Combinaison spatiale
Trois types de scaphandres existent à des fins différentes: IVA (activité intravéhiculaire), EVA (activité extravéhiculaire), et IEVA (activité intra / extravéhiculaire). costumes IVA sont destinés à être portés à l'intérieur d'un vaisseau spatial sous pression, et sont donc plus légers et plus confortables. costumes Ieva sont destinés à une utilisation à l'intérieur et à l'extérieur du vaisseau spatial, comme le costume Gemini G4C. Ils comprennent une meilleure protection contre les conditions difficiles de l'espace, telles que la protection contre les micrométéorites, et le changement de température extrême. EVA convient, comme l'UEM. sont utilisées en dehors de vaisseau spatial, soit pour l'exploration des planètes ou sorties dans l'espace. Ils doivent protéger le porteur contre toutes les conditions de l'espace, ainsi que de fournir la mobilité et la fonctionnalité. [1]
Certaines de ces exigences s'appliquent également aux combinaisons pressurisées portés pour d'autres tâches spécialisées, comme un vol de reconnaissance à haute altitude. A des altitudes supérieures à la limite Armstrong. autour de 19000 m (62000 pieds), l'eau bout à la température corporelle et de combinaisons pressurisées sont nécessaires.
Les premiers procès-pression complète pour une utilisation à des altitudes extrêmes ont été conçus par les inventeurs individuels dès les années 1930. La première combinaison spatiale portée par un homme dans l'espace était le costume SK-1 soviétique porté en 1961 par Youri Gagarine.
Vêtements spatiaux utilisés pour travailler sur la Station spatiale internationale.
Une combinaison spatiale doit remplir plusieurs fonctions pour permettre à son occupant de travailler en toute sécurité et confortablement, à l'intérieur ou à l'extérieur d'un vaisseau spatial. Il doit fournir:
exigences secondaires
Exigences supplémentaires pour les EVA comprennent:
- Blindage contre le rayonnement ultraviolet
- protection limitée contre un rayonnement de particules
- Les moyens de manœuvre, quai, la libération, et / ou sur attache un vaisseau spatial
- Protection contre les petites micrométéorites. quelques voyages jusqu'à 27.000 kilomètres par heure, fourni par un micrométéorites thermique résistant à la perforation de vêtement. qui est la couche la plus externe de la combinaison. L'expérience a montré la plus grande chance d'exposition se produit près du champ gravitationnel de la lune ou la planète, de sorte que ces employés ont d'abord été sur les costumes lunaire Apollo EVA (voir modèles de costume États-Unis ci-dessous).
Dans le cadre du contrôle de l'hygiène astronautique (à savoir protéger les astronautes des températures extrêmes, des radiations, etc.), une combinaison spatiale est essentielle pour l'activité extravehicular. La combinaison de A7L Apollo / Skylab inclus onze couches dans l'ensemble: une doublure intérieure, un LCVG, une vessie sous pression, une couche de retenue, un autre revêtement, et un vêtement micrométéorites thermique constitué de cinq couches d'isolation aluminisé et une couche externe de blanc Ortho-Fabric . Cette combinaison spatiale est capable de protéger l'astronaute de températures allant de -156 ° C (-249 ° F) à 121 ° C (250 ° F). [ citation requise ]
Dans les combinaisons spatiales de la NASA, les communications sont fournis par un plafond porté sur la tête, qui comprend des écouteurs et un microphone. En raison de la coloration de la version utilisée pour Apollo et Skylab. qui ressemblait à la coloration du personnage de bande dessinée Snoopy. ces bouchons sont devenus connus comme « casquettes de Snoopy. »
Pression de service
L'astronaute Steven G. MacLean pré-respire avant une EVA.
En général, pour fournir suffisamment d'oxygène pour la respiration. une combinaison spatiale en utilisant de l'oxygène pur doit avoir une pression d'environ 32,4 kPa (240 Torr; 4,7 psi), égale à 20,7 kPa (160 Torr; 3,0 psi) la pression partielle d'oxygène dans l'atmosphère de la terre au niveau de la mer, plus 5,3 kPa ( 40 Torr; 0,77 psi) CO
2 et 6,3 kPa (47 Torr); 0,91 psi Pression de vapeur d'eau, qui doivent tous deux être soustraite de la pression alvéolaire pour obtenir l'oxygène alvéolaire pression partielle en atmosphères 100% d'oxygène, par l'équation de gaz alvéolaire. [2] Les deux derniers chiffres ajouter à 11,6 kPa (87 Torr; 1,7 livres par pouce carré), ce qui explique pourquoi beaucoup de combinaisons spatiales modernes n'utilisent pas 20,7 kPa (160 Torr, 3,0 psi), mais 32,4 kPa (240 Torr; 4,7 livres par pouce carré) ( on constate une légère surcorrection, alors que les pressions partielles alvéolaires au niveau de la mer sont un peu moins que l'ancien). Dans les combinaisons spatiales utilisant 20,7 kPa, l'astronaute ne reçoit que 20,7 kPa - 11,7 kPa = 9,0 kPa (68 Torr; 1,3 psi) d'oxygène, qui est d'environ la pression partielle alvéolaire d'oxygène atteint à une altitude de 1.860 m (6100 ft) au-dessus niveau de la mer. Cela représente environ 78% de la pression partielle normale d'oxygène au niveau de la mer, [citation nécessaire] de la même que la pression dans un avion à réaction de transport de passagers, et est la limite inférieure réaliste pour la pressurisation de combinaison spatiale ordinaire sûre qui permet une capacité raisonnable pour le travail.
