Raumanzug -Space suit

Apollo-Raumanzug , getragen von Astronaut Buzz Aldrin auf Apollo 11

Ein Raumanzug oder Raumanzug ist ein Kleidungsstück, das getragen wird, um einen Menschen in der rauen Umgebung des Weltraums , im Vakuum und bei extremen Temperaturen am Leben zu erhalten. Raumanzüge werden oft als Sicherheitsvorkehrung im Falle eines Druckverlusts in der Kabine im Inneren von Raumfahrzeugen getragen und sind für Arbeiten außerhalb des Raumfahrzeugs ( Extravehicular Activity , EVA) erforderlich. Raumanzüge wurden für solche Arbeiten im Erdorbit auf der Mondoberfläche getragen, und auf dem Weg zurück zur Erde vom Mond. Moderne Raumanzüge ergänzen das grundlegende Druckkleidungsstück mit einem komplexen System von Ausrüstungs- und Umgebungssystemen, die dafür ausgelegt sind, den Träger komfortabel zu halten und die zum Beugen der Gliedmaßen erforderliche Anstrengung zu minimieren, indem sie der natürlichen Tendenz eines weichen Druckkleidungsstücks widerstehen, sich gegen das Vakuum zu versteifen. Ein in sich geschlossenes Sauerstoffversorgungs- und Umgebungskontrollsystem wird häufig verwendet, um vollständige Bewegungsfreiheit unabhängig vom Raumfahrzeug zu ermöglichen.

Es gibt drei Arten von Raumanzügen für unterschiedliche Zwecke: IVA (innerhalb des Fahrzeugs), EVA (außerhalb des Fahrzeugs) und IEVA (innerhalb/außerhalb des Fahrzeugs). IVA-Anzüge sollen in einem unter Druck stehenden Raumschiff getragen werden und sind daher leichter und bequemer. IEVA-Anzüge sind für den Einsatz innerhalb und außerhalb des Raumfahrzeugs gedacht, wie z. B. der Gemini G4C- Anzug. Sie beinhalten mehr Schutz vor den rauen Bedingungen des Weltraums, wie z. B. Schutz vor Mikrometeoroiden und extremen Temperaturschwankungen. EVA-Anzüge wie der EMU werden außerhalb von Raumfahrzeugen entweder für Planetenerkundung oder Weltraumspaziergänge verwendet. Sie müssen den Träger vor allen Bedingungen des Weltraums schützen sowie Mobilität und Funktionalität bieten.

Einige dieser Anforderungen gelten auch für Druckanzüge , die für andere Spezialaufgaben getragen werden, beispielsweise für Höhenaufklärungsflüge. In Höhen über der Armstrong-Grenze , etwa 19.000 m (62.000 ft), kocht das Wasser bei Körpertemperatur und es werden Druckanzüge benötigt.

Die ersten Volldruckanzüge für den Einsatz in extremen Höhen wurden bereits in den 1930er Jahren von einzelnen Erfindern entworfen. Der erste Raumanzug, der von einem Menschen im Weltraum getragen wurde, war der sowjetische SK-1- Anzug, der 1961 von Juri Gagarin getragen wurde.

Anforderungen

Raumanzüge für die Arbeit auf der Internationalen Raumstation.

Ein Raumanzug muss mehrere Funktionen erfüllen, damit sein Insasse innerhalb oder außerhalb eines Raumfahrzeugs sicher und bequem arbeiten kann. Es muss vorsehen:

  • Ein stabiler Innendruck. Dies kann weniger als die Erdatmosphäre sein, da der Raumanzug normalerweise keinen Stickstoff tragen muss (der etwa 78 % der Erdatmosphäre ausmacht und nicht vom Körper verwendet wird). Ein niedrigerer Druck ermöglicht eine größere Mobilität, erfordert jedoch, dass der Anzugträger eine Zeit lang reinen Sauerstoff atmet, bevor er in diesen niedrigeren Druck übergeht, um eine Dekompressionskrankheit zu vermeiden .
  • Mobilität. Der Bewegung wird typischerweise durch den Druck des Anzugs entgegengewirkt; Mobilität wird durch sorgfältiges Gelenkdesign erreicht. Siehe den Abschnitt Theorien zum Design von Raumanzügen .
  • Zufuhr von atembarem Sauerstoff und Ausscheidung von Kohlendioxid ; diese Gase werden mit dem Raumfahrzeug oder einem tragbaren Lebenserhaltungssystem (PLSS) ausgetauscht
  • Temperaturregelung. Anders als auf der Erde, wo Wärme durch Konvektion an die Atmosphäre übertragen werden kann, kann Wärme im Weltraum nur durch Wärmestrahlung oder durch Wärmeleitung an Objekte verloren gehen, die in physischem Kontakt mit der Außenseite des Anzugs stehen. Da die Temperatur an der Außenseite des Anzugs stark zwischen Sonnenlicht und Schatten variiert, ist der Anzug stark isoliert und die Lufttemperatur wird auf einem angenehmen Niveau gehalten.
  • Ein Kommunikationssystem mit externer elektrischer Verbindung zum Raumfahrzeug oder PLSS
  • Mittel zum Sammeln und Aufbewahren von festen und flüssigen Körperausscheidungen (z. B. Kleidungsstücke mit maximaler Saugfähigkeit )

Sekundäre Anforderungen

Von links nach rechts stehen Margaret R. (Rhea) Seddon, Kathryn D. Sullivan, Judith A. Resnick, Sally K. Ride, Anna L. Fisher und Shannon W. Lucid – die ersten sechs weiblichen Astronauten der Vereinigten Staaten ein Personal Rescue Enclosure , ein kugelförmiger lebenserhaltender Ball für den Notfalltransfer von Menschen im Weltraum

Fortgeschrittene Anzüge regulieren die Temperatur des Astronauten besser mit einem Liquid Cooling and Ventilation Garment (LCVG) in Kontakt mit der Haut des Astronauten, von dem die Wärme durch einen externen Kühler im PLSS in den Weltraum abgegeben wird.

