¿Cómo resiste la presión un traje espacial?
Función del traje espacial
El traje espacial es un equipo personal sellado que protege las actividades vitales y la capacidad laboral de los astronautas. Puede proteger el cuerpo humano de factores ambientales como el vacío, altas y bajas temperaturas, radiación solar, micrometeoros, etc. En un ambiente de vacío, el nitrógeno contenido en la sangre humana se convertirá en gas, lo que hará que el volumen se expanda. Si las personas no usan trajes espaciales presurizados y sellados, sus vidas estarán en peligro debido a la enorme diferencia de presión del aire entre el interior y el exterior.
El traje espacial es un traje multifuncional desarrollado a partir del traje cerrado del piloto. Los primeros trajes espaciales sólo podían ser utilizados por los astronautas en la cabina de la nave espacial. Posteriormente se desarrollaron trajes espaciales para uso extravehicular. Los nuevos y modernos trajes espaciales extravehiculares tienen una estructura de refrigeración líquida y pueden utilizarse para que los astronautas abandonen la nave espacial o exploren la luna.
[Editar este párrafo] Clasificación de los trajes espaciales
Los trajes espaciales se dividen en trajes espaciales de emergencia para uso dentro de la cabina y trajes espaciales para uso fuera de la cabina según sus funciones. Los trajes espaciales en cabina se utilizan dentro de la cabina de una nave espacial. Cuando la presión cayó repentinamente, los astronautas se lo pusieron a tiempo y conectaron el sistema de suministro de oxígeno y gas en la cabina. El traje se presurizaría inmediatamente y se le suministraría aire, además de proporcionar cierta protección de temperatura y comunicaciones para permitir que los astronautas regresen de manera segura en caso de falla de la nave espacial. Cuando la nave espacial está en órbita, los astronautas generalmente no usan trajes espaciales.
[Editar este párrafo] La estructura de un traje espacial
Equipo de protección personal y salvamento que protege la vida de los astronautas durante los vuelos espaciales, también conocido como traje espacial o traje espacial. traje. Los trajes espaciales pueden crear un microclima adecuado para la vida de los astronautas. Su estructura está dividida en seis capas:
①Capa cómoda de ropa interior: los astronautas no pueden lavarse ni cambiarse de ropa durante vuelos largos. Una gran cantidad de sebo y sudor contaminarán la ropa interior, así que elija prendas de punto de algodón suaves, higroscópicas y transpirables. .
②Capa de aislamiento térmico: la capa de aislamiento térmico se utiliza para mantener una temperatura ambiente confortable cuando la temperatura ambiente cambia dentro de un rango pequeño. Elija materiales con buena retención de calor, alta resistencia térmica, suavidad y peso ligero, como guata de fibra sintética, lana, hilo de seda, etc.
③ Trajes de ventilación y trajes de refrigeración por agua (trajes de refrigeración líquida): cuando la temperatura corporal del astronauta es demasiado alta, los trajes de ventilación y los trajes de refrigeración por agua tienen diferentes métodos de disipación de calor. Si el calor generado por el cuerpo humano supera las 350 kcal/hora (como en actividades al aire libre), la ropa de ventilación no puede cumplir con los requisitos de disipación de calor y la ropa de refrigeración por agua se enfriará. Los trajes de ventilación y los trajes de refrigeración por agua utilizan principalmente tubos de plástico blandos, duraderos y resistentes a la presión, como tubos de PVC o membranas de nailon.
④Capa de sellado hermético: en un ambiente de vacío, la seguridad de la vida de los astronautas solo se puede garantizar cuando existe una cierta presión alrededor del cuerpo. Por lo tanto, la capa hermética utiliza cinta recubierta de neopreno, que tiene buena estanqueidad al aire. La capa de restricción está hecha de tejido de alta resistencia y bajo alargamiento, generalmente tejido de poliéster. Dado que es difícil moverse después de ser presurizado, se adoptan varias formas estructurales para cada junta, como malla, fuelle, solapa naranja, etc. Y adopta una estructura giratoria con cojinetes herméticos para mejorar su maniobrabilidad.
⑤Aislamiento térmico: cuando los astronautas salen de la cabina, la capa de aislamiento térmico desempeña un papel de protección contra el sobrecalentamiento o el enfriamiento excesivo. Está hecho de múltiples capas de película de poliimida aluminizada o película de poliéster con tela no tejida intercalada entre las capas.
⑥Capa protectora exterior: Es la capa más externa del traje espacial, la cual se requiere para prevenir incendios, radiaciones térmicas y daños por diversos factores en el espacio (micrometeoros, rayos cósmicos, etc.) al cuerpo humano. . Esta capa es principalmente tejido aluminizado.
