Raumanzug

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Ein Raumanzug ist ein unter Druck stehendes Kleidungsstück, das Astronauten bei Weltraumflügen tragen. Es wurde entwickelt, um sie vor den potenziell schädlichen Bedingungen im Weltraum zu schützen. Raumanzüge werden auch als Extravehicular Mobility Units (EMUs) bezeichnet, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass sie auch als Mobilitätshilfen verwendet werden, wenn ein Astronaut einen Weltraumspaziergang außerhalb eines umlaufenden Raumfahrzeugs unternimmt. Sie setzen sich aus zahlreichen maßgeschneiderten Komponenten zusammen, die von verschiedenen Herstellern produziert und von der National Aeronautics Space Agency (NASA) am Hauptsitz in Houston montiert werden. Die ersten Raumanzüge wurden in den 1950er Jahren eingeführt, als die Weltraumforschung begann. Sie haben sich im Laufe der Zeit immer funktionaler und komplizierter entwickelt. Heute hat die NASA 17 fertiggestellte EMUs, von denen jede über 10,4 Millionen US-Dollar kostete.

Hintergrund

Auf der Erde bietet uns unsere Atmosphäre die Umweltbedingungen, die wir zum Überleben brauchen. Was sie bietet, wie Luft zum Atmen, Schutz vor Sonneneinstrahlung, Temperaturregulierung und konstanter Druck, ist für uns selbstverständlich. Im Weltraum sind keine dieser Schutzeigenschaften vorhanden. Eine Umgebung ohne konstanten Druck enthält beispielsweise keinen atembaren Sauerstoff. Außerdem ist die Temperatur im Weltraum bis zu -273 ° C (-459,4 ° F) kalt. Damit der Mensch im Weltraum überleben konnte, mussten diese Schutzbedingungen synthetisiert werden.

Ein Raumanzug soll die Umweltbedingungen der Erdatmosphäre nachbilden. Es bietet die Grundvoraussetzungen für die Lebenserhaltung wie Sauerstoff, Temperaturkontrolle, Überdruckkapselung, Kohlendioxidentfernung und Schutz vor Sonnenlicht, Sonnenstrahlung und winzigen Mikrometeoroiden. Es ist ein Lebenserhaltungssystem für Astronauten, die außerhalb der Erdatmosphäre arbeiten. Raumanzüge wurden für viele wichtige Aufgaben im Weltraum verwendet. Dazu gehören die Unterstützung bei der Bereitstellung von Nutzlasten, das Abrufen und Warten von Ausrüstung im Orbit, die externe Inspektion und Reparatur des Orbiters und das Aufnehmen beeindruckender Fotos.

Verlauf

Raumanzüge haben sich natürlich weiterentwickelt, da technologische Verbesserungen in den Bereichen Materialien, Elektronik und Fasern vorgenommen wurden. In den ersten Jahren des Weltraumprogramms wurden Raumanzüge für jeden Astronauten maßgeschneidert. Diese waren viel weniger komplex als die heutigen Anzüge. Tatsächlich war der Anzug, den Alan Shepard auf dem ersten US-Suborbital trug, kaum mehr als ein Druckanzug, der dem Druckanzug der US-Marine für Jets in großer Höhe nachempfunden war. Dieser Anzug hatte nur zwei Schichten und es war für den Piloten schwierig, seine Arme oder Beine zu bewegen.