Zusätzliche Anforderungen für EVA sind:

  • Abschirmung gegen ultraviolette Strahlung
  • Begrenzte Abschirmung gegen Partikelstrahlung
  • Mittel zum Manövrieren, Andocken, Freigeben und Anbinden an ein Raumfahrzeug
  • Schutz vor kleinen Mikrometeoroiden , von denen einige mit bis zu 27.000 Stundenkilometern unterwegs sind, wird durch ein durchstichfestes Thermal Micrometeoroid Garment geboten , das die äußerste Schicht des Anzugs bildet. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die größte Wahrscheinlichkeit einer Exposition in der Nähe des Gravitationsfeldes eines Mondes oder Planeten auftritt, daher wurden diese zuerst bei den Apollo - Mond-EVA-Anzügen eingesetzt (siehe US-Anzugmodelle unten).

Als Teil der astronautischen Hygienekontrolle (dh zum Schutz der Astronauten vor extremen Temperaturen, Strahlung usw.) ist ein Raumanzug für Aktivitäten außerhalb des Fahrzeugs unerlässlich. Der Apollo/Skylab A7L- Anzug umfasste insgesamt elf Schichten: eine Innenauskleidung, ein LCVG, eine Druckblase, eine Rückhalteschicht, eine weitere Auskleidung und ein Thermal Micrometeoroid Garment, das aus fünf aluminisierten Isolierschichten und einer Außenschicht aus weißem Ortho-Gewebe besteht . Dieser Raumanzug kann den Astronauten vor Temperaturen von –156 °C (–249 °F) bis 121 °C (250 °F) schützen.

Während der Erforschung des Mondes oder Mars besteht die Möglichkeit, dass Mond- oder Marsstaub auf dem Raumanzug zurückgehalten wird. Wenn der Raumanzug bei der Rückkehr zum Raumfahrzeug abgelegt wird, besteht die Möglichkeit, dass der Staub Oberflächen kontaminiert und das Risiko des Einatmens und der Exposition der Haut erhöht. Astronautische Hygieniker testen Materialien mit reduzierten Staubretentionszeiten und dem Potenzial, die Risiken der Staubexposition während der Planetenerkundung zu kontrollieren. Neuartige Ingress- und Egress-Ansätze wie Suitports werden ebenfalls untersucht.

In NASA -Raumanzügen erfolgt die Kommunikation über eine über dem Kopf getragene Kappe, die Kopfhörer und ein Mikrofon enthält. Aufgrund der Farbgebung der für Apollo und Skylab verwendeten Version , die der Farbgebung der Comicfigur Snoopy ähnelte , wurden diese Mützen als „ Snoopy-Mützen “ bekannt.

Betriebsdruck

Astronaut Steven G. MacLean atmet vor einer EVA vor

Um genügend Sauerstoff für die Atmung zu liefern , muss ein Raumanzug, der reinen Sauerstoff verwendet, im Allgemeinen einen Druck von etwa 32,4 kPa (240 Torr; 4,7 psi) haben, was dem Sauerstoffpartialdruck von 20,7 kPa (160 Torr; 3,0 psi) auf der Erde entspricht Atmosphäre auf Meereshöhe plus 5,3 kPa (40 Torr; 0,77 psi) CO
2
und 6,3  kPa (47  Torr ; 0,91  psi ) Wasserdampfdruck , die beide vom alveolären Druck abgezogen werden müssen , um den alveolären Sauerstoffpartialdruck in 100 % Sauerstoffatmosphären durch die alveoläre Gasgleichung zu erhalten . Die letzten beiden Zahlen addieren sich zu 11,6 kPa (87 Torr; 1,7 psi), weshalb viele moderne Raumanzüge nicht 20,7 kPa (160 Torr; 3,0 psi) verwenden, sondern 32,4 kPa (240 Torr; 4,7 psi) (dies ist ein leichte Überkorrektur, da die alveolären Partialdrücke auf Meereshöhe etwas geringer sind als die ersteren). In Raumanzügen mit 20,7 kPa erhält der Astronaut nur 20,7 kPa − 11,6 kPa = 9,1 kPa (68 Torr; 1,3 psi) Sauerstoff, was etwa dem alveolären Sauerstoffpartialdruck entspricht, der in einer Höhe von 1.860 m (6.100 ft) erreicht wird Meereshöhe. Dies entspricht etwa 42 % des normalen Sauerstoffpartialdrucks auf Meereshöhe, etwa dem Druck in einem kommerziellen Passagierflugzeug , und ist die realistische untere Grenze für eine sichere Druckbeaufschlagung gewöhnlicher Raumanzüge, die eine angemessene Arbeitskapazität ermöglicht.

Wenn Raumanzüge unter einem bestimmten Betriebsdruck von Fahrzeugen verwendet werden, die auf normalen atmosphärischen Druck stehen (z. B. das Space Shuttle ), müssen die Astronauten „voratmen“ (was bedeutet, dass sie für eine gewisse Zeit reinen Sauerstoff voratmen), bevor sie sie anziehen Anzüge und Druckentlastung in der Luftschleuse. Dieses Verfahren reinigt den Körper von gelöstem Stickstoff, um eine Dekompressionskrankheit aufgrund einer schnellen Druckentlastung aus einer stickstoffhaltigen Atmosphäre zu vermeiden.

Physikalische Auswirkungen einer Exposition im ungeschützten Weltraum

Der menschliche Körper kann das harte Vakuum des Weltraums für kurze Zeit ungeschützt überleben, trotz gegenteiliger Darstellungen in einigen populären Science-Fiction-Geschichten . Menschliches Fleisch dehnt sich unter solchen Bedingungen auf etwa das Doppelte seiner Größe aus, was eher den visuellen Effekt eines Bodybuilders als eines überfüllten Ballons ergibt. Das Bewusstsein bleibt bis zu 15 Sekunden erhalten, wenn die Auswirkungen des Sauerstoffmangels einsetzen . Es tritt kein Schockfrosteffekt auf, da die gesamte Wärme durch Wärmestrahlung oder die Verdunstung von Flüssigkeiten verloren gehen muss und das Blut nicht kocht, da es im Körper unter Druck bleibt .

