Puntos clave en el diseño de trajes espaciales
1. Los diseñadores deben tener una variedad de habilidades.
Los diseñadores de trajes espaciales deben poseer una variedad de habilidades, dijo Acheson, especialmente creatividad y pensamiento crítico. “Hay que prestar atención a los detalles y elaborar un plan de prueba muy detallado”, dijo. “Cuando se trabaja con evaluadores humanos, hay que diseñar una prueba para obtener comentarios constructivos del evaluador sobre su diseño, como la comodidad. ¿Cómo se define la comodidad? Hay que pensar en este tema desde una perspectiva de ingeniería, y diseñar y fabricar trajes espaciales cómodos requiere creatividad e integración de tecnologías de diferentes campos.
2. Diseñar según los requisitos de la misión
Acheson dijo que cuando los ingenieros de la NASA diseñan un nuevo traje espacial, deben responder dos preguntas: "¿A dónde ir?" hacer?” ayudarlos a determinar la estructura del traje espacial. El trabajo de diseño de los ingenieros se centró primero en las áreas del espacio a las que irían los astronautas. Hay dos tipos de áreas objetivo, una es el área de microgravedad y la otra es el entorno planetario. Los ingenieros determinan cuánta maniobrabilidad le da un traje espacial a un astronauta en función del entorno específico del área objetivo. Además, los ingenieros deben considerar los niveles de radiación, las diferencias de temperatura y los riesgos de meteoritos que enfrentarán los astronautas.
A continuación, los ingenieros deben considerar en qué tipo de misión participarán los astronautas. Por ejemplo, ¿necesitas usar las manos para mover el cuerpo? ¿Será en un entorno de microgravedad? ¿Caminas de pie? ¿Quieres aterrizar en la superficie de un planeta? ¿Utilizas herramientas para minar? ¿Lleva varias herramientas en un cinturón de herramientas y utiliza la parte superior del cuerpo para realizar tareas? ¿Necesitas autonomía? Acheson dijo: "Si quieres aterrizar en la superficie de un planeta, y es un planeta muy lejos de la Tierra, necesitas desarrollar más tecnología para hacer que el traje espacial sea autónomo y permitir a los astronautas tener la capacidad de realizar actividades extravehiculares. Si estás en la estación espacial, habrá mucho contacto directo con los controladores de vuelo. En este caso, podemos renunciar a algo de tecnología de la información y dejar que los controladores de vuelo nos ayuden". 3. Los nuevos trajes espaciales requieren botas nuevas. .
El traje espacial más familiar es probablemente el Traje de Movilidad Extravehicular (EMU). Este traje espacial está diseñado para entornos de microgravedad y permite a los astronautas usar sus manos para completar diversas tareas. Para brindar a los astronautas la capacidad de mantener la Estación Espacial Internacional, los telescopios espaciales y los paseos espaciales, los trajes espaciales EMU están diseñados para permitir que los hombros, manos y brazos de los astronautas tengan una gran movilidad. "Se utiliza la parte inferior del traje para estabilizar el cuerpo y tener una plataforma estable al final del brazo", dijo Acheson. "Si el cuerpo tiembla, no se puede hacer ningún trabajo".
Los nuevos trajes espaciales, incluido el Z-2, están diseñados para entornos planetarios. Acheson y otros diseñadores dedicaron mucho tiempo a diseñar las articulaciones de la muñeca y la cadera, así como las botas. "Esta es la primera vez que diseñamos botas desde las misiones Apolo", dijo. "La forma de caminar cambia en un entorno gravitacional diferente al de la Tierra. Ahora estamos diseñando botas adecuadas para caminar sobre la superficie de Marte o la superficie". luna". . La UEM utiliza botas de suela dura, y las botas para el nuevo traje espacial son completamente diferentes".
Para determinar qué botas eran mejores para el nuevo traje espacial, Acheson probó diferentes botas en 2008. Muchas pruebas de marcha. "Probamos las botas en diferentes entornos de gravedad", dijo. "Es como caminar en una cinta de correr. Debido a que el aparejo soporta el peso del traje, se siente como si estuvieras caminando a 3/8 o 1/6 de la gravedad de la Tierra. "en la superficie." El equipo instaló una serie de marcadores de captura de movimiento en las extremidades inferiores del traje para analizar el movimiento de los pies, tobillos y caderas en diferentes entornos de gravedad. Ella dijo: "En las pruebas, encontramos que las personas a menudo balancean sus caderas cuando caminan en diferentes entornos de gravedad, como si estuvieran volando.