Der Raumanzug der nächsten Generation wurde entwickelt, um vor einem Druckabfall zu schützen, während sich die Astronauten in einem Raumschiff im Orbit befanden. Weltraumspaziergänge in diesen Anzügen waren jedoch nicht möglich, da sie nicht vor der rauen Umgebung des Weltraums schützten. Diese Anzüge bestanden aus fünf Schichten. Die dem Körper am nächsten liegende Schicht war eine weiße Baumwollunterwäsche mit Aufsätzen für biomedizinische Geräte. Als nächstes folgte eine blaue Nylonschicht, die für Komfort sorgte. Auf der blauen Nylonschicht befand sich eine unter Druck stehende, schwarze, mit Neopren beschichtete Nylonschicht. Dies lieferte Sauerstoff für den Fall, dass der Kabinendruck ausfiel. Als nächstes hielt eine Teflonschicht die Form des Anzugs unter Druck, und die letzte Schicht war ein weißes Nylonmaterial, das Sonnenlicht reflektierte und vor versehentlicher Beschädigung schützte.

Für die ersten Weltraumspaziergänge während der Zwillinge Missionen im Jahr 1965 wurde ein siebenlagiger Anzug für zusätzlichen Schutz verwendet. Die zusätzlichen Schichten bestanden aus aluminisiertem Mylar, das mehr Wärmeschutz und Schutz vor Mikrometeoroiden bot. Diese Anzüge hatten ein Gesamtgewicht von 33 lb (15 kg). Obwohl sie angemessen waren, waren damit gewisse Probleme verbunden. So beschlägt beispielsweise die Gesichtsmaske am Helm schnell, sodass die Sicht eingeschränkt ist. Außerdem war das Gaskühlsystem nicht ausreichend, da es übermäßige Wärme und Feuchtigkeit nicht schnell genug abführen konnte.

Sally Ride

Sally Ride ist vor allem als die erste Amerikanerin bekannt, die in den Weltraum geschickt wurde. Als Wissenschaftlerin und Professorin war sie Fellow am Stanford University Center for International Security and Arms Control, Mitglied des Board of Directors von Apple Computer Inc. und Direktorin des Weltrauminstituts und Physikprofessorin an der University of California at San Diego. Ride hat sich entschieden, hauptsächlich für Kinder über Raumfahrt und Erforschung zu schreiben.

Sally Kristen Ride ist die ältere Tochter von Dale Burdell und Carol Joyce (Anderson) Ride aus Encino, Kalifornien, geboren am 26. Mai 1951. Wie die Autorin Karen O'Connor Tomboy Ride in ihrem jungen Leserbuch beschreibt, Sally Ride und die neuen Astronauten, Sally raste mit ihrem Vater um den Sportteil der Zeitung, als sie erst fünf Jahre alt war. Als aktive, abenteuerlustige, aber auch gelehrte Familie reisten die Rides ein Jahr lang durch Europa, als Sally neun und ihre Schwester Karen sieben Jahre alt war. Während Karen inspiriert wurde, Pfarrerin zu werden, im Sinne ihrer Eltern, die Älteste in ihrer presbyterianischen Kirche waren, führte Rides eigener sich entwickelnder Entdeckergeist sie schließlich dazu, sich fast aus einer Laune heraus für das Weltraumprogramm zu bewerben. "Ich weiß nicht, warum ich das machen wollte", gestand sie Newsweek vor ihrem ersten Weltraumflug.

Die Gelegenheit war ein Zufall, denn das Jahr, in dem sie mit der Stellensuche begann, war das erste Mal, dass die NASA ihr Weltraumprogramm seit Ende der 1960er Jahre für Bewerber öffnete, und das allererste Mal, dass Frauen nicht von der Prüfung ausgeschlossen wurden. Ride wurde einer von fünfunddreißig, die aus einem ursprünglichen Feld von achttausend Bewerbern für die Raumfahrtausbildung von 1978 ausgewählt wurden. "Warum ich ausgewählt wurde, bleibt ein völliges Rätsel", gab sie später John Grossmann in einem Interview 1985 in Health . zu . "Niemand von uns hat es jemals erfahren."

Ride wurde in der Folge mit einunddreißig die jüngste Person, die in den Orbit geschickt wurde, sowie die erste Amerikanerin im Weltraum, die erste Amerikanerin, die zwei Raumflüge unternahm, und zufällig die erste Astronautin, die einen anderen aktiven Astronauten heiratete Pflicht.