Im Weltraum gibt es viele verschiedene hochenergetische subatomare Protonen , die den Körper extremer Strahlung aussetzen. Obwohl diese Verbindungen nur in minimaler Menge vorhanden sind, kann ihre hohe Energie dazu führen, dass wesentliche physikalische und chemische Prozesse im Körper gestört werden, wie z. B. die Veränderung der DNA oder die Entstehung von Krebs. Die Strahlenbelastung kann auf zwei Arten Probleme verursachen: Die Partikel können mit Wasser im menschlichen Körper reagieren, um freie Radikale zu produzieren , die DNA-Moleküle auseinander brechen, oder indem sie die DNA-Moleküle direkt brechen.

Die Temperatur im Weltraum kann je nach Sonnenstand extrem variieren. Temperaturen durch Sonneneinstrahlung können bis zu 121 ° C (250 ° F) erreichen und bis zu –233 ° C (–387 ° F) sinken. Aus diesem Grund müssen Raumanzüge eine angemessene Isolierung und Kühlung bieten.

Das Vakuum im Weltraum erzeugt einen Nulldruck, wodurch sich die Gase und Prozesse im Körper ausdehnen. Um zu verhindern, dass chemische Prozesse im Körper überreagieren, muss ein Anzug entwickelt werden, der dem Druck im All entgegenwirkt. Die größte Gefahr besteht darin, vor der Exposition den Atem anzuhalten, da die anschließende explosive Dekompression die Lunge schädigen kann. Diese Effekte wurden durch verschiedene Unfälle bestätigt (einschließlich in sehr großer Höhe, im Weltraum und in Trainings- Vakuumkammern ). Die menschliche Haut muss nicht vor Vakuum geschützt werden und ist selbst gasdicht. Stattdessen muss es nur mechanisch komprimiert werden, um seine normale Form beizubehalten. Dies kann mit einem eng anliegenden elastischen Ganzkörperanzug und einem Helm zur Aufnahme von Atemgasen , bekannt als Space Activity Suit (SAS), erreicht werden.

Designkonzepte

Ein Raumanzug sollte seinem Träger eine natürliche, ungehinderte Bewegung ermöglichen. Fast alle Designs versuchen, eine konstante Lautstärke beizubehalten, egal welche Bewegungen der Träger macht. Dies liegt daran , dass mechanische Arbeit erforderlich ist, um das Volumen eines Systems mit konstantem Druck zu ändern. Wenn das Biegen eines Gelenks das Volumen des Raumanzugs verringert, muss der Astronaut jedes Mal, wenn er dieses Gelenk beugt, zusätzliche Arbeit leisten, und er muss eine Kraft aufrechterhalten, um das Gelenk gebeugt zu halten. Auch wenn diese Kraft sehr gering ist, kann es doch sehr ermüdend sein, ständig gegen den eigenen Anzug anzukämpfen. Es macht auch filigrane Bewegungen sehr schwierig. Die zum Biegen eines Gelenks erforderliche Arbeit wird durch die Formel vorgegeben

wobei V i und V f jeweils das Anfangs- und Endvolumen des Gelenks sind, P der Druck im Anzug ist und W die resultierende Arbeit ist. Generell gilt, dass alle Anzüge bei niedrigeren Drücken beweglicher sind. Da jedoch ein minimaler Innendruck durch Lebenserhaltungsanforderungen vorgeschrieben wird, besteht das einzige Mittel zur weiteren Verringerung der Arbeit darin, die Volumenänderung zu minimieren.

Alle Designs von Raumanzügen versuchen, dieses Problem zu minimieren oder zu eliminieren. Die gebräuchlichste Lösung besteht darin, den Anzug aus mehreren Schichten zu bilden. Die Blasenschicht ist eine gummiartige, luftdichte Schicht ähnlich einem Ballon. Die Rückhalteschicht geht außerhalb der Blase und verleiht dem Anzug eine spezifische Form. Da die Blasenschicht größer ist als die Rückhalteschicht, nimmt die Rückhalte alle Belastungen auf, die durch den Druck innerhalb des Anzugs verursacht werden. Da die Blase nicht unter Druck steht, "platzt" sie nicht wie ein Ballon, selbst wenn sie durchstochen wird. Die Rückhalteschicht ist so geformt, dass sich beim Biegen eines Gelenks Stofftaschen, sogenannte "Zwickel", auf der Außenseite des Gelenks öffnen, während sich Falten, sogenannte "Konvolute", auf der Innenseite des Gelenks auffalten. Die Keile gleichen den Volumenverlust an der Innenseite des Gelenks aus und halten den Anzug auf einem nahezu konstanten Volumen. Sind die Keile jedoch einmal ganz geöffnet, lässt sich das Gelenk ohne erheblichen Arbeitsaufwand nicht mehr weiter biegen.

Bei einigen russischen Raumanzügen wurden Stoffstreifen außerhalb des Raumanzugs eng um die Arme und Beine des Kosmonauten gewickelt, um zu verhindern, dass der Raumanzug im Weltraum aufbläht.

Die äußerste Schicht eines Raumanzugs, das Thermal Micrometeoroid Garment, bietet Wärmeisolierung, Schutz vor Mikrometeoroiden und Abschirmung vor schädlicher Sonnenstrahlung .

Es gibt vier konzeptionelle Hauptansätze für das passende Design:

Der experimentelle Hartschalen-Raumanzug AX-5 der NASA (1988)

Weiche Anzüge

Weiche Anzüge bestehen normalerweise hauptsächlich aus Stoffen. Alle weichen Anzüge haben einige harte Teile; manche haben sogar harte Gelenklager. Fahrzeuginterne Aktivitäten und frühe EVA-Anzüge waren weiche Anzüge.

