Nepakeičiamas antrasis apvalkalas: nuodugni kosminių skafandrų technologijos analizė pasauliniams tyrinėjimams

Nenumaldomas žmonijos noras tyrinėti už Žemės ribų yra mūsų įgimto smalsumo ir ambicijų įrodymas. Tačiau kelionė į kosmoso vakuumą, su jo žiauriais temperatūros ekstremumais, radiacija ir mikrometeoroidų smūgiais, reikalauja ne tik drąsos; tam reikia sudėtingos inžinerijos. Žmogaus išgyvenimo ir produktyvumo šioje priešiškoje aplinkoje priešakyje yra kosminiai skafandrai – sudėtingi, autonomiški Žemės gyvybę palaikančios aplinkos mikrokosmosai. Tai daugiau nei paprasti drabužiai; šie nepaprasti kūriniai dažnai apibūdinami kaip „asmeniniai erdvėlaiviai“, kruopščiai sukurti apsaugoti astronautus ir palengvinti jų darbą pačioje atšiauriausioje darbo vietoje.

Nuo pirmųjų kosmoso agentūrų pionieriškų pastangų iki šiandienos tarptautinių kosmoso programų bendrų projektų ir augančio komercinio kosmoso sektoriaus, kosminių skafandrų technologija patyrė nepaprastą evoliuciją. Šie skafandrai atspindi žmogaus išradingumo viršūnę, sujungiantys pažangias medžiagas, sudėtingas gyvybės palaikymo sistemas ir ergonomišką dizainą, kad žmonės galėtų atlikti gyvybiškai svarbias užduotis už savo erdvėlaivio ribų – ar skrietų orbitoje aplink Žemę, ar leistųsi į keliones į Mėnulį ir, galbūt, Marsą. Šis išsamus vadovas nagrinės svarbiausias funkcijas, sudėtingus komponentus, istorinę raidą ir ateities perspektyvas kosminių skafandrų technologijos srityje – srityje, kuri yra gyvybiškai svarbi mūsų nuolatiniam buvimui kosmose.

Kodėl astronautams reikalingi skafandrai? Atšiauri kosmoso aplinka

Norint suprasti skafandro būtinybę, pirmiausia reikia suvokti didžiulius pačios kosmoso aplinkos pavojus. Skirtingai nuo santykinai palankių sąlygų Žemėje, kosmosas kelia daugybę tiesioginių ir ilgalaikių grėsmių neapsaugotam žmogui.

Kosmoso vakuumas: slėgis ir virimo temperatūra

Ko gero, didžiausia tiesioginė grėsmė kosmose yra beveik visiškas vakuumas. Žemėje atmosferos slėgis palaiko mūsų kūno skysčius (pvz., kraują ir seiles) skystos būsenos. Vakuume, be šio išorinio slėgio, skysčiai užvirtų ir virstų dujomis. Šis procesas, vadinamas ebulizmu, sukeltų didelį audinių patinimą, greitą sąmonės praradimą ir vėliau – sunkius audinių pažeidimus. Pagrindinė skafandro funkcija yra užtikrinti hermetišką aplinką, palaikant vidinį slėgį, panašų į Žemės atmosferos, paprastai apie 4,3 psi (svarų į kvadratinį colį) arba 29,6 kPa EVA (veiklos atvirame kosmose) skafandruose, arba pilną atmosferos slėgį IVA (veiklos erdvėlaivio viduje) skafandruose, taip užkertant kelią ebulizmui ir leidžiant astronautams normaliai kvėpuoti.

Ekstremalios temperatūros: nuo kaitrios saulės iki stingdančio šalčio

Kosmose nėra atmosferos, kuri paskirstytų šilumą. Objektai, veikiami tiesioginių saulės spindulių, gali įkaisti iki daugiau nei 120 °C (250 °F), o esantys šešėlyje gali atšalti iki -150 °C (-250 °F). Skafandras turi veikti kaip labai efektyvus šilumos izoliatorius, apsaugantis nuo šilumos praradimo šaltomis sąlygomis ir išsklaidantis perteklinę šilumą saulės šviesoje. Tai pasiekiama naudojant daugiasluoksnę izoliaciją ir sudėtingas aktyvaus vėsinimo sistemas.