Exposition à l'espace sans combinaison spatiale
Le corps humain peut survivre brièvement le vide dur de l'espace non protégé, [3] en dépit des représentations contraires dans une science-fiction populaire. La chair humaine se développe à environ deux fois sa taille dans de telles conditions, ce qui donne l'effet visuel d'un constructeur de corps plutôt que d'un ballon trop rempli. La conscience est conservée jusqu'à 15 secondes que les effets de la privation d'oxygène installée. Aucun effet gel pression se produit parce que toute la chaleur doit être perdue par rayonnement thermique ou l'évaporation des liquides, et le sang ne doit pas bouillir, car il reste sous pression dans le corps .
Dans l'espace, il y a beaucoup de différents protons subatomiques fortement sous tension qui exposerait le corps à un rayonnement extrême. Bien que ces composés sont minimes en quantité, leur haute énergie est susceptible de perturber les processus physiques et chimiques essentielles dans le corps, telles que la modification de l'ADN ou de causer des cancers. L'exposition au rayonnement peut créer des problèmes au moyen de deux méthodes: les particules peuvent réagir avec l'eau dans le corps humain pour produire des radicaux libres qui décomposent les molécules d'ADN à part, ou par rupture directement les molécules d'ADN. [1] [4]
La température dans l'espace peut varier extrêmement selon l'endroit où le soleil est. Les températures de rayonnement solaire peut atteindre jusqu'à 250 ° F (121 ° C) et plus bas à -387 ° F (-233 ° C). Pour cette raison, les scaphandres doivent fournir une bonne isolation et le refroidissement. [1]
Les théories de la conception
Une combinaison spatiale devrait permettre à son utilisateur naturel grande liberté de mouvement. Presque tous les modèles essaient de maintenir un volume constant, peu importe ce que les mouvements du porteur fait. En effet, il faut un travail mécanique pour modifier le volume d'un système de pression constante. Si fléchissant un joint réduit le volume de la combinaison spatiale, l'astronaute doit faire un travail supplémentaire à chaque fois qu'il se penche cette articulation, et il doit maintenir une force pour maintenir le joint plié. Même si cette force est très faible, il peut être sérieusement fatigantes constamment se battre contre son costume. Il fait aussi des mouvements délicats très difficile. Le travail nécessaire pour plier un joint est dictée par la formule
où Vi et Vf sont respectivement le volume initial et final de l'articulation, P est la pression dans la combinaison, et W est le travail résultant. Il est généralement vrai que toutes les combinaisons sont plus mobiles à des pressions plus basses. Cependant, en raison d'une pression interne minimale est dictée par les exigences de maintien de la vie, le seul moyen de réduire davantage le travail est de minimiser la variation de volume.
Tous les modèles de combinaisons spatiales tentent de réduire ou d'éliminer ce problème. La solution la plus courante consiste à former la combinaison de plusieurs couches. La couche de la vessie est une couche caoutchouteuse, étanche à l'air un peu comme un ballon. La couche de retenue va à l'extérieur de la vessie, et fournit une forme spécifique pour la combinaison. Etant donné que la couche de vessie est plus grande que la couche de retenue, le dispositif de retenue prend toutes les contraintes provoquées par la pression à l'intérieur de la combinaison. Étant donné que la vessie ne sont pas sous pression, il ne sera pas « pop » comme un ballon, même si crevé. La couche de retenue est conformée de telle sorte que le pliage d'une poche causes communes de tissu, appelées « goussets », d'ouvrir à l'extérieur de l'articulation, tandis que les plis appelés « spires » se replient à l'intérieur de l'articulation. Les Gores représentent le volume perdu à l'intérieur de l'articulation, et de garder le costume à un volume presque constant. Cependant, une fois que les gores sont ouverts tout le chemin, l'articulation ne peut être plié plus loin sans beaucoup de travail.
Dans certains combinaisons spatiales russes, bandes de tissu étaient enveloppés étroitement autour des bras de cosmonaute et jambes en dehors de la combinaison spatiale pour arrêter la combinaison spatiale de ballonnement quand dans l'espace.
La couche la plus externe d'une combinaison spatiale, la micrométéorites thermique de vêtement, assure l'isolation thermique, la protection contre les micrométéorites et de blindage contre les rayonnements solaires nocifs.