Hartschalenanzüge

Hartschalenanzüge bestehen normalerweise aus Metall oder Verbundwerkstoffen und verwenden keinen Stoff für Gelenke. Gelenke für harte Anzüge verwenden Kugellager und Keilringsegmente, die einem verstellbaren Kniestück eines Ofenrohrs ähneln, um einen großen Bewegungsbereich mit Armen und Beinen zu ermöglichen. Die Gelenke halten im Inneren ein konstantes Luftvolumen und haben keine Gegenkraft. Daher muss sich der Astronaut nicht anstrengen, um den Anzug in irgendeiner Position zu halten. Harte Anzüge können auch bei höheren Drücken betrieben werden, wodurch ein Astronaut nicht mehr Sauerstoff voratmen muss, um einen Raumanzug mit 34 kPa (4,9 psi) vor einem EVA aus einer Raumfahrzeugkabine mit 101 kPa (14,6 psi) zu verwenden. Die Gelenke können in eine eingeschränkte oder blockierte Position geraten, was es erfordert, dass der Astronaut das Gelenk manipuliert oder programmiert. Der experimentelle Hartschalen-Raumanzug AX-5 des NASA Ames Research Center hatte eine Flexibilitätsbewertung von 95%. Der Träger konnte 95 % der Positionen einnehmen, die er ohne Anzug einnehmen konnte.

Hybridanzüge

Hybridanzüge haben Hartschalenteile und Stoffteile. Die Extravehicular Mobility Unit (EMU) der NASA verwendet einen harten Oberkörper (HUT) aus Fiberglas und Gliedmaßen aus Stoff. Der I-Suit von ILC Dover ersetzt den HUT durch einen weichen Oberkörper aus Stoff, um Gewicht zu sparen, und beschränkt die Verwendung harter Komponenten auf die Gelenklager, den Helm, die Taillendichtung und die hintere Einstiegsluke. Nahezu alle praktikablen Konstruktionen von Raumanzügen enthalten harte Komponenten, insbesondere an Schnittstellen wie der Taillendichtung, den Lagern und im Fall von Anzügen mit Heckeinstieg der Heckklappe, wo vollständig weiche Alternativen nicht realisierbar sind.

Hautenge Anzüge

Hautenge Anzüge, auch bekannt als mechanische Gegendruckanzüge oder Anzüge für Weltraumaktivitäten, sind ein vorgeschlagenes Design, das einen schweren elastischen Körperstrumpf verwenden würde, um den Körper zu komprimieren. Der Kopf befindet sich in einem Druckhelm, der Rest des Körpers wird jedoch nur durch die elastische Wirkung des Anzugs unter Druck gesetzt. Dies mildert das Problem des konstanten Volumens, verringert die Möglichkeit einer Druckentlastung eines Raumanzugs und ergibt einen sehr leichten Anzug. Wenn sie nicht getragen werden, können die elastischen Kleidungsstücke aussehen wie Kleidung für ein kleines Kind. Diese Anzüge können sehr schwierig anzuziehen sein und Probleme haben, einen gleichmäßigen Druck bereitzustellen. Die meisten Vorschläge nutzen den natürlichen Schweiß des Körpers , um kühl zu bleiben. Schweiß verdunstet leicht im Vakuum und kann desublimieren oder sich auf Objekten in der Nähe ablagern: Optiken, Sensoren, das Visier des Astronauten und andere Oberflächen. Der Eisfilm und die Schweißrückstände können empfindliche Oberflächen verunreinigen und die optische Leistung beeinträchtigen.

Technologien beitragen

Zu den verwandten Vorgängertechnologien gehören die im Zweiten Weltkrieg verwendete Gasmaske , die von Piloten hochfliegender Bomber im Zweiten Weltkrieg verwendete Sauerstoffmaske, der Höhen- oder Vakuumanzug, der von Piloten der Lockheed U -2 und SR-71 Blackbird benötigt wird , der Taucheranzug , Rebreather , Tauchausrüstung und viele andere.

Viele Designs von Raumanzügen stammen von den Anzügen der US Air Force, die für den Einsatz in „Flugzeugen in großer Höhe“ ausgelegt sind, wie z. B. der Mercury IVA - Anzug oder der Gemini G4C oder die Advanced Crew Escape Suits .

Handschuh-Technologie

Der Mercury IVA , der erste US-amerikanische Raumanzug, enthielt Lichter an den Spitzen der Handschuhe, um visuelle Hilfe zu leisten. Als der Bedarf an Aktivitäten außerhalb des Fahrzeugs zunahm, enthielten Anzüge wie der Apollo A7L Handschuhe aus einem Metallgewebe namens Chromel-r, um Reifenpannen zu vermeiden. Um den Astronauten ein besseres Tastgefühl zu erhalten, wurden die Fingerkuppen der Handschuhe aus Silikon gefertigt. Mit dem Shuttle-Programm wurde es notwendig, Raumfahrzeugmodule bedienen zu können, daher verfügten die ACES-Anzüge über Griffe an den Handschuhen. EMU-Handschuhe, die für Weltraumspaziergänge verwendet werden, werden erhitzt, um die Hände des Astronauten warm zu halten. Die Phase-VI-Handschuhe, die für die Verwendung mit dem Mark III-Anzug bestimmt sind, sind die ersten Handschuhe, die mit „Laserscanning-Technologie, 3D-Computermodellierung, Stereolithographie, Laserschneidtechnologie und CNC-Bearbeitung“ entwickelt wurden. Dies ermöglicht eine billigere, genauere Produktion sowie mehr Details in der Beweglichkeit und Flexibilität der Gelenke.

Lebenserhaltende Technologie

Vor den Apollo-Missionen war die Lebenserhaltung in Raumanzügen über ein nabelschnurähnliches Gerät mit der Raumkapsel verbunden. Bei den Apollo-Missionen wurde die Lebenserhaltung jedoch in eine abnehmbare Kapsel namens Portable Life Support System konfiguriert , die es dem Astronauten ermöglichte, den Mond zu erkunden, ohne an das Raumschiff angeschlossen zu sein. Der EMU-Raumanzug, der für Weltraumspaziergänge verwendet wird, ermöglicht es dem Astronauten, die innere Umgebung des Anzugs manuell zu steuern. Der Anzug Mark III hat einen Rucksack, der mit etwa 12 Pfund flüssiger Luft gefüllt ist, sowie Druckbeaufschlagung und Wärmeaustausch.