Radiacija: tyli, nematoma grėsmė

Už Žemės apsauginio magnetinio lauko ir atmosferos ribų astronautai yra veikiami pavojingo kosminės radiacijos lygio. Tai apima galaktinius kosminius spindulius (GCR) – didelės energijos daleles iš už mūsų Saulės sistemos ribų – ir saulės energingąsias daleles (SEP) – išmetamas per saulės žybsnius ir vainiko masės išmetimus. Abi gali sukelti ūmią spindulinę ligą, DNR pažeidimus, padidėjusią vėžio riziką ir ilgalaikius degeneracinius padarinius. Nors joks praktiškas skafandras negali visiškai apsaugoti nuo visų radiacijos formų, jų medžiagos suteikia tam tikrą apsaugos lygį, o ateities modeliuose siekiama efektyvesnių sprendimų.

Mikrometeoroidai ir orbitinės šiukšlės: didelio greičio pavojai

Kosmosas nėra tuščias; jis pilnas mažų dalelių, nuo mikroskopinių dulkių iki žirnio dydžio neveikiančių palydovų ir raketų dalių fragmentų, kurie visi juda itin dideliu greičiu (dešimtimis tūkstančių kilometrų per valandą). Dėl savo kinetinės energijos net maža dalelė smūgio metu gali padaryti didelę žalą. Skafandrai turi tvirtus, plyšimui atsparius išorinius sluoksnius, skirtus atlaikyti šių mikrometeoroidų ir orbitinių šiukšlių (MMOD) smūgius, taip suteikiant esminę apsaugą nuo pradurimo ir dilimo.

Deguonies trūkumas: esminis poreikis

Žmonėms išgyventi reikalingas nuolatinis deguonies tiekimas. Kosmose nėra kvėpuojamos atmosferos. Skafandro gyvybės palaikymo sistema užtikrina uždaro ciklo deguonies tiekimą, pašalindama iškvėptą anglies dioksidą ir palaikydama kvėpuojamą atmosferą skafandro viduje.

Maža gravitacija / mikrogravitacija: judėjimo ir darbo sąlygos

Nors tai nėra tiesioginė grėsmė, mikrogravitacijos aplinka kosmose kelia iššūkių judėjimui ir užduočių atlikimui. Skafandrai yra sukurti ne tik išgyvenimui, bet ir mobilumui bei miklumui užtikrinti, leidžiant astronautams atlikti sudėtingus manevrus, naudoti įrankius ir vykdyti remontą išėjus į atvirą kosmosą (EVA). Skafandro dizainas turi atsižvelgti į unikalią darbo nesvarumo sąlygomis biomechaniką.

Šiuolaikinio skafandro anatomija: gyvybės palaikymo sluoksniai

Šiuolaikiniai skafandrai darbui atvirame kosmose (EMU), tokie kaip naudojami Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS), yra inžinerijos stebuklai, susidedantys iš daugybės sluoksnių ir integruotų sistemų. Juos galima plačiai suskirstyti į hermetišką drabužį, šiluminį mikrometeoroidinį drabužį ir nešiojamąją gyvybės palaikymo sistemą.

Hermetiškas drabužis: vidinio slėgio palaikymas

Tai yra vidinis, kritiškai svarbus sluoksnis, atsakingas už stabilaus vidinio slėgio palaikymą astronautui. Paprastai jį sudaro keli komponentai:

