تأجيل الرحلات الاستكشافية إلى المريخ والزهرة والكويكبات ومرة أخرى إلى القمر إلى أجل غير مسمى). الصين لا تتظاهر بعد بأنها أصلية وتلبس روادها أزياء مصنوعة على أساس الأزياء السوفيتية.
لذا، في الوقت الحالي، بدون مشاريع تمويل محددة ومستهدفة، يستمتع المصممون بتصميم أزياء على غرار هوليوود. أُطلق على المشروع الأمريكي الواعد Z-1، بسبب تشابهه مع ملابس الشخصية الكرتونية، لقب "بدلة الفضاء Buzz Lightyear". وتعد الفكرة الواعدة من Roscosmos مثالية لـ RoboCop أو Terminator.
بدلة الفضاء الحديثة عبارة عن مركبة فضائية صغيرة مستقلة يمكن أن يقضي فيها رائد الفضاء ما يصل إلى 10 ساعات يوميًا في الفضاء الخارجي. يسر محرري مجلة Popular Mechanics أن أفضل بدلات الفضاء في العالم يتم تصنيعها في روسيا، في توميلين بالقرب من موسكو.
طبقات البدلة القمرية
بدلة غاغارين الفضائية SK-1
اختبار بدلة الفضاء أورلان
بدلات الفضاء "أورلان" (يسار) و"كريشيت"
نشر الهوائي في بدلات الفضاء Orlan-M
"Orlan-DMA" مزود بتركيب للمناورة في الفضاء الخارجي
قليل من الناس يعرفون أن مكونًا واحدًا فقط تم إعداده واختباره بالكامل للبعثة السوفيتية إلى القمر - بدلة الفضاء القمرية كريشيت. حتى أن عددًا أقل من الناس يعرفون كيف يعمل. يعرف نيكولاي ديرجونوف، رئيس قسم تصميم أنظمة دعم الحياة في الطيران والفضاء في NPP Zvezda، حيث تم إنشاء جميع بدلات الفضاء، كل شيء عن بدلات الفضاء. بعد محادثة معه، أصبحت مجلة Popular Mechanics واضحة بشأن بدلات الفضاء.
مع تطور الطيران النفاث، نشأت مشاكل حماية وإنقاذ الطاقم أثناء الرحلات الجوية على ارتفاعات عالية بشكل خطير. ومع انخفاض الضغط، يصبح من الصعب على جسم الإنسان امتصاص الأكسجين، ويمكن للشخص العادي أن يكون على ارتفاع لا يزيد عن 4-5 كيلومترات دون أي مشاكل. في الارتفاعات العالية، من الضروري إضافة الأكسجين إلى الهواء المستنشق، ومن 7-8 كم يجب على الشخص بشكل عام أن يتنفس الأكسجين النقي. فوق 12 كم، تفقد الرئتان القدرة على امتصاص الأكسجين تمامًا، ويلزم تعويض الضغط للارتفاع إلى ارتفاع أعلى.
يوجد اليوم نوعان فقط من تعويض الضغط: ميكانيكي وخلق بيئة غازية ذات ضغط زائد حول الشخص. مثال نموذجي لحل النوع الأول هو بدلات الطيران التعويضية على ارتفاعات عالية - على سبيل المثال، VKK-6، الذي يستخدمه طيارو MiG-31. في حالة انخفاض الضغط في المقصورة، تخلق هذه البدلة ضغطًا، مما يؤدي إلى ضغط الجسم ميكانيكيًا. يعتمد هذا الزي على فكرة بارعة إلى حد ما. جسم الطيار متشابك بشرائط تشبه الشكل الثامن. يتم إدخال المثانة المطاطية في الفتحة الأصغر. في حالة انخفاض الضغط، يتم توفير الهواء المضغوط للغرفة، ويزداد قطرها، مما يقلل بالتالي من قطر الحلقة التي تربط الطيار. ومع ذلك، فإن طريقة تعويض الضغط هذه متطرفة: فالطيار المدرب الذي يرتدي بدلة تعويضية لا يمكنه قضاء أكثر من 20 دقيقة في مقصورة منخفضة الضغط على ارتفاع. ومن المستحيل خلق ضغط موحد على الجسم بأكمله بمثل هذه البدلة: فبعض مناطق الجسم مشدودة بشكل مفرط، وبعضها غير مضغوط على الإطلاق.
شيء آخر هو بدلة الفضاء، وهي في الأساس حقيبة محكمة الغلق يتم فيها إنشاء ضغط زائد. الوقت الذي يقضيه الشخص في بدلة الفضاء غير محدود عمليا. ولكن لها أيضًا عيوبها - فهي تحد من حركة الطيار أو رائد الفضاء. ما هو كم بدلة الفضاء؟ في الممارسة العملية، هذا هو شعاع الهواء الذي يتم فيه إنشاء ضغط زائد (في بدلات الفضاء، عادة ما يتم الحفاظ على ضغط يبلغ 0.4 أجواء، وهو ما يتوافق مع ارتفاع 7 كم). حاول ثني الأنبوب الداخلي للسيارة المنتفخ. صعبة بعض الشيء؟ ولذلك، فإن أحد أفضل الأسرار المحفوظة في إنتاج بدلات الفضاء هو تقنية إنتاج مفاصل "ناعمة" خاصة. ولكن أول الأشياء أولا.
"فوركوتا"
البدلات الفضائية الأولى التي تم تصنيعها قبل الحرب في معهد لينينغراد الذي سمي باسمه. تم إنشاء جروموف لأغراض بحثية واستخدمت بشكل أساسي في الرحلات التجريبية في بالونات الستراتوسفير. بعد الحرب، تم تجديد الاهتمام بالبدلات الفضائية، وفي عام 1952، تم افتتاح مؤسسة خاصة لإنتاج وتطوير مثل هذه الأنظمة في توميلين، بالقرب من موسكو - المصنع رقم 918، الآن NPP Zvezda. خلال الخمسينيات، طورت الشركة مجموعة كاملة من بدلات الفضاء التجريبية، ولكن تم إنتاج واحدة منها فقط، وهي Vorkuta، التي تم إنشاؤها من أجل اعتراض Su-9، في سلسلة صغيرة.
في وقت واحد تقريبًا مع إصدار Vorkuta، تم تكليف الشركة بمهمة تطوير بدلة فضائية ونظام إنقاذ لرائد الفضاء الأول. في البداية، أصدر مكتب تصميم كوروليف لشركة Zvezda مهمة فنية لتطوير بدلة فضائية مرتبطة بالكامل بنظام دعم الحياة في السفينة. ومع ذلك، قبل عام من رحلة جاجارين، تم استلام مهمة جديدة - لبدلة واقية تقليدية، مصممة لإنقاذ رائد الفضاء فقط أثناء طرده وسقوطه. اعتبر معارضو البدلات الفضائية أن احتمال انخفاض ضغط السفينة منخفض للغاية. بعد ستة أشهر أخرى، غير كوروليف رأيه مرة أخرى - هذه المرة لصالح بدلات الفضاء. تم أخذ بدلات الفضاء الجاهزة للطيران كأساس. لم يكن هناك وقت متبقي للالتحام بالنظام الموجود على متن السفينة، لذلك تم اعتماد نسخة مستقلة من نظام دعم الحياة الخاص ببدلة الفضاء، والموجودة في مقعد طرد رائد الفضاء. تم استعارة هيكل البدلة الفضائية الأولى SK-1 إلى حد كبير من فوركوتا، ولكن تم تصنيع الخوذة جديدة تمامًا. تم تحديد المهمة بدقة شديدة: كان على البدلة الفضائية إنقاذ رائد الفضاء! لم يكن أحد يعرف كيف سيتصرف الشخص أثناء الرحلة الأولى، لذلك تم بناء نظام دعم الحياة بطريقة تنقذ رائد الفضاء حتى لو فقد وعيه - تمت أتمتة العديد من الوظائف. على سبيل المثال، تم تركيب آلية خاصة في الخوذة، يتم التحكم فيها بواسطة مستشعر الضغط. وإذا سقطت بشكل حاد في السفينة، فإن آلية خاصة انتقدت على الفور الحاجب الشفاف، مما أدى إلى إغلاق بدلة الفضاء بالكامل.
طبقة بعد طبقة
تتكون البدلات الفضائية من قذيفتين رئيسيتين: قذيفة داخلية محكمة الغلق وقذيفة طاقة خارجية. في البدلات الفضائية السوفيتية الأولى، كان الغلاف الداخلي مصنوعًا من صفائح مطاطية باستخدام طريقة لصق بسيطة. ومع ذلك، كان المطاط مميزًا، حيث تم استخدام مطاط طبيعي عالي الجودة في إنتاجه. بدءًا من بدلات الإنقاذ سوكول، أصبحت القشرة المختومة مصنوعة من نسيج مطاطي، ولكن في البدلات الفضائية المخصصة للسير في الفضاء، لا يوجد بديل للصفائح المطاطية حتى الآن.
الغلاف الخارجي مصنوع من القماش. يستخدم الأمريكيون النايلون لذلك، ونحن نستخدم النايلون التناظري المحلي. يحمي الغلاف المطاطي من التلف ويحافظ على شكله. من الصعب التوصل إلى تشبيه أفضل من كرة القدم: غطاء خارجي من الجلد يحمي المثانة المطاطية الداخلية من أحذية لاعبي كرة القدم ويضمن بقاء الأبعاد الهندسية للكرة دون تغيير.
لا يمكن لأي شخص أن يقضي وقتًا طويلاً في كيس مطاطي (أولئك الذين لديهم خبرة عسكرية في المسيرات القسرية في مجموعة أدوات حماية الأسلحة المطاطية المشتركة سوف يفهمون ذلك جيدًا بشكل خاص). لذلك، يجب أن تحتوي كل بدلة فضائية على نظام تهوية: من خلال بعض القنوات، يتم توفير الهواء المكيف للجسم بأكمله، ومن خلال قنوات أخرى يتم امتصاصه.
وفقًا لطريقة تشغيل نظام دعم الحياة، تنقسم بدلات الفضاء إلى نوعين - التهوية والتجديد. في الأول، وهو تصميم أبسط، يتم التخلص من الهواء المستعمل، على غرار معدات الغوص الحديثة. تم تصميم البدلات الفضائية الأولى SK-1، وبدلة ليونوف للسير في الفضاء "بيركوت" وبدلات الإنقاذ الخفيفة "فالكون" وفقًا لهذا المبدأ.
الترمس
لإقامة طويلة في الفضاء وعلى سطح القمر، كانت هناك حاجة إلى بدلات تجديد طويلة الأمد - "أورلان" و"كريشيت". فيها يتم تجديد غاز الزفير وإزالة الرطوبة منه وتشبع الهواء بالأكسجين وتبريده. في الواقع، مثل هذه البدلة الفضائية تحاكي بشكل مصغر نظام دعم الحياة لمركبة فضائية بأكملها. ويرتدي رائد الفضاء تحت البدلة الفضائية بدلة شبكية خاصة لتبريد المياه، وجميعها مثقوبة بأنابيب بلاستيكية تحتوي على سائل تبريد. لم تنشأ مشاكل التدفئة في بدلات الخروج (المخصصة للسير في الفضاء) أبدًا، حتى لو كان رائد الفضاء يعمل في الظل، حيث تنخفض درجة الحرارة بسرعة إلى -1000 درجة مئوية. الحقيقة هي أن الملابس الخارجية تعمل بشكل مثالي كملابس واقية من الحرارة. ولهذا الغرض، تم استخدام عزل فراغ الشاشة، الذي يعمل على مبدأ الترمس، لأول مرة. يوجد تحت الغلاف الواقي الخارجي للملابس خمس إلى ست طبقات من فيلم خاص مصنوع من مادة البولي إيثيلين الخاصة، تيريفثاليت، مع رش الألومنيوم على كلا الجانبين. في الفراغ، يكون التبادل الحراري بين طبقات الفيلم ممكنًا فقط بسبب الإشعاع، الذي ينعكس مرة أخرى بواسطة سطح الألومنيوم المرآة. يكون نقل الحرارة الخارجي في الفراغ في مثل هذه البدلة الفضائية صغيرًا جدًا بحيث يعتبر مساويًا للصفر، ويتم أخذ نقل الحرارة الداخلي فقط في الاعتبار في الحساب. لأول مرة، تم استخدام الحماية الحرارية لفراغ الشاشة في Berkut، حيث ذهب ليونوف إلى الفضاء الخارجي. ومع ذلك، في ظل بدلات الإنقاذ الأولى، التي لم تكن تعمل في الفراغ، كانوا يرتدون TVK (بدلة واقية حرارية ذات تهوية)، مصنوعة من مادة مبطنة دافئة، حيث تم وضع خطوط التهوية. هذا ليس هو الحال في بدلات إنقاذ فالكون الحديثة.
بالإضافة إلى كل هذا، يرتدي رواد الفضاء ملابس داخلية قطنية مشربة خاصة مضادة للبكتيريا، والتي يوجد تحتها العنصر الأخير - مريلة خاصة ملحقة بها أجهزة استشعار للقياس عن بعد، تنقل معلومات حول حالة جسم رائد الفضاء.