Helm-Technologie

Die Entwicklung des sphärischen Kuppelhelms war der Schlüssel, um die Anforderungen an Sichtfeld, Druckausgleich und geringes Gewicht in Einklang zu bringen. Eine Unannehmlichkeit bei einigen Raumanzügen besteht darin, dass der Kopf nach vorne gerichtet fixiert ist und nicht in der Lage ist, sich zu drehen, um zur Seite zu schauen. Astronauten nennen diesen Effekt „Alligatorkopf“.

Höhenanzüge

Prototyp eines Druckanzugs, der von Militäringenieur Emilio Herrera für einen Stratosphären-Ballonflug entworfen wurde. um 1935
  • Evgeniy Chertovsky schuf 1931 seinen Volldruck-Anzug oder Höhen-" Skafandr " ( скафандр ). (скафандр bedeutet auch " Tauchgerät ").
  • Emilio Herrera entwarf und baute 1935 einen stratonautischen Volldruck-Raumanzug , der während eines für Anfang 1936 geplanten Stratosphärenflugs mit einem Ballon mit offenem Korb verwendet werden sollte.
  • Wiley Post experimentierte mit einer Reihe von Druckanzügen für Rekordflüge.
  • Russell Colley entwarf die Raumanzüge, die von den Astronauten des Projekts Mercury getragen wurden, einschließlich der Anpassung von Alan Shepard für seine Fahrt als Amerikas erster Mensch im Weltraum am 5. Mai 1961.

Liste der Raumanzugmodelle

Sowjetische und russische Anzugmodelle

Anzugmodelle aus den Vereinigten Staaten

  • In den frühen 1950er Jahren entwarfen und bauten Siegfried Hansen und Kollegen von Litton Industries einen funktionierenden Hartschalenanzug, der in Vakuumkammern verwendet wurde und der Vorgänger der bei NASA-Missionen verwendeten Raumanzüge war.
  • Navy Mark IV Höhen- / Vakuumanzug - verwendet für Project Mercury (1961–1963).
  • Gemini -Raumanzüge (1965–1966) - Es wurden drei Hauptvarianten entwickelt: G3C für den Einsatz im Fahrzeug; G4C speziell für EVA und den Einsatz im Fahrzeug entwickelt; und ein spezieller G5C-Anzug, der von der Gemini 7 - Crew 14 Tage lang im Raumschiff getragen wird.
  • Raumanzüge des bemannten Orbiting Laboratory MH-7 für das abgebrochene MOL-Programm.
  • Apollo Block I A1C- Anzug (1966–1967) - ein Derivat des Gemini-Anzugs, der von Haupt- und Ersatzmannschaften beim Training für zwei frühe Apollo-Missionen getragen wird. Die Nylon-Druckkleidung schmolz und brannte beim Kabinenbrand von Apollo 1 durch. Dieser Anzug wurde obsolet, als bemannte Block-I-Apollo-Flüge nach dem Brand eingestellt wurden.
  • Apollo / Skylab A7L EVA- und Mondanzüge - Der Block II Apollo-Anzug war der primäre Druckanzug, der zwischen 1968 und 1975 für elf Apollo-Flüge, drei Skylab-Flüge und die US-Astronauten im Apollo-Sojus-Testprojekt getragen wurde. Die Nylon-Außenseite des Druckkleidungsstücks Schicht wurde nach dem Brand von Apollo 1 durch feuerfestes Beta-Tuch ersetzt. Dieser Anzug war der erste, der ein flüssigkeitsgekühltes Innenkleid und ein äußeres mikrometerförmiges Kleidungsstück verwendete. Beginnend mit der Apollo 13 -Mission wurden auch "Commander's Stripes" eingeführt, damit zwei Weltraumwanderer vor der Kamera nicht identisch erscheinen.
  • Shuttle Ejection Escape Suit  – verwendet von STS-1 (1981) bis STS-4 (1982) von einer zweiköpfigen Besatzung, die in Verbindung mit den damals installierten Schleudersitzen verwendet wurde . Abgeleitet von einem USAF -Modell. Diese wurden entfernt, sobald das Shuttle zertifiziert wurde.
  • Von STS-5 (1982) bis STS-51-L (1986) wurden während des Starts und Wiedereintritts keine Druckanzüge getragen. Die Besatzung würde nur einen blauen Fluganzug mit einem Sauerstoffhelm tragen.
  • Launch Entry Suit , der erstmals bei STS-26 (1988) verwendet wurde, dem ersten Flug nach der Challenger - Katastrophe . Es war ein Partialdruckanzug, der von einem USAF-Modell abgeleitet wurde. Es wurde von 1988 bis 1998 verwendet.
  • Advanced Crew Escape Suit , der ab 1994 im Space Shuttle verwendet wurde. Der Advanced Crew Escape Suit oder ACES-Anzug ist ein Volldruckanzug, der von allen Space Shuttle-Crews für den Aufstieg und den Einstieg in den Flug getragen wird. Der Anzug ist ein direkter Nachkomme der Höhendruckanzüge der United States Air Force , die von SR-71 Blackbird- und U-2-Spionageflugzeugpiloten, nordamerikanischen X-15- und Gemini -Pilot-Astronauten und den von der NASA getragenen Launch Entry Suits getragen werden Astronauten beginnen mit dem Flug STS-26. Es ist von einem USAF-Modell abgeleitet.
  • Extravehicular Mobility Unit (EMU) – wird sowohl im Space Shuttle als auch auf der Internationalen Raumstation (ISS) verwendet. Die EMU ist ein unabhängiges anthropomorphes System, das Umweltschutz, Mobilität, Lebenserhaltung und Kommunikation für ein Space Shuttle- oder ISS-Besatzungsmitglied bietet, um eine EVA in der Erdumlaufbahn durchzuführen . Verwendet von 1982 bis heute, aber ab 2019 nur noch in begrenzter Größe erhältlich.
  • Das Luft- und Raumfahrtunternehmen SpaceX hat einen IVA-Anzug entwickelt, der von Astronauten getragen wird, die seit der Demo-2- Mission an Missionen des Commercial Crew Program von SpaceX beteiligt sind (siehe #SpaceX-Anzug ("Starman-Anzug") ).
  • Orion Crew Survival System (OCSS) – wird während des Starts und Wiedereintritts in das Orion MPCV verwendet . Er ist vom Advanced Crew Escape Suit abgeleitet, kann aber mit höherem Druck arbeiten und hat eine verbesserte Beweglichkeit in den Schultern.