• Skysčiu aušinamas ir vėdinamas drabužis (LCVG): Dėvimas tiesiai prie odos, šis drabužis pagamintas iš tampraus tinklinio audinio, persipynusio su plonais vamzdeliais, kuriais teka vėsus vanduo. Ši aktyvaus vėsinimo sistema yra būtina astronauto kūno šilumai išsklaidyti, kuri kitaip greitai kauptųsi uždarame skafandre ir sukeltų perkaitimą.
• Slėginė pūslė: Hermetiškas sluoksnis, dažnai pagamintas iš uretanu padengto nailono, kuris sulaiko deguonį ir palaiko vidinį skafandro slėgį. Tai yra pagrindinis slėgį sulaikantis sluoksnis.
• Formą palaikantis sluoksnis: Išorinis sluoksnis, paprastai pagamintas iš dakrono ar kitų tvirtų medžiagų, suteikiantis skafandrui formą. Be šio sluoksnio slėginė pūslė tiesiog išsipūstų kaip balionas, taptų kieta ir nejudri. Formą palaikantis sluoksnis yra tiksliai pritaikytas, kad skafandras per daug neišsipūstų ir slėgis pasiskirstytų tolygiai.
• Sąnariai ir guoliai: Kad būtų galima judėti esant slėgiui, skafandruose įmontuoti sudėtingi sąnariai. Tai gali būti gofruoti audinio sąnariai (panašūs į dumples) arba sukamieji guoliai. Sąnarių konstrukcijos pasirinkimas daro didelę įtaką skafandro lankstumui ir judesiui reikalingoms pastangoms.

Šiluminis mikrometeoroidinis drabužis (TMG): apsauga nuo ekstremalių sąlygų

TMG yra išorinis skafandro apvalkalas, suteikiantis esminę apsaugą nuo atšiaurios išorinės aplinkos. Tai daugiasluoksnė sistema, sukurta dviem pagrindiniams tikslams:

• Šilumos izoliacija: Sudarytas iš kelių sluoksnių atspindinčios Mylar ir Dacron izoliacijos (dažnai vadinamos daugiasluoksne izoliacija arba MLI), TMG apsaugo nuo šilumos praradimo šaltomis sąlygomis ir atspindi saulės spinduliuotę, kad būtų išvengta perkaitimo. Šie sluoksniai yra perskirti tinkliniais tarpikliais, kad susidarytų vakuuminiai tarpai, pagerinantys jų izoliacines savybes.
• Apsauga nuo mikrometeoroidų ir orbitinių šiukšlių (MMOD): Išoriniausi sluoksniai pagaminti iš patvarių, plyšimui atsparių audinių, tokių kaip „Ortho-Fabric“ (teflono, kevlaro ir nomekso mišinys). Šie sluoksniai skirti sugerti ir išsklaidyti dideliu greičiu skriejančių mažų dalelių smūgio energiją, apsaugant po jais esantį hermetišką drabužį nuo pradurimo.

Gyvybės palaikymo sistema (PLSS – nešiojamoji gyvybės palaikymo sistema): gyvybės kuprinė

PLSS dažnai yra įtaisyta į kuprinę panašiame modulyje ir yra skafandro širdis, teikianti visus būtinus elementus išgyvenimui ir funkcionavimui. Jos komponentai apima:

• Deguonies tiekimas: Aukšto slėgio deguonies balionai tiekia astronautui kvėpuojamąjį orą. Deguonis cirkuliuoja po skafandrą, o vėdinimo sistema užtikrina šviežio oro tiekimą į šalmą ir galūnes.
• Anglies dioksido šalinimo sistema: Kvėpuodamas astronautas gamina anglies dioksidą, kurį reikia pašalinti, kad būtų išvengta uždusimo. Ankstyvuosiuose skafandruose CO2 chemiškai sugerti buvo naudojami ličio hidroksido (LiOH) kanistrai. Šiuolaikinėse sistemose dažnai naudojamos regeneruojamos sistemos, tokios kaip metalo oksido (MetOx) kanistrai, kuriuos galima „iškaitinti“, kad išsiskirtų CO2, ir naudoti pakartotinai, arba pažangios kintančiosios absorbcijos sistemos, kurios cikliškai absorbuoja ir desorbuoja CO2.
• Temperatūros reguliavimas: PLSS kontroliuoja vėsinančio vandens srautą per LCVG, kad palaikytų astronauto kūno temperatūrą. Sublimatorius arba radiatorių sistema išmeta perteklinę šilumą iš skafandro į kosmosą.
• Maitinimo šaltinis: Baterijos tiekia elektros energiją visoms skafandro sistemoms, įskaitant siurblius, ventiliatorius, radijo imtuvus ir prietaisus.
• Ryšio sistemos: Integruoti radijo imtuvai leidžia astronautams bendrauti vieniems su kitais, su savo erdvėlaiviu ir su valdymo centru Žemėje. Mikrofonai ir garsiakalbiai yra įmontuoti šalme.
• Vandens ir atliekų tvarkymas: Nors dauguma šiuolaikinių skafandrų neturi visiškai integruoto atliekų tvarkymo, išskyrus maksimalios absorbcijos drabužį (MAG) šlapimui, PLSS valdo vėsinimo vandenį, o kai kuriose pažangiose koncepcijose svarstomos išsamesnės sistemos. Geriamasis vanduo tiekiamas per maišelį ir šiaudelį šalmo viduje.
• Stebėjimo ir valdymo sistemos: Jutikliai nuolat stebi skafandro slėgį, deguonies lygį, CO2 lygį, temperatūrą ir kitus gyvybiškai svarbius parametrus. Valdymo pultai leidžia astronautui reguliuoti tam tikrus nustatymus.