الصقور
لم تكن بدلات الفضاء موجودة دائمًا على السفن. بعد ست رحلات ناجحة لمركبات فوستوك، تم التعرف عليها على أنها بضائع عديمة الفائدة، وتم تصميم جميع السفن الأخرى (فوسخود وسويوز) للطيران بدون بدلات فضائية قياسية. كان من المستحسن استخدام بدلات الفضاء الخارجية فقط للسير في الفضاء. ومع ذلك، فإن وفاة دوبروفولسكي وفولكوف وباتساييف في عام 1971 نتيجة لانخفاض الضغط في مقصورة سويوز 11 أجبرتنا على العودة إلى حل مثبت. ومع ذلك، فإن بدلات الفضاء القديمة لم تتناسب مع السفينة الجديدة. لقد بدأوا على وجه السرعة في تكييف البدلة الخفيفة "Falcon"، التي تم تطويرها في الأصل للقاذفة الإستراتيجية الأسرع من الصوت T-4، لتناسب احتياجات الفضاء.
لم تكن المهمة سهلة. إذا خرج رائد الفضاء أثناء هبوط فوستوك، فقد نفذ فوسخود وسويوز هبوطًا سلسًا مع وجود الطاقم بداخله. لقد كانت ناعمة نسبيًا فقط - وكان التأثير عند الهبوط ملحوظًا. تم امتصاص الصدمة بواسطة كرسي Kazbek الذي يمتص الطاقة والذي طورته نفس Zvezda. تم تشكيل "كازبيك" بشكل فردي لكل رائد فضاء يستلقي فيه دون فجوة واحدة. ولذلك، فإن الحلقة التي تعلق عليها خوذة بدلة الفضاء ستكسر بالتأكيد فقرة عنق الرحم عند الاصطدام. تم العثور على حل أصلي في "Falcon" - خوذة قطاعية لا تغطي الجزء الخلفي من بدلة الفضاء، وهي ناعمة. تمت أيضًا إزالة عدد من أنظمة الطوارئ والطبقة الواقية من الحرارة من الصقر، لأنه في حالة سقوط الطائرة عند مغادرة سويوز، كان على رواد الفضاء تغيير ملابسهم إلى بدلات خاصة. تم أيضًا تبسيط نظام دعم الحياة لبدلة الفضاء بشكل كبير، حيث تم تصميمه لمدة ساعتين فقط من التشغيل. ونتيجة لذلك، أصبح "فالكون" من أكثر الكتب مبيعا: منذ عام 1973، تم إنتاج أكثر من 280 منهم. في أوائل التسعينيات، تم بيع طائرتين من طراز Falcons إلى الصين، وطار أول رائد فضاء صيني لغزو الفضاء في نسخة طبق الأصل من بدلة الفضاء الروسية. صحيح، غير مرخصة. لكن لم يقم أحد ببيع بدلات فضائية للصينيين، لذا فهم لا يخططون للذهاب إلى الفضاء الخارجي بعد.
الدروع
من أجل تسهيل تصميم بدلات الفضاء الخارجية وزيادة قدرتها على الحركة، كان هناك اتجاه كامل (في المقام الأول في الولايات المتحدة الأمريكية) يدرس إمكانية إنشاء بدلات فضائية صلبة مصنوعة بالكامل من المعدن، تذكرنا ببدلات الغوص في أعماق البحار. ومع ذلك، وجدت الفكرة التنفيذ الجزئي فقط في الاتحاد السوفياتي. تلقت بدلات الفضاء السوفيتية "كريشيت" و "أورلان" قذيفة مشتركة - جسم صلب وأرجل وأذرع ناعمة. الجسم نفسه، الذي يسميه المصممون درعًا، ملحوم من عناصر فردية من سبائك الألومنيوم من نوع AMG. تبين أن هذا المخطط المشترك كان ناجحًا للغاية ويتم تقليده الآن من قبل الأمريكيين. وقد نشأ عن الضرورة.
صُنعت بدلة الفضاء القمرية الأمريكية وفقًا للتصميم الكلاسيكي. كان نظام دعم الحياة بأكمله موجودًا في حقيبة ظهر متسربة على ظهر رائد الفضاء. ربما اتبع المصممون السوفييت هذا المخطط أيضًا، إن لم يكن لواحد "لكن". مكنت قوة الصاروخ القمري السوفييتي N-1 من إيصال رائد فضاء واحد فقط إلى القمر، على عكس رائدين أمريكيين، ولم يكن من الممكن ارتداء بدلة فضائية كلاسيكية بمفردها. ولهذا السبب تم طرح فكرة وجود درع صلب مع باب في الخلف للدخول إلى الداخل. أتاح نظام الكابلات الخاص والرافعة الجانبية إمكانية إغلاق الغطاء خلفك بشكل آمن. كان نظام دعم الحياة بأكمله موجودًا في باب مفصلي ولم يعمل في فراغ مثل الأمريكيين، بل في جو عادي، مما أدى إلى تبسيط التصميم. صحيح، كان لا بد من جعل الخوذة لا تدور، كما هو الحال في النماذج المبكرة، ولكن متجانسة مع الجسم. تم تعويض المنظر بمساحة زجاجية أكبر بكثير. الخوذات الموجودة في بدلات الفضاء نفسها مثيرة للاهتمام لدرجة أنها تستحق فصلاً منفصلاً.
خوذة رأس الجميع
الخوذة هي الجزء الأكثر أهمية في بدلة الفضاء. حتى في فترة "الطيران"، تم تقسيم بدلات الفضاء إلى نوعين - ملثمين وبدون أقنعة. في الأولى استخدم الطيار قناع الأكسجين الذي يتم من خلاله إمداد خليط الهواء للتنفس. في الثانية، تم فصل الخوذة عن بقية بدلة الفضاء بنوع من الياقات، وستارة عنق محكمة الغلق. لعبت هذه الخوذة دور قناع أكسجين كبير مع إمداد مستمر بخليط التنفس. ونتيجة لذلك، فاز مفهوم عدم ارتداء الكمامة، الذي قدم بيئة عمل أفضل، على الرغم من أنه يتطلب استهلاك المزيد من الأكسجين للتنفس. هاجرت هذه الخوذات إلى الفضاء.
تم أيضًا تقسيم خوذات الفضاء إلى نوعين - قابلة للإزالة وغير قابلة للإزالة. تم تجهيز أول SK-1 بخوذة غير قابلة للإزالة، لكن "Berkut" و "Yastreb" من ليونوف (التي انتقل فيها إليسيف وخرونوف من سفينة إلى أخرى في عام 1969) كانت بها خوذات قابلة للإزالة. علاوة على ذلك، فقد تم توصيلهم بواسطة موصل محكم خاص مع محمل محكم، مما جعل من الممكن لرائد الفضاء أن يدير رأسه. كانت آلية الدوران مثيرة للاهتمام للغاية. وتُظهر اللقطات الإخبارية بوضوح سماعات رواد الفضاء، وهي مصنوعة من القماش والجلد الرقيق. وهي مجهزة بأنظمة الاتصالات - سماعات الرأس والميكروفونات. لذلك، تتلاءم سماعات الرأس المحدبة مع الأخاديد الخاصة في الخوذة الصلبة، وعندما أدرت رأسك، بدأت الخوذة بالتناوب مع رأسك، مثل برج الخزان. كان التصميم مرهقًا للغاية وتم التخلي عنه لاحقًا. في بدلات الفضاء الحديثة، الخوذات غير قابلة للإزالة.
أحد العناصر الإلزامية للخوذة أثناء السير في الفضاء هو مرشح الضوء. كان لدى ليونوف مرشح داخلي صغير يشبه مرشح الطائرة، ومغطى بطبقة رقيقة من الفضة. عند الذهاب إلى الفضاء، شعر ليونوف بتسخين شديد للغاية في الجزء السفلي من وجهه، وعند النظر نحو الشمس، تبين أن الخصائص الوقائية للمرشح الفضي غير كافية - كان الضوء ساطعًا بشكل مبهر. بناءً على هذه التجربة، بدأ تجهيز جميع بدلات الفضاء اللاحقة بمرشحات ضوئية خارجية كاملة متناثرة بطبقة سميكة إلى حد ما من الذهب الخالص، مما يوفر 34% فقط من انتقال الضوء. أكبر منطقة زجاجية تقع في أورلان. علاوة على ذلك، تحتوي أحدث الموديلات على نافذة خاصة في الأعلى لتحسين الرؤية. يكاد يكون من المستحيل كسر "زجاج" الخوذة: فهي مصنوعة من مادة البولي كربونات الليكسان شديدة التحمل، والتي تستخدم أيضًا، على سبيل المثال، في تزجيج الكبائن المدرعة لطائرات الهليكوبتر القتالية. ومع ذلك، فإن تكلفة أورلان تصل إلى طائرتين هليكوبتر قتاليتين. لم يتم الإعلان عن السعر الدقيق لـ Zvezda، لكنهم يقترحون التركيز على تكلفة النظير الأمريكي - 12 مليون دولار.
0
البدلات الفضائية المستخدمة حاليًا لرحلات الفضاء في الولايات المتحدة وروسيا هي قطع معقدة للغاية من المعدات التي تم تطويرها على مدار الأربعين عامًا الماضية من قبل العديد من البلدان. على الرغم من أن هذه البدلات هي نتيجة سنوات عديدة من البحث والتحسين المستمر، إلا أن المبدأ الكامن وراءها بسيط للغاية. ويتكون من إنشاء كبسولة قابلة للنفخ متحركة حول جسم الإنسان. تعزل هذه الكبسولة الشخص عن البيئة، وتخلق وتحافظ على ضغط جوي ثابت حول جسمه وتوفر الظروف للتنفس الطبيعي وتبادل الحرارة، لتناول الطعام والسوائل، لأداء الاحتياجات الطبيعية، مع السماح له بالتحرك وأداء عمل مفيد. الغرض الرئيسي لبدلة الفضاء يشبه غرض أي مقصورة مضغوطة، ويمكن تحقيقه بطرق مختلفة اعتمادًا على المهام وظروف الرحلة الفضائية، وكذلك على التصميم العام لجميع أنظمة دعم الحياة الأخرى و مكونات الطائرة. تم تصميم بدلات الفضاء المستخدمة حاليًا في الملاحة الفضائية للسماح للشخص بالعمل بأمان في فراغ الفضاء الخارجي، على سطح القمر، بغض النظر عن المركبة الفضائية الرئيسية، والبقاء على قيد الحياة في حالة انخفاض الضغط المفاجئ للمركبة الفضائية. المقصورة، مع الحفاظ على مستوى معروف من الراحة والقدرة على أداء عمل مفيد. يصف هذا الفصل أنظمة بدلات الفضاء، ويشرح بالتفصيل المتطلبات الفسيولوجية ومتطلبات الأداء التي يجب أن تلبيها هذه الأنظمة، ويصف التحسينات التقنية المستخدمة في بدلات الفضاء الواعدة.
تم اقتراح البدلات الفضائية المعززة لحماية البشر من الضغط العالي لأول مرة في عام 1838، عندما اخترع تايلور بدلة فضائية معززة مفصلية للعمليات تحت الماء. يبدو أن جول فيرن كان أول من اقترح استخدام بدلة فضائية قابلة للنفخ للحماية من الضغط المنخفض على ارتفاعات عالية. وفي عام 1872، وصف عملية استخدام البدلة الفضائية للبقاء خارج السفينة أثناء رحلة حول القمر. حوالي عام 1875، اقترح الكيميائي الروسي دميتري إيفانوفيتش مندلييف جندولًا مضغوطًا لحماية الناس أثناء رحلات البالون الستراتوسفيري. على الرغم من صدور براءات اختراع للبدلات الصيفية القابلة للنفخ في فرنسا عام 1910 وفي الولايات المتحدة عام 1918، إلا أن أول من صمم بدلة واقية تمتص ثاني أكسيد الكربون واختبارها في غرفة الضغط المنخفض كانا الإنجليز د. هولدن وجي. ديفيس . في عام 1933، استجابة لطلب رائد الطيران الأمريكي مارك ريدج، قام عالم وظائف الأعضاء هولدن وأخصائي بدلة الغوص ديفيس بتصميم وتصنيع بدلة فضائية مصممة للصعود إلى طبقة الستراتوسفير.