Cascos, guantes, botas, etc. También coincide con el traje espacial.
Trajes espaciales para uso en cabina
Un traje espacial se compone de casco, ropa, guantes y botas. El casco está unido a la prenda a través del cuello. La ventana frontal del casco se puede abrir y cerrar a voluntad y se puede bloquear automática o manualmente en unos segundos en caso de emergencia. El traje espacial extravehicular consta de una cubierta exterior, una capa de aislamiento al vacío, una capa de restricción hermética, una estructura de ventilación y un traje de refrigeración líquida. Los guantes y las mangas están conectados mediante conectores de muñeca para ponerse y quitarse fácilmente. Algunas botas están integradas con la ropa y otras se usan por separado. El traje espacial completo pesa entre 30 y 40 kilogramos.
Los otros dos componentes del traje espacial son los guantes y las botas listos para colocar. El guante y la prenda están conectados a través de una muñequera, que es una continuación de la capa de presión de la prenda. Debe adaptarse a la forma de la mano del usuario y se puede poner y quitar rápidamente. Cada articulación del dedo tiene una estructura corrugada para facilitar su operación.
Está hecho de tubos microscópicos muy largos adheridos a la ropa. Cuando el cuerpo humano está aislado del mundo exterior, se puede eliminar el calor, la humedad y el olor generados por el cuerpo humano. La cuarta capa es una capa de restricción hermética y presurizada. No solo debe inflarse y presurizarse para proporcionar suficiente presión sobre el cuerpo sin fugas de aire, ni inflar demasiado la ropa para evitar el desgaste externo, sino que también debe permitir que las articulaciones se muevan libremente. Por lo tanto, la selección de materiales y el diseño de esta capa de estructura es difícil y es una capa clave de la ropa aeroespacial. La quinta capa es la capa aislante, también llamada capa de aislamiento al vacío. El traje espacial en la cabina no necesita esta capa. Por ejemplo, los trajes espaciales utilizados por la nave espacial estadounidense Apollo y los transbordadores espaciales no tienen esta capa, mientras que los trajes espaciales utilizados por la nave espacial soviética Ascension y la nave espacial rusa Soyuz tienen esta capa. Este se compone de 5 a 7 capas de película de poliéster aluminizada, separadas por objetos de malla y pegadas entre sí para formar un escudo. Tiene buenos efectos de aislamiento térmico y protección contra la radiación, y los trajes espaciales extravehiculares deben tener esta capa. La capa más externa es la cubierta exterior. Este recubrimiento requiere una fuerte resistencia al desgaste y a las altas temperaturas. Además de proteger la capa interna de daños, también debes prestar atención al color, generalmente es mejor el blanco o el amarillo dorado.
[Editar este párrafo] Desarrollo de trajes espaciales
La primera persona en el mundo en utilizar equipos de trajes espaciales fue el aventurero estadounidense Willie Post. A principios de la década de 1930, durante un desafío para volar a través del continente norteamericano, alcanzó la estratosfera en un avión monoplaza de Winnie the Pooh. El traje presurizado para vuelo a gran altitud que Post llevaba en ese momento era una bolsa de aire que se inflaba mediante la presión del aire generada por el dispositivo de suministro de presión del motor.
El traje espacial de primera generación
El traje espacial moderno fue lanzado en Estados Unidos en 1961. En mayo de ese año, Aaron Shepard fue el primero en realizar con éxito un vuelo suborbital del Proyecto Mercurio, el primer programa de naves espaciales tripuladas en los Estados Unidos. Los trajes espaciales utilizados en vuelo fueron modificados a partir de los trajes presurizados MK-4 que usaban los pilotos de combate de alto rendimiento de la Marina de los EE. UU. en ese momento. El traje consta de una capa protectora cubierta de neopreno y un aislamiento interior de nailon reforzado tratado con alúmina. Las articulaciones del codo y la rodilla están cosidas en cadenas de metal que se doblan fácilmente. Sin embargo, cuando la presión interna aumenta, a los astronautas les resulta difícil mover sus cuerpos.
Trajes espaciales de segunda y tercera generación
A mediados de los años 60, cuando se implementó el programa Gemini, Estados Unidos desarrolló un traje espacial de segunda generación. Este tipo de traje espacial está hecho de una malla hecha de un material mixto de politetrafluoroetileno cubierto con una bolsa de presión sellada con aire. Incluso si la presión del aire hace que todo el traje espacial se expanda, es fácil de doblar. Debido a que el programa Gemini requiere que los astronautas ingresen al espacio para encontrarse o acoplarse en órbita, el rendimiento de movimiento de este traje espacial es excelente.
