Raumanzug
Drei Arten von Raumanzügen gibt es für verschiedene Zwecke: IVA (Innerfahrzeug-Aktivität), EVA (extravehicular Aktivität) und IEVA (intra / extravehicular Tätigkeit). IVA Anzüge sollen in einem unter Druck stehenden Raumschiff getragen zu werden, und sind daher leichter und bequemer. IEVA Anzüge sind für den Einsatz innerhalb und außerhalb des Raumschiffes, wie die Zwillinge G4C Anzug gemeint. Dazu gehört mehr Schutz vor den rauen Bedingungen des Raumes, wie Schutz vor Mikrometeoriten und extreme Temperaturänderung. EVA entspricht, wie die WWU. entweder für Planetenerkundung oder Außenbordeinsätze außerhalb Raumschiff verwendet. Sie müssen die Träger vor allen Bedingungen von Raum schützen, sowie bieten Mobilität und Funktionalität. [1]
Einige dieser Anforderungen gelten auch für Druckanzüge für andere spezialisierte Aufgaben getragen, wie hoch gelegenen Erkundungsflug. In Höhen über der Armstrong Grenze. rund 19.000 m (62.000 ft), Wasser siedet bei Körpertemperatur und unter Druck Anzüge sind erforderlich.
Die ersten Volldruckanzüge für den Einsatz in extremen Höhen wurden von einzelnen Erfindern entwickelt bereits seit den 1930er Jahren. Der erste Raumanzug von einem Menschen im Raum getragen war der Sowjet SK-1-Anzug 1961 von Yuri Gagarin getragen.
Raumanzügen verwendet wird auf der Internationalen Raumstation zu arbeiten.
Ein Raumanzug muss mehrere Funktionen erfüllt seinen Insassen zu ermöglichen, sicher und komfortabel zu arbeiten, innerhalb oder außerhalb eines Raumschiffes. Es muss liefern:
sekundäre Anforderungen
Zusätzliche Anforderungen für EVA umfassen:
- Abschirmung gegen ultraviolette Strahlung
- Begrenzte Abschirmung gegen Teilchenstrahlung
- Bedeutet, zu manövrieren, ein Dock, Freisetzung und / oder Haltegurt an ein Raumfahrzeug
- Schutz gegen kleine Mikrometeoriten. einige Reisen mit bis zu 27.000 Kilometern pro Stunde durch einen Einstich beständige Thermo Mikrometeoroiden Garment zur Verfügung gestellt. die die äußerste Schicht des Anzuges. Die Erfahrung hat die größte Chance der Exposition gezeigt tritt in der Nähe des Gravitationsfeld eines Mondes oder Planeten, so wurden diese zunächst auf die Apollo Mond EVA Anzügen eingesetzt (siehe US-Anzug Modelle unten).
Im Rahmen der astronautisch Hygienekontrolle (d.h.en Astronauten vor extremen Temperaturen, Strahlung usw. zu schützen), ein Raumanzug ist für extravehicular Aktivität wesentlich. Die Apollo / Skylab A7L Anzug enthalten elf Schichten in allem: eine Innenauskleidung, einen LCVG, eine Druckblase, eine Rückhalteschicht, eine andere Auskleidung, und eine thermische Mikrometeoroiden Garment bestehend aus fünf aluminisierten Isolationsschichten und eine äußere Schicht aus weißem Ortho-Fabric . Dieser Raumanzug ist in der Lage die Astronauten von Temperaturen im Bereich von -156 Schutz ° C (-249 ° F) bis 121 ° C (250 ° F). [Bearbeiten]
In NASA Raumanzügen, Kommunikation über eine Kappe getragen über den Kopf vorgesehen ist, die Ohrhörer und ein Mikrofon umfasst. Durch die Farbgebung der Version für Apollo und Skylab verwendet. die ähnelte der Färbung der Comicfigur Snoopy. diese Kappen wurde bekannt als „Snoopy caps.“
Betriebsdruck
Astronaut Steven G. MacLean vorge atmet auf eine EVA vor.