Ride verließ die NASA 1987 für das Stanford Center for International Security and Arms Control, und zwei Jahre später wurde sie Direktorin des California Space Institute und Physikprofessorin an der University of California in San Diego.

Die Apollo-Missionen verwendeten kompliziertere Anzüge, die einige dieser Probleme lösten. Bei Mondspaziergängen trugen die Astronauten ein siebenlagiges Kleidungsstück mit einem lebenserhaltenden Rucksack. Das Gesamtgewicht betrug etwa 57 lb (26 kg). Für die Space-Shuttle-Missionen hat die NASA die Extravehicular Mobility Unit (EMU) eingeführt. Dies war ein Raumanzug für Weltraumspaziergänge, der keine Verbindung zum Orbiter erforderte. Ein Hauptunterschied dieser Anzüge bestand darin, dass sie für den Einsatz durch mehrere Astronauten entwickelt wurden, anstatt wie die vorherigen Raumanzüge maßgefertigt zu werden. In den letzten 20 Jahren wurden die EMUs stetig verbessert, sie sehen jedoch immer noch genauso aus wie zu Beginn des Shuttle-Programms im Jahr 1981. Derzeit hat die EMU 14 Schutzschichten und wiegt über 275 lb (125 kg).

Rohstoffe

Für den Bau eines Raumanzugs werden zahlreiche Rohstoffe verwendet. Stoffmaterialien umfassen eine Vielzahl verschiedener synthetischer Polymere. Die innerste Schicht besteht aus einem Nylon-Trikotmaterial. Eine weitere Schicht besteht aus Spandex, einem elastischen, tragbaren Polymer. Es gibt auch eine Schicht aus urethanbeschichtetem Nylon, die an der Druckbeaufschlagung beteiligt ist. Dacron – eine Art Polyester – wird für eine druckhemmende Schicht verwendet. Andere verwendete synthetische Stoffe sind Neopren, eine Art Schwammgummi, aluminisiertes Mylar, Gortex, Kevlar und Nomex.

Neben synthetischen Fasern spielen auch andere Rohstoffe eine wichtige Rolle. Fiberglas ist das Hauptmaterial für das harte Oberkörpersegment. Lithiumhydroxid wird bei der Herstellung des Filters verwendet, der Kohlendioxid und Wasserdampf während eines Weltraumspaziergangs entfernt. Eine Silber-Zink-Mischung enthält die Batterie, die den Anzug mit Strom versorgt. In das Gewebe sind Kunststoffschläuche eingewebt, um Kühlwasser durch den Anzug zu transportieren. Für den Aufbau der Helmschale wird ein Polycarbonat-Material verwendet. Verschiedene andere Komponenten werden verwendet, um die elektronische Schaltung und die Anzugsteuerung zu bilden.

Design

Ein einzelner EMU-Raumanzug besteht aus verschiedenen maßgeschneiderten Komponenten, die von über 80 Unternehmen hergestellt werden. Die Größe der Teile reicht von einer Achtel-Zoll-Unterlegscheibe bis zu einem 30 Zoll (76,2 cm) langen Wassertank. Die WWU besteht aus 18 Einzelposten. Einige der wichtigsten Komponenten werden im Folgenden beschrieben.

Das primäre Lebenserhaltungssystem ist ein in sich geschlossener Rucksack, der mit einer Sauerstoffversorgung, Kohlendioxid-Entfernungsfiltern, Strom, Ventilator und Kommunikationsausrüstung ausgestattet ist. Es versorgt den Astronauten mit den meisten Dingen, die er zum Überleben benötigt, wie Sauerstoff, Luftreinigung, Temperaturkontrolle und Kommunikation. Im Tank des Anzugs können bis zu sieben Stunden Sauerstoff gespeichert werden. Am Anzug befindet sich auch ein sekundäres Sauerstoffpaket. Dies liefert zusätzliche 30 Minuten Notfallsauerstoff.