أرز. 1. خصائص نظام البدلة الفضائية أثناء تخفيف الضغط الانفجاري (من ارتفاع 5490 م إلى ارتفاع 22875 م في 110 مللي ثانية)
1 - الضغط المطلق في البدلة الفضائية؛
2- مستوى ضغط التوازن في البدلة الفضائية 195 ملم زئبق. فن. (الموافق لارتفاع 10.065 م)، تم الوصول إليه خلال 3000 مللي ثانية؛
3- مستوى الضغط في حجرة الضغط 27.9 ملم زئبق. فن. (مع
يتوافق مع ارتفاع 22570 م)، تم الوصول إليه في 110 مللي ثانية؛
4- الضغط المطلق في حجرة الضغط
أرز. 2. رسم تخطيطي لنظام التحكم في الضغط في البدلة الفضائية
1- اللاسائلية،
2- حاوية مع اللاسائلية،
3- إمداد الأكسجين 375 سم3 تحت ضغط 122 كجم/سم2،
4- من نظام الأكسجين الخاص بالسفينة ضغط 122 كجم/
/ سم 2،
5-مخفض لخفض الضغط من 122 كجم/سم2 إلى
3.4 كجم/سم2
6-مخفض لخفض الضغط من 122 كجم/سم2 إلى
4.76 كجم/سم2،
7- حاوية متصلة بالبدلة الفضائية،
8- حجرة لتنظيم الضغط في البدلة الفضائية،
9 - مخرج المنظم،
10- الربيع،
11- مدخل هواء التهوية،
12- مخرج هواء للتهوية،
13- بدلة الفضاء،
14-الحجاب الحاجز،
15 - حجرة تنظيم صمام التدفق،
16-القدرة الاستهلاكية،
صمام ذو 17 تدفقًا (دوارًا)،
18- فتحة لتخفيف الضغط،
19 حفرة
ارتدى ريدج البدلة واختبرها بشكل متكرر في غرف الضغط المنخفض. في الاختبار الأخير كان في غضون 30 دقيقة. كان في غرفة بضغط 17 ملم زئبق. الفن الذي يتوافق مع ارتفاع 25.6 كم ولم يشعر بأي ظواهر مؤلمة. كانت هذه الاختبارات الأولى في العالم التي نجح فيها شخص يرتدي بدلة فضاء قابلة للنفخ في تحمل الضغط الجوي المنخفض، ومحاكاة ارتفاعات عالية جدًا. لسوء الحظ، لم تتم رحلة منطاد الهواء الساخن المخطط لها باستخدام البدلة الفضائية أبدًا.
بسبب الاهتمام بالطيران عالي السرعة، تم بذل المزيد من الجهود لتطوير بدلة فضائية في أوائل الثلاثينيات.
شاركت الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي في عام 1934، وألمانيا وإسبانيا في عام 1935، وإيطاليا في عام 1936 في تطوير نموذج أولي لبدلات الفضاء على ارتفاعات عالية.
في أغسطس 1934، قامت شركة V. Post الأمريكية بأول رحلة ببدلة فضائية على ارتفاعات عالية بالقرب من أكرون، أوهايو، على متن طائرته ويني ماي.
تم اختبار بدلة الفضاء التي كان يرتديها بوست سابقًا في غرفة ضغط لضغط يتوافق مع ارتفاع 7015 مترًا لمدة 35 دقيقة. كانت البدلة بها فتحة كبيرة في الياقة يتم من خلالها ارتداء البدلة (بدلاً من الخصر المنقسم). كانت مكونة من طبقتين: الغلاف المطاطي الداخلي مصمم للحفاظ على ضغط الغاز الذي يملأ البدلة الفضائية، والغلاف الخارجي من القماش مصمم للحفاظ على الشكل المرغوب للبدلة الفضائية. في هذه الدعوى، قام بوست بما لا يقل عن 10 رحلات جوية حتى وفاته في أغسطس 1935 في حادث طائرة لا علاقة له ببرنامج اختبار البدلات على ارتفاعات عالية. أظهرت جهود بوست بوضوح إمكانية استخدام البدلات الفضائية في الطائرات على ارتفاعات عالية وإمكانية استخدام الأكسجين السائل للتنفس ولضغط البدلة.
في عام 1936، في معهد طب الطيران في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، بدأ V. A. Spassky البحث لتحديد المعايير الطبية التي يمكن للمصممين استخدامها عند إنشاء معدات الستراتوسفير. في الوقت نفسه، تحت قيادة المهندسين E. E. Chertovsky و A. I. Boyko، تم تطوير عدة نماذج من بدلات الفضاء واجتازت الاختبارات المعملية واختبارات الطيران.
كان هناك القليل من العمل البحثي حول بدلات الفضاء في الولايات المتحدة قبل الحرب العالمية الثانية. بحلول هذا الوقت، كانت القوات الجوية والبحرية الأمريكية قد بدأت برامج تطوير لخوذة كرة زجاجية وأجزاء من الذراع والساق قابلة للفصل تم ربطها بالجسم الرئيسي للبدلة.
في الخمسينيات، بدأ الطيران العسكري في إيلاء اهتمام متزايد لخصائص ارتفاع الطائرات. محاكاة الرحلات الجوية في غرف الضغط العالي أعطت الطيارين الذين يرتدون بدلات الفضاء الثقة في القدرة على التغلب على سجلات الارتفاع العالمية الحالية.
أرز. 3. رائدا الطيران إم. روس وفي. برازر، محميان فقط ببدلات فضائية على ارتفاعات عالية، في جندول مفتوح، قبل إطلاق بالون الستراتوسفير
72 ساعة من محاكاة الطيران على ارتفاع 42395 مترًا في بدلة ضغط خفيفة من البحرية الأمريكية في عام 1958 مهدت الطريق لرحلة فلينت القياسية في عام 1959 على متن طائرة من طراز F-4 (فانتوم) (30060 مترًا).
وفي الوقت نفسه، كانت القوات الجوية الأمريكية تعمل بنجاح كبير على إنشاء بدلات تعويضية على ارتفاعات عالية باستخدام مبدأ الكابستان. كانت هذه الملابس مصنوعة من قماش مسامي ولم تتطلب جهاز التبريد الذي تتطلبه بدلة الفضاء. في ذلك الوقت، كانت هذه البدلات تستخدم على نطاق واسع في الطيران العسكري.
أصبحت البدلة البحرية، مع بعض التعديلات الطفيفة، أول بدلة فضاء أمريكية وتم استخدامها في رحلة ميركوري. تم تطوير هذه البدلة في المقام الأول بمساعدة مختبر معدات الطيران البحرية (فيلادلفيا، بنسلفانيا) والعديد من المقاولين المدنيين.
في عام 1949، قدم أعضاء هذا المختبر مساهمة مهمة في علم بدلات الفضاء من خلال تطوير منظم التنفس المعوض المشترك. وسمح هذا المنظم باستخدام جهاز تنفسي منفصل تماما عن الغاز الذي ينفخ البدلة، وقناع تنفس مبسط لا يحتاج إلى صمامات. وقد تم تجهيز البدلة بسحابات، مما أتاح عمل عدد من الفتحات فيها لتسهيل ارتدائها وخلعها. تم حل مشكلة التسرب إلى حد كبير باستخدام طريقة الفلكنة. تم ضمان حركة الهيكل من خلال تركيب محامل دوارة مختومة ومفاصل محززة. إن تطوير شركة Fievel لجهاز أوتوماتيكي لضغط بدلة الفضاء جعل من الممكن لأول مرة إجراء تجارب فعالة
أرز. 4. أول سير في الفضاء ببدلة فضائية، قام به أليكسي ليونوف في مارس 1965.
أرز. 5. رائد الفضاء إدوارد وايت في الفضاء الخارجي ببدلة فضائية من النوع G-IV-C، يونيو 1965.
مع شخص يرتدي بدلة فضاء على ارتفاعات عالية في غرف الضغط عند ضغوط منخفضة جدًا. أتاح الضغط التلقائي تقييم درجة الحماية التي توفرها البدلة على ارتفاعات عالية جدًا وفي ظروف تخفيف الضغط المتفجر.
في التين. يوضح الشكل 1 نتائج دراسة حول تأثيرات تخفيف الضغط المتفجر على البشر والتي أجريت في مختبر معدات الطيران البحرية. في هذه الدراسات، تم تخفيف ضغط الأشخاص المناسبين من ضغط يتوافق مع ارتفاع 5490 مترًا إلى ضغط يتوافق مع ارتفاع 22875 مترًا لفترة قصيرة قدرها 110 مللي ثانية. تجدر الإشارة إلى أن الضغط في البدلة انخفض تدريجياً لضمان ظروف آمنة للحياة. في التين. يوضح الشكل 2 رسمًا تخطيطيًا لنظام التحكم في الضغط لأحد نماذج بدلات الفضاء البحرية الناجحة الأولى.
تم اختبار بدلة الضغط العالي التابعة للبحرية في مايو 1961، عندما صعد مالكيلوم روس وفيكتور برازر إلى ارتفاع قياسي بلغ 34169 مترًا في الجندول المفتوح ذي المقعدين في منطاد الستراتوسفير ستراتولاب (الشكل 3). كان هذا البالون الستراتوسفيري، الذي انطلق من حاملة الطائرات الأمريكية يو إس إس أنتيتوم، هو الأكبر على الإطلاق الذي تم استخدامه لرحلة مأهولة.
وصل منطاد الستراتوسفير إلى أقصى ارتفاع له بعد ساعتين و36 دقيقة. بعد الاقلاع. خلال الجزء المرتفع من الرحلة التي استغرقت 9 ساعات، تم توفير درجة معينة من التحكم الحراري في الكنة من خلال ترتيب خاص للفتحات الجانبية، والتي يمكن فتحها يدويًا للسماح بالكمية المطلوبة من ضوء الشمس المباشر. بدأت البدلات عالية الارتفاع العمل على ارتفاع 7930 مترًا ووفرت لراكبي المناطيد الحماية اللازمة طوال الرحلة، بما في ذلك ساعتين على أقصى ارتفاع. أظهرت الرحلة موثوقية الاستخدام طويل الأمد لبدلات الفضاء على ارتفاعات عالية للحماية الفردية للجسم على ارتفاعات عالية.
كما ذكرنا أعلاه، فإن بدلات الارتفاعات العالية المستخدمة في برنامج الفضاء الأمريكي كانت مبنية على البدلة العسكرية للارتفاعات العالية.
في عام 1959، تم استخدام البدلة الفضائية Navy MK IV في مشروع ميركوري. استندت بدلات جيميني الفضائية إلى بدلة الفضاء التابعة للقوات الجوية والتي تم تطويرها للطائرة النموذجية X-15. تم تصميم بدلات أبولو الفضائية خصيصًا للإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء.
بحلول عام 1965، وصلت تكنولوجيا البدلات الفضائية على ارتفاعات عالية إلى حالة تسمح للناس بالذهاب إلى الفضاء الخارجي. وفي هذا العام، كان رائد الفضاء السوفييتي أليكسي ليونوف أول من غامر بالدخول إلى فراغ الفضاء؛ كان يرتدي بدلة فضائية مصممة خصيصًا. واستمر نشاطه خارج السفينة 10 دقائق. حدث هذا في مارس 1965 أثناء رحلة المركبة الفضائية "فوسخود -2" (الشكل 4). أول رائد فضاء أمريكي يمشي إلى الفضاء الخارجي مرتديًا بدلة فضائية هو إدوارد وايت. حدث هذا في يونيو من نفس العام أثناء رحلة المركبة الفضائية الجوزاء 4. استمر نشاط وايت في الفضاء الخارجي (الشكل 5) لمدة 21 دقيقة. وبمساعدة وحدة المناورة اليدوية (والتي سيتم مناقشتها أدناه)، يستطيع رائد الفضاء وايت القيام بحركات وانعطافات خطية. وفي الوقت نفسه، لم يفقد أبدًا التوجه أو السيطرة على تحركاته. وكانت قدرة البدلة الفضائية على الحركة كافية لتنفيذ المهمة خارج السفينة. أظهرت نتائج رحلات السير في الفضاء الأولى التي قام بها رواد الفضاء الحاجة إلى تبريد أكبر لتجويف بدلة الفضاء. وفي الوقت نفسه، والأهم من ذلك، فقد أظهروا أن الأنشطة خارج السفينة يمكن أن تصبح شائعة وآمنة.
متطلبات التصميم وميزات بدلات الفضاء الموجودة وأنظمة دعم الحياة المحمولة
المتطلبات العامة لبدلات الفضاء
وبحسب طرق استخدام البدلات الفضائية يمكن تقسيم الأخيرة إلى فئتين:
1. البدلات الفضائية المخصصة للأنشطة في الفضاء الخارجي، والتي تتيح لرواد الفضاء أداء أعمال مختلفة على سطح المركبة الفضائية أو المحطة الفضائية أو على مسافة ما منها.
2. البدلات الفضائية للأنشطة خارج المركبة على أسطح الأجرام السماوية. يشمل هذا النوع بدلات الفضاء التي يرتديها رواد الفضاء عند المشي والعمل على سطح القمر.
يستشهد في. سميث بالمجموعات الأربع التالية من العوامل التي تحدد احتمالات بناء البدلات الفضائية خلال الخمس، العشرة، الخمس عشرة سنة القادمة:
1) المتعلقة ببرنامج الرحلة،
2) مع نظام السيارة،
3) باستخدام بدلة الفضاء،
4) التفاعل بين الإنسان والآلة.