La nave espacial de tercera generación se utilizó para la implementación del programa Apolo. La actividad lunar es diferente a flotar en el espacio. Tienes que caminar sobre la superficie rocosa de la luna y agacharte para recoger muestras de rocas. Además, requiere proteger a los astronautas de la intensa radiación solar y del daño de pequeños meteoritos que caen del cielo.
Este tipo de traje espacial está fabricado con pliegues flexibles alrededor de las articulaciones, lo que mejora enormemente el rendimiento deportivo. Sin embargo, debes usar ropa interior especial. Este sujetador de malla, que cubre casi todo el cuerpo, está cosido en un tubo de malla de 100 metros de largo, tan delgado como un espagueti. El agua fría fluye a través del tubo, absorbe el calor emitido por los astronautas y lo descarga al espacio, por lo que los astronautas se sienten muy cómodos después de usarlo. El traje espacial que se lleva fuera de la ropa interior consta de una capa aislante interior, una capa de presión y una capa de restricción (para inhibir la expansión de la capa de presión). La capa más exterior está cubierta con una capa protectora hecha de politetrafluoroetileno y fibra de vidrio. Luego ponte un casco hecho de resina reforzada, guantes con casi la misma cantidad de capas que el traje espacial, botas con malla metálica y tendrás un traje espacial Apolo completo.
En comparación con los trajes espaciales anteriores, la diferencia fundamental del traje espacial Apollo es que utiliza un sistema de soporte vital portátil, es decir, el sistema de soporte vital se fija en la parte posterior para el suministro de oxígeno y la purificación del dióxido de carbono. y enfriamiento del cuerpo.
Trajes espaciales del transbordador espacial
Se puede decir que los trajes espaciales utilizados por los astronautas en el transbordador espacial son la cuarta generación de trajes espaciales. Antes de esto, todos los trajes espaciales eran personalizados. No solo la investigación y el desarrollo y la producción costaban mucho dinero y tiempo, sino que solo podían usarse una vez, lo que estaba lejos de satisfacer nuevas necesidades.
Los trajes espaciales utilizados en el transbordador espacial no están hechos a medida.
Se divide en varias partes según la forma del cuerpo humano, se estandariza en varios tamaños, desde "extra grande" hasta "extra grande", y luego se produce en masa y se procesa en prendas confeccionadas. Los astronautas pueden conseguir un traje espacial satisfactorio seleccionando las piezas que más les convengan y volviéndolas a montar. Después de su uso, no se enviará a un museo como en el pasado, sino que se desmontará nuevamente y todas las piezas se limpiarán y reutilizarán. La vida útil prevista es superior a 15 años.
En la era Apolo, se tardaba una hora en ponerse un traje espacial. Ahora sólo se necesitan entre 10 y 15 minutos para ponerse el traje espacial del transbordador espacial (incluido el sistema de soporte vital). El nuevo sistema de soporte vital puede proporcionar el oxígeno, el agua de refrigeración y la electricidad necesarios a los astronautas que están gravemente agotados físicamente y puede durar hasta 7 horas. No solo eso, también se pueden guardar 500 ml de bebidas y una pequeña cantidad de comida espacial dentro del casco.
En cuanto a la eliminación de orina y heces, se debe defecar en la cabina antes de realizar actividades extravehiculares. La orina se puede descargar en el traje espacial porque hay un dispositivo de succión de orina. Actualmente sólo hay dispositivos para hombres y se están preparando pañales para mujeres. A partir de ahora, las astronautas no tendrán que preocuparse por orinar.
Para dar la bienvenida al advenimiento de la era de las estaciones espaciales, la NASA está trabajando arduamente para desarrollar nuevos trajes espaciales. Si bien es posible construir una estación espacial con trajes espaciales para el transbordador, los astronautas deben estar preparados antes de iniciar actividades espaciales. Es decir, se debe respirar oxígeno puro durante 4 horas, o permanecer en una cabina con una presión de aire de 0,69 mmHg durante unas 12 horas, y luego respirar oxígeno puro durante 40 minutos para expulsar el nitrógeno del cuerpo y permitir que el cuerpo se adapte a el ambiente de baja presión. Sin dicha preparación, dado que la presión dentro del traje espacial es de sólo 0,3 atmósferas, el nitrógeno en el cuerpo formará burbujas debido a la rápida descompresión, lo que provocará que los astronautas sufran enfermedades como los buzos. Evidentemente, será difícil que este tipo de traje espacial satisfaga las necesidades de las frecuentes actividades en el espacio en el futuro. Según las predicciones de la NASA, en la era espacial cada astronauta necesitará trabajar 1.000 horas en el espacio cada año. Por lo tanto, los trajes espaciales no sólo deben ser duraderos, sino también reducir considerablemente los costes.