Al estudiar y analizar esto, se puede determinar qué tan suave y rígida debe ser la suela para que caminar sea menos difícil. Actualmente, el equipo todavía está evaluando diseños, centrándose en una suela de bota adecuada para caminar. "La suela es rígida en el antepié y suave en la parte media del pie, adecuada para tareas que requieren arrodillarse", dijo Acheson. ”
4. El objetivo es reducir el peso
El peso de un emú alcanza la sorprendente cifra de 300 libras (unos 136 kilogramos). Sin embargo, los astronautas en microgravedad no sentirán este peso, Acheson. Dijo que el traje espacial Apolo, incluida la mochila, pesaba 180 libras (unos 82 kilogramos) en la Tierra, pero sólo 30 libras (unos 14 kilogramos) en la Luna cuando se usaba el traje. El objetivo del nuevo traje espacial es permitir. los astronautas reduzcan el peso y al mismo tiempo tengan una gran maniobrabilidad, dijo: "A medida que aumentamos la movilidad, necesitamos agregar hardware como cojinetes. Los rodamientos son excelentes para los trajes presurizados, pero añaden peso. Estamos buscando cómo mantener bajo el peso del traje mientras agregamos hardware. Actualmente, la atención se centra en los materiales de titanio, que pueden reducir el peso de los rodamientos en aproximadamente un 30%. Además, estamos considerando nuevos materiales sintéticos para la parte superior del cuerpo, las caderas y las zonas más bajas. "Acheson dijo que el peso del nuevo traje espacial Z-2 será alrededor de 20 libras más ligero que el EMU, que no es demasiado ligero. "Sin embargo, hemos dado a las extremidades inferiores todas las funciones que los trajes espaciales anteriores no tenían. ”
5. El trabajo de diseño comienza con un modelo antiguo.
Una vez que decides “¿Adónde quieres ir?” ” y “¿Qué hacer?” Con las respuestas a estas dos preguntas, los ingenieros comenzaron a diseñar. El equipo de diseño avanzado de trajes espaciales tiene al menos 30 años de experiencia en diseño de trajes espaciales, incluidos los trajes espaciales del transbordador espacial y los trajes espaciales del programa Apollo. "Comenzamos con las pruebas", dijo Acheson. para comprender las diferentes características. A través de pruebas, puedes determinar para qué deportes son adecuados los diferentes diseños de hombros y aprender sobre los diferentes diseños de caderas y botas y cómo usarlos. ¿Necesitas una cremallera? Cosas así. "Al probar trajes espaciales antiguos, los ingenieros pueden diseñar trajes espaciales que satisfagan las necesidades de misiones específicas.
6. La NASA es responsable del diseño y las empresas privadas son responsables de la producción.
Aeroespacial Los trajes son diseñados y probados en el laboratorio por científicos de la NASA. Después de completar estas tareas, la NASA envía sus diseños a empresas privadas, quienes los construirán. "Nosotros presentamos ideas generales y requisitos específicos para hacerles saber qué tipo de traje espacial queremos. necesitamos construir", dijo Acheson. Trabajamos con una variedad de empresas privadas para fabricarlos según las especificaciones que proporcionamos. "Los ingenieros diseñan un traje espacial a la vez. Después del lanzamiento del proyecto Constellation en 2005, diseñaron un prototipo cada tres a cinco años.
7. Determina dónde colocar los puntos a mano
Durante la era Apolo, los trajes espaciales se cosían a mano. Se podría pensar que a medida que la tecnología siga avanzando, esta práctica sería cosa del pasado, pero ese no es el caso. La capa más interna de un traje espacial se llama "bolsa de aire". " Un globo lleno de aire que se sella a máquina y se cose encima es la capa de sujeción, que le da a la bolsa su resistencia y estructura. Presión excesiva sobre la bolsa de aire cuando se aplica presión o codo. "
La capa de restricción todavía necesita ser cosida a mano. "Tenemos una sala llena de trabajadores de costura que operan diferentes tipos de máquinas de coser, dependiendo de qué parte del traje necesita ser cosida", dijo Acheson. . La precisión de la costura manual es extremadamente alta y la precisión de algunas piezas puede alcanzar 1/16 de pulgada (aproximadamente 1,6 mm). "A la hora de coser determinadas piezas, las costureras utilizan puntadas específicas, dependiendo de si la pieza necesita más fuerza o elasticidad.