تظهر المجموعة الأولى من العوامل في الشكل. 6، الذي يسرد العمليات الفضائية الرئيسية لبرنامج الطيران المتقدم الأمريكي، والمراحل الرئيسية التي يمكن تصورها في معظم هذه الرحلات، وخصائص الأداء الناتجة التي يجب أن تستوفيها البدلات الفضائية التي تم تطويرها لدعم هذه الرحلات. وبشكل عام، تتعلق متطلبات الأداء هذه بقدرة رائد الفضاء على أداء المهام المحددة التي ستطلب منه في هذه المهام.
في التين. يوضح الشكل 7 أ أن العوامل التي يحددها النظام تشمل نوع النظام والأنظمة الفرعية المحددة - أنواع البدلات الفضائية وحلول تصميم الأنظمة الفرعية وقيود التصميم. تتضمن مجموعة حلول التصميم للأنظمة الفرعية ميزات بدلات الفضاء: بدلة الفضاء "الناعمة" هي نظام فرعي لبدلة فضائية مصنوعة بالكامل تقريبًا من مواد مرنة؛ بدلة الفضاء "شبه الصلبة" مصنوعة من مواد مرنة وغير مرنة، بنسب متساوية تقريبًا؛ تستخدم بدلة الفضاء "الصلبة" مواد غير مرنة في معظم أجزائها. وتجدر الإشارة إلى أن بعض المصممين يستخدمون مصطلح "الهجين" بدلاً من مصطلح "شبه جامد".
العوامل المتعلقة بالنظام، أي الطاقة والوزن والحجم وما إلى ذلك، هي الاعتبارات الرئيسية للمهندس الذي يجب عليه دمج متطلبات أنظمة دعم الحياة مع متطلبات العناصر الأخرى للمركبة الفضائية.
عوامل التشغيل كما هو موضح في الشكل. 7، ب، ترتبط بشكل أساسي بالظروف المادية التي سيتم في ظلها استخدام البدلات الفضائية. وهذا يثير تساؤلات تتعلق بالتوريد والصيانة والاستخدام العام، فضلاً عن التأثيرات المادية التي يجب مراعاتها في كل تطبيق للبدلات. ويتضمن ذلك أيضًا مراعاة العوامل النفسية التي قد تنشأ عند العمل في هذه الظروف. ويجب على المصمم أن يأخذ في الاعتبار أن هذه العوامل قد تؤدي إلى زيادة استهلاك احتياطيات النظام.
في التين. 8 يعرض عوامل "الإنسان والآلة".
أرز. 6. خصائص الطيران التي تؤخذ بعين الاعتبار عند تصميم أنظمة البدلات الفضائية
أرز. 8. مراعاة عوامل الإنسان والآلة عند تصميم أنظمة بدلات الفضاء
وهي تتعلق باستخدام البدلة وتحديد مهام نظام الإنسان والآلة، حيث أن درجة التنسيق بين الإنسان والآلة تؤثر على أداء المهام.
تتعلق المتطلبات الموضحة أعلاه في المقام الأول بالخصائص الوظيفية لبدلة الفضاء. ومع ذلك، هناك متطلبات مهمة أخرى يجب أخذها في الاعتبار والتي يمكن أن يكون لها تأثير كبير على تصميم البدلة النهائي. بادئ ذي بدء، لأداء عمل مفيد، فإن تنقل بدلة الفضاء ضروري. تمت مناقشة هذا العنصر المهم في تصميم البدلة بمزيد من التفصيل في القسم الأخير. هناك متطلب آخر يتعلق بهذا - الأبعاد المقبولة لبدلة الفضاء. الشرط الثالث هو مقاومة الحريق. في بعض الحالات، يمكن تهوية البدلة بغاز غني بالأكسجين. يمكن أيضًا استخدام البدلة داخل مركبة فضائية، والتي قد يكون لديها ضغط جزئي مرتفع من الأكسجين في غلافها الجوي. تم تطوير العديد من الأقمشة غير المعدنية المقاومة للحريق فيما يتعلق ببرنامج رحلات الفضاء البشرية. في الجدول يوضح الشكل 1 معدلات احتراق هذه الأقمشة بالإضافة إلى خواصها الفيزيائية وإنتاج الغاز. الشرط الإضافي هو سهولة ارتداء وخلع بدلة الفضاء. أخيرًا، بالنسبة للمواد المختارة لصنع بدلة الفضاء، فإن القوة والمتانة هي أهم الصفات. يجب ألا تتحمل المادة تمامًا جميع اختلافات الضغط المحتملة فحسب، بل يجب أيضًا ألا يتم فركها عندما يمشي رائد الفضاء، عند الركوع، ولا تمزق إذا سقطت عن طريق الخطأ؛ وفي الوقت نفسه، يجب أن تسمح البدلة لرائد الفضاء بأداء عمل مفيد وإجراء التجارب داخل المركبة الفضائية وعلى سطح خارجي، مثل سطح القمر.
المتطلبات العامة لحزم الظهر
مصدر الإمداد الرئيسي لرائد الفضاء الذي يرتدي بدلة فضائية هو نظام دعم الحياة المحمول الذي يمكن لرائد الفضاء ارتداؤه على ظهره. يزود هذا التثبيت الشخص بالأكسجين للتنفس، وينظم الضغط في بدلة الفضاء، ويعالج الغاز المعاد تدويره عن طريق إزالة ثاني أكسيد الكربون، والروائح، وبعض الآثار الغازية والرطوبة الزائدة، وينظم درجة حرارة النظام عن طريق إزالة الحرارة الزائدة، ويوفر إشارات الخطأ، والصوت التواصل ونقل المعلمات الأساسية عبر القياس عن بعد. يجب تصميم نظام إزالة الحرارة ليس فقط للحرارة المتولدة أثناء عملية التمثيل الغذائي لرائد الفضاء والتي تطلقها مكونات نظام دعم الحياة المحمول، ولكن أيضًا للحرارة الموردة (أو المفرغة) من البيئة القمرية أو الكوكبية من خلال العزل الحراري.
المعلمات الفسيولوجية والتشغيلية
في الجدول 2 يلخص المعلمات الفسيولوجية والتشغيلية لأنظمة دعم الحياة الحالية والمستقبلية. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه في عام 1940، قدم V. A. Spassky توصيات تصميمية لمعدات تجديد الهواء في مقصورات المركبات الفضائية، وكثير منها قريب جدًا من التوصيات التي تم تطويرها لأنظمة اليوم.
مخاليط غازات التنفس والتهوية والتحكم الحراري
يجب اختيار المعلمات الرئيسية للغلاف الجوي في بدلة الفضاء (الضغط الجوي، وتكوين الغاز، ودرجة الحرارة، والرطوبة، ومعدل التهوية) بناءً على الاحتياجات الفسيولوجية للشخص (عند مستوى النشاط المطلوب) والقدرة الفنية على تلبية هذه المتطلبات .
من الناحية الفسيولوجية، يعد الضغط في تجويف البدلة الفضائية مهمًا لرائد الفضاء، والذي يجب أن يكون هو نفسه الموجود في حجرة المركبة الفضائية أو المحطة.
إلا أن إنشاء بدلة فضائية بهذا الجو، خاصة مع جو مشابه في تركيبه لجو الأرض،
صعب من الناحية الفنية، ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن حركة الشخص الذي يرتدي بدلة فضائية مع اختلاف كبير في الضغط عبر الجدران تكون محدودة بشكل حاد.
لضمان قدر أكبر من الحركة لرائد الفضاء في بدلة الفضاء، ولجعلها أخف وزنًا، وللحد من التسربات، ولعدد من الأسباب التقنية الأخرى، من المستحسن الحفاظ على الحد الأدنى من الضغط المقبول من الناحية الفسيولوجية في تجويف بدلة الفضاء (مع الأخذ في الاعتبار البيئة ضغط).
وحتى وقت قريب، دفعت العوامل المذكورة أعلاه المهندسين وعلماء وظائف الأعضاء إلى البحث عن حل وسط للظروف والمهام الخاصة بالرحلة المخطط لها. لقد فتحت التطورات الأخيرة المجال أمام إمكانية زيادة التنقل دون أي تنازلات تقريبًا. وتناقش هذه التطورات أدناه.
اعتمادًا على ظروف الطيران الفعلية وإمكانية إزالة التشبع بالنيتروجين من الجسم، عادةً ما يتم تحديد الضغط في البدلة الفضائية المصممة لرائد الفضاء للبقاء فيها لفترة طويلة في حدود 200 إلى 300 ملم زئبق. فن.
في الحالات القصوى، يمكن تقليل الضغط في البدلة إلى مستوى يمكن عنده الحفاظ على إمدادات كافية من الأكسجين لأداء العمل المحدد.
وبطبيعة الحال، في أي نظام ضغط مختار، يحتاج رائد الفضاء إلى خليط غازي غني بالأكسجين لتوفير الضغط الجزئي اللازم للأكسجين في الهواء السنخي.
لتحديد النسبة المثلى للأكسجين في خليط الغاز، يمكنك استخدام صيغة معدلة قليلاً، والتي تستخدم للتحكم في محتوى الأكسجين في أجهزة الأكسجين.
حيث P sp هو الضغط المطلق في البدلة الفضائية بوحدة mmHg. المادة، ثاني أكسيد الكربون 2، - نسبة الأكسجين في المئة.
إذا طبقنا هذه الصيغة على الحالة التي يكون فيها الضغط في البدلة الفضائية 300 ملم زئبق. المادة اتضح أن خليط الغاز للتنفس يجب أن يحتوي على 60٪ أكسجين على الأقل، وبضغط في البدلة الفضائية يبلغ 200 ملم زئبق. فن. يجب توفير الأكسجين النقي تقريبًا. من الناحية العملية، استخدمت رحلات أبولو وسكايلاب الأكسجين النقي (جو أحادي الغاز) عند ضغط اسمي قدره 194 ملم زئبق. فن.
تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون الذي يزفره الشخص من الغلاف الجوي للبدلة الفضائية عن طريق التهوية القسرية. ويعتمد حجم التهوية المطلوبة لذلك على كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من رائد الفضاء ومحتواه في الغلاف الجوي للبدلة الفضائية وتركيزه في خليط الغاز القادم من الخارج أو من خرطوشة التجديد (تركيز الاختراق). يمكن تحديد هذا الحجم تقريبًا باستخدام صيغة Pettenkofer الكلاسيكية، والتي استخدمها V. A. Spassky لأول مرة لحساب التهوية في بدلات الفضاء. للراحة، تم تعديل الصيغة قليلا،
حيث V هو معدل التهوية (باللتر/دقيقة)؛ q هي كمية ثاني أكسيد الكربون التي يزفرها رائد الفضاء (باللتر/دقيقة)؛ P - الضغط الجزئي المسموح به لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لبدلة الفضاء (بالملليمتر زئبق)؛ Prer هو الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في خليط الغاز القادم من خرطوشة التجديد (بالملليمتر زئبق).
عند حساب حجم التهوية، يوصي S. A. Gozulov وL. G. Golovkin وD. M. Ivanov وA. M. Khromushkin بالتركيز على متوسط الإطلاق المتوقع لثاني أكسيد الكربون وضغطه الجزئي المسموح به (من 7 إلى 8 ملم زئبق). مثل هذا المحتوى من ثاني أكسيد الكربون في خليط الغاز المستنشق لا يؤدي إلى استجابات ملحوظة في الحالة الوظيفية لجسم الإنسان، حتى بعد التعرض لفترات طويلة لمثل هذا الجو لعدة أيام.
يتم حساب التهوية مع الأخذ بعين الاعتبار متوسط مستوى انبعاث ثاني أكسيد الكربون، ومن المفترض أن تركيز ثاني أكسيد الكربون أثناء العمل البدني المكثف لرائد الفضاء يمكن أن يتجاوز القيمة الموصى بها بمقدار مرتين. في هذه الحالة، قد يقترب الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون من القيمة الحدية التي أشار إليها V. A. Spassky، أي 15 ملم زئبق. فن.
كانت خصائص تصميم نظام حقيبة الظهر لبدلة أبولو الفضائية فيما يتعلق بثاني أكسيد الكربون كما يلي: 1) خلال أول 2.5 ساعة، يجب ألا يتجاوز مستوى الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون 7.6 ملم زئبق. المادة 2) النصف ساعة التالية - 10 ملم زئبق. فن. و 3) بقية الوقت - 15 ملم زئبق. فن. كانت مستويات الضغط الجزئي الفعلي لثاني أكسيد الكربون أثناء مهمة أبولو على سطح القمر أقل بحوالي 2 مم زئبقي. فن. أقل. لبدلة الفضاء الخارجية المطورة بضغط 414 ملم زئبقي. فن. يجب ألا يتجاوز الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون 7.6 ملم زئبق. فن. (بالقرب من تجويف الأنف) بمعدل تهوية 3304 سم3/ثانية وبمعدل استقلاب ثابت 302 سعرة حرارية/ساعة. يعد معدل التمثيل الغذائي عنصرًا حاسمًا عند تصميم أنظمة التنفس بالخوذة. إن زيادة الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في البدلة الفضائية، إذا حدث لفترة قصيرة، لا يؤدي إلى عواقب سلبية، على الرغم من أنه يسبب زيادة الحمل على الأنظمة الفسيولوجية للجسم.
