https://bodybydarwin.com
Slider Image

חליפת החלל העמוק

2022

עד שהאזעקות עוברות, הוא שוב על הרגליים, מקווה שהרובד לא מצלם, אבל בידיעה שכך זה - שההתפשטות הראשונה שלו על פני פובוס תועדה לדורות הבאים. התצוגה הסיב אופטית של המסך מהבהבת מבשר רעות: הפרת חליפה. גופו, או איזה רסיס קטן ממנו, נחשף לוואקום הגולמי והלא-אוויר של ירח מאדים.

אסטרונאוט יכול למות בדרכים רבות, אך פירוק הוא אחד המבעיתים יותר. חליפת חלל מנוקדת פירושה מרוץ לקדושה, לפני שמעטפת החמצן הטהורה המקיפה את הגוף מדממת והיפוקסיה גורמת לאדם להתפוגג. ירידת לחץ מהירה אינה נפיצה, אך היא מכוערת: מים בגוף מתחילים להתאדות ומנסים לברוח, הריאות קורסות והמחזור נכבה.

אף אחד לא מת היום, לפחות לא בפובוס. החליפה שהוא לובש אינה בלון בלחץ. זה הפוך, באמת - חליפת סחיטה, עם סריג של סגסוגות זיכרון חכם הקושר אותו לגוף, ומחליף כרית חמצן בלחץ נגד מכני ישיר. התוצאה מעצבת וזריזה; זה דורש פחות אנרגיה כדי לנוע ומגדיל את טווח האסטרונאוט ברגל. ובמקרה של קרע, החליפה נותרה בת-קיימא: ניתן לתקן אותה במקום עם שווה ערך לחוקר החלל לתחבושת אייס, וסגסוגות זיכרון צורה משלו נמשכות חזק כדי לאטום את הפרצה.

כשהתיקון נמצא במקום, האזעקות פסקו. חיישנים אפידרמיים ואלגוריתמים לתכנון נתיבים קיצרו את הטרק של האסטרונאוט על פני השטח, מששה מיילים החוצה לכמעט ארבעה. הוא יתקשר לבקרת משימה כדי להתווכח נגד קיצור הדרך הזה כאשר דופק ייקבע. חבורה מגעילה לא הולכת להרוג אותו. והוא לא נסע 100 מיליון קילומטרים מהבית כדי לחזור עכשיו.

* * *

כדי שבני אדם ידחפו רחוק יותר אל מערכת השמש - לאסטרואיד, לירח מאדים, או אפילו למאדים עצמו - הם יזדקקו לחליפת חלל חדשה: כזו שתאפשר להם לנסוע בחלל עמוק, לנוע בקלות על פני משטחים זרים. ולשרוד מגוון רחב של סכנות קטלניות. "אם חור קטן הופיע בחליפה בלחץ גז, זה מקרה חירום גדול. המשימה הסתיימה; חזור למקלט הבטוח שלך בהקדם האפשרי, אומר דייבה ניומן, מהנדס ביו-רפואי לחלל ומנהל תוכנית הטכנולוגיה והמדיניות של MIT.

אפילו החליפות המשוכללות ביותר של ימינו מוגבלות למסלול כדור הארץ נמוך - ואף פעם לא תוכננה לעזוב את החללית. נאס"א החלה להשתמש בחליפת הבריחה המתקדמת של הצוות (ACES) לאחר אסון הצ'לנג'ר ב -1986 כדי להגן על אסטרונאוטים של מעבורות במהלך השיגור וההכנסה מחדש. אבל זה בקושי היה מתאים לתפקיד. מכיוון שבקרות המעבורת לא נבנו להפעלה מתאימה, טייסים טסו באופן שגרתי ללא כפפותיהם המגושמות, והותירו אותם פגיעים לדליפת לחץ מהירה. מערכת תומכת החיים של החליפה הייתה אד הוק, עם צינורות מודבקים ברחבי תא הנוסעים. כעת, לאחר שתכנית המעבורות הסתיימה, אסטרונאוטים לובשים את המקבילה הרוסית ל- ACES, שהוצגה בשנת 1973.

החליפה הנוספת של נאס"א, יחידת הניידות Extravehicular (EMU), היא פחות בגד מאשר חללית מרובה מיליוני דולרים עמוסה באינסטלציה מקוררת נוזלים. שחוק במהלך טיולי חלל, הוא נגע לראשונה בריק בשנת 1983; רוב הבדים היו חודשי הקצה במהלך המלחמה הקרה. אף על פי שיצרנית החליפה, ILC Dover, ניסתה פולימרים בריפוי עצמי, ולמרות שנאס"א קידמה פיתוח של חומרים מתקדמים כמו אירוגלים לבידוד תרמי אולטרה-אטין, טכנולוגיות אלה טרם היגרו ל- EMU.