8. Emplear la última tecnología
Ingeniero Esta es la primera vez en la historia que el traje espacial Z-2 está diseñado utilizando un escáner láser 3D
9. El traje espacial puede tener fugas
El traje espacial puede tener fugas de aire, pero solo una. Acheson señaló que el volumen máximo permitido de fuga de aire de todo el servidor es 100 SCCM (estado estándar mililitro/minuto).
Para garantizar que el traje espacial no tenga fugas, debe cumplir varios requisitos establecidos por el diseñador durante la producción y todos los componentes deben someterse a pruebas rigurosas. Utilice una regla para medir la costura, rompiendo deliberadamente la muestra para determinar si se cumplen los requisitos de resistencia. Acheson dijo: "El evaluador utilizará una máquina para tirar de las costuras o de la propia tela".
Después de obtener el traje espacial completo, el diseñador también lo probará él mismo. "Realizamos pruebas estructurales y de fugas, inflando el traje a 1,5 veces la presión normal de funcionamiento (4,3 psi durante la caminata espacial) para probar la estabilidad de la estructura y determinar si el siguiente paso sería posible", dijo Acheson. cualquier fuga o fuga de aire en las costuras, luego realizamos una prueba estructural para devolver la presión a la presión de funcionamiento normal y luego realizamos una prueba de fugas nuevamente ”
10.
Evidentemente no es rentable personalizar los trajes espaciales de cada astronauta. Los trajes espaciales se fabrican mediante un sistema modular, lo que es parte de la razón por la que los trajes espaciales son voluminosos. Acheson dijo: "Cuando se juntan todas las piezas, el tamaño final del traje espacial a menudo excede la simple suma de las piezas y se adapta a más personas. De pequeño a grande, fabricaremos una serie de componentes, seleccionados de acuerdo con la forma del cuerpo del astronauta. Componentes Este método ayuda a la logística de la estación espacial. "Con los componentes que actualmente se encuentran en la Estación Espacial Internacional se pueden montar cuatro juegos de trajes espaciales EMU y también hay una gran cantidad de piezas de repuesto. El sistema modular también facilita el mantenimiento del traje espacial. Si un componente se rompe, los ingenieros sólo necesitan reemplazarlo, en lugar de fabricar un traje espacial nuevo.
11. Los ingenieros desarrollan un traje espacial a la vez
Dada la complejidad y el rigor del diseño y las pruebas de los trajes espaciales, los ingenieros desarrollan un traje espacial a la vez. "Queremos saber qué diseños funcionan y cuáles no, y luego comenzar la siguiente fase de trabajo", dijo Acheson, desde el concepto hasta el diseño, el prototipo y las pruebas, fabricar un nuevo traje espacial lleva mucho tiempo, a menudo más de un año. . La producción del traje espacial Z-2 comenzará en marzo y finalizará en agosto, seguida de las pruebas.
12. Necesitas usar muchas capas de ropa antes de usar un traje espacial.
En la superproducción de ciencia ficción "Gravity", Sandra Bullock interpreta a una astronauta que se quita su traje espacial Emu y sólo viste un chaleco ajustado y pantalones cortos. Evidentemente, esto es incompatible con la situación real. Los astronautas envueltos en trajes espaciales en realidad usan muchas capas de ropa, incluidas las llamadas prendas de máxima absorción (MAG). "MAG es básicamente un pañal, pero con mucha más absorbencia que un pañal normal", dijo Acheson. "Es su sistema de gestión de desechos. MAG está completamente cubierto con ropa interior cómoda, y la ropa interior larga y bien cortada permite a los astronautas usar líquidos. "Es muy cómodo. Los trajes con refrigeración líquida mantienen la piel fresca cuando los astronautas trabajan con trajes espaciales", dijo Acheson. No queremos que los astronautas suden. Para ello, instalamos en el traje espacial numerosos tubos por los que fluye agua fría, absorbiendo el calor de la piel y liberándolo al espacio. "