تعد درجة الحرارة والرطوبة من بين عوامل بيئة الغاز داخل البدلة الفضائية الأقل قابلية للتوحيد القياسي. ويمكن تفسير ذلك من خلال الشروط الخاصة لنظام التحكم الحراري في البدلات الفضائية. ويمكن تفسير ذلك أيضًا من خلال القدرة الكبيرة لجسم الإنسان على التكيف مع الظروف المتغيرة للتبادل الحراري والتقلبات الكبيرة في كميات الحرارة والرطوبة التي يطلقها رائد الفضاء عند القيام بعمليات مختلفة ببدلة فضائية. عند أداء عمل بدني شاق، يكون إطلاق الحرارة لدى الشخص أعلى بمقدار 5-6 مرات من إطلاق الحرارة أثناء الراحة (450-500 سعرة حرارية/ساعة مقابل 80-90 سعرة حرارية/ساعة، على التوالي). ولوحظ وجود اختلاف أكبر فيما يتعلق بإطلاق جسم الإنسان للرطوبة في ظل نفس الظروف المقارنة (600-800 جم/ساعة مقابل 40-50 جم/ساعة).
لضمان ظروف نقل الحرارة الطبيعية في ظل ظروف إطلاق الحرارة المختلفة، من الضروري أن يكون لأنظمة التحكم في الحرارة والرطوبة في البدلة الفضائية نطاق واسع.
نظرًا للاختلافات الكبيرة في متطلبات الراحة الحرارية البشرية وتعقيد أجهزة التحكم الأوتوماتيكية التي يمكنها مراقبة مستويات الحرارة والرطوبة البشرية، يفضل إجراء التحكم في الرطوبة وإزالة الحرارة الزائدة في بدلة الفضاء يدويًا. وهذا يسمح لرائد الفضاء بتهيئة الظروف في بدلته الفضائية التي تلبي احتياجاته الفردية ودرجة نشاطه البدني في فترة معينة.
الطريقة التقليدية لتنظيم نقل الحرارة وإزالة الرطوبة، والتي تستخدم في معظم البدلات الفضائية لطياري الطائرات المقاتلة والمدنية، هي نفخ تجويف البدلات الفضائية بالهواء الجاف (محتوى الرطوبة لا يزيد عن 5-8 جم / م 3) أو تبريده أو تسخينه إلى درجة حرارة كبيرة (من 10 إلى 80 درجة مئوية). يوضح التقييم التقريبي لقدرات هذه الطريقة أنه بالنسبة لتهوية البدلات الفضائية بمعدلات تدفق مقبولة (تصل إلى 300 لتر/دقيقة)، فإن استخدام هواء التهوية سيزيل ما يصل إلى 200 سعرة حرارية/ساعة من الحرارة وما يصل إلى 200- 270 جم/ساعة من بخار الماء المنبعث من البدلة الفضائية.
نظرًا للمستوى العالي من استهلاك الطاقة من قبل رواد الفضاء الذين يؤدون عملاً في مكان ضيق والانخفاض الكبير في التبادل الحراري بين البدلة الفضائية والبيئة الخارجية، فمن الضروري، بالإضافة إلى تهوية البدلة الفضائية، طرق أخرى أكثر فعالية ينبغي استخدام تنظيم الحرارة. يجب أن تضمن هذه الطرق إزالة جميع الحرارة والرطوبة الناتجة عن رائد الفضاء، وكذلك الحرارة المتولدة نتيجة تشغيل الأنظمة والأجهزة الفردية للبدلة الفضائية نفسها.
إذا تم استخدام طرق التبريد بالتلامس أو الإشعاع لهذه الأغراض، فقد يواجه رائد الفضاء تقلبات معينة في درجة الحرارة والرطوبة، والتي يصعب حسابها وتوحيدها. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد قيم درجة تهوية بدلة الفضاء (50 لتر/دقيقة) ودرجة الحرارة (من +10 إلى +15 درجة مئوية) والرطوبة (من 20 إلى 85%) الواردة في بعض الدراسات دون الأخذ في الاعتبار مع مراعاة الاختلافات الفردية في الحرارة والرطوبة التي يطلقها رواد الفضاء، وسيكون من التهور قبول هذه القيم كالمعتاد بالنسبة لبدلة الفضاء.
في الأنظمة الأمريكية، يتم استخدام نوعين من التبريد أثناء التشغيل طويل الأمد خارج السفينة. أثناء العمليات خارج المركبة، توفر التهوية بسرعة 2832 سم 3 / ثانية (فعلية) بعض التبريد بسبب تبخر الرطوبة من سطح جسم رائد الفضاء. بشكل أساسي، يتم التبريد من خلال استخدام الملابس المبردة بالسوائل (LCG) عن طريق التوصيل. تتكون هذه الملابس من شيفون النايلون، حيث توجد بين طبقاتها أنابيب من البولي فينيل بحيث تكون الملابس مريحة تمامًا. لتوفير التبريد بسبب التوصيل الحراري، يتم توفير طبقة دنة، والتي تضغط الأنابيب بإحكام على الجسم. تسمح طريقة التبريد هذه لرائد الفضاء بتحمل الأحمال الحرارية الأيضية التي تصل إلى 300 كيلو كالوري / ساعة مع تدفق حرارة خارجي قدره 75 كيلو كالوري / ساعة لمدة 5 ساعات.
يصف العلماء السوفييت عدة طرق لإزالة الحرارة من البدلات الفضائية أثناء الأنشطة خارج المركبة الفضائية لرواد الفضاء.
1. تبريد خليط الغاز المتداول في البدلة الفضائية أو في المبادلات الحرارية الإشعاعية أو التبخرية أو التسامي أو في المبادلات الحرارية التي يكون مصدر البرودة فيها هو الأكسجين السائل.
2. إزالة الحرارة نتيجة تبخر الماء في ألواح خاصة موجودة في بدلة الفضاء أو في الأكمام.
3. إزالة الحرارة باستخدام مادة التبريد المتداولة عبر أنابيب نظام تبريد خاص، يليها تبريد السائل المتداول في المبادلات الحرارية. يمكن لنظام تبريد الماء من هذا النوع إزالة ما يصل إلى 400-500 سعرة حرارية/ساعة من الحرارة من بدلة الفضاء. يجب أن تكون درجة حرارة الماء عند مدخل البدلة الفضائية في حدود 10-12 درجة مئوية، ويجب أن يكون تدفق الماء 1.5-2 لتر/دقيقة. يمكن الجمع بين طرق إزالة الحرارة، ويمكن أيضًا استكمال إحدى الطرق بطريقة أخرى. يمكن حل مشكلة الإدارة الحرارية المرتبطة باستخدام بدلات الفضاء المستقلة إما عن طريق اختيار مادة تغطي الجزء الخارجي من بدلة الفضاء بخصائص مختارة بعناية لتقليل تبادل الإشعاع الحراري بين البدلة والبيئة، أو باستخدام فراغ الشاشة العزل الحراري. يقترح استخدام فيلم الألمنيوم لهذا الغرض.
قياس المتطلبات الأيضية
يتطلب ضمان أقصى قدر من الأداء لرائد فضاء يرتدي بدلة فضائية إجراء بحث في الميكانيكا الحيوية لنظام بدلة الإنسان في ظل ظروف مختلفة. قدم إي روث الحسابات الميكانيكية الحيوية لخصائص الأداء البشري ونفقات الطاقة في مواقف العمل المختلفة. هذه البيانات مفيدة في حساب بدلة الفضاء التي تكفي لإجمالي تكلفة التمثيل الغذائي للعمل المنجز في البدلة. ومع ذلك، لا يمكن إجراء استقراء مباشر، لأن خصائص البيئة القمرية
مختلفة تمامًا عن خصائص بيئة الأرض.
من أهم المشاكل التي ظهرت قبل الهبوط على سطح القمر هي التنبؤ بمستوى استهلاك الطاقة لرائد الفضاء. يعد مستوى إنفاق الطاقة معلمة مهمة تتعلق بمدة الإمداد التي يمكن أن يوفرها جهاز حقيبة الظهر ودرجة الراحة لرائد الفضاء. عندما يعمل الشخص بجهد أكبر، فإنه يولد المزيد من الحرارة الأيضية، ويستخدم المزيد من الأكسجين، ويطلق المزيد من ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. كل هذا له تأثير قوي على تصميم واستخدام نظام حقيبة الظهر التي يرتديها رائد الفضاء. يمكن تحديد مستويات الطاقة، كما سبقت الإشارة إليه، لمشاكل معينة في ظل ظروف الجاذبية الأرضية، ولكن لم يكن معروفًا ما إذا كانت هذه النسب ستكون أعلى أو أقل في ظل ظروف الجاذبية القمرية. يبدو أن الوزن المنخفض للشخص نفسه، والبدلة الفضائية، ونظام دعم الحياة على الظهر، وما إلى ذلك على القمر، يجب أن يؤدي إلى انخفاض في معدل التمثيل الغذائي. ومع ذلك، انخفاض الوزن قد يعني انخفاض الجر عند المشي. وهذا، إلى جانب خصائص التربة القمرية واحتمال عدم التوازن بين رائد الفضاء والمعدات، يمكن أن يؤدي إلى زيادة التمثيل الغذائي.
تم تنفيذ عمل كبير لتحديد المستوى الفعلي لنفقات الطاقة خلال الرحلات القمرية نفسها. هذه المعلومات ذات قيمة كبيرة لتخطيط وتطوير مكونات نظام دعم الحياة للرحلات الفضائية المستقبلية. في الجدول يوضح الجدول 3 متوسط استهلاك رواد الفضاء للطاقة على متن مركبة أبولو الفضائية أثناء العمليات على سطح القمر. تم تحديد مستوى استهلاك الطاقة باستخدام القياس عن بعد بثلاث طرق: عن طريق قياس التوازن الحراري، واستهلاك الأكسجين، ومعدل النبض. تم تحديد التوازن الحراري من خلال مقارنة درجات حرارة المياه الداخلة والخارجة من الملابس المبردة بالماء أثناء الأنشطة على سطح القمر، وتم قياس استهلاك الأكسجين مباشرة في نظام دعم الحياة المحمول، وتمت مقارنة معدل ضربات القلب أثناء الأنشطة على سطح القمر مع المعايرة منحنى استهلاك الطاقة الذي تم الحصول عليه على الأرض باستخدام مقياس عمل الدراجة قبل الرحلة.
الجدول 3. وقت النشاط خارج المركبة على القمر ومتوسط مستوى الطاقة
طريقة تحديد التوازن الحراري. تتضمن هذه الطريقة (الشكل 9) حساب الحرارة الإجمالية التي تمت إزالتها بواسطة نظام التبريد السائل ذو الحلقة المغلقة والحرارة الكامنة التي تمت إزالتها بواسطة حلقة تهوية الأكسجين. المبلغ الإجمالي لهذه الحرارة يساوي مجموع الحرارة الأيضية وتدفق الحرارة إلى بدلة الفضاء والحرارة المتراكمة لدى الشخص. تعتبر الحرارة المعقولة التي تزيلها دائرة التهوية ضئيلة ولا تؤخذ في الاعتبار.
معادلات التوازن الحراري الأساسية:
حيث Q هو نقل الحرارة أو تراكمها أو إطلاقها، كيلو كالوري/ساعة؛ t - تدفق الكتلة، كجم/ساعة (يتم تحديده في اختبارات ما قبل الرحلة)؛ C - السعة الحرارية النوعية، كيلو كالوري/كجم * درجة مئوية؛ في - فرق درجة الحرارة على الملابس مع التبريد السائل (يحدده القياس عن بعد)؛ آه - زيادة المحتوى الحراري، كالوري/كجم؛ TL - دائرة نقل الحرارة. تنفيس - دائرة التهوية. MET - التمثيل الغذائي. ST - المتراكمة؛ H L - تسرب الحرارة. يا 2 - الأكسجين الجاف .
يتم حساب حرارة التبخر الكامنة التي يحملها تدفق التهوية عن طريق ضرب التغير في المحتوى الحراري لغاز التهوية بالتدفق الفعلي للأكسجين الجاف. يمكن تحديد المحتوى الحراري من خلال المخططات السيكرومترية للأكسجين عند ضغط يساوي الضغط في البدلة إذا كانت نقاط الندى عند الدخول والخروج معروفة. نقطة الندى للخروج من نظام دعم الحياة المحمول تساوي درجة حرارة الغاز الخارج من التسامي. يتم تحديد نقطة الندى عند مدخل النظام المحمول بناءً على بيانات اختبار ما قبل الرحلة. بعد ذلك، يتم تحديد معدل التدفق في دائرة التهوية من ضغط المروحة باستخدام منحنيات التدفق مقابل الضغط في البدلة الفضائية. يتم إيجاد استهلاك الأكسجين الجاف عن طريق طرح استهلاك بخار الماء من إجمالي استهلاك غاز التهوية.