Šalmas: matomumas, ryšys ir CO2 šalinimas

Šalmas yra skaidrus, hermetiškas kupolas, užtikrinantis aiškų matomumą ir galvos apsaugą. Jame integruotos kelios svarbios funkcijos:

• Antveidžiai: Keli antveidžiai apsaugo nuo akinimo, žalingos ultravioletinės (UV) spinduliuotės ir smūgių. Išorinis antveidis dažnai padengtas auksu, kad atspindėtų saulės šviesą.
• Ryšio kepuraitė: Dėvima šalmo viduje, šioje kepuraitėje yra mikrofonai balso ryšiui ir ausinės.
• Vėdinimas ir CO2 šalinimas: Oro srautas šalmo viduje yra kruopščiai valdomas, kad būtų išvengta rasojimo ir nukreiptas iškvėptas CO2 link šalinimo sistemos.

Pirštinės ir batai: miklumas ir ilgaamžiškumas

Kosminio skafandro pirštinės yra vieni iš sudėtingiausių komponentų projektuojant, nes reikia suderinti didelį miklumą ir patikimą slėgio sulaikymą. Jos yra pritaikomos kiekvienam astronautui individualiai. Batai apsaugo kojas ir užtikrina mobilumą, ypač atliekant operacijas Mėnulio ar planetų paviršiuje. Tiek pirštinės, tiek batai yra daugiasluoksniai, panašūs į pagrindinę skafandro dalį, turintys izoliaciją, slėgines pūsles ir tvirtus išorinius sluoksnius.

Skafandrų evoliucija: nuo „Mercury“ iki „Artemis“

Kosminių skafandrų istorija – tai nuolatinių inovacijų pasakojimas, kurį skatina augančios žmonijos ambicijos kosmose.

Ankstyvieji modeliai: hermetiški kostiumai („Vostok“, „Mercury“, „Gemini“)

Pirmieji kosminiai skafandrai pirmiausia buvo skirti veiklai erdvėlaivio viduje (IVA), t. y. jie buvo dėvimi erdvėlaivyje kritiniais etapais, tokiais kaip startas, grįžimas į atmosferą arba kabinos slėgio sumažėjimo atveju. Šiuose ankstyvuosiuose skafandruose pirmenybė buvo teikiama slėgio išlaikymui, o ne mobilumui. Pavyzdžiui, sovietinis SK-1 skafandras, kurį vilkėjo Jurijus Gagarinas, ir JAV „Mercury“ skafandrai iš esmės buvo avariniai hermetiški drabužiai, siūlantys ribotą lankstumą. „Gemini G4C“ skafandrai buvo šiek tiek pažangesni, leidę atlikti pirmuosius primityvius išėjimus į atvirą kosmosą, nors šios EVA pasirodė esančios neįtikėtinai varginančios dėl skafandro standumo esant slėgiui.

