宇宙服

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宇宙服は、宇宙飛行中に宇宙飛行士が着用する加圧された衣服です。それは、宇宙で経験される潜在的に有害な状態からそれらを保護するように設計されています。宇宙服は船外活動宇宙服（EMU）とも呼ばれ、宇宙飛行士が軌道を回る宇宙船の外を散歩するときの移動補助装置としても使用されることを反映しています。これらは、さまざまなメーカーによって製造され、ヒューストンにある本社の米国航空宇宙局（NASA）によって組み立てられた、多数のオーダーメイドのコンポーネントで構成されています。最初の宇宙服は、宇宙探査が始まった1950年代に導入されました。それらは時間とともに進化し、より機能的で複雑になりました。現在、NASAは17の完成したEMUを持っており、それぞれのEMUの製造コストは1,040万ドルを超えています。

背景

地球上では、私たちの大気は私たちが生き残るために必要な環境条件を私たちに提供します。私たちは、呼吸用の空気、日射からの保護、温度調節、一定の圧力など、それが提供するものを当然のことと考えています。宇宙では、これらの保護特性はどれも存在しません。たとえば、一定の圧力がない環境には、呼吸可能な酸素が含まれていません。また、宇宙の温度は-459.4°F（-273°C）と同じくらい低いです。人間が宇宙で生き残るためには、これらの保護条件を統合する必要がありました。

宇宙服は、地球の大気の環境条件を再現するように設計されています。酸素、温度制御、加圧エンクロージャ、二酸化炭素除去、日光、日射、小さな微小隕石からの保護など、生命維持のための基本的な必需品を提供します。これは、地球の大気圏外で働く宇宙飛行士のための生命維持システムです。宇宙服は、宇宙での多くの重要なタスクに使用されてきました。これらには、ペイロードの展開、軌道装置の回収と整備、軌道機の外部検査と修理、および見事な写真の撮影の支援が含まれます。

歴史

宇宙服は、材料、電子機器、繊維の分野で技術が進歩するにつれて自然に進化してきました。宇宙計画の初期には、宇宙服は各宇宙飛行士に合わせて作られていました。これらは、今日のスーツよりもはるかに複雑ではありませんでした。実際、アラン・シェパードが最初の米国の軌道下で着用した与圧服は、米国海軍の高高度ジェット機の与圧服を改造した与圧服にすぎませんでした。このスーツは2層しかなく、パイロットが腕や脚を動かすのは困難でした。

次世代の宇宙服は、宇宙飛行士が軌道を回る宇宙船に乗っている間、減圧から保護するように設計されました。しかし、これらのスーツは、過酷な宇宙環境から身を守ることができなかったため、宇宙遊泳はできませんでした。これらのスーツは5層で構成されていました。体に最も近い層は、生物医学装置用のアタッチメントを備えた白い綿の下着でした。次に、快適さを提供する青いナイロン層がありました。青いナイロン層の上に、加圧された黒いネオプレンでコーティングされたナイロン層がありました。これにより、キャビン圧力が低下した場合に酸素が供給されました。テフロン層は、加圧されたときにスーツの形状を保持するために隣接し、最後の層は、太陽光を反射し、偶発的な損傷から保護する白いナイロン素材でした。

ジェミニの間に発生した最初の宇宙遊泳について 1965年のミッションでは、7層のスーツが追加の保護のために使用されました。余分な層はアルミ化されたマイラーで構成されており、より多くの熱保護と微小隕石からの保護を提供しました。これらのスーツの総重量は33ポンド（15 kg）でした。それらは十分でしたが、それらに関連する特定の問題がありました。たとえば、ヘルメットのフェイスマスクはすぐに曇ったため、視界が妨げられました。また、ガス冷却システムは、過度の熱と湿気を十分に迅速に除去できなかったため、適切ではありませんでした。

サリーライド

サリーライドは、宇宙空間に送られた最初のアメリカ人女性として最もよく知られています。科学者であり教授でもある彼女は、スタンフォード大学国際安全保障・武器管理センターのフェロー、Apple Computer Inc.の取締役会のメンバー、カリフォルニア大学の宇宙研究所の所長兼物理学教授を務めています。サンディエゴ。ライドは、主に子供向けに宇宙旅行と探検について書くことを選択しました。

サリー・クリステン・ライドは、カリフォルニア州エンシノのデール・バーデルとキャロル・ジョイス（アンダーソン）ライドの長女であり、1951年5月26日に生まれました。と新しい宇宙飛行士、 サリーは、わずか5歳のときに、新聞のスポーツセクションで父親と競争していました。活動的で冒険的でありながら学問的な家族であるライドは、サリーが9歳、妹のカレンが7歳のときに、ヨーロッパ中を1年間旅行しました。カレンは長老派教会の長老であった両親の精神で牧師になるように促されましたが、ライド自身の探検への嗜好は、最終的にはほとんど気まぐれで宇宙計画に応募するようになりました。 「なぜそれをやりたかったのかわからない」と彼女はニューズウィークに告白した。 彼女の最初の宇宙飛行に着手する前に。