העידן הבא של טיסה בחלל לא אמור להסתפק במורדות ידיים, ולא בעושר החומרים והעיצובים הדגורים במעבדות ברחבי העולם. עם ההשתלטות הפרטית הממשמשת ובאה על שיגור מסלולי מסלול ותת-אזורי, וההדים הראשונים למנדט להנחת בני אדם על מאדים, יהיו אנשים רבים נוספים לחלל, חלקם נוסעים למרחקים גדולים. מגיע להם חליפות שלא רק שומרות על בטיחותן, אלא גם עונות על שאיפותיהן.

* * *

החליפות החדשות הראשונות יהיו ממשיכי דרכם המיועדים ל- ACES, רק שהם לא יהיו מיועדים לאנשי טילים עזים, אלא לקבוצה חדשה של טייסים ונוסעים ששילמו מאות אלפי דולרים שיוחלפו לחלל. אלה נקראות פעילות תוך רחמית או חליפות כניסת שיגור, אלה הן מסכות החמצן הנפתחות של תעשיית החלל, מכשירים שתפקודם האמיתי ich wh wh בועט בזמן חירום.

בחוזה הראשוני עם יצרנית חליפות קבע SpaceX כי בגד הלחץ צריך להיראות "רע." כאשר מעצבים מתמודדים לראשונה עם לקוחות שאינם נאס"א, הם נאלצים להתמודד עם אתגרים חדשים. בחוזה ראשוני עם יצרנית החליפות אורביטל אאוטפיטרס קבעה SpaceX כי בגד הלחץ חייב להיראות "רע. אתה לא מקבל סוג כזה של פיות בחוזים ממשלתיים אומר כריס גילמן, המעצב הראשי בחברת אורביטל אאוטפיטרס." אני אוהב את זה. " עם זאת, ישנם מכשולים לעיצוב חליפת חלל. חליפת כניסת שיגור היא לא כנואה, מקשה אחת גדולה משובצת ממשקים קשיחים לקסדה והכפפות, ומספיקה מקום לנפח, דמוי כדורסל, כאשר הוא מוגדר מראש במיוחד במושב, כך שאסטרונאוט לא נאלץ לקום. גילמן מתכנן להתמודד עם "התחת התחת" הזה בתפרים טקטיים. טד דרום, מייסד שותף של Final Frontier Design, שהבטיח מימון ראשוני ל- 3G שלו. התאים דרך פלטפורמת מימון הקהל של קיקסטארטר, מקווה להשתמש בדפוסים כמעצבי אופנה תמיד צריכים לשפר את הכושר. "אני באמת חושב שזה המפתח שהוא אומר. "ככל שהוא יותר אנתרופומורפי, כך הוא נראה קריר יותר."

זהו העסק החדש של עיצוב חליפות חלל: לספק את צרכיהם של לקוחות מסחריים, בין אם זה אומר לדחוס שרידות בחבילה של פינבר, או לבוא עם חידושים חדשים וחסכוניים בעלויות בבחירת מבנים וחומרים. חליפת הדור השלישית הראשונה אשר אמורה להיות מועברת למשלוח כבר בינואר לסטארט-אפ הספרדי והחלל האפס 2 אינפיניטי מבטלת חלק מרכיבי מתכת. Final Frontier שוקל להחליף אחרים בפלסטיק בעל ביצועים גבוהים. עבור חליפת IS3 שמספקת אורביטל אאוטפיטרס ל- XCOR Aerospace לשימוש בדו-מושבים הדורבורי שלה, חברת Lynx בוחנת אלמנטים חד פעמיים. ניתן להחליף רכיבים כמו שכבת השלפוחית ​​שאוטמת את החליפה לפני כל שיגור.

* * *

כדי לעבור מעבר למסלול נמוך מכדור הארץ, אסטרונאוטים יצטרכו יותר מחליפת כניסה חדשה לשיגור. הם יצטרכו חליפה לכל מטרה לבדיקה. נאס"א חשפה לאחרונה את חליפת ה- Z-1 שלה, הראשונה בסדרה של עיצובים במבחנים. ה- Z-1 מכיל מסבים במפרקים שהופכים אותו לנייד בהרבה מהמודל הנוכחי של פעילות חוץ רחמנית (EVA), ה- EMU. יש לו גם יציאת כניסה אחורית שיכולה להפוך את החליפה למנעול אוויר משלה, מה שמאפשר לעגן אותה לצד בית גידול כדי להימנע ממעקב אחרי רגולית ירח שוחקת או אדמת מאדים מאכלים. בשלב הבא הסוכנות תחל בעבודה על ה- Z-2, והתכונות הטובות ביותר של שתי חליפות אלה יתקפלו ל- Z-3. אם הכל יתנהל לפי התוכנית, ה- Z-3 יעשה את החלל הפתיחה שלו מתחנת החלל הבינלאומית עד 2017.