SpaceX-Anzug ("Starman-Anzug")

Im Februar 2015 begann SpaceX mit der Entwicklung eines Raumanzugs, den Astronauten in der Raumkapsel Dragon 2 tragen können. Sein Erscheinungsbild wurde gemeinsam von Jose Fernandez – einem Hollywood- Kostümdesigner, der für seine Arbeiten für Superhelden- und Science-Fiction-Filme bekannt ist – und SpaceX-Gründer und CEO Elon Musk entworfen . Die ersten Bilder des Anzugs wurden im September 2017 enthüllt. Eine Schaufensterpuppe namens „Starman“ (nach David Bowies gleichnamigem Lied ) trug den SpaceX-Raumanzug während des Jungfernstarts der Falcon Heavy im Februar 2018. Für Bei diesem Ausstellungsstart war der Anzug nicht unter Druck und trug keine Sensoren.

Der vakuumtaugliche Anzug bietet Schutz vor Unterdruck in der Kabine durch ein einzelnes Halteseil am Oberschenkel des Astronauten, das Luft und elektronische Verbindungen zuführt. Die 3D-gedruckten Helme enthalten Mikrofone und Lautsprecher. Da die Anzüge die Halteseilverbindung benötigen und keinen Strahlenschutz bieten, werden sie nicht für Aktivitäten außerhalb des Fahrzeugs verwendet.

Im Jahr 2018 testeten die Astronauten der kommerziellen NASA-Crew Bob Behnken und Doug Hurley den Raumanzug im Raumschiff Dragon 2, um sich mit dem Anzug vertraut zu machen. Sie trugen ihn beim Crew Dragon Demo-2- Flug, der am 30. Mai 2020 gestartet wurde. Der Anzug wird von Astronauten getragen, die an Missionen des kommerziellen Crew-Programms mit SpaceX beteiligt sind.

Chinesische Anzugmodelle

  • Shuguang -Raumanzug: EVA-Raumanzug der ersten Generation, der von China für das 1967 eingestellte bemannte Raumfahrtprogramm Projekt 714 entwickelt wurde. Es hat eine Masse von etwa 10 Kilogramm (20 lb), hat eine orange Farbe und besteht aus hochbeständigem mehrschichtigem Polyestergewebe. Der Astronaut könnte es in der Kabine verwenden und auch eine EVA durchführen.
  • ' Projekt 863 Raumanzug: Abgebrochenes Projekt des chinesischen EVA-Raumanzugs der zweiten Generation.
  • Raumanzug Shenzhou IVA (神舟): Der Anzug wurde zum ersten Mal von Yang Liwei auf Shenzhou 5 getragen , dem ersten bemannten chinesischen Raumflug echter russischer Anzug. Bilder zeigen, dass sich die Anzüge auf Shenzhou 6 im Detail von dem früheren Anzug unterscheiden; Sie sollen auch leichter sein.
  • Haiying (海鹰号航天服) EVA-Raumanzug: Der importierte russische Orlan-M EVA-Anzug heißt Haiying . Verwendet auf Shenzhou 7 .
  • Feitian (飞天号航天服) EVA-Raumanzug: Ein in China hergestellter EVA-Raumanzug der neuen Generation, der auch für die Shenzhou 7-Mission verwendet wird. Der Anzug wurde für einen Weltraumspaziergang von bis zu sieben Stunden entwickelt. Chinesische Astronauten trainieren seit Juli 2007 in den Raumanzügen außerhalb der Kapsel, und die Bewegungen sind in den Anzügen mit einer Masse von jeweils mehr als 110 Kilogramm (240 lb) stark eingeschränkt.

Aufkommende Technologien

Mehrere Unternehmen und Universitäten entwickeln Technologien und Prototypen, die Verbesserungen gegenüber aktuellen Raumanzügen darstellen.

Additive Fertigung

Mittels 3D-Druck (Additive Manufacturing) kann die Masse von Hartschalen-Raumanzügen reduziert werden, während die hohe Mobilität, die sie bieten, erhalten bleibt. Diese Herstellungsmethode ermöglicht auch die Herstellung und Reparatur von Anzügen vor Ort, eine Fähigkeit, die derzeit nicht verfügbar ist, aber wahrscheinlich für die Erforschung des Mars erforderlich sein wird. Die University of Maryland begann 2016 mit der Entwicklung eines Prototyps eines 3D-gedruckten Hartanzugs, der auf der Kinematik des AX-5 basiert . Der Prototyp des Armsegments soll in der Glovebox des Space Systems Laboratory evaluiert werden, um die Mobilität mit traditionellen weichen Anzügen zu vergleichen. Die anfängliche Forschung konzentrierte sich auf die Machbarkeit des Druckens von starren Anzugelementen, Laufringen, Kugellagern, Dichtungen und Dichtungsoberflächen.

Astronauten-Handschuh-Challenge

Es gibt gewisse Schwierigkeiten beim Entwerfen eines geschickten Raumanzughandschuhs und es gibt Beschränkungen bei den gegenwärtigen Entwürfen. Aus diesem Grund wurde die Centennial Astronaut Glove Challenge ins Leben gerufen, um einen besseren Handschuh zu bauen. 2007 und 2009 fanden Wettbewerbe statt, ein weiterer ist geplant. Beim Wettbewerb 2009 musste der Handschuh mit einer Mikrometeoritenschicht bedeckt werden.

Aouda.X

Aouda.X

Seit 2009 entwickelt das Österreichische Weltraum Forum „Aouda.X“, einen experimentellen Mars - Analog -Raumanzug, der sich auf eine fortschrittliche Mensch-Maschine-Schnittstelle und ein Bordcomputernetzwerk konzentriert, um das Situationsbewusstsein zu erhöhen . Der Anzug wurde entwickelt, um Kontaminationsvektoren in analogen Umgebungen zur Planetenerkundung zu untersuchen und Einschränkungen in Abhängigkeit von dem für eine Simulation gewählten Druckregime zu schaffen.