„Skylab“ ir „Shuttle“ era: IVA ir EVA skafandrai („Apollo“, „Shuttle“ EMU)

„Apollo“ programai prireikė pirmųjų skafandrų, kurie buvo tikrai sukurti ilgalaikei veiklai atvirame kosmose, ypač Mėnulio paviršiaus tyrinėjimams. Apollo A7L skafandras buvo revoliucinis. Tai buvo tikras „asmeninis erdvėlaivis“, leidęs astronautams valandų valandas vaikščioti Mėnulyje. Jo sudėtinga sluoksniuota struktūra, įskaitant vandeniu aušinamą apatinį drabužį ir sudėtingą slėginę pūslę, nustatė standartą ateities EVA skafandrams. Tačiau Mėnulio dulkės pasirodė esančios didelis iššūkis – jos prilipo prie visko ir galėjo pažeisti skafandro medžiagas.

„Space Shuttle“ programa pristatė skafandrų darbui atvirame kosmose (EMU), kurie nuo to laiko tapo standartiniu EVA skafandru Tarptautinei kosminei stočiai. EMU yra pusiau standus, modulinis skafandras su kieta viršutine liemens dalimi (HUT), į kurį astronautai įlipa iš nugaros. Jo moduliškumas leidžia pritaikyti skirtingus komponentus individualiems astronautams ir palengvina priežiūrą. „Shuttle“/TKS EMU veikia mažesniu slėgiu (4,3 psi / 29,6 kPa), palyginti su „Shuttle“ kabinos slėgiu (14,7 psi), todėl astronautai prieš išėjimą į atvirą kosmosą turi kelias valandas „kvėpuoti“ grynu deguonimi, kad iš kraujo pašalintų azotą ir išvengtų dekompresinės ligos („kesoninės ligos“). Nepaisant tvirtos konstrukcijos ir ilgo tarnavimo laiko, EMU yra sunkus, šiek tiek gremėzdiškas ir siūlo ribotą apatinės kūno dalies mobilumą operacijoms planetų paviršiuje.

Tuo tarpu Rusija sukūrė savo itin pajėgų EVA skafandrą – „Orlan“ skafandrą. Išskirtinai, „Orlan“ yra galinio įėjimo skafandras, o tai reiškia, kad astronautai į jį įlipa per liuką nugaroje. Tokia konstrukcija leidžia greičiau ir be pagalbos apsirengti ir nusirengti, todėl tai yra „savaime apsirengiamas“ skafandras. „Orlan“ skafandrai taip pat naudojami EVA operacijoms TKS, daugiausia Rusijos kosmonautų, ir yra žinomi dėl savo tvirtumo ir paprasto naudojimo. Veiklai erdvėlaivio viduje Rusijos „Sokol“ skafandras yra naudojamas visų įgulos narių (nepriklausomai nuo tautybės) „Sojuz“ starto ir grįžimo metu, tarnaujantis kaip avarinis hermetiškas kostiumas.

Naujos kartos skafandrai: „Artemis“ ir komerciniai kosminiai skafandrai

NASA programai „Artemis“ siekiant grąžinti žmones į Mėnulį ir galiausiai nusiųsti juos į Marsą, nauji kosminių skafandrų modeliai yra būtini. Tyrinėjimams skirtas skafandras darbui atvirame kosmose (xEMU), kurį kuria NASA (nors dalis jo kūrimo buvo patikėta komercinėms įmonėms), yra kitas didelis žingsnis į priekį. xEMU yra sukurtas geresniam mobilumui, ypač apatinės kūno dalies, todėl jis labiau tinka vaikščioti, klūpėti ir atlikti mokslines užduotis planetų paviršiuose. Juo siekiama didesnio judesių diapazono, padidinto atsparumo dulkėms ir potencialiai platesnio darbinio slėgio diapazono, siekiant sumažinti arba panaikinti išankstinio kvėpavimo reikalavimą. Jo modulinis dizainas taip pat pabrėžiamas siekiant pritaikomumo įvairioms misijoms.

Augantis komercinis kosmoso sektorius taip pat prisideda prie kosminių skafandrų inovacijų. Įmonės, tokios kaip „SpaceX“, sukūrė aptakius, prigludusius IVA skafandrus savo „Dragon“ erdvėlaivio įgulai. Šie skafandrai, nors ir neskirti EVA, demonstruoja modernią estetiką ir supaprastintas sąsajas. Privati įmonė „Axiom Space“ buvo pasirinkta NASA sukurti pirmąjį veikiantį EVA skafandrą „Artemis III“ nusileidimui Mėnulyje, remiantis xEMU paveldu ir žadant dar didesnes galimybes bei komercinį lankstumą.