Der Helm ist eine große unter Druck stehende Plastikblase, die einen Halsring und ein Belüftungsverteilerpolster hat. Es hat auch ein Spülventil, das mit einem sekundären Sauerstoffpaket verwendet wird. Im Helm befindet sich ein Strohhalm für einen Trinkbeutel, falls der Astronaut durstig wird, ein Visier, das die Strahlen der grellen Sonne abschirmt, und eine Kamera, die außerbetriebliche Aktivitäten aufzeichnet. Da Weltraumspaziergänge über sieben Stunden am Stück dauern können, ist der Anzug mit einem Urinsammelsystem ausgestattet, um Toilettenpausen zu ermöglichen. Die MSOR-Baugruppe wird an der Außenseite des Helms befestigt. Dieses Gerät (auch bekannt als "Snoopy Cap") rastet mit einem Kinnriemen ein. Es besteht aus Kopfhörern und einem Mikrofon für die Zwei-Wege-Kommunikation. Es hat auch vier kleine "Kopflampen", die bei Bedarf zusätzliches Licht spenden. Das Visier wird manuell eingestellt, um die Augen des Astronauten abzuschirmen.

Um die Temperatur zu halten, wird unter der Oberbekleidung eine Flüssigkeitskühl- und Belüftungskleidung getragen. Es besteht aus Kühlrohren, die von Flüssigkeit durchströmt werden. Die Unterwäsche ist ein einteiliger Netzanzug aus Elasthan. Es hat einen Reißverschluss, um den Fronteinstieg zu ermöglichen. Es verfügt über mehr als 300 Fuß Kunststoffrohre, in denen kühles Wasser zirkuliert. Normalerweise wird das zirkulierende Wasser auf 40-50 °F (4,4-9,9 °C) gehalten. Die Temperatur wird über ein Ventil auf dem Display-Bedienfeld geregelt. Das untere Kleidungsstück wiegt 3,8 kg, wenn es mit Wasser beladen ist.

Die untere Rumpfbaugruppe besteht aus Hose, Stiefeln, Slip-Einheit, Knie- und Knöchelgelenken und der Taillenverbindung. Sie besteht aus einer Druckblase aus urethanbeschichtetem Nylon. Eine zurückhaltende Schicht aus Dacron und eine äußere Thermokleidung bestehen aus Neopren-beschichtetem Nylon. Er hat außerdem fünf Lagen aluminisiertes Mylar und eine Gewebe-Oberflächenschicht aus Teflon, Kevlar und Nomex. Dieser Teil des Anzugs kann durch Anpassen der Größenringe im Oberschenkel- und Beinbereich kürzer oder länger gemacht werden . Die Stiefel haben eine isolierte Zehenkappe, um die Wärmespeicherung zu verbessern. Es werden auch Thermosocken getragen. Der Urinspeicher befindet sich auch in diesem Abschnitt des Anzugs. Alte Modelle konnten bis zu 950 Milliliter Flüssigkeit aufnehmen. Derzeit ein Einwegwindeltyp Kleidungsstück verwendet wird.

Die Armbaugruppe ist genau wie die untere Rumpfbaugruppe einstellbar. Die Handschuhe enthalten Eine Extravehicular Mobility Unit (EMU). batteriebetriebene Miniaturheizungen in jedem Finger. Der Rest der Einheit ist mit Polsterung und einer zusätzlichen schützenden Außenschicht bedeckt.

Der harte Oberkörper besteht aus Fiberglas und Metall. Hier werden die meisten Anzugteile befestigt, einschließlich Helm, Arme, Anzeige des Lebenserhaltungssystems, Steuermodul und Unterkörper. Es umfasst Sauerstoffflaschen, Wasserspeichertanks, einen Sublimator, eine Schadstoffkontrollpatrone, Regler, Sensoren, Ventile und ein Kommunikationssystem. Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf verlassen den Anzug durch die Belüftungskleidung in der Nähe der Füße und Ellbogen des Astronauten. Ein Trinkbeutel im Oberkörper kann bis zu 907,2 g Wasser aufnehmen. Durch das Mundstück, das in den Helm hineinragt, kann der Astronaut etwas trinken.