אבל לא משנה מה התכונות שה- Z-3 לוקח למסלול, זה לא צפוי לכלול חומרים חלוציים ביותר של ימינו, או לפתור את החיסרון הגדול ביותר של חליפות EVA: מדובר בגלימות בצורת אדם, מלאות בחמצן מספיק כדי לשמור על לחץ שרוד. כאשר עוברים דירה, אסטרונאוטים שורפים 75 אחוזים מהאנרגיה שלהם נאבקים נגד בגדיהם שלהם, משרבים את איברי בלון-החיות הענק שלהם לכפיפה ולהארכה, ורק 25 אחוזים על עסק החקר בפועל.

הניומן של MIT רוצה להפוך את היחס הזה. מאז 1999 היא מפתחת את ה- BioSuit, חליפת חלל המחליפה לחץ לחץ מלא במערכת אחרת: לחץ נגד מכני (MCP). במקום לשאוב במאגר מגן של אוויר, MCP מפעיל סחיטה בגוף מלא, ומשחזר לחץ אטמוספרי מספיק באמצעות כוח מכני. החליפה שהתקבלה תנוע בקלות רבה יותר, ותשתמש רק ב 25 אחוז מהאנרגיה של אסטרונאוט. זה יהיה גם הרבה יותר עמיד, מכיוון שניתן יהיה לשחזר קלות נגד מכניות בקלות במקרה של הפרה.

אסטרונאוטים זקוקים לחליפה שיכולה להתמודד עם פני השטח החבוטים של אסטרואיד פוגע וסופת אבק בכוכב האדום. כדי להפוך את MCP למציאות, ניומן זקוק לחומר חדש - כזה שנקשר בחוזקה ומתאים לעיקולים המורכבים של הפיזיולוגיה האנושית, בעוד גם נכנע לתנועה. "בשנתיים האחרונות בדקנו 14 טכנולוגיות מועמדות שהיא אומרת." עכשיו יש לנו שלוש. "אפשרות אחת היא אלסטומרים דיאלקטריים, המתרחבים או מתכווצים דרך זרם חשמלי, ומתפקדים כנפח נמוך מפעילים אחרים הם סגסוגות זיכרון צורה, מונח כולל
למתכות גמישות שיכולות לחדש את צורתן המקורית ותכונותיה. הצוות של ניומן מתמקד בהקלת סגסוגות מרובות, כולל תערובת הניקל-טיטניום, Nitinol, אשר מעוותת ורפורמות על בסיס שינויים בטמפרטורה.

"אני חושב שהוכחנו את היתכנות טכנית שניומן אומר. היא מעריכה שאפילו כמה מיליוני דולרים בשנה היא יכולה להגדיל את הטכנולוגיה כדי לייצר חליפה אמיתית בעוד שלוש עד חמש שנים.

* * *

המשוכות העומדות בפני משימה מאוישת בחלל העמוק מפחידות: הנעה המסוגלת לבצע כלכלית מסע הלוך ושוב למאדים, חללית שיכולה להגן על אנשי צוותה מפני קרניים קוסמיות גלקטיות קטלניות במהלך טיסת השנה. זה לא יהיה בשנה הבאה, או ככל הנראה אפילו לא בעשור הבא, אבל כאשר יבוא היום לחקירת חלל מרחוק, אסטרונאוטים יזדקקו לחליפה שיכולה להתמודד עם מגוון סביבות, החל לפני השטח המחורר של אסטרואיד פוגע ועד אבק. סערה על הכוכב האדום. כדי לבנות אותו, מעצבים יזדקקו לארסנל של חומרים חדשים, שכל אחד מהם יקנה יכולת חדשה.