NASAが1960年代後半以来、初めて宇宙プログラムを応募者に公開したのは、彼女が就職活動を始めた年であり、女性が初めて検討対象から除外されることはなかったため、この機会は偶然でした。ライドは、1978年の宇宙飛行訓練のために8000人の応募者の元の分野から選ばれた35人のうちの1人になりました。 。 「私たちの誰も言われたことがありません。」

ライドはその後、31歳で、軌道に乗せられた最年少の人、宇宙で最初のアメリカ人女性、2回の宇宙飛行を行った最初のアメリカ人女性、そして偶然にも、現役の別の宇宙飛行士と結婚した最初の宇宙飛行士になりました。関税。

ライドは1987年にNASAを離れ、スタンフォード大学の国際安全保障および武器管理センターに向かいました。2年後、彼女はカリフォルニア宇宙研究所の所長およびカリフォルニア大学サンディエゴ校の物理学教授になりました。

アポロ計画は、これらの問題のいくつかを解決するより複雑なスーツを利用しました。月面歩行では、宇宙飛行士は生命維持装置のバックパックを備えた7層の衣服を着用しました。総重量は約57ポンド（26 kg）でした。スペースシャトルのミッションのために、NASAは船外活動宇宙服（EMU）を導入しました。これは、オービターへの接続を必要としない宇宙遊泳用に設計された宇宙服でした。これらのスーツの主な違いの1つは、以前の宇宙服のようにカスタムメイドされるのではなく、複数の宇宙飛行士が使用できるように設計されていることです。過去20年間、EMUは着実に改善されてきましたが、1981年にシャトルプログラムが開始されたときと同じように見えます。現在、EMUには14層の保護があり、重量は275ポンド（125 kg）を超えます。

原材料

宇宙服の製作には多くの原材料が使われています。生地の素材には、さまざまな合成ポリマーが含まれます。最内層はナイロントリコット素材で構成されています。別の層は、伸縮性のあるウェアラブルポリマーであるスパンデックスで構成されています。加圧に関与するウレタンコーティングされたナイロンの層もあります。ポリエステルの一種であるダクロンは、圧力抑制層に使用されます。使用される他の合成繊維には、スポンジゴムの一種であるネオプレン、アルミ化されたマイラー、ゴアテックス、ケブラー、およびノー​​メックスが含まれます。

合成繊維以外にも重要な役割を担っています。グラスファイバーは、ハードアッパートルソセグメントの主要な素材です。水酸化リチウムは、船外活動中に二酸化炭素と水蒸気を除去するフィルターの製造に使用されます。銀亜鉛ブレンドは、スーツに電力を供給するバッテリーを構成します。プラスチック製のチューブが生地に織り込まれ、スーツ全体に冷却水を運びます。ヘルメットのシェルにはポリカーボネート素材を使用しています。電子回路とスーツコントロールを構成するために、他のさまざまなコンポーネントが使用されます。

デザイン

1つのEMU宇宙服は、80社を超える企業が製造したさまざまなオーダーメイドのコンポーネントで構成されています。部品のサイズは、8分の1インチのワッシャーから30インチ（76.2 cm）の長さの水タンクまでさまざまです。 EMUは18の個別のアイテムで構成されています。主要なコンポーネントのいくつかを以下に概説します。

生命維持装置の主なものは、酸素供給、二酸化炭素除去フィルター、電力、換気扇、通信機器を備えた自己完結型のバックパックです。それは、酸素、空気浄化、温度制御、通信など、生き残るために必要なほとんどのものを宇宙飛行士に提供します。スーツのタンクには最大7時間分の酸素を蓄えることができます。二次酸素パックもスーツにあります。これにより、さらに30分の緊急酸素が供給されます。

ヘルメットは大きなプラスチック製の加圧バブルで、ネックリングと換気分配パッドが付いています。また、二次酸素パックで使用されるパージバルブもあります。ヘルメットには、宇宙飛行士が喉が渇いたときのためのストロー、明るい太陽からの光線を遮断するバイザー、船外活動を記録するカメラがあります。スペースウォークは一度に7時間以上続く可能性があるため、スーツには採尿システムが装備されており、バスルームでの休憩が可能です。 MSORアセンブリはヘルメットの外側に取り付けます。このデバイス（「スヌーピーキャップ」とも呼ばれます）は、チンストラップで所定の位置にカチッとはまります。双方向通信用のヘッドホンとマイクで構成されています。また、必要に応じて余分な光を照らす4つの小さな「ヘッドランプ」があります。バイザーは、宇宙飛行士の目を保護するために手動で調整されます。