En comparación con los trajes espaciales anteriores, los trajes espaciales que se están desarrollando ahora tienen diferencias obvias en apariencia. Todo el cuerpo es una estructura rígida como una armadura metálica, y sólo las articulaciones son estructuras plegables y flexibles. La presión interna de este traje espacial se puede aumentar a 0,54 atmósferas, por lo que los astronautas no necesitan prepararse para usar este nuevo traje espacial y no tienen que preocuparse por la enfermedad del cajón. Sin embargo, el aumento de la presión interna hizo que el nuevo traje espacial fuera voluminoso y menos maniobrable. El traje espacial actualmente en prueba pesa 90 kilogramos y es imposible caminar por el suelo con él. Afortunadamente, en el espacio incluso los objetos más pesados pierden peso.
El tiempo de fabricación y desarrollo de los trajes espaciales es todavía bastante corto. ¡Los futuros trajes espaciales serán más adecuados para las necesidades de la vida aeroespacial y espacial humana!
[Editar este párrafo] Pasos para ponerse un traje espacial
Existen pasos y secuencias estrictas para que los astronautas se pongan trajes espaciales extravehiculares, y el orden es diferente para los diferentes tipos de trajes espaciales. Aquí tomamos como ejemplo el traje espacial extravehicular del transbordador espacial estadounidense. Todo el proceso de recorte se completa en 10 pasos:
①Usa un pañal resistente.
②Utilice ropa ventilada y refrigerada por líquido.
③ Viene con dispositivo de acoplamiento bioelectrónico. En este dispositivo hay sensores para medir la frecuencia cardíaca del astronauta y equipos electrónicos para comunicarse con el mundo exterior.
(4) Algunos pequeños procedimientos operativos incluyen aplicar pasta antivaho en la ventana frontal del casco, instalar un pequeño reflector en la muñeca de la manga izquierda de la prenda e instalar una pequeña bolsa de comida y una pequeña bolsa de comida en el pecho de la parte superior del cuerpo de la prenda, instalación de luces y cámaras de TV en el casco, y finalmente conexión de la tapa de comunicación al dispositivo de acoplamiento bioelectrónico. Los cuatro pasos anteriores son preparativos antes de vestirse.
⑤La parte inferior del cuerpo usando ropa. La parte inferior del cuerpo viene en diferentes tamaños para acomodar a astronautas de diferentes tamaños. Hay una gran articulación de carga en la cintura del traje de la parte inferior del cuerpo, que facilita a los astronautas doblarse y girar.
⑥La parte superior del cuerpo con ropa. Antes de ponérselo, el cordón umbilical de enfriamiento de la esclusa de aire debe insertarse en la interfaz de la caja de control de la pantalla en el pecho de la prenda para proporcionar agua fría, oxígeno y electricidad a la prenda.
Dado que la esclusa de aire del transbordador espacial tiene sólo 2,0 metros de alto y 1,6 metros de diámetro, hay mucha gente para que dos astronautas usen trajes espaciales en el interior, por lo que la parte superior de los trajes espaciales se cuelga del soporte en el mamparo de la esclusa de aire. De esta manera, cuando los astronautas quieren ponerse la parte superior del traje, tienen que agacharse, estirar los brazos hacia arriba y asumir la posición de buceador para entrar en el traje. Después de ponerse la ropa, los anillos de sellado se conectan entre sí y luego las distintas tuberías de suministro se conectan a la ropa.
⑦Usar gorra de comunicaciones, casco y guantes. Una vez que se ponen el casco y los guantes, los astronautas no pueden respirar el aire dentro de la esclusa de aire, sino que respiran el oxígeno proporcionado por el transbordador orbitador a través de su cordón umbilical.
⑧ Presurice la ropa y los astronautas la prueben para asegurarse de que la ropa sea hermética y la presión interna sea estable. Las pruebas se centran en el flujo de gas, el agua de refrigeración y la energía de la batería.
⑨Empieza a respirar oxígeno puro, oxígeno y nitrógeno. Es decir, se elimina el nitrógeno del organismo para prevenir la enfermedad por descompresión.
⑩Cierre la puerta interior de la esclusa de aire y despresurice la esclusa de aire. Cuando la presión dentro de la cabina de la esclusa de aire cae a cero, la puerta exterior de la cabina de la esclusa de aire se abre. Al mismo tiempo, el astronauta debe desconectar todas las conexiones entre la ropa y la cabina de la esclusa de aire y enganchar el gancho del cinturón de seguridad en la cabina. varilla fija fuera de la cabina, luego el astronauta puede salir de la cápsula para realizar una caminata espacial.