13. Los trajes presurizados se pueden fabricar de muchas maneras.
Cualquier persona que vaya al espacio necesita estar presurizada para que su cuerpo siga funcionando correctamente. La presión de aire mínima necesaria para mantener la normalidad La función corporal es de 2,5 PSI, al igual que la inflación de los pulmones y el flujo sanguíneo. Para hacer esto, los astronautas necesitan usar trajes de presión, como los que usan los astronautas de la NASA, señaló Acheson. "Se puede pensar en un traje de contrapresión mecánico como un traje de neopreno ajustado que presiona contra la piel para lograr el efecto deseado", dijo Acheson. "
En la década de 1970, el Dr. Paul Weber de la NASA inventó un traje de presión mecánico, llamado "traje espacial". Aunque este traje de compresión tiene un rendimiento excelente, requiere mucho tiempo. Además de tomar Las prendas de compresión mecánica, que tardan mucho tiempo y requieren mucha ayuda para ponerse, tienen otros inconvenientes, dijo Acheson: “Una cosa que hay que considerar es asegurarse de que la presión se distribuya uniformemente sobre la piel. Las áreas con hoyuelos, o áreas que cambian de planas a cóncavas (las palmas de las manos, los codos, las rodillas y las ingles) cambian de forma a medida que los astronautas se mueven.
Es necesario desarrollar materiales que funcionen de manera confiable, colocarlos en estas partes y moverlos en consecuencia a medida que cambian sus formas. Durante los próximos cinco a diez años, enfrentaremos muchos desafíos en el desarrollo de tecnologías que nos ayudarán a explorar el espacio. Los trajes presurizados podrían ayudarnos a explorar el espacio. "
Traje espacial 14. El Z-2 es muy pequeño.
El traje espacial Z-2 es uno de los trajes espaciales más pequeños jamás desarrollados. Acheson dijo: " La cúpula del traje espacial Z-1 está diseñado para medir 13 pulgadas (aproximadamente 33 centímetros). Este diseño es adecuado para astronautas masculinos más grandes, pero es demasiado grande para astronautas femeninas más pequeñas. Entonces este traje espacial debe ser delgado. Analizamos el equipo de astronautas actual y tratamos de diseñar un modelo que se ajustara a todos los astronautas en el rango de los 40 últimos. "El objetivo del traje espacial Z-2 es adaptarse a todos los astronautas, desde el percentil 5 femenino hasta el percentil 99 masculino. Obviamente, se trata de un lapso enorme.
15. El público puede votar por su diseño favorito
El diseño final del traje espacial de la NASA, el Z-1, recuerda a Buzz Lightyear de Toy Story, dijo Acheson. Hay mucha discusión sobre este tema. Esperamos que esto despierte el interés y promueva una mayor comprensión de los trajes espaciales. Para obtener mejores resultados, creamos un sitio web de votación para que los internautas votaran por su traje espacial favorito.
Los ingenieros de la NASA trabajaron con estudiantes de diseño de moda de la Universidad de Filadelfia para diseñar el aspecto de los trajes espaciales. Todo el proceso de diseño fue muy diferente al que los ingenieros estaban acostumbrados. "Tomaron un enfoque diferente", dijo Acheson. Se utilizaron métodos para involucrar a los estudiantes de diseño de moda. Necesitamos trajes espaciales para expresar una variedad de temas, como el patriotismo, la tradición o la tecnología. Inicialmente seleccionamos 12 temas y al final elegiremos el que mejor nos represente. "En base a esto, los ingenieros y estudiantes de diseño eligieron tres temas: biónica, ciencia y tecnología y tendencias sociales.
Actualmente estos diseños son enteramente estéticos. Acheson cree que la tecnología de bioluminiscencia se puede utilizar en temas biónicos. Trajes espaciales. Ella dijo: “Después de aterrizar en otros planetas, si el ciclo día-noche de nuestro entorno de trabajo es constante, esta puede ser una forma ideal de identificar a las personas. Ahora, agregamos rayas en ambos lados de la tela y en la parte superior de los brazos, eligiendo diferentes colores para cada astronauta para una fácil identificación. La tecnología de bioluminiscencia es un método de identificación eficaz que podría beneficiar a los astronautas que aterricen en la superficie del planeta. ”