温度を維持するために、液体冷却および換気用の衣服が外側の衣服の下に着用されます。冷却管で構成されており、流体が流れています。下着はスパンデックスで構成されたメッシュのワンピーススーツです。フロントエントリーを可能にするジッパーが付いています。 300フィートを超えるプラスチックチューブが絡み合っており、その中で冷水を循環させます。通常、循環水は40-50°F（4.4-9.9°C）に維持されます。温度は、ディスプレイのコントロールパネルのバルブによって制御されます。下着は、水を入れたときの重量が8.4ポンド（3.8 kg）です。

胴体下部のアセンブリは、ズボン、ブーツ、「ブリーフユニット、膝と足首の関節、およびウエストの接続で構成されています。ウレタンコーティングされたナイロンの圧力ブラダーで構成されています。ダクロンの拘束層と外側のサーマルガーメントで構成されています。ネオプレンコーティングナイロン製。5層のアルミメッキマイラーと、テフロン、ケブラー、ノメックスで構成された生地表面層もあります。スーツのこの部分は、太ももと脚のセクションのサイジングリングを調整することで短くしたり長くしたりできます。 。ブーツには保温性を高めるために断熱されたつま先キャップが付いています。サーマルソックスも着用されています。尿貯蔵装置もスーツのこのセクションにあります。古いモデルは最大950ミリリットルの液体を保持できます。現在、使い捨ておむつタイプ衣服が使用されています。

アームアセンブリは、胴体下部アセンブリと同じように調整可能です。手袋には含まれています 船外活動宇宙服（EMU）。各指に小型の電池式ヒーター。ユニットの残りの部分は、パッドと追加の保護外層で覆われています。

ハードアッパートルソはグラスファイバーと金属で作られています。これは、ヘルメット、腕、生命維持システムのディスプレイ、制御モジュール、胴体下部など、ほとんどのスーツの部品が取り付けられる場所です。これには、酸素ボトル、貯水タンク、昇華器、汚染物質制御カートリッジ、レギュレーター、センサー、バルブ、および通信システムが含まれます。酸素、二酸化炭素、水蒸気は、宇宙飛行士の足と肘の近くの換気服を通ってスーツを離れます。胴体上部のドリンクバッグには、32オンス（907.2 g）もの水を入れることができます。宇宙飛行士は、ヘルメットの中に伸びるマウスピースから飲み物を飲むことができます。

胸に取り付けられた制御モジュールにより、宇宙飛行士はスーツの状態を監視し、外部の液体や電気の供給源に接続できます。これには、すべての機械的および電気的操作コントロールと視覚的な表示パネルが含まれています。スーツに電力を供給するために、17ボルトで動作する銀亜鉛の充電式バッテリーが使用されています。この制御モジュールは、硬い胴体上部にある警告システムと統合されており、宇宙飛行士がスーツの環境の状態を確実に把握できるようにします。スーツはへその緒を介してオービターに接続します。エアロックを離れる前に切断されます。

白いスーツの重さは地球上で約275ポンド（124.8 kg）で、製品の平均寿命は約15年です。 1平方インチあたり4.3ポンド（1.95 kg）に加圧され、オービターに直接接続することで再充電できます。既存の 生命維持装置は、酸素供給と二酸化炭素除去を備えた自己完結型のバックパックです。フィルター、電力、換気ファン、および通信機器。宇宙服はモジュール式であるため、複数の宇宙飛行士が共有できます。 4つの基本的な交換可能なセクションには、ヘルメット、硬い上半身、腕、下半身アセンブリが含まれます。これらの部品は調整可能であり、すべての宇宙飛行士の95％以上に合うようにサイズを変更できます。腕と脚の各セットは、特定の宇宙飛行士に合うように微調整できるさまざまなサイズで提供されます。アームは1インチの調整が可能です。脚は最大3インチの調整が可能です。

宇宙服を着るのに約15分かかります。宇宙飛行士に宇宙服を着せるには、まず、液体冷却および換気システムを含む下着を着ます。次に、ブーツを取り付けた状態で下半身アセンブリを装着します。次に、宇宙飛行士は、エアロックチャンバーの特別なコネクタに生命維持装置のバックパックが取り付けられている胴体上部ユニットに滑り込みます。廃液リングを接続し、手袋とヘルメットを着用します。

製造
プロセス

宇宙服の製造は複雑なプロセスです。それは生産の2つの段階に分けることができます。まず、個々のコンポーネントが構築されます。次に、部品はヒューストンのNASA本社などの主要な製造場所に集められ、組み立てられます。一般的なプロセスの概要は次のとおりです。