Das an der Brust angebrachte Steuermodul ermöglicht es dem Astronauten, den Status des Anzugs zu überwachen und eine Verbindung zu externen Flüssigkeits- und Stromquellen herzustellen. Es enthält alle mechanischen und elektrischen Bedienelemente sowie ein optisches Anzeigefeld. Ein wiederaufladbarer Akku aus Silberzink, der mit 17 Volt betrieben wird, wird verwendet, um den Anzug mit Strom zu versorgen. Dieses Steuermodul ist in das Warnsystem im harten Oberkörper integriert, um sicherzustellen, dass der Astronaut den Status der Umgebung des Anzugs kennt. Der Anzug ist über eine Nabelschnur mit dem Orbiter verbunden. Sie wird vor dem Verlassen der Luftschleuse abgekoppelt.

Der weiße Anzug wiegt auf der Erde etwa 275 lb (124,8 kg) und hat eine Produktlebenserwartung von etwa 15 Jahren. Es wird mit einem Druck von 4,3 lb (1,95 kg) pro Quadratzoll beaufschlagt und kann durch direktes Anschließen an den Orbiter aufgeladen werden. Die bestehende Das primäre Lebenserhaltungssystem ist ein in sich geschlossener Rucksack, der mit einer Sauerstoffversorgung und Kohlendioxidentfernung ausgestattet ist Filter, Strom, Lüfter und Kommunikationsgeräte. Raumanzüge sind modular aufgebaut, sodass sie von mehreren Astronauten geteilt werden können. Die vier grundlegenden austauschbaren Abschnitte umfassen den Helm, den harten Oberkörper, die Arme und die Unterkörperbaugruppe. Diese Teile sind verstellbar und können so angepasst werden, dass sie über 95% aller Astronauten passen. Jeder Satz Arme und Beine ist in verschiedenen Größen erhältlich, die auf den jeweiligen Astronauten abgestimmt werden können. Die Arme ermöglichen eine Anpassung von bis zu einem Zoll. Die Beine ermöglichen eine Anpassung von bis zu drei Zoll.

Es dauert ungefähr 15 Minuten, den Raumanzug anzuziehen. Um den Raumanzug anzuziehen, zieht der Astronaut zuerst die untere Kleidung an, die das Flüssigkeitskühl- und Belüftungssystem enthält. Als nächstes wird die untere Rumpfbaugruppe angelegt, wobei die Stiefel befestigt werden. Als nächstes gleitet der Astronaut in die Oberkörpereinheit, die mit dem lebenserhaltenden Rucksack an einem speziellen Konnektor in der Schleusenkammer befestigt ist. Die Abfallringe werden verbunden und dann werden die Handschuhe und der Helm aufgesetzt.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die Herstellung eines Raumanzugs ist ein komplizierter Prozess. Es kann in zwei Produktionsphasen unterteilt werden. Zuerst werden die einzelnen Komponenten konstruiert. Dann werden die Teile an einem primären Fertigungsstandort, wie dem NASA-Hauptquartier in Houston, zusammengeführt und zusammengebaut. Der allgemeine Prozess ist wie folgt skizziert.