تبين أن مستوى استهلاك الطاقة المحسوب بهذه الطريقة لقائد رحلة أبولو 12 أثناء الخروج الأول كان من 229 إلى 265 سعرة حرارية في الساعة. تتطلب الطريقة افتراض نقطة ندى مستقرة عند مدخل نظام دعم الحياة المحمول ولها عدة مصادر أخرى للخطأ، مثل عدم الدقة في قياس تدفق سائل التبريد، ومعدلات تدفق التهوية، واختلافات درجات الحرارة عبر الملابس المبردة بالسوائل، والحرارة تسرب.
طريقة تحديد استهلاك الأوكسجين. يعتمد استهلاك الأكسجين على السرعة فقط
1- رائد فضاء،
2-الإشعاع الحراري من الجسم،
3- مخزون الحرارة في الجسم .
4- تدفق الحرارة من خلال الخوذة،
6- مياه الشرب،
7- دائرة نقل الحرارة،
8- الحرارة من دائرة نقل الحرارة،
9 - دائرة التهوية،
10 - الحرارة من دائرة التهوية،
11- المعدات الكهربائية،
12- الحرارة من المعدات الكهربائية،
13- هيدروكسيد الليثيوم،
14- الحرارة من هيدروكسيد الليثيوم،
15- التسامي،
16- الحرارة من sublimator،
17- ماء دافئ للشرب
الاسْتِقْلاب. لذلك، تمثل هذه الطريقة القياس الأكثر مباشرة لمعدل الأيض والتسرب الذي يمكن إجراؤه من بيانات القياس عن بعد. العلاقة بين استهلاك الأكسجين ومعدل الأيض معروفة منذ وقت طويل. المعادلة الأساسية التي تعبر عن هذه العلاقة لها الشكل
حيث Q met هو الحمل الأيضي، سعر حراري؛ مو 2 - التدفق الشامل للأكسجين، كجم؛ RQ هو حاصل الجهاز التنفسي، والذي يعبر عن نسبة حجم ثاني أكسيد الكربون المنطلق إلى حجم الأكسجين المستهلك.
يتم حساب كتلة الأكسجين التي يوفرها نظام دعم الحياة المحمول من انخفاض الضغط في الأسطوانة (بيانات القياس عن بعد) باستخدام معامل الانضغاط الذي يأخذ في الاعتبار الفرق بين الأكسجين والغاز المثالي. يتم العثور على كتلة الأكسجين المستهلكة عن طريق طرح الأكسجين المتسرب من البدلة الفضائية من كتلة الأكسجين التي ينتجها نظام دعم الحياة المحمول. يتم أخذ قيمة معامل التنفس من بيانات الاختبار الأرضي.
باستخدام هذه الطريقة، ثبت أن مستوى استهلاك الطاقة لقائد بعثة أبولو 12 أثناء الخروج الأول كان 211 سعرة حرارية في الساعة. مصدر الخطأ في هذه الطريقة هو عدم اليقين بشأن تسرب البدلة، وعدم دقة قراءات ضغط الأكسجين، والاختيار التعسفي لمعامل الجهاز التنفسي RQ.
إمكانية التنقل
إحدى المشاكل الرئيسية في إنشاء بدلات فضاء قابلة للنفخ منذ زمن B. Post هي قدرتها على الحركة. وعندما تتعرض البدلة للضغط تفقد مرونتها وتعيق حركة رائد الفضاء. ولهذا السبب، يحاول المصممون الجمع بين الحد الأدنى من الضغط في البدلة والمتطلبات الفسيولوجية لدعم الحياة وتخفيف الضغط.
إن متطلبات التنقل لبدلة الفضاء القابلة للنفخ هي الأكثر صعوبة من الناحية الفنية. تسمح مفاصل الهيكل العظمي بنوعين من الحركات: الدوران والثني.
الجدول 4. تصنيف وميكنة حركات الجسم الأساسية
(يتوافق مع التوصيلات الفنية: العمود المزود بجلبة ومفصل كروي). يمكن تقسيم الحركات المعقدة التي يسمح بها المفصل الكروي (مفاصل الكتف أو الورك) إلى الحركتين البسيطتين المذكورتين أعلاه. يتم تحديد النجاح الفني للبدلة الصلبة من خلال تصميم مفاصلها، التي يمكن أن تتحرك مثل مفاصل الجسم بأقل قدر من الاحتكاك وبأقل تغيير في حجم البدلة. يتم عرض طبيعة الحركات في المفاصل والمفاصل في الجدول. 4.
يمكن حل مشكلة حركة مفاصل المرفق والركبة باستخدام مقاطع على شكل شرائح برتقالية في بدلة فضائية ذات أوتار طولية قوية تقع على طول الخط المحايد، لا يتغير طولها عند ثني المفصل. غالبًا ما تكون مفاصل الكتف والورك في البدلة الفضائية مصنوعة من صفائح معدنية مموجة ومجهزة بقضبان إضافية تنزلق على طول بكرات أو قضبان توجيه. يتم ضمان حركة اليد من خلال مفاصل محكمة الغلق مع دوران طفيف. يسمح مفصل الكتف بحرية حركة الذراعين في المستوى الرأسي. يسمح مفصل الكوع بحركة الذراع على طول المحور الطولي.
توفر قفازات بدلة الفضاء البراعة والراحة بالطرق التالية: يتم قطعها بحيث تكون الأصابع نصف منحنية ولها مفاصل أوراق برتقالية. هناك نوعان من الخوذات - مكانية أو دوارة. في الخوذات المكانية (ثلاثية الأبعاد)، تكون حرية حركة الرأس داخلها ممكنة. تدور الخوذات الدوارة عندما يدير رائد الفضاء رأسه. يتم ضمان الختم أثناء الدوران عند تقاطع الخوذة مع طوق البدلة الفضائية.
الرؤية وحماية العين
تتطلب رحلات الفضاء طويلة الأمد أن يعمل الإنسان في ظروف بيئية فريدة جدًا، حيث تختلف شدة الإشعاع المرئي وغير المرئي، وتتغير مستويات التباين أيضًا، وتختلف الإشارات المرئية المستندة إلى تأثيرات تشتت الضوء تمامًا.
أحد أهم التحديات التي يواجهها مصممو بدلات الفضاء هو إنشاء جهاز رؤية يوفر حماية الرؤية اللازمة.
في الجدول يسرد الجدول 5 بعض العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند تصميم جهاز رؤية لخوذة بدلة الفضاء.
الجدول 5. العوامل الفسيولوجية التي تؤثر على قرارات التصميم لجهاز العرض
تم تصميم جهاز العرض الذي تم تطويره للنسخة القمرية من بدلة أبولو الفضائية مع مراعاة العوامل المذكورة في الجدول. 5. زجاج الرؤية الخارجي لهذا الجهاز المزدوج عاكس للغاية للأشعة تحت الحمراء (الشفافية الإجمالية حوالي 18%). تم ضمان هذه الخاصية عن طريق الترسيب في الفراغ لطبقة رقيقة من الذهب (سمك الطبقة 375 ألف). تم حل مشكلة إزالة الانعكاس الخلفي لصورة رائد الفضاء نفسه، والتي يمكن أن تسبب بعض التشوهات البصرية، بمساعدة طلاء التداخل. خلال دراسته وجد أن الانعكاس الخلفي لا يتجاوز 8-9٪.
الزجاج الداخلي يحمي رائد الفضاء من الأشعة فوق البنفسجية. ويتميز بالشفافية العالية اللازمة للعمل في ظروف الليل المقمرة. يعكس الزجاج الأشعة تحت الحمراء، مما يجعل من الممكن استخدام الإشعاع الحراري من رأس رائد الفضاء لمنع تكثيف وتجميد الرطوبة على السطح الداخلي لنافذة المشاهدة. يعمل مرشح الضوء الخاص ببدلة الفضاء المصممة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية على تقليل شدة ضوء الشمس إلى 3-15%؛ جزء من الإشعاع الشمسي بطول موجي أقل من 0.35 ميكرون، وهو ضار بيولوجيًا بشكل خاص، لا يمر عبر الزجاج، وتقتصر شفافية منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف على 5-10٪
بدلة الفضاء وأنظمة دعم الحياة المحمولة
في الجدول يوضح الجدول 6 بيانات حول الميزات الوظيفية والتصميمية لبدلات الفضاء الأمريكية، والجدول. 7- عن أنظمة بدلات الخروج وعن أنشطة رواد الفضاء خارج السفينة. تنقسم بدلات الفضاء* المستخدمة في برنامج استكشاف الفضاء السوفييتي إلى نوعين. تتميز أنظمة البدلات الفضائية فوستوك وفوسخود-2 بتهوية الدائرة المفتوحة. في التين. يوضح الشكل 10 رسمًا تخطيطيًا لنظام البدلة الفضائية الذي تم استخدامه في مركبة فوستوك الفضائية.
وفي بدلة الفضاء "فوسخود-2"، ذهب رائد الفضاء إلى الفضاء الخارجي حاملاً دبابة على ظهره. مع الأكسجين النقي.
النوع الثاني من البدلات الفضائية المستخدمة في أبحاث الفضاء في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية هو من النوع المتجدد. تم استخدام بدلة الفضاء هذه في برنامج سويوز. في التين. ويبين الشكل 11 رسمًا تخطيطيًا لنظام دعم الحياة لمثل هذه البدلات الفضائية.
العناصر الرئيسية لبدلات الفضاء هي الغلاف والقفازات القابلة للإزالة وخوذة الضغط ونظام دعم الحياة المستقل أو الموجود على متن الطائرة. يتكون الغلاف من طبقة طاقة تتكون من قماش متين ونظام من الكابلات والأربطة. تخلق هذه القشرة قوة لبدلة الفضاء، وتحتفظ بشكلها، وتقاوم الضغط الزائد، وتوفر أيضًا القدرة على ضبط الأبعاد. يتم وضع طبقة محكمة الغلق تحت طبقة الطاقة. يتم توفير العزل الحراري من خلال طبقة مرنة ذات موصلية حرارية منخفضة. يوجد على السطح الداخلي لهذه الطبقة نظام تهوية يتم من خلاله إمداد خليط الغاز إلى مناطق مختلفة من البدلة الفضائية. هذه: طبقات بدلة الفضاء، في نماذج مختلفة، يمكن أن تكون مفردة أو مجتمعة.
أول بدلة فضاء أمريكية للبقاء خارج السفينة معروفة تحت التصنيف G-IV-C (الشكل 12). الطبقة الخارجية لهذه البدلة مصنوعة من مادة النايلون المقاومة للحرارة. طبقة الطاقة التالية مصنوعة من مادة شبكية، مصممة خصيصًا لتوفير الحركة وتحمل الضغط في البدلة. طبقة الختم مصنوعة من النايلون المطلي بالنيوبرين. للحماية من الإشعاع الحراري والصغرى
الجدول 7. نتائج الأنشطة خارج متن الطائرة في الفضاء الخارجي
أرز. 10. نظام دعم الحياة لبدلة الفضاء على متن سفينة فوستوك
1-المروحة الرئيسية
2-مروحة احتياطية،
3- المقتصد،
4- اسطوانات الهواء،
5 - اسطوانة الأكسجين،
6,7 - تجهيزات الشحن،
8- علبة التروس لتنظيم سرعة التدفق،
9- جهاز الأكسجين،
10- مخفض اسطوانة الأكسجين،
11- موصل،
12 أسطوانة أكسجين،
13- منظمات الضغط،
14- خرطوم التهوية
طبقة الختم مصنوعة من النايلون المطلي بالنيوبرين. للحماية من الإشعاع الحراري والنيازك الدقيقة، تحتوي البدلة الفضائية على طبقة من مادة الألومنيوم.
تم تجهيز الخوذة بواقي قابل للطي مصمم لحماية الواقي الداخلي من الصدمات ولتوفير حماية إضافية للعين من المستويات المتزايدة للأشعة فوق البنفسجية خارج الغلاف الجوي للأرض.
تم توفير الأكسجين لبدلة الفضاء من خلال خرطوم مربوط بطول 7.6 متر متصل بنظام الأكسجين الخاص بالمركبة الفضائية، ومن ثم من خلال صندوق صغير متصل ببدلة الفضاء. يحتوي هذا الصندوق على جهاز صغير يتحكم في مقدار الضغط وتدفق التهوية. في التين. ويبين الشكل 13 نظام دعم الحياة لهذه البدلة.
تم جمع البول والبراز في بدلة الجوزاء الفضائية، وكذلك في بدلة ميركوري الفضائية، باستخدام أكياس التجميع.
1- المروحة،
2- كتلة امتصاص ثاني أكسيد الكربون،
3- وحدة التنظيم الحراري وفصل الرطوبة،
4- اسطوانة الأكسجين الرئيسية،
5- وحدات معدات الأكسجين،
6- حساس الضغط المطلق في البدلة الفضائية وفي النظام،
7- حساس لدرجة حرارة الهواء الداخل للبدلة الفضائية،
8- مستشعر محتوى ثاني أكسيد الكربون،
9 - إلى بدلة الفضاء،
10 - شحن أجهزة التحكم ونظام القياس عن بعد،
11 - إزالة البخار،
12- من بدلة الفضاء
كان خزان اللاتكس المرن المتصل بكيس مطاطي بمثابة جامع للبول. مجموعة البراز عبارة عن كيس بلاستيكي ببطانة لاصقة دائرية.