Seit 2012 hat der analoge Raumanzug Aouda.X für die analoge Mission Mars2013 des Österreichischen Weltraum Forums nach Erfoud , Marokko , eine Schwester in Form von Aouda.S. Dies ist ein etwas weniger ausgeklügelter Anzug, der hauptsächlich dazu gedacht ist, Aouda.X-Operationen zu unterstützen und die Interaktionen zwischen zwei (analogen) Astronauten in ähnlichen Anzügen untersuchen zu können.

Die Raumanzüge Aouda.X und Aouda.S wurden nach der fiktiven Prinzessin aus Jules Vernes Roman „ In achtzig Tagen um die Welt “ von 1873 benannt . Nach den dort im Jahr 2012 durchgeführten Experimenten ist derzeit ein öffentliches Ausstellungsmodell von Aouda.X (genannt Aouda.D) in der Dachstein-Eishöhle in Obertraun , Österreich , ausgestellt.

Bio-Anzug

Bio-Suit ist ein Raumanzug , der am Massachusetts Institute of Technology entwickelt wird und seit 2006 aus mehreren Unterschenkel-Prototypen bestand. Der Bio-Anzug wird mithilfe von Laser-Bodyscanning individuell an jeden Träger angepasst.

Constellation Space Suit-System

Am 2. August 2006 gab die NASA Pläne bekannt, eine Angebotsanfrage (RFP) für das Design, die Entwicklung, die Zertifizierung, die Produktion und die nachhaltige Konstruktion des Constellation-Raumanzugs herauszugeben , um die Anforderungen des Constellation-Programms zu erfüllen . Die NASA sah einen einzigen Anzug vor, der Folgendes unterstützen kann: Überlebensfähigkeit während des Starts, des Eintritts und des Abbruchs; Schwerelosigkeits- EVA; Mondoberfläche EVA; und Marsoberflächen-EVA.

Am 11. Juni 2008 erteilte die NASA Oceaneering International einen Auftrag über 745 Millionen US-Dollar für die Entwicklung des neuen Raumanzugs.

Final Frontier Design IVA-Raumanzug

Final Frontier Design IVA-Raumanzug

Final Frontier Design (FFD) entwickelt einen kommerziellen vollständigen IVA-Raumanzug, dessen erster Anzug 2010 fertiggestellt wurde. Die Anzüge von FFD sind als leichte, hochmobile und kostengünstige kommerzielle Raumanzüge gedacht. Seit 2011 hat FFD die Designs, Hardware, Prozesse und Fähigkeiten des IVA-Anzugs aktualisiert. FFD hat seit seiner Gründung insgesamt 7 IVA-Raumanzugsbaugruppen (2016) für verschiedene Institutionen und Kunden gebaut und hochpräzise menschliche Tests in Simulatoren, Flugzeugen, Mikrogravitations- und Unterdruckkammern durchgeführt. FFD hat eine Space Act-Vereinbarung mit dem Commercial Space Capabilities Office der NASA, um einen Human Rating Plan für den FFD IVA-Anzug zu entwickeln und auszuführen. FFD kategorisiert ihre IVA-Anzüge nach ihrer Mission: Terra für erdgestützte Tests, Stratos für Höhenflüge und Exos für orbitale Weltraumflüge. Jede Anzugkategorie hat unterschiedliche Anforderungen an Herstellungskontrollen, Validierungen und Materialien, hat aber eine ähnliche Architektur.

I-Anzug

Der I-Suit ist ein ebenfalls von ILC Dover konstruierter Prototyp eines Raumanzugs, der gegenüber dem EMU mehrere Designverbesserungen aufweist, darunter einen gewichtssparenden weichen Oberkörper. Sowohl der Mark III als auch der I-Suit haben an den jährlichen Feldversuchen der NASA ( Desert Research and Technology Studies , D-RATS) teilgenommen, bei denen die Anzuginsassen miteinander, mit Rovern und anderer Ausrüstung interagieren.

Markus III

Der Mark III ist ein von ILC Dover konstruierter NASA-Prototyp, der einen harten unteren Torsoabschnitt und eine Mischung aus weichen und harten Komponenten enthält. Der Mark III ist trotz seines hohen Betriebsdrucks (57 kPa oder 8,3 psi) deutlich mobiler als frühere Anzüge, was ihn zu einem „Zero-Prebreathe“-Anzug macht, was bedeutet, dass Astronauten direkt aus einer Ein-Atmosphäre wechseln könnten. Raumstationsumgebung mit gemischten Gasen, wie z. B. auf der Internationalen Raumstation, in den Anzug, ohne die Dekompressionskrankheit zu riskieren, die bei schneller Druckentlastung aus einer Atmosphäre, die Stickstoff oder ein anderes Inertgas enthält, auftreten kann.

MX-2

Der MX-2 ist ein analoger Raumanzug, der am Space Systems Laboratory der University of Maryland konstruiert wurde . Der MX-2 wird für bemannte neutrale Auftriebstests in der Neutral Buoyancy Research Facility des Space Systems Lab verwendet. Durch die Annäherung an den Arbeitsbereich eines echten EVA-Anzugs, ohne die Anforderungen eines flugtauglichen Anzugs zu erfüllen, bietet der MX-2 eine kostengünstige Plattform für die EVA-Forschung im Vergleich zur Verwendung von EMU-Anzügen in Einrichtungen wie dem Neutral Buoyancy Laboratory der NASA .

Der MX-2 hat einen Betriebsdruck von 2,5–4 psi. Es ist ein Anzug mit Heckeinstieg und einer Glasfaser- HÜTTE . Luft, LCVG -Kühlwasser und Strom sind Systeme mit offenem Kreislauf, die über eine Versorgungsleitung bereitgestellt werden . Der Anzug enthält einen Mac Mini -Computer zur Erfassung von Sensordaten wie Anzugdruck, Lufteinlass- und -auslasstemperaturen und Herzfrequenz. Anpassbare Anzugelemente und verstellbarer Ballast ermöglichen es dem Anzug, Personen mit einer Körpergröße von 170 bis 190 cm (68 bis 75 Zoll) und einem Gewichtsbereich von 54 kg (120 lb) aufzunehmen.

