Блог

Jul 26, 2023

Создание лучшего скафандра

Прошло 50 лет с тех пор, как люди впервые ступили на Луну. С тех пор астронавты в основном исследовали низкую околоземную орбиту. Теперь, когда НАСА готовится вернуться на Луну, эксперты переоценивают

Прошло 50 лет с тех пор, как люди впервые ступили на Луну. С тех пор астронавты в основном исследовали низкую околоземную орбиту. Теперь, когда НАСА готовится вернуться на Луну, эксперты переоценивают практичность скафандра.

Ана Диас Артилес, доцент кафедры аэрокосмической техники Техасского университета A&M, и аспирант Логан Клюис работают над разработкой SmartSuit, новой архитектуры скафандра, которая создаст более безопасную и лучшую среду скафандра для внекорабельной деятельности (EVA). на поверхностях планет.

SmartSuit — это архитектура скафандра, предложенная Диасом Артайлсом, в которой основное внимание уделяется трем ключевым улучшениям текущей конструкции скафандра; повышенная мобильность, повышенная безопасность и информированное взаимодействие между окружающей средой и космонавтом. Совсем недавно Диас Артилес и Клюис в сотрудничестве с Робертом Шепердом, доцентом Корнелльского университета, разрабатывали прототипы вспомогательных приводов мягкой робототехники для коленных суставов.

«Нынешний скафандр был разработан для условий микрогравитации; в этих условиях астронавтам не нужно ходить или передвигаться, используя нижнюю часть тела, они обычно перемещаются, используя верхнюю часть тела», — сказал Диас Артилес. «Теперь, когда вы находитесь на поверхности планеты, астронавтам придется ходить, сгибаться, становиться на колени, поднимать камни и выполнять множество других подобных действий, которые требуют большей подвижности нижней части тела».

Прототипы мягкого роботизированного колена, которые они разработали, работают за счет давления газа для расширения внутренних камер так, что они прижимаются друг к другу. Когда каждый из них расширяется, привод изгибается. А за счет использования мягкого материала привод принимает форму человеческого тела, обеспечивая более удобную посадку и потенциально снижая риск травм.

«Мягкая робототехника позволит приводам адаптироваться к телу космонавта, значительно повысив их комфорт по сравнению с более жесткими приводами с твердой поверхностью», — сказал Клюис.

Находиться внутри нынешнего скафандра — все равно, что находиться внутри воздушного шара под давлением. Астронавту приходится бороться со скафандром, что не только сложно, но и затрачивает энергию, которую астронавты захотят сохранить при выполнении миссий в открытый космос. Эта энергия, затрачиваемая на движение против костюма, способствует метаболическим затратам, которые вспомогательные роботизированные приводы смогут снизить на 15%, основываясь на симуляциях, специально разработанных для изучения эффектов этих приводов.

«Если вы собираете образцы и проводите тесты, вы тратите много энергии», — сказал Клюис. «Поэтому, когда мы отправляемся на такие миссии, как Луна и Марс, нам придется либо привозить всю эту еду, либо нам придется ее выращивать, поэтому любая экономия, которую вы можете иметь на этой энергии, будет очень полезно."

Их недавняя работа была сосредоточена на приводах для коленных суставов, но в конечном итоге их цель — интегрировать приводы в слой всего тела, улучшая движение в нескольких суставах тела. Этот слой будет относительно сильно давить на астронавта, обеспечивая дополнительное механическое противодавление (MCP), что увеличивает мобильность.

«Давление и мобильность имеют обратную зависимость», — сказал Диас Артилес. «Чем больше давления в скафандре, тем ниже подвижность. Чем меньше на вас давления, тем легче передвигаться».

Это давление относится к давлению газа, которое скафандр обеспечивает для защиты пользователя. Давление атмосферы составляет около 14,7 фунтов на квадратный дюйм (psi). Нынешний скафандр обеспечивает давление около 4,3 фунтов на квадратный дюйм, которое давит на тело космонавта и способствует эффекту воздушного шара. Но если бы слой мягкого робота, охватывающий все тело, мог обеспечить, например, давление 1,0 фунта на квадратный дюйм, это снизило бы количество, необходимое для костюма, всего до 3,3 фунта на квадратный дюйм: меньше давления и больше мобильности.

«Представьте, что вы носите очень узкие Under Armour или очень узкие леггинсы. Это давление, оказывающее давление на ваше тело, будет заменять или дополнять давление газа», — сказал Клюис. «Итак, идея SmartSuit заключается в том, что он будет использовать как механическое давление, так и давление газа».