Skafandrų projektavimo ir inžinerijos iššūkiai

Skafandro projektavimas yra pratimas, reikalaujantis suderinti prieštaringus reikalavimus ir įveikti ekstremalias inžinerines kliūtis. Iššūkiai yra įvairūs ir reikalauja daugiadisciplininių sprendimų.

Mobilumas prieš slėgį: pusiausvyros paieškos

Tai bene fundamentaliausias iššūkis. Hermetiškas skafandras natūraliai linkęs tapti standus, kaip pripūstas balionas. Tačiau astronautams reikia palyginti lengvai lankstytis, griebti ir judėti, kad galėtų atlikti sudėtingas užduotis. Inžinieriai nuolat kovoja su šiuo kompromisu, naudodami tokias technologijas kaip gofruoti sąnariai, guolių sistemos ir kruopščiai pritaikyti formą palaikantys sluoksniai, kad būtų užtikrintas lankstumas nepakenkiant slėgio vientisumui. Net ir su šiais patobulinimais, išėjimai į atvirą kosmosą yra neįtikėtinai fiziškai reiklūs, reikalaujantys iš astronautų didelės jėgos ir ištvermės.

Masės ir tūrio apribojimai: svarbus kiekvienas gramas

Bet ko paleidimas į kosmosą yra neįtikėtinai brangus, ir kiekvienas kilogramas masės didina kainą. Skafandrai turi būti kuo lengvesni ir kompaktiškesni, kartu užtikrinant tvirtą apsaugą ir gyvybės palaikymą. Tai skatina inovacijas medžiagų mokslo ir sistemų miniatiūrizavimo srityse.

Patvarumas ir priežiūra: ilgalaikės operacijos

Skafandrai, ypač naudojami EVA, yra veikiami pasikartojančių hermetizavimo ir dehermetizavimo ciklų, ekstremalių temperatūrų, radiacijos ir abrazyvinių dulkių (ypač Mėnulyje ar Marse). Jie turi būti neįtikėtinai patvarūs ir suprojektuoti taip, kad juos būtų lengva taisyti ar pakeisti komponentus kosmose, dažnai pačių astronautų. Pavyzdžiui, Mėnulio dulkės yra žinomos kaip itin abrazyvios ir elektrostatiškos, keliandamos didelį iššūkį skafandro ilgaamžiškumui ir sistemų sandarumui.

Ergonomika ir pritaikymas: tobulas atitikimas

Kaip ir bet kuri specializuota įranga, skafandras turi tobulai tikti individualiam vartotojui. Blogas pritaikymas gali sukelti spaudimo taškus, trynimą ir sumažėjusį našumą. Skafandrai yra labai pritaikomi, su moduliniais komponentais, kuriuos galima keisti, kad tiktų skirtingų kūno dydžių žmonėms. Tačiau sukurti skafandrus, kurie patogiai tiktų plačiam žmonių anatomijos spektrui ir išlaikytų optimalų našumą, tebėra iššūkis, ypač kai astronautų korpusas tampa įvairesnis.

Apsauga nuo radiacijos: nuolatinė kliūtis

Nors skafandrai suteikia tam tikrą apsaugą, visapusiškos apsaugos nuo didelės energijos galaktinių kosminių spindulių (GCR) užtikrinimas, nepadarant skafandro pernelyg sunkaus, yra neišspręsta problema. Dauguma dabartinių skafandrų siūlo ribotą apsaugą nuo GCR ir yra pirmiausia skirti sušvelninti saulės dalelių įvykių (SPE) poveikį, leidžiant astronautams greitai grįžti į apsaugotą erdvėlaivio aplinką. Ateities tolimojo kosmoso misijoms reikės pažangesnių radiacinės apsaugos strategijų, galbūt apimančių specializuotas medžiagas ar aktyviosios apsaugos koncepcijas.