Im Allgemeinen genügend Sauerstoff für die Atmung zu versorgen. (; 4,7 psi 240 Torr), die gleich den 20,7 kPa (160 Torr, 3,0 psi) mit einem Druck von etwa 32,4 kPa haben muß ein Raumanzug reinen Sauerstoff unter Verwendung von Sauerstoff-Partialdruck in der Atmosphäre der Erde auf Meereshöhe plus 5,3 kPa ( 40 Torr; 0,77 psi) CO
2 und 6,3 kPa (47 Torr; 0,91 psi) Wasserdampfdruck, von denen beide von dem alveolären Druck abgezogen werden muss alveolären Sauerstoffpartialdruck in 100% Sauerstoff Atmosphären, durch die alveoläre Gasgleichung zu erhalten. [2] Die beiden letzten Zahlen auf 11,6 kPa hinzuzufügen (87 Torr; 1,7 psi), weshalb viele moderne Raumanzügen nicht 20,7 kPa verwenden (160 Torr; 3,0 psi), aber 32,4 kPa (240 Torr; 4,7 psi) ( Dies ist eine leichte Überkorrektur, wie alveoläre Partialdrücke auf Meereshöhe etwas kleiner als die erstere sind). In Raumanzügen, die 20,7 kPa verwenden, erhält der Astronaut nur 20,7 kPa - 11,7 kPa = 9,0 kPa (68 Torr; 1,3 psi) von Sauerstoff, der über den alveolären Sauerstoffpartialdruck auf einer Höhe von 1.860 m (6.100 ft) über die erreicht wird Meereshöhe. Dies ist etwa 78% des normalen Sauerstoff-Partialdruck auf Meereshöhe, [Bearbeiten] etwa die gleichen wie Druck in einem kommerziellen Passagierdüsenflugzeug, und ist die realistische untere Grenze für eine sicheren gewöhnlichen Raumanzug unter Druck, die für die Arbeit angemessene Kapazität ermöglicht.
Die Exposition gegenüber Raum ohne Raumanzug
Der menschliche Körper kann kurz das harte Vakuum des Weltraums ungeschützt, [3] trotz gegenteiliger Darstellung in einiger populären Science-Fiction überleben. Menschenfleisch erweitert, um etwa die doppelten Größe unter solchen Bedingungen, um die visuelle Wirkung eines Bodybuilder gab eher als einen überfüllten Ballon. Das Bewusstsein ist für bis zu 15 Sekunden, um so die Auswirkungen von Sauerstoffmangel eingestellt in beibehalten. No Schnappeffekt gefrieren tritt auf, da die gesamte Wärme durch Wärmestrahlung oder die Verdampfung von Flüssigkeiten verloren werden muß, und das Blut nicht siedet, da sie im Körper unter Druck gesetzt bleibt, .
Im Weltraum gibt es viele verschiedene hochenergetischer subatomaren Protonen, die den Körper auf extreme Strahlung aussetzen wird. Obwohl diese Verbindungen in einer Menge minimal sind, ist ihre hohe Energie haftet wesentliche physikalische und chemische Prozesse im Körper zu unterbrechen, wie DNA-Veränderung oder Verursachung Krebserkrankungen. Bestrahlung kann Probleme über zwei Methoden erzeugen: die Partikel mit Wasser im menschlichen Körper, um freie Radikale zu erzeugen, reagieren können, die DNA-Moleküle auseinanderbrechen, oder durch direkt auf das DNA-Molekül zu brechen. [1] [4]
Temperatur im Raum variiert extrem je nachdem, wo die Sonne ist. Temperaturen von Sonnenstrahlung können auf 250 ° F bis erreichen (121 ° C) und senken bis zu -387 ° F (-233 ° C). Aus diesem Grund muss spacesuits die Isolierung und Kühlung. [1]
Theories of Design
Ein Raumanzug sollte seine Benutzer natürlich nicht ausgeschöpften Bewegung ermöglichen. Fast alle Designs versuchen, ganz gleich, um ein konstantes Volumen zu halten, welche Bewegungen der Träger macht. Dies liegt daran, mechanische Arbeit benötigt wird, um das Volumen eines Konstantdrucksystem zu ändern. Wenn ein gemeinsames Biegen des Volumens des Raumanzug reduziert, muss der Astronaut tun zusätzliche Arbeit jedes Mal, wenn er diese gemeinsame verbiegt, und er hat eine Kraft zu halten das Gelenk gebogen zu halten. Auch wenn diese Kraft sehr klein ist, kann es ernsthaft ermüdend sein ständig Klage gegen eine zu kämpfen. Es macht auch feine Bewegungen sehr schwierig. Die Arbeit benötigt, um ein Gelenk zu beugen wird durch die Formel diktierte
wobei Vi und Vf jeweils die Anfangs- und Endvolumen des Gelenkes, P der Druck in dem Anzug, und W ist die sich ergebende Arbeit. Im allgemeinen ist es wahr, dass alle Klagen bei niedrigeren Drücken mehr mobil sind. Da jedoch ein Mindestinnendruck von Lebenserhaltungsanforderungen diktiert wird, das einzige Mittel, die weitere Arbeit zu reduzieren, ist die Volumenänderung zu minimieren.