חוטים מוליכים ופולימרים אלקטרו-אקטיביים שרוכים לאורך החליפה יכלו לקטוף אנרגיה מתנועות האסטרונאוט ולהפוך את מגן הקסדה בלחץ לתצוגת ראשים סיבים אופטיים שקופים. מפות מקומיות ונתיבים מוגדרים מראש המוצבים על גבי המסך עלולים להפעיל ולכבות באמצעות פקודות קוליות. נתונים אחרים עשויים להגיע מחיישנים ביו-אפידרמיים, המסוננים באמצעות אלגוריתמים שממליצים על קצב איטי יותר למיטוב אספקת האנרגיה והאוויר. אפילו מהנדסים ספקנים ביחס למימוש MCP בגוף מלא בכל עת, רואים בקרוב יישומים מוגבלים, כמו כפפות נטולות דלק.

תלוי ביעד, מעצבים יכולים להחליף רכיבים אחרים. בחליפה העומדת לאסטרואיד עשויים להיות סוליות מגף הממנפות את אותה אפקט הדבקה יבש של עור שממית, ומאפשרות להידבק למשטחים כמעט בכל מצב, כולל כוח משיכה כמעט אפס על גוף שמימי מסתובב במהירות. ניתן להרכיב מייצבים הנמצאים בפיתוח במעבדת דרייפר על זרועותיה ורגליה של החליפה: גירוסקופים ממוזערים בעלי דיסקים מסתובבים זעירים, הם יספקו התנגדות ליצירת הרושם של כוח המשיכה בכדור הארץ ויכולים להפחית את חוסר ההתמצאות באפס G.

מאדים מציג אתגרים משלו, כולל טמפרטורות הנעות בין 70 ° F ל- -225 ° F. "במאדים יש עונות אומרת איימי רוס, מהנדסת חליפות חלל בנאס"א המעורבת ב- Z-1." אולי תזדקק למעשה לז'קט האביב הקליל שלך ולמעיל החורף הכבד. "בזמן שרוס מדמיין לספק סרבלים בגוף מלא נשלפים של ניומן דוחף למעילים ממשיים - בגד שכבתי אוויר-אג'ל שיהיה בעובי של כמה מילימטרים בלבד, עם מספיק בידוד ספוג גז בכדי לעמוד בירידות הטמפרטורות הגרועות ביותר של מאדים. ציפוי בהשראת עלים לוטוס שפותח על ידי ILC Dover זה מחקה את תכונותיו החלקלקות של הניקוי העצמי של הצמח - יכול להגביל את כמות האבק הנלמד לרכבים ומתקנים.

Final Frontier רודף אחר תרכובות ננו-מבניות או אבקות להגנה קלה וגמישה מפני קרינה - אחד האתגרים הגדולים ביותר עבור חליפות עתידיות. כיום אין חליפות מחוץ לכלי הגנה מפני קרינה, מה שמאלץ את נאס"א פשוט להגביל את מספר ההליכות בחלל במהלך הקריירה של אסטרונאוט.

כפי שמציין גילמן מאורביטל אאוטפיטרס, חליפות חלל מלאות בדקויות בלתי נראות. "כל גרם של מסה, וכל אינטראקציה פוטנציאלית בין חומרים, מוסיף מורכבות למערכת שכבר מורכבת עם מחשבות. עדיין זה מה שעתיד החלל החליפה עשויה להיות . לרשותם חומרים מסוימים עשויים אף פעם לא לעבוד בחלל. אבל אלה שאולי כן עשויים להסביר את ההבדל בין כמה מדרגות סמליות מדשדשות לבין סיור רגלי בשווי של 100 מיליון קילומטר.

אריק Sofge כותב על מדע, טכנולוגיה ותרבות מסצ'וסטס.

ראו מבט מפורט על חליפת החלל של העתיד בעמוד הבא.

כדי שאסטרונאוטים יחקרו חלל עמוק, חליפות צריכות להיות מלוטשות, חכמות יותר וניתנות לתמרון בהרבה. רבים מהחומרים שיכולים לגרום לזה לקרות נמצאים במעבדות ברגע זה.
אלברט צ'ו

התאמה אישית
במקום לחץ לחץ גז, חליפות עתידיות עשויות להשתמש בסגסוגות זיכרון צורה, כמו אריגת תיל ניטינול המיוצרת על ידי חברת Mid טכנולוגיה מבוססת בוסטון, בכדי ליישם לחץ נגד מכני יציב. הסגסוגת יטופלה בחום בכדי להתאים לאסטרונאוטים בחוזקה לאחר שהם תורמים את החליפות שלהם, אך גם תואמים את התנועה.

חזון מוגבר
האסטרונאוטים מציגים כיום באמצעות פלסטיק; מגן העתיד יכול להיות עשוי מקרמיקה ברורה בשם ALON, שהיא דקה יותר מזכוכית חסינת כדורים וחזקה פי שלושה. תצוגת ראשים-ראש של Lumus Optical, המשמשת את טייסי ה- F-16, עשויה לנדוד לקסדות חלל כתצוגה בצבע מלא המנחה אור לעיניים בעזרת מנסרות אופטיות.