Kaina ir gamybos sudėtingumas

Kiekvienas kosminis skafandras yra individualiai pagaminta, labai specializuota įrangos dalis, dažnai gaminama nedideliais kiekiais. Tai, kartu su ekstremaliais saugos reikalavimais ir integruotų sistemų sudėtingumu, daro juos neįtikėtinai brangius projektuoti, kurti ir gaminti. Visa tiekimo grandinė apima labai specializuotas pramonės šakas ir griežtą kokybės kontrolę, o tai didina bendrą kainą.

Skafandrų technologijos ateitis: už Žemės orbitos ribų

Žmonijai nusitaikius į nuolatinį buvimą Mėnulyje ir galiausiai Marse, skafandrų technologija toliau sparčiai vystysis. Ilgalaikių planetinių misijų reikalavimai iš esmės skiriasi nuo išėjimų į atvirą kosmosą Žemės orbitoje, skatindami naujas projektavimo filosofijas ir technologinius proveržius.

Pažangios medžiagos: lengvesnės, tvirtesnės, lankstesnės

Ateities skafandruose tikriausiai bus naudojamos naujos medžiagos, kurios yra lengvesnės, geriau apsaugo nuo radiacijos, yra patvaresnės dulkėms ir MMOD, ir suteikia didesnį lankstumą nepakenkiant slėgio vientisumui. Vyksta tyrimai, susiję su išmaniaisiais audiniais, formos atminties lydiniais ir naujos kartos kompozitais.

Išmanieji skafandrai: integruoti jutikliai ir dirbtinis intelektas

Ateities skafandruose gali būti integruota daugybė jutiklių, skirtų išsamiau stebėti astronauto fiziologinę būklę (širdies ritmą, kvėpavimą, odos temperatūrą, hidrataciją), skafandro vientisumą ir aplinkos sąlygas. Dirbtinis intelektas galėtų padėti astronautams atlikti diagnostiką, teikti procedūrinius nurodymus ir net numatyti galimas problemas, teikiant realaus laiko palaikymą ir didinant saugumą.

Savaime atsistatančios ir prisitaikančios medžiagos

Įsivaizduokite skafandrą, kuris gali pats aptikti ir pataisyti mažus pradūrimus, arba tokį, kuris gali realiu laiku pritaikyti savo izoliacines savybes prie kintančių šiluminių sąlygų. Savaime atsistatančių polimerų ir prisitaikančių šilumos kontrolės sistemų tyrimai galėtų žymiai pagerinti skafandro patvarumą ir astronautų komfortą ilgose misijose toli nuo atsargų papildymo.

Patobulintas miklumas ir haptika

Dabartinės pirštinės, nors ir pajėgios, vis dar žymiai apsunkina smulkiąją motoriką. Ateities modeliais siekiama sukurti pirštines, kurios siūlytų beveik natūralų miklumą, galbūt integruojant haptinį grįžtamąjį ryšį, kad astronautai galėtų „jausti“, ką liečia, o tai labai pagerintų jų gebėjimą manipuliuoti įrankiais ir pavyzdžiais planetų paviršiuose.

Planetoms skirti skafandrai: dulkių mažinimas ir ekstremalios aplinkos

Mėnulio ir Marso dulkės kelia didelį susirūpinimą. Naujiems skafandrams reikės itin veiksmingų dulkių mažinimo strategijų, įskaitant specializuotas medžiagas, dangas ir galbūt net elektrostatinio ar magnetinio dulkių atstūmimo sistemas. Skafandrai, skirti Marsui, taip pat turės susidoroti su plona anglies dioksido atmosfera, skirtingais temperatūros ekstremumais ir galbūt ilgesniais darbo ciklais tarp techninės priežiūros. Svarstomi tokie modeliai kaip galinio įėjimo skafandrai (panašūs į „Orlan“), siekiant sumažinti dulkių patekimą į gyvenamąsias patalpas.

Komercializacija ir pritaikymas

Komercinio kosmoso turizmo ir privačių kosminių stočių augimas tikriausiai paskatins patogesnių, galbūt net individualiai suprojektuotų, IVA skafandrų paklausą. EVA srityje tokios įmonės kaip „Axiom Space“ siekia komerciškai perspektyvesnių ir pritaikomų skafandrų platformų, kurios galėtų aptarnauti kelis klientus ir misijas.