Alle Raumanzug Designs versuchen, dieses Problem zu minimieren oder zu beseitigen. Die häufigste Lösung ist es, den Anzug aus mehreren Schichten zu bilden. Die Blasenschicht ist eine gummiartige, luftdichte Schicht viel wie ein Ballon. Die Rückhalteschicht geht außerhalb der Blase, und stellt eine spezifische Form für den Anzug. Da die Blasenschicht größer ist als die Rückhalteschicht ist, nimmt die Zurückhaltung alle der durch den Druck im Inneren des Anzugs hervorgerufenen Spannungen. Da die Blase nicht unter Druck steht, wird es nicht „Pop“ wie ein Ballon, auch wenn punktiert. Die Rückhalteschicht ist in einer solchen Weise geformt, dass eine gemeinsame Ursachen Taschen aus Stoff, genannt „Zwickel“ Biege an der Außenseite des Gelenks zu öffnen, während die genannte Falten „Faltungen“ an der Innenseite des Gelenkes zusammenfalten. Die Zwickel bilden für das Volumen an der Innenseite des Gelenks verloren, und halten Sie den Anzug auf einem nahezu konstanten Volumen. Sobald jedoch die Zwickel vollständig geöffnet ist, kann das Gelenk nicht weiter, ohne eine beträchtliche Menge an Arbeit gebogen werden.
In einigen russischen Raumanzügen wurden Stoffstreifen gewickelt fest um die Kosmonauten der Arm und Beine außerhalb des Raumanzugs den Raumanzug aus Ballon zu stoppen, wenn im Raum.
Die äußerste Schicht aus einem Raumanzug, die Thermal Mikrometeoroiden Garment stellt thermische Isolierung, Schutz gegen Mikrometeoriten und vor schädlicher Sonnenstrahlung abschirmt.
Es gibt vier theoretische Ansätze Design gerecht zu werden:
NASA experimenteller AX-5 Hartschalenraumanzug (1988)
Soft-Anzüge
Soft-Anzüge typisch sind meist aus Stoffen. Alle weiche Anzüge haben einige harte Teile, einige haben sogar harte Gelenklager. Intra-Fahrzeugaktivität und frühe EVA Anzüge waren weich Anzüge.
Hartschalen Anzüge
Hybrid Anzüge
Hybrid Anzüge haben Hartschalenteile und Gewebeteile. NASA Extravehicular Mobility Unit (EMU) verwendet ein Glasfaserhartoberkörper (HUT) und Gewebe Gliedmaßen. ILC Dover ‚s I-Anzug ersetzt die Hütte mit einem weichen Stoffe Oberkörper Gewicht zu sparen, die Verwendung von harten Komponenten auf die Gelenklager zu beschränken, Helm, Taille Dichtung und hintere Einstiegsluke. Praktisch alle tragfähigen Raumanzug Designs integrieren harte Komponenten, insbesondere an Grenzflächen wie die Taillendichtung, Lager, und im Fall von Rück Eintrag Anzügen, hinten Luke, wo alle weich Alternativen nicht lebensfähig sind.