North-Dakota-Anzug

Ab Mai 2006 arbeiteten fünf Colleges in North Dakota gemeinsam an einem neuen Raumanzug-Prototyp, der mit einem Zuschuss von 100.000 US-Dollar von der NASA finanziert wurde, um Technologien zu demonstrieren, die in einen Planetenanzug integriert werden könnten. Der Anzug wurde im Ödland des Theodore-Roosevelt-Nationalparks im Westen von North Dakota getestet . Der Anzug hat eine Masse von 47 Pfund (21 kg) ohne Lebenserhaltungsrucksack und kostet nur einen Bruchteil der Standardkosten von 12.000.000 US-Dollar für einen flugtauglichen NASA-Raumanzug. Der Anzug wurde in etwas mehr als einem Jahr von Studenten der University of North Dakota , North Dakota State , Dickinson State , dem State College of Science und dem Turtle Mountain Community College entwickelt . Die Mobilität des North-Dakota-Anzugs ist auf seinen niedrigen Betriebsdruck zurückzuführen; Während der North-Dakota-Anzug bei einem Differenzdruck von 1 psi (6,9 kPa; 52 Torr) im Feld getestet wurde, arbeitet der EMU-Anzug der NASA mit einem Druck von 4,7 psi (32 kPa; 240 Torr), einem Druck, der ungefähr auf Meereshöhe liegt Sauerstoffpartialdruck für die Atmung (siehe Diskussion oben ).

PXS

Der Prototype eXploration Suit (PXS) der NASA ist wie die Z-Serie ein Anzug mit Heckeinstieg, der mit Suitports kompatibel ist. Der Anzug verfügt über Komponenten, die während der Missionen mit einer Reihe von Spezifikationen in 3D gedruckt werden können, um verschiedenen Personen oder sich ändernden Mobilitätsanforderungen gerecht zu werden.

Anzug

Ein Suitport ist eine theoretische Alternative zu einer Luftschleuse , die für den Einsatz in gefährlichen Umgebungen und in der bemannten Raumfahrt , insbesondere der Erforschung von Planetenoberflächen , entwickelt wurde. In einem Suitport-System wird ein Raumanzug mit rückwärtigem Eintritt angebracht und an der Außenseite eines Raumfahrzeugs abgedichtet, sodass ein Astronaut in den Anzug einsteigen und ihn abdichten und dann auf EVA gehen kann, ohne dass eine Luftschleuse erforderlich ist oder die Kabine des Raumfahrzeugs drucklos gemacht werden muss . Suitports benötigen weniger Masse und Volumen als Luftschleusen, sorgen für Staubminderung und verhindern eine Kreuzkontamination der Innen- und Außenumgebung. Patente für Suitport-Designs wurden 1996 von Philip Culbertson Jr. vom Ames Research Center der NASA und 2003 von Joerg Boettcher, Stephen Ransom und Frank Steinsiek eingereicht.

Z-Serie

Anzug der Z-1-Serie

Im Jahr 2012 stellte die NASA den Raumanzug Z-1 vor, den ersten in der Z-Serie von Raumanzug-Prototypen, der von der NASA speziell für planetare Aktivitäten außerhalb von Fahrzeugen entwickelt wurde. Der Raumanzug Z-1 beinhaltet einen Schwerpunkt auf Mobilität und Schutz für Weltraummissionen. Es verfügt über einen weichen Oberkörper im Vergleich zu den harten Oberkörpern, die in früheren NASA-EVA-Raumanzügen zu sehen waren, was für eine geringere Masse sorgt. Es wurde aufgrund seiner grünen Streifen für ein Design als "Buzz Lightyear-Anzug" bezeichnet.

2014 veröffentlichte die NASA das Design für den Z-2-Prototyp, das nächste Modell der Z-Serie. Die NASA führte eine Umfrage durch, in der die Öffentlichkeit gebeten wurde, über ein Design für den Z-2-Raumanzug zu entscheiden. Die von Modestudenten der Philadelphia University entworfenen Designs waren „Technology“, „Trends in Society“ und „Biomimicry“. Das Design „Technologie“ gewann, und der Prototyp wird mit Technologien wie 3D-Druck gebaut . Der Z-2-Anzug unterscheidet sich vom Z-1-Anzug auch dadurch, dass der Torso zur Hartschale zurückkehrt, wie im EMU - Anzug der NASA zu sehen ist.

In der Fiktion

Die früheste Weltraumliteratur ignorierte die Probleme der Reise durch ein Vakuum und schickte ihre Helden ohne besonderen Schutz durch den Weltraum. Im späten 19. Jahrhundert entstand jedoch eine realistischere Art von Weltraumliteratur, in der Autoren versucht haben, die von ihren Charakteren getragenen Raumanzüge zu beschreiben oder darzustellen. Diese fiktiven Anzüge variieren in Aussehen und Technologie und reichen von höchst authentisch bis absolut unwahrscheinlich.

Eine sehr frühe fiktive Darstellung von Raumanzügen ist in Garrett P. Serviss ' Roman Edison's Conquest of Mars (1898) zu sehen. Spätere Comicserien wie Buck Rogers (1930er) und Dan Dare (1950er) zeigten auch ihre eigenen Interpretationen des Designs von Raumanzügen. Science-Fiction-Autoren wie Robert A. Heinlein trugen zur Entwicklung fiktiver Raumanzugkonzepte bei.

Siehe auch

Teddybären , die in einem Materialexperiment von CU Spaceflight und SPARKS Science Club mit einem Heliumballon auf 30.085 Meter (98.704 Fuß) über dem Meeresspiegel gehoben wurden. Jeder der Bären trug einen anderen Raumanzug, der von 11- bis 13-Jährigen von SPARKS entworfen wurde.

Verweise

Literaturverzeichnis

Externe Links