מאגרי קצף
אזורים קעורים בגוף עשויים לדרוש חומר זיכרון נוסף בצורת ויסות הלחץ הנגדי של החליפה. מכון Syracuse Biomaterials פיתח את הבסיס לטכנולוגיה זו: סיבי ננו-סיבי פחמן המייצרים חום כאשר הם מופעלים על ידי חשמל, העלולים לגרום לקצף להתרחב לצורה מוגדרת מראש.

מערכת קירור
חליפות זרם מפזרים מים דרך 300 מטרים של צינורות בכדי לשאוב את חום הגוף. פורדי
מהנדסי האוניברסיטה יצרו טכנולוגיה שיכולה לבודד את הצינורות ולהפיק גם חשמל: סיבי זכוכית (בעתיד, פולימרים) מצופים בננו-קריסטלים תרמו-אלקטרוניים הסופגים חום ומפרקים חשמל.

מעטפת מגן
סחיטה שגויה אחת מלחץ מכני עלולה לפגוע באיברים חיוניים. מעטפת נוקשה ולחוצה במלואה תספק הגנה מבלי להגביל את תנועת האסטרונאוט. כדי למזער בתפזורת ולשמור על נוחות נקודות הקשר בין חומרים קשים ורכים, כל מעטפת תודפס בתלת מימד כך שתתאים למשתמש שלה.

כפפות לריפוי עצמי
עד כה ההגנה הטובה ביותר נגד חליפה או כפפה קרועה היא לבצר אותה בשכבות חזקות יותר. מהנדסים ב- ILC Dover חקרו גישה טובה יותר: שילבו חומרים לריפוי עצמי, כמו פולימרים משובצים בכימיקלים המכוסים במכסת מיקרו. כאשר הקפסולות מתפרקות, הכימיקלים מקצפים ומרפאים את החליפה הקרועה.

בידוד קיצוני
אירוגלים של סיליקה, המורכבים מכ- 95 אחוז אוויר, יכולים לבודד כנגד תנודות טמפרטורה קשות. על ידי ציפוי שלד ננו-סיליקה בפולימר גמיש, צוות מאוניברסיטת אקרון הפך את האווירוגלים לעמידה וגמישה מספיק לחלל. מימן משובץ יכול גם לחסום רמות קרינה מסוכנות.

כוח משיכה מלאכותי
חשיפה ממושכת לכוח הכבידה הנמוכה גורמת לאובדן עצם וניוון שרירים, שהאסטרונאוטים מתגוננים על ידי פעילות גופנית של 2.5 שעות בכל יום. מכשירים שפותחו במעבדת דרייפר יכולים לבנות כושר לחליפות חלל. הגירוסקופים המחוברים לזרועות ולרגליים יכולים לספק התנגדות דומה לכוח הכובד על כדור הארץ.

חוזק דבק
דבק יבש שנוצר באוניברסיטת מסצ'וסטס, ומונח בצורה אסטרטגית על חליפות חלל, יכול לסייע לאסטרונאוטים להחזיק חזק למשטחים וכלים. אריגתו של סיבי פחמן וקלר מחקה את מבנה העור והגיד של כפות הרגליים השממיות, ומעניקה לו חוזק חסר תקדים - עם זאת היא מתקלפת בקלות ממשטחים.

כוח נוסף
יש לטעון שוב ושוב את הסוללות שמעבירות מערכות תומכות חיים. צינורות ננו-תחמוצת אבץ המפותחים באוניברסיטה הטכנולוגית במישיגן יכולים להמיר תנועה לחשמל. הטמעת חוטים פיזואלקטריים כאלה בבד מעל הברכיים והמרפקים יכולה לספק יתירות בעלת ערך בחלל.

הספורט האולימפי ככל הנראה יהרוג אותך

הספורט האולימפי ככל הנראה יהרוג אותך

האשימו ברגים רופפים ו'אופטימיות מוגזמת 'בעיכוב האחרון של טלסקופ החלל החדש של נאס"א

האשימו ברגים רופפים ו'אופטימיות מוגזמת 'בעיכוב האחרון של טלסקופ החלל החדש של נאס"א

אירוע ההלבנה האחרון של חסם המחסום הגדול של שונית הגדולה יכול לאיית את הסוף

אירוע ההלבנה האחרון של חסם המחסום הגדול של שונית הגדולה יכול לאיית את הסוף