Skintight Anzüge
Weitere Einzelheiten zu diesem Thema finden Sie Raum Aktivität Anzug.
Verwandte vorhergehenden Technologien umfassen die Maske Gas im Zweiten Weltkrieg. die Sauerstoffmaske von Piloten von hoch fliegenden Bombern im Zweiten Weltkrieg, die Höhenlage oder Vakuumanzug erforderlich durch Piloten der Lockheed U-2 und SR-71 Blackbird verwendet. der Taucheranzug. Rebreather. Tauchausrüstung, und viele andere.
Viele Spacesuit Entwürfe von den US-Air Force Anzügen genommen werden, die dafür ausgelegt ist, zu arbeiten „Höhenlage Flugzeugdruck [s]“ [1] wie die Mercury IVA Anzug oder die Gemini-G4C oder im Advanced Mannschafts-Rettungsanzügen. [7]
Life Support Technologie
Die Entwicklung des kugeligen Kuppel Helms war der Schlüssel in der Notwendigkeit Sichtfeld Ausgleich, Druckausgleich und geringes Gewicht. Ein Nachteil mit einigen Raumanzügen ist der Kopf befestigt ist, nach vorne gerichtet und nicht in der Lage zu drehen seitwärts zu suchen. Astronauts nennen diesen Effekt „Alligatorkopf.“
Erregender Höhe Anzüge
von Militär-Ingenieur Emilio Herrera Linares für Stratosphärenballon entworfen Raumanzug
Modelle von historischen Bedeutung
Sowjetischen und russischen Anzug Modelle
Extravehicular Mobility Einheit
Chinese Anzug Modelle
Shenzhou Intra-Vehicular Activity Raumanzug
Feitian Raumanzug
Mehrere Unternehmen und Universitäten sind die Entwicklung von Technologien und Prototypen, die Verbesserungen gegenüber aktuellen Raumanzügen darstellen.
Astronaut Glove Herausforderung
Constellation Raumanzug System
Final Frontier Design-IVA Raumanzug
Final Frontier Design-IVA Raumanzug
Die MX-2 hat einen Betriebsdruck von 2,5-4 psi. Es ist ein Rück Eintrag Anzug, eine Glasfaser-HüTTE kennzeichnet. Luft, LCVG Kühlwasser und Kraft sind Open-Loop-Systeme, durch eine Umbilical vorgesehen. Der Anzug enthält einen Mac Mini Computer Sensordaten zu erfassen, wie Anzug Druck, Zu- und Ablufttemperaturen und Herzfrequenz. [32] Resizable Anzug Elemente und einstellbare Drossel erlauben der Anzug Subjekte in der Höhe von 68 bis 75 Zoll (170-190 cm), und mit einem Gewichtsbereich von 120 lb (54 kg) im Bereich aufzunehmen. [33]
North Dakota Anzug
NASA-Prototyp eXploration Anzug (PXS), wie die Z-Serie, ist ein Rück-Eintrag Anzug kompatibel mit suitports. [36] Der Anzug hat Komponenten, die während der 3D-Missionen zu einer Reihe von Spezifikationen gedruckt werden können, verschiedene Individuen oder wechselnde Mobilitätsanforderungen zu passen. [37]
SpaceX spacesuit
Weitere Einzelheiten zu diesem Thema finden Sie Spacesuits in der Fiktion.
Der älteste Raum Fiktion ignoriert die Probleme durch eine Vakuum-Reisen, und startete seine Helden durch den Raum ohne besonderen Schutz. Im späteren 19. Jahrhundert jedoch eine realistischere Marke von Raum-Fiction entstanden, in denen Autoren versuchten, die Raumanzüge getragen durch ihre Charaktere zu beschreiben oder darzustellen. Diese fiktiven Anzüge variieren in Aussehen und Technik, und reicht von der sehr authentisch auf die äußerst unwahrscheinlich.
Teddybären angehoben 30.085 Meter über den Meeresspiegel auf einem Heliumballon in einem Materialexperiment von CU Raumfahrt und SPARKS Wissenschaft Club. Jeder des Bären trug einen anderen Raumanzug entworfen von 11- bis 13-Jährigen von SPARKS.