ヘルメットとバイザーのアセンブリ

• 1ヘルメットとバイザーは、従来のブロー成形技術を使用して構築できます。 EMUは14の保護層で構成されています。生地の素材には、さまざまな合成ポリマーが含まれます。最内層はナイロントリコット素材です。別の層は、伸縮性のあるウェアラブルポリマーであるスパンデックスで構成されています。加圧に関与するウレタンコーティングされたナイロンの層もあります。ポリエステルの一種であるダクロンは、圧力抑制層に使用されます。使用される他の合成繊維には、スポンジゴムの一種であるネオプレン、アルミ化されたマイラー、ゴアテックス、ケブラー、およびノー​​メックスが含まれます。ポリカーボネートのペレットが射出成形機にロードされます。それらは溶けて、ヘルメットのおおよそのサイズと形状として空洞に押し込まれます。空洞が開くと、ヘルメットの主要部分が構築されます。ヘルメットを硬い上半身に固定できるように、接続装置が開放端に追加されています。ヘルメットを梱包して出荷する前に、換気分配パッドがパージバルブとともに追加されます。バイザーアセンブリにも同様に「ヘッドランプ」と通信機器が取り付けられています。

生命維持システム

• 2生命維持システムはいくつかのステップでまとめられています。すべての部品は、外側のバックパックハウジングに取り付けられています。まず、加圧された酸素タンクに充填し、蓋をして、ハウジングに入れます。二酸化炭素除去装置が組み立てられています。これには通常、ホースに取り付けられる水酸化リチウムで満たされたフィルターキャニスターが含まれます。その後、バックパックには、換気ファンシステム、電力、ラジオ、警告システム、および水冷装置が取り付けられます。完全に組み立てられると、生命維持システムは硬い上半身に直接取り付けることができます。

制御モジュール

• 3制御モジュールの主要コンポーネントは、個別のユニットに組み込まれてから組み立てられます。このモジュラーアプローチにより、必要に応じて主要部品を簡単に保守できます。胸に取り付けられた制御モジュールには、すべての電子制御、デジタルディスプレイ、およびその他の電子インターフェースが含まれています。この部分には一次パージバルブも追加されています。

冷却服

• 4冷却服は圧力層の内側に着用されます。ナイロン、スパンデックスファイバー、液体冷却チューブの組み合わせで作られています。ナイロントリコットは、最初に長い下着のような形にカットされます。一方、スパンデックス繊維は一枚の布に織り込まれ、同じ形にカットされます。次に、スパンデックスに一連の冷却チューブを取り付け、ナイロン層と一緒に縫い付けます。次に、生命維持システムに取り付けるためのコネクタと同様に、フロントジッパーが取り付けられます。

上半身と下半身

• 5胴体下部、アームアセンブリ、および手袋も同様の方法で作成されます。合成繊維のさまざまな層が一緒に織られ、適切な形状にカットされます。接続リングは両端に取り付けられており、さまざまなセグメントが取り付けられています。手袋はすべての指にミニチュアヒーターが取り付けられており、断熱パッドで覆われています。
• 6硬い上部トルソは、グラスファイバーと金属の組み合わせを使用して鍛造されています。胴体下部アセンブリ、2つのアーム、およびヘルメットが取り付けられる4つの開口部があります。さらに、ライフサポートパックとコントロールモジュールを取り付けることができる場所にアダプターが追加されます。

最終組み立て

• 7すべての部品は、組み立てのためにNASAに出荷されます。これは、宇宙で使用する前にスーツをテストできる地上で行われます。

品質管理

個々のサプライヤーは、製造プロセスの各ステップで品質管理テストを実施します。これにより、すべての部品が厳格な基準に準拠し、宇宙の極限環境で機能することが保証されます。 NASAはまた、完全に組み立てられたスーツに対して広範なテストを実施しています。彼らは、空気漏れ、減圧、または機能しない生命維持システムなどをチェックします。単一の誤動作が宇宙飛行士に悲惨な結果をもたらす可能性があるため、品質管理テストは非常に重要です。

未来

現在のEMUの設計は、長年の研究開発の結果です。それらは軌道操作のための強力なツールですが、多くの改善が可能です。将来の宇宙服は現在の宇宙服とは劇的に異なるように見えるかもしれないことが示唆されています。改善できる分野の1つは、現在のEMUよりも高い圧力で動作できるスーツの開発です。これには、船外活動の前に事前呼吸に現在必要な時間を短縮できるという利点があります。より高圧のスーツを作るには、スーツの各部分の接続ジョイントを改善する必要があります。もう1つの改善点は、軌道上でのスーツのサイズ変更です。現在、脚と腕の領域で延長インサートを取り外したり追加したりするには、かなりの時間がかかります。もう1つの可能な改善は、スーツの電子制御です。現在複雑なコマンドコードが必要なことは、将来的にはボタンを1つ押すだけで実行されます。