Il existe quatre approches théoriques pour convenir à la conception:
costume expérimental espace AX-5 coque rigide de la NASA (1988)
costumes souples
costumes souples sont généralement faits principalement de tissus. Toutes les combinaisons souples ont des parties dures, certains ont même des roulements communs durs. l'activité intra-véhicules et costumes début EVA étaient costumes doux.
costumes coquille dure
costumes hybrides
costumes hybrides ont des parties et des pièces de tissu à carapace dure. Extravéhiculaire Unité Mobilité de la NASA (UEM) utilise une fibre de verre dur supérieur Torso (HUT) et des membres de tissu. CIT I-Suit de Dover remplace le HUT avec un tissu doux torse pour gagner du poids, ce qui limite l'utilisation de composants durs aux paliers mixtes, casque, joint à la taille, et trappe d'entrée arrière. Pratiquement tous les modèles de costume d'espace pratique intègrent des composants durs, en particulier au niveau des interfaces telles que le joint de la taille, des paliers, et dans le cas de poursuites entrée arrière, la trappe arrière, où toutes les alternatives sans alcool ne sont pas viables.
costumes moulants
Pour plus de détails sur ce sujet, voir costume d'activité spatiale.
technologies précédentes connexes comprennent le masque à gaz utilisé dans la Première Guerre mondiale. le masque d'oxygène utilisé par les pilotes de haute bombardiers volants dans la Seconde Guerre mondiale, le costume de haute altitude ou vide requis par les pilotes du Lockheed U-2 et SR-71 Blackbird. la combinaison de plongée. recycleur. équipement de plongée sous-marine, et bien d'autres.
De nombreux modèles de spacesuit sont extraites des costumes US Air Force, qui sont conçus pour fonctionner en « haute altitude pression de l'aéronef [s] » [1], comme le costume Mercure IVA ou Gemini G4C, ou l'équipage avancée échapper costumes. [7]
Life Technology Soutien
Le développement du casque dôme sphéroïde était essentiel dans l'équilibre de la nécessité pour le champ de vue, la compensation de pression et de faible poids. Un inconvénient avec des combinaisons spatiales est la tête étant fixe vers l'avant et d'être incapable de se tourner vers regarder de côté. Les astronautes appellent cet effet « tête d'alligator. »
costumes à haute altitude
Combinaison spatiale conçu par l'ingénieur militaire Emilio Herrera Linares pour ballon stratosphérique
Les modèles de signification historique
modèles de costume soviétiques et russes
Unité extravéhiculaire Mobilité
modèles de costume chinois
Shenzhou intra-véhiculaire combinaison spatiale d'activité
combinaison spatiale Feitian
Plusieurs entreprises et les universités développent des technologies et des prototypes qui représentent des améliorations par rapport combinaisons spatiales actuelles.
Astronaute Gant Défi
Système Constellation Espace Suit
Space Suit final Frontier Design IVA
Space Suit final Frontier Design IVA
Le MX-2 a une pression de fonctionnement de 2,5 à 4 psi. Il est un costume entrée arrière, avec un HUT en fibre de verre. L'air, l'eau de refroidissement LCVG, et la puissance sont des systèmes en boucle ouverte, fournis par un câble ombilical. La combinaison contient un mini-ordinateur Mac pour capturer des données de capteurs, tels que la pression de la combinaison, d'entrée et de température de l'air de sortie, et la fréquence cardiaque. [32] éléments de costume redimensionnable et ballast réglable permettent la combinaison d'accueillir des sujets allant en hauteur de 68 à 75 pouces (170 à 190 cm), et avec une gamme de poids de 120 lb (54 kg). [33]
costume Dakota du Nord
Prototype eXploration Costume de la NASA (PXS), comme la série Z, est une combinaison entrée arrière compatible avec suitports. [36] Le costume a des composants qui pourraient être 3D lors des missions à imprimé une série de spécifications pour adapter différents individus ou l'évolution des besoins de mobilité. [37]
SpaceX spacesuit
Pour plus de détails sur ce sujet, voir scaphandres dans la fiction.
La fiction de l'espace le plus ancien a ignoré les problèmes de voyage à travers un vide, et a lancé ses héros dans l'espace sans protection spéciale. Au 19ème siècle plus tard, cependant, une marque plus réaliste de la fiction de l'espace a émergé, dans lequel les auteurs ont tenté de décrire ou décrire les combinaisons spatiales portées par leurs personnages. Ces combinaisons de fiction varient en apparence et de la technologie, et vont de la très authentique à tout à fait improbable.
ours en peluche levé à 30,085 mètres au-dessus du niveau de la mer sur un ballon d'hélium dans une expérience de matériaux par CU Spaceflight et SPARKS club scientifique. Chacun des ours portaient une combinaison spatiale différent conçu par 11 à 13 ans de SPARKS.