Pasaulinis bendradarbiavimas kuriant skafandrus

Kosmoso tyrinėjimas iš esmės yra pasaulinis siekis, ir skafandrų technologija nėra išimtis. Nors didžiosios kosmoso agentūros, tokios kaip NASA ir „Roscosmos“, istoriškai kūrė savo unikalius skafandrus, vis labiau didėja tarptautinis bendradarbiavimas ir idėjų mainai.

• Tarptautinė kosminė stotis (TKS): Tiek JAV EMU, tiek Rusijos „Orlan“ skafandrai yra naudojami EVA operacijoms TKS, reikalaujantys sąveikos procedūrų ir saugos protokolų požiūriu. Ši bendra operacinė aplinka skatina mokymąsi ir koordinavimą.
• Programa „Artemis“: Nors NASA vadovauja „Artemis“ programai, joje dalyvauja tarptautiniai partneriai, tokie kaip Europos kosmoso agentūra (ESA), Kanados kosmoso agentūra (CSA) ir Japonijos aerokosminių tyrimų agentūra (JAXA). Ateities skafandrai Mėnulio misijoms gali apimti šių tarptautinių partnerių sukurtas technologijas ar komponentus, arba netgi būti sukurti bendram naudojimui ir suderinamumui.
• Bendri tyrimai: Mokslininkai ir inžinieriai iš universitetų ir institucijų visame pasaulyje prisideda prie fundamentalių pažangų medžiagų mokslo, žmogiškųjų veiksnių, robotikos ir gyvybės palaikymo sistemų srityse, kurios galiausiai naudingos skafandrų kūrimui visose šalyse. Konferencijos ir publikacijos palengvina žinių mainus, net jei konkretūs skafandrų dizainai lieka nuosavybės teise priklausantys individualioms programoms.
• Komercinės partnerystės: Besiformuojanti komercinė kosmoso pramonė dažnai sudaro tarptautines partnerystes, suburdama pasaulinį talentą ir gamybos pajėgumus naujų skafandrų kūrimui.

Ši globali perspektyva užtikrina, kad geriausi protai ir inovatyviausios technologijos yra pasitelkiamos sprendžiant žmonijos apsaugos kosmose iššūkius, pabrėžiant, kad kosmoso tyrinėjimai iš tiesų laimi iš vieningo požiūrio.

Išvada: neapdainuoti kosmoso tyrinėjimo herojai

Skafandrai yra kur kas daugiau nei tik apsauginiai drabužiai; tai yra sudėtingos, autonomiškos aplinkos, kurios peržengia medžiagų mokslo, mechanikos inžinerijos ir gyvybės palaikymo sistemų ribas. Jie yra skirtumas tarp gyvybės ir mirties kosmoso vakuume, leidžiantys astronautams atlikti kritinę techninę priežiūrą, vykdyti novatoriškus mokslinius tyrimus ir išplėsti žmonijos buvimą už mūsų erdvėlaivių ribų.

Nuo pionieriškų, šiek tiek standžių ankstyvojo kosmoso amžiaus skafandrų iki modulinių, itin pajėgių šiandienos EMU ir žvelgiant į priekį į lanksčius, išmanius drabužius, skirtus Mėnulio ir Marso tyrinėjimams, skafandrų technologijos evoliucija atspindi mūsų nuolat augančias ambicijas kosmose. Rengiantis sukurti nuolatinį žmogaus buvimą Mėnulyje ir leistis į sudėtingą kelionę į Marsą, nuolatinės inovacijos skafandrų projektavimo srityje išliks nepakeičiamu ramsčiu mūsų gebėjimui tyrinėti, atrasti ir klestėti pačioje tolimiausioje riboje. Šie „asmeniniai erdvėlaiviai“ iš tiesų yra neapdainuoti žmonių kosminių skrydžių herojai, tyliai įgalinantys nepaprastus tyrinėjimo žygdarbius, kurie įkvepia mus visus.