في جميع الرحلات الفضائية المأهولة، تم إجراء المراقبة الطبية لرواد الفضاء في الوقت الفعلي باستخدام أجهزة القياس عن بعد.
تم الحصول على المعلمات المقاسة باستخدام ملصقات ذات أجهزة استشعار حيوية ناعمة. وبهذه الطريقة كان من الممكن الحصول على مخطط كهربية القلب، وقياس معدل التنفس والحصول على معلومات فسيولوجية إضافية، بما في ذلك درجة حرارة الجسم أو بدلة الفضاء ومستويات ثاني أكسيد الكربون. يظهر تصميم الملصقات الناعمة المزودة بأجهزة استشعار حيوية في الشكل 1. 14. أثناء استكشاف القمر، إلى جانب التبريد السائل للملابس الداخلية، يتم تضمين نظام دعم الحياة المحمول (في حقيبة الظهر) ونظام الأكسجين في حالات الطوارئ، وتزجيج رؤية القمر للخوذة والأجهزة الأخرى المضمنة في الجهاز المتحرك الخاص تم استخدام وحدة أبولو على متن الطائرة.
1- الملابس الداخلية،
2- طبقة تهوية لخلق ظروف مريحة،
3- قذيفة محكم،
4- غلاف الطاقة (شبكة التوصيل)،
5-طبقة عازلة،
6- طبقة حرارية مع طلاء الألمنيوم،
وسادة ذات 7 شعر،
8- الطبقة الخارجية
أرز. 13. نظام دعم الحياة الجوزاء 4 لبدلة الخروج1- صمام،
2- منظم الضغط،
3- صمام الإغلاق،
4- اسطوانة الأكسجين،
منظم بدلة 5 تدفق وصمام تخفيف الضغط،
6- مقياس الضغط،
7- صمام طوارئ الأكسجين اليدوي،
8- محدد التدفق لقناة الإمداد،
9- تركيب قناة العرض،
10- القياس الحيوي والاتصالات،
11- حبال الراية،
12- اتصال مع المظلة،
13- صمام التحكم،
مجموعة مكونة من 14 حبلًا بطول 25 قدمًا (7.62 مترًا)،
15 - محدد التدفق،
16-تركيبات على شكل حرف U،
17- اتصال سريع الإصدار،
18- صمام استعادة ضغط الكابينة
(الاتحاد الاقتصادي والنقدي). في التين. يوضح الشكل 15 المعدات اللازمة للأنشطة على سطح القمر في إطار برنامج أبولو. كما هو واضح في الصورة، تتألف بدلة الفضاء الخارجية من بدلة أبولو الفضائية الرئيسية، والتي تم ارتداء الملابس فوقها للحماية من الإشعاع الحراري والنيازك. تتكون البدلة الرئيسية من طبقة داخلية من النايلون، وغطاء محكم من النايلون ومغطى بمطاط النيوبرين، وطبقة احتواء من النايلون لقذيفة الطاقة. الطبقات الخارجية من الداخل مصنوعة من مادة نومكس وطبقتين من قماش بيتا مطلية بالتفلون. تم توصيل وصلات الأكسجين والاتصالات وأسلاك الاستشعار الطبية الحيوية بالموصلات الموجودة على جذع البدلة. تم ارتداء الملابس الداخلية المبردة بالسائل أسفل هذا الترس. كانت مصنوعة من مادة محبوكة من النايلون والألياف اللدنة مع شبكة من الأنابيب البلاستيكية التي يتم من خلالها توزيع مياه التبريد.
تم تنفيذ دعم الحياة أثناء الأنشطة على سطح القمر باستخدام نظام دعم الحياة المحمول على الظهر. يقوم هذا النظام بتزويد رائد الفضاء بالأكسجين وتوفير مياه التبريد للملابس الداخلية (الشكل 16). كما شمل أيضًا معدات الاتصالات والقياس عن بعد وإمدادات الطاقة وما إلى ذلك. وقام النظام بإزالة ثاني أكسيد الكربون من مجرى التهوية وضمان نقل المعلومات عبر القياس عن بعد. في الجزء العلوي من العبوة (انظر الشكل 15) كان هناك نظام إضافي لتزويد الأكسجين، والذي تم تصميمه لتزويد غاز الأكسجين في حالة الطوارئ لمدة 40 دقيقة على الأقل.
يعمل نظام دعم الحياة المحمول على النحو التالي. الماء المتدفق عبر أنابيب التبريد للملابس الداخلية يزيل الحرارة الأيضية ويوفر التبريد من خلال التوصيل الحراري. ثم يتم تمرير هذا الماء إلى جهاز التسامي وتبريده هناك. يقوم نظام تهوية الأكسجين بتزويد الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى والتحكم في الرطوبة. تمت إزالة الملوثات من الأكسجين عند دخوله إلى العبوة باستخدام خرطوشة الكربون المنشط. كان ثاني أكسيد الكربون مرتبطًا كيميائيًا بـ
أرز. 14. الملصقات ذات المستشعرات الحيوية (برنامج الجوزاء
أرز. 15. معدات الذهاب إلى سطح القمر (برنامج أبولو)
هيدروكسيد الليثيوم. تم الاحتفاظ بالرطوبة الزائدة في تدفق الغاز بواسطة فاصل الماء الفتيل. تم تبريد تدفق الغاز في مبادل حراري (sublimator). كان نظام إمداد الأكسجين عبارة عن جهاز دائرة مفتوحة مستقل يمكنه إما توفير الأكسجين في حالة فشل نظام الإمداد الرئيسي، أو فتح دائرة التدفق في حالة الفشل الكامل لنظام تهوية حقيبة الظهر.
تمت إزالة النفايات الموجودة في بدلة الفضاء خارج المركبة باستخدام كيس فغر القولون وجهاز جمع ونقل البول (الشكل 17). يتكون كيس فغر القولون من سراويل مرنة مع طبقة بطانة ماصة في منطقة الأرداف وفتحة للأعضاء التناسلية في الجزء الأمامي. وسمح هذا النظام بالتغوط غير المقصود بينما كان رائد الفضاء يرتدي بدلة فضائية وكان الأخير تحت الضغط. قام النظام الفرعي بجمع البراز ومنعه من الوصول إلى الملابس. تم امتصاص الرطوبة من البراز بواسطة طبقة البطانة وتبخرت في الغلاف الجوي لبدلة الفضاء، حيث تمت إزالتها بعد ذلك من خلال نظام التهوية. تبلغ سعة نظام جمع البراز حوالي 1000 سم3 من المادة الصلبة. حتى الآن، لم يتم استخدام نظام جمع البراز من قبل رواد الفضاء أثناء البعثات إلى القمر. يوفر جهاز جمع ونقل البول الخاص بالبدلة جمع النفايات السائلة وتخزينها مؤقتًا أثناء الإطلاق أو الأنشطة خارج المركبة أو في الحالات غير المتوقعة عندما يتعذر استخدام نظام التخلص من النفايات الموجود على متن المركبة الفضائية. يمكن لهذا النظام جمع ما يصل إلى 950 سم 3 من السائل بسرعة تصل إلى 30 سم 3 / ثانية.
1- السوستة،
2- المناسب،
3- الطريق السريع،
4 أنابيب،
5- مقياس الجرعات
أرز. 17. أجهزة جمع البراز (أ) وجمع وتصريف البول (ب)أرز. 18. تزجيج بدلة الفضاء القمرية1- زجاج جانبي،
2- زجاج مركزي ,
3- حاجب،
4- جهاز الحماية من الشمس،
5- جهاز الحماية،
6-طلاء،
7-المشبك
أرز. 19. كيس من الماء لاستخدامه عند الذهاب إلى سطح القمر ببدلة أبولو الفضائية
لم تكن هناك حاجة لأي تعديلات يدوية حتى يعمل هذا النظام. يمنع صمام عدم الرجوع من التدفق العكسي من كيس التجميع. يمكن سكب البول المتجمع من خلال غلاف البدلة في حاويات البول الموجودة على متن الطائرة في حجرة القيادة أو الوحدة القمرية أثناء الضغط أو تخفيف الضغط. تم وضع جهاز جمع البول فوق الملابس الداخلية أو تحتها؛ تم توصيله بواسطة خرطوم بالحلمة البولية الموجودة على بدلة الفضاء.
كان زجاج الخوذة (LEVA) في بدلة الفضاء القمرية، كما هو الحال في معدات Gemini، مزدوجًا. تم تركيب النظارات على مفصلات على غلاف من البولي كربونات متصل بالخوذة. يوفر الزجاج الحماية لرائد الفضاء من تأثيرات النيازك الدقيقة ومن الأشعة الحرارية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
تم استخدام زجاج الوجه الداخلي للعمل في الظلام أو في الظل وتميز بالشفافية العالية في منطقة الضوء المرئي. هذا الزجاج مصنوع من مادة البولي كربونات التي توفر الحماية من الأشعة فوق البنفسجية. وكان الزجاج الخارجي يحمي رائد الفضاء من الأشعة تحت الحمراء المنعكسة عن سطح القمر عن طريق طلاء سطحه الداخلي بطبقة رقيقة من الذهب. بدءًا من رحلة أبولو 12، تمت إضافة حاجب الشمس إلى الزجاج الموجود في الأعلى في الجزء الأوسط من حافة الخوذة. في التين. يوضح الشكل 18 تزجيج بدلة الفضاء القمرية.
تعديل آخر منذ أبولو 12 كان إضافة كيس مياه شرب سعة 1080 سم مكعب، والذي تم تثبيته داخل حلقات عنق البدلة (الشكل 19). ويمكن لرائد الفضاء أن يأخذ رشفة من الماء بحجم 15.3 إلى 20.3 سم3 من الكيس عبر أنبوب بقطر 3.2 مم، تكون نهايته بالقرب من الفم. كانت الحقيبة مملوءة بالماء من خزان المياه المحمول الخاص بالوحدة القمرية.
التكنولوجيا الجديدة لبدلات الفضاء
تُبذل حاليًا جهود كبيرة لحل المشكلات الجديدة والقضاء على أوجه القصور المكتشفة في استخدام البدلات الفضائية وأنظمتها. ونتيجة لهذه الجهود، تم زيادة حركة البدلة (الشكل 20). يمثل الانخفاض في عزم الدوران وزيادة عمر المفاصل (عدد الحركات الدورانية) الذي تم تحقيقه في جميع مفاصل البدلات الفضائية المتقدمة خارج المركبة إنجازًا تقنيًا كبيرًا. تم تحقيق ذلك باستخدام وصلات ذات حجم ثابت لا يتم فيها بذل أي جهد لتغيير الحجم مقابل الضغط.
1- "عطارد"،
2- "الجوزاء"
3- "أبولو-سكايلاب"،
4- بدلات فضائية جديدة
* يتم تعريف زيادة الحركة على أنها زيادة درجات الحركة في جميع المستويات بالإضافة إلى تقليل لحظات الاحتكاك في المفاصل بالإضافة إلى استقرار المفاصل متعددة المواضع
** تم تصميم بدلات الفضاء للعمل خارج المركبة في المدارات وسطح القمر
للمقارنة، يمكن الإشارة إلى أن مفاصل بدلات الفضاء الأولى من طراز جيميني استخدمت شبكة متصلة (والتي لم تحافظ على حجم ثابت)، وكانت المفاصل في بدلات أبولو الفضائية الأولى على شكل مفاصل مموجة، والتي لم تحافظ أيضًا على حجم ثابت .
مثال على بدلة الفضاء الصلبة التي تحتوي على مفاصل ذات حجم ثابت هو نموذج بدلة الفضاء RX-1 (الشكل 21). في حالة صالحة للعمل، تحتفظ البدلة الفضائية بأي شكل تقريبًا، لأنها تضمن الحفاظ على حجم ثابت. وفي الوقت نفسه، يسمح لك بأداء أي حركة للجسم تقريبًا بأقل قدر من استهلاك الطاقة. المبدأ الأساسي لبدلة الفضاء ذات الحجم الثابت هو استخدام المفاصل المموجة الدوارة.
يستخدم المفصل المموج الدوار حلقات صلبة مزودة بمحدد للحركة الطولية؛ بفضل هذا، يمكن طي نسيج المفصل وفتحه بسهولة، مما يحافظ على حجم المفصل مع الحفاظ على أقصى نطاق للحركة.