/天飞/Traje espacial "Tianfei" Traje espacial Tianfei Archivo del traje espacial extravehicular
Descripción del nombre: Traje espacial de vuelo
Peso: 120 kg
Color : blanco
Costo: alrededor de 30 millones de yuanes.
Composición: materiales blandos y duros, de arriba a abajo, casco, miembros superiores, torso, miembros inferiores, guantes de presión, botas.
Uso: Las extremidades están equipadas con correas de ajuste. Al ajustar la longitud de la parte superior de los brazos, antebrazos y extremidades inferiores, pueden usarlo personas con una altura de 1,60 m a 1,80 m.
Resistencia: Puede soportar 4 horas de actividades extravehiculares y puede ser reutilizado 5 veces.
Articulaciones de las extremidades superiores
El uso inteligente de estructuras biónicas hace que los movimientos de las articulaciones sean más cómodos.
Espejo de muñeca
Hay un pequeño espejo en la muñeca a través del cual los astronautas pueden comprobar varios interruptores de su cuerpo en cualquier momento.
La mochila
1,3m de altura, es una puerta sellada para entrar y salir del traje espacial. El equipo de soporte vital del traje espacial extravehicular está instalado dentro del armazón de la mochila, y la bolsa colgante y la botella de oxígeno de repuesto están instaladas en el extremo inferior del armazón de la mochila. Cierra la mochila apretando el cordón y accionando la manija de cierre.
Casco
Después de investigaciones científicas, el casco del traje espacial "Tianfei" tiene un campo de visión más amplio que otros productos similares.
El casco con cámara también tiene una cámara que puede grabar las operaciones extravehiculares de los astronautas.
Hay una lámpara de iluminación a cada lado de la lámpara de iluminación, que puede iluminar la parte del pecho del disfraz, lo que facilita a los astronautas operar en el lado oscuro.
Hay luces de alarma a ambos lados de la luz de alarma. Una vez que la ropa tiene fugas, la luz de alarma parpadeará. También hay una alarma de idioma.
La ventana frontal tiene una estructura presurizada de cuatro y dos capas, y las dos capas están llenas de nitrógeno de alta pureza para evitar el empañamiento. La capa exterior es una ventana protectora y la capa exterior es una ventana de filtro, que tiene un índice de refracción bajo contra la luz solar y se puede bajar cuando se mira hacia la superficie de iluminación.
Los guantes
Hechos para cada astronauta, tienen un aspecto particularmente grueso, un poco como guantes de boxeo.
La capa exterior de los guantes de protección térmica es tejido de fibra con dos capas de estanqueidad al aire. Fabricado con un material de caucho aislante especial, puede soportar altas temperaturas de hasta 100 °C.
En la punta de tus dedos, solo hay una capa hermética para mantener el tacto. Hay dos capas de aislamiento de protección al vacío en la parte posterior del dedo.
La palma está equipada con goma granular elevada en la zona de agarre de la palma, que es principalmente antideslizante. Los guantes pueden contener objetos tan gruesos como un lápiz.
El escudo térmico está equipado con un escudo térmico plegable en el dorso de la mano, que se utiliza para cubrir los dedos, mejorar la capacidad de protección térmica de esta parte y asegurar el movimiento de las articulaciones de los dedos.
Aspecto
Relojes espaciales especialmente diseñados y fabricados con materiales adecuados para el entorno espacial especial.
Parece más grande que un reloj normal y tiene más funciones que un reloj normal. Tiene tres pequeños diales, a saber, horas, minutos y segundos. Puede leer la hora de Beijing y la hora de vuelo, y también puede girar el dial para registrar la hora.
Propósito La observación espacial permite a los astronautas comprender claramente el día y la noche de la Tierra en el espacio oscuro.
Esto garantiza que los patrones de vida de los astronautas estén sincronizados con los de la Tierra y no alteren el reloj biológico.
Ropa
Los trajes espaciales deben estar protegidos y aislados al vacío, y las telas utilizadas deben combinarse con varios métodos de tejido para cumplir con los requisitos de resistencia.
El traje espacial en capas tiene 6 capas: una capa de confort hecha de algodón con tratamiento antiestático especial, una capa hermética de respaldo hecha de caucho, una capa hermética principal compuesta por una estructura de unión compuesta y poliéster. tela, la capa aislante que aísla por reflexión del calor y la capa protectora exterior más externa. El tronco tiene 7 capas y el más grueso tiene 20 capas.