تتلاءم الحلقات المعدنية الموجودة في المفصل المموج مع بعضها البعض. يتم تثبيت غلاف مصنوع من القماش المطاطي بين هذه الحلقات ويعمل بمثابة غلاف محكم الغلق. يتم وضع الحلقات بحيث يتم وضع القماش بينها على شكل طيات أو أكورديون. في هذه الحالة، يكون الحمل الأقصى عبارة عن توتر خالص، والذي يمكن امتصاصه بسهولة بواسطة الكابلات الفولاذية المتحركة التي تربط جميع الحلقات. يتم لحام الحلقات الأولى والأخيرة بالأجزاء الصلبة من هيكل بدلة الفضاء. عندما ينحني المفصل، يطوى القماش أو يستقيم بين الحلقات؛ وفي هذه الحالة، يتم تعويض الزيادة في الحجم على أحد جانبي المفصل بنفس الانخفاض في الحجم على الجانب الآخر.
وبالتالي فإن إجمالي التغير في الحجم يساوي صفرًا ولا يتم بذل أي جهد عليه. لذلك، يتم تحديد عزم الدوران المطلوب لثني المفصل فقط من خلال الاحتكاك الداخلي للنسيج والكابلات
قام مركز أبحاث أميس التابع لناسا بتطوير بدلة صلبة أخرى، وهي AX. باستثناء القفازات الناعمة، فإن البدلة بأكملها مصنوعة من مواد صلبة وتتميز ببراعة استثنائية مع عزم دوران منخفض الاحتكاك وانخفاض التسرب. من سمات برنامج تطوير هذه البدلة الفضائية، التي وفرت مثل هذه القدرة على الحركة الكبيرة، استخدام المفاصل على شكل "أنبوب السماور" (الشكل 22).
للتغلب على العيوب المرتبطة بطي بدلات الفضاء "الصلبة والصلبة"، قامت وكالة ناسا بتطوير بدلة فضاء "هجينة". تُصنع هذه البدلة الفضائية من مادة صلبة، ولكن مع وجود مساحات من القماش الأكثر ليونة (الشكل 23).
يجمع هذا المزيج بين مزايا بدلات الفضاء الصلبة والناعمة. في هذه البدلات الفضائية، يتم استخدام مفاصل من نوع "أنبوب السماور" في مفاصل الكتف والورك، ويتم استخدام طيات المنفاخ على شكل طيات في مفاصل الكوع والركبة والكاحل ومنطقة الخصر. عند طي البدلة الفضائية، ينهار نسيج المفاصل.
لتسهيل ارتدائها، تحتوي البدلة على موصل واحد عند الخصر. إن لحظات الاحتكاك في مثل هذه البدلة الفضائية هي تقريبًا نصف ما هي عليه في التصاميم الحالية. بالإضافة إلى ذلك، اتضح أنه "بلا أبعاد". تتميز بدلة الفضاء هذه أيضًا بمفصل كتف خماسي المحامل تم تطويره حديثًا. بشكل عام، يمكن طي بدلة الفضاء، إلى جانب العزل الحراري والحماية من النيازك، في حزمة بأبعاد ارتفاع 37.46 سم، وطول 71.1 سم، وعرض 66 سم.
يوفر التصميم الهجين لهذه البدلة، إلى جانب المفاصل المحسنة ذات الحجم الثابت، خصائص تنقل ممتازة. يتكون مفصل الكتف من أربعة أقسام وخمسة محامل مختومة. يتم اختيار زوايا المقاطع بحيث يمكن تحريك اليد في أي مستوى دون قيود ودون برمجة مسبقة. يستخدم مفصل الكوع مفصلًا مطويًا أحادي المحور ذو حجم ثابت. يتكون المفصل الدائم من قسمين بيضاويين مطويين؛ تم تصميم الوصلات أحادية المحور بحيث تقع مستويات الانحناء بزاوية 90 درجة مع بعضها البعض. يُسمح بالانحناء الجانبي عند الخصر ضمن نطاق ±20 درجة تقريبًا. يُسمح بالانحناء للأمام عند الخصر في نطاق 65 درجة؛ في بدلات الفضاء السابقة كان هذا النطاق أصغر بكثير.
أرز. 22. بدلة الفضاء من نوع AX-1
أرز. 23. أحدث البدلة الفضائية (الهجينة) للأنشطة خارج المركبة
أرز. 24. اللحظات اللازمة لثني الخصر في البدلات الفضائية ذات المفصل غير الثابت الحجم (1) وفي البدلة الفضائية الهجينة ذات المفصلة ذات الحجم الثابت (2)؛ الضغط في البدلة 191 ملم زئبق. فن.
أرز. 25. قفازات بدلة الفضاء التي توفر قدرًا أكبر من الحركة
في التين. يشير الشكل 24 إلى اللحظات المطلوبة لدرجات مختلفة من الانحناء عند الخصر لبدلات الفضاء الموجودة ذات المفاصل ذات الحجم المتغير ولبدلة الفضاء الهجين المطورة، والتي يمتد نطاق انحناءها إلى 100 درجة أو أكثر.
بدلة فضاء مصممة لضغط 414 ملم زئبق. الفن الموافق لارتفاع 4880 مترًا، وفي تطوير مثل هذه البدلة الفضائية للأنشطة خارج المركبة، سيتم استخدام تقنية إنشاء بدلة فضاء هجينة.
عند استخدام بدلة الفضاء هذه، يمكنك تجنب استنشاق الأكسجين مسبقًا، مما يمنع اضطرابات تخفيف الضغط. يتكون رواد فضاء رحلات أبولو، قبل الانتقال إلى الغلاف الجوي للمركبة الفضائية، من الأكسجين النقي عند ضغط 252-264 ملم زئبق. الفن، كان عليه أن يستنشق الأكسجين النقي لمدة ثلاث ساعات تقريبا. مع هذا الاحتياط، لم يتم ملاحظة أي حوادث تخفيف الضغط في برنامج الفضاء الأمريكي.
ومع ذلك، إذا تم تطوير بدلة فضائية لضغط 414 ملم زئبق. فن. سيكون ناجحًا عند التحرك من ضغط 760 ملم زئبق. فن. وفي المركبة الفضائية، فإن الضغط الموجود في البدلة الفضائية سيقلل من الحاجة إلى مثل هذا الإجراء.
وفي إطار تنفيذ هذا البرنامج، تم حتى الآن إنشاء أنظمة مشتركة لبدلات الفضاء يمكنها العمل في نطاق الضغط في البدلة من 258 إلى 363 ملم زئبق. فن. تعتمد أنظمة الضغط العالي هذه على تقنيات مشتركة ذات حجم ثابت وتستخدم عمليات تلبي، من حيث المبدأ، متطلبات الأداء والموثوقية وقوة الانفجار لبدلة ضغط تبلغ 414 مم زئبق. فن.
قفازات محسنة. مع زيادة حجم وتعقيد العمل في الفضاء الخارجي، تزداد متطلبات حركة مفاصل الأصابع والمعصم في بدلات الفضاء. ستصبح أدوات الفضاء في المستقبل أكثر تنوعًا وتعقيدًا، لذلك من الضروري تحسين تكنولوجيا صنع قفازات بدلات الفضاء.
في التين. يوضح الشكل 25 قفازًا محسنًا يستخدم مبدأ التعبير بالحجم الثابت لتوفير قبضة أفضل. بالإضافة إلى ذلك، فإن مجموعة الأقمشة المستخدمة في صناعة أصابع القفازات تعمل على تحسين خصائصها اللمسية.
الأنشطة الخارجية
أدوات الفضاء. يمكن رؤية الأنواع المختلفة من الأدوات اللازمة لأداء العمل في الفضاء، على سبيل المثال عند استكشاف سطح القمر، في الشكل. 26.
تظهر الأبحاث أن: 1) يجب أن تكون الأدوات الكهربائية مدمجة؛ 2) من الضروري تطوير نوع من النظام لتثبيت الأداة بالقرب من الشخص بغض النظر عن نوع الأدوات المستخدمة
أثناء الأنشطة خارج اللوحة، و3) إذا كان الشخص مقيدًا، فإن الأدوات غير الارتدادية ليس لها أي ميزة خاصة على الأدوات التقليدية.
منصة متحركة للأنشطة الخارجية. أظهر تطوير تصميم منصة العمل للأنشطة خارج المركبة (الشكل 27) أن العربة ذات القاعدة المفتوحة القابلة للمناورة يمكن أن تساعد رائد الفضاء في أداء مهامه في الفضاء.
1 مغرفة،
2- تكديس 20 كيسًا،
3- كاميرا سينمائية بعدسة 20 مم،
4- مطرقة،
5- نظام دعم الحياة المحمول،
6 - حقيبة ظهر الطيار،
7- ترتيب أغطية أنابيب أخذ العينات،
8 - حقيبة ظهر القائد،
9-أنابيب أخذ العينات وقضيب التنظيف القابلة للاستبدال،
10 - حقيبة لجمع العينات،
11 قلم رصاص,
12-قلم رصاص مع ضوء،
13- حاوية خاصة لأخذ عينات من البيئة الخارجية،
14- كاميرا بعدسة 500 ملم،
15- ساعة يد - كرونوغراف،
16- الكفة للملاحظات،
17- كماشة،
18- جيب لأوراق الملاحظات
سيقوم جهاز دفع المنصة بإيصال رائد الفضاء إلى مكان عمله. سوف تساعد المناورات رائد الفضاء أثناء الإرساء وستكون بمثابة امتداد للأذرع أو "الأذرع الخارجية" بعد الإرساء. يتم ربط المنصة بمنصة العمل بواسطة المراسي.
المشغلين عن بعد. لتوسيع قدرات الإنسان المكانية، واختراق بيئة ضارة بالإنسان، وكذلك زيادة قدراته في مجال الطاقة والقوة، يمكن استخدام المشغلين عن بعد. هذه الأجهزة يمكن أن تتخذ أشكالا عديدة. في التين. 28 يظهر الكتف والذراع من المساحة الصلبة. بدلة فضاء تابعة لناسا مصممة للعمل خارج المركبة باستخدام مناور كهربائي حيوي (مشغل عن بعد). يوجد هنا اتصال فردي يمكن التحكم فيه بين حركات يد رائد الفضاء في بدلة الفضاء والمؤدي الميكانيكي الموجود على منصة العمل.
تشمل المجموعة الواسعة من وظائف المشغلين عن بعد تركيب الأقمار الصناعية وإصلاحها وصيانتها وبناء واستخدام أجهزة الطوارئ.
أجهزة للمناورة في الفضاء المفتوح
وحدة تحويل يدوية مستقلة. في التين. ويبين الشكل 29 الجهاز الذي استخدمه رائد الفضاء إدوارد وايت في مهمة جيميني 4. يحتوي هذا النظام على مصدر غاز بارد عالي الضغط خاص به مع الصمامات والفوهات اللازمة لإنشاء قوة دفع يمكن التحكم فيها. للمضي قدمًا، يضغط رائد الفضاء على مقدمة الزناد. للتوقف أو التحرك إلى الوراء، تحتاج إلى الضغط على الجزء الخلفي من الزناد. يتيح هذا النظام أداء الحركات خارج المركبة الفضائية مع استهلاك طاقة أقل بكثير لرائد الفضاء.
مركبات رواد الفضاء. تم إنشاء أجهزة مناورة أكثر تعقيدًا لبرنامج Skylab، والتي تم اختبارها تجريبيًا في الرحلات الجوية ضمن هذا البرنامج. ويشمل ذلك مركبة نقل أبحاث رواد الفضاء ومركبة المناورة التي يتم التحكم فيها بالقدم. يمكن استخدام مركبة نقل الأبحاث القابلة للمناورة (الشكل 30) في أربعة أوضاع: كما
أرز. 27. منصة عمل للأنشطة الخارجية
أرز. 28. مصور
أرز. 29. وحدة التحويل اليدوية المستقلة
أ - رسم تخطيطي، ب - منظر عام؛
2- صمام الإغلاق،
3- الأنابيب،
4- اقتران،
5 - منظم الضغط،
6-عشيرة دفع فوهة،
7 - وحدة التحكم اليدوية،
8- سحب الفوهة،
9- سحب صمام الفوهة . 10 - فوهة الدفع،
11- الاسطوانات،
12 دبوس
أرز. 30. إلى رائد الفضاء مدير منشأة النقل
وحدة تحويل يدوية، لضمان الحركة الخطية، لتحقيق الاستقرار الجيروسكوبي للوضع المكاني وللتحكم الجيروسكوبي في الحركة الدورانية. يوفر الجهاز ست درجات من حرية المناورة مع أنظمة فرعية مستقلة قابلة لإعادة الشحن، وهو مزود بمجموعة واسعة من الأدوات لقياس أداء النظام أثناء الطيران وحركات الإنسان وحركة الحبل. يستخدم جهاز النقل للتحكم بالقدم (الشكل 31) أذرع التحكم بالقدم، ومحركات الوضع غير المتوازنة، ومحركات الإزاحة التي تعمل تقريبًا في اتجاه المحور الرأسي للجسم. يجلس رائد الفضاء على هذا الجهاز كما لو كان على دراجة. توفر المحركات الملحقة بالإطار تسارعات عند التحرك بحوالي 0.03 م/ث 2 وتسارعات اسمية عند تغيير الموضع المكاني تبلغ حوالي 4 درجات/ث 2 .
تحميل الملخص: ليس لديك حق الوصول لتنزيل الملفات من خادمنا.