Helm- und Visiereinheit

• 1 Der Helm und das Visier können unter Verwendung traditioneller Blasformtechniken hergestellt werden. Eine EMU besteht aus 14 Schutzschichten. Stoffmaterialien umfassen eine Vielzahl verschiedener synthetischer Polymere. Die innerste Schicht ist ein Nylon-Trikotmaterial. Eine weitere Schicht besteht aus Spandex, einem elastischen, tragbaren Polymer. Es gibt auch eine Schicht aus urethanbeschichtetem Nylon, die an der Druckbeaufschlagung beteiligt ist. Dacron – eine Art Polyester – wird für eine druckhemmende Schicht verwendet. Andere verwendete synthetische Stoffe sind Neopren, eine Art Schwammgummi, aluminisiertes Mylar, Gortex, Kevlar und Nomex. Polycarbonat-Pellets werden in eine Spritzgussmaschine geladen. Sie werden geschmolzen und in einen Hohlraum gedrückt, der ungefähr der Größe und Form des Helms entspricht. Wenn der Hohlraum geöffnet wird, wird das Hauptteil des Helms konstruiert. Am offenen Ende ist eine Verbindungsvorrichtung angebracht, damit der Helm am harten Oberkörper befestigt werden kann. Das Belüftungsverteilerpolster wird zusammen mit den Spülventilen hinzugefügt, bevor der Helm verpackt und versendet wird. Die Visierbaugruppe ist in ähnlicher Weise mit "Scheinwerfern" und Kommunikationsausrüstung ausgestattet.

Lebenserhaltende Systeme

• 2 Die Lebenserhaltungssysteme werden in mehreren Schritten zusammengestellt. Alle Teile sind am äußeren Rucksackgehäuse befestigt. Zuerst werden die unter Druck stehenden Sauerstofftanks gefüllt, verschlossen und in das Gehäuse eingesetzt. Die Ausrüstung zum Entfernen von Kohlendioxid wird zusammengestellt. Dabei handelt es sich typischerweise um einen mit Lithiumhydroxid gefüllten Filterkanister, der an einem Schlauch befestigt wird. Der Rucksack wird dann mit einem Belüftungssystem, Strom, einem Radio, einem Warnsystem und der Wasserkühlung ausgestattet. Fertig montiert kann das Lebenserhaltungssystem direkt am harten Oberkörper befestigt werden.

Steuermodul

• 3 Die Schlüsselkomponenten des Steuermoduls werden in separaten Einheiten gebaut und dann zusammengebaut. Dieser modulare Ansatz ermöglicht, dass wichtige Teile bei Bedarf einfach gewartet werden können. Das auf der Brust montierte Steuermodul enthält alle elektronischen Bedienelemente, ein digitales Display und andere elektronische Schnittstellen. Das Hauptspülventil wird ebenfalls zu diesem Teil hinzugefügt.

Kühlende Kleidung

• 4 Das kühlende Kleidungsstück wird innerhalb der Druckschichten getragen. Es besteht aus einer Kombination von Nylon, Spandexfasern und Flüssigkeitskühlschläuchen. Das Nylontrikot wird zunächst in eine lange unterwäscheähnliche Form geschnitten. Währenddessen werden die Spandexfasern zu einer Stoffbahn gewebt und in die gleiche Form geschnitten. Der Spandex wird dann mit einer Reihe von Kühlschläuchen versehen und dann mit der Nylonschicht vernäht. Anschließend wird ein Frontreißverschluss sowie Konnektoren zur Befestigung am Lebenserhaltungssystem angebracht.

Ober- und Unterkörper

• 5 Der Unterkörper, die Armeinheit und die Handschuhe werden auf ähnliche Weise hergestellt. Die verschiedenen Lagen synthetischer Fasern werden miteinander verwoben und dann in die passende Form geschnitten. An den Enden werden Verbindungsringe angebracht und die verschiedenen Segmente befestigt. Die Handschuhe sind mit Miniaturheizungen in jedem Finger ausgestattet und mit Isolierpolsterung überzogen.
• 6 Der harte Oberkörper wird aus einer Kombination aus Fiberglas und Metall geschmiedet. Es hat vier Öffnungen, an denen die untere Rumpfbaugruppe, die beiden Arme und der Helm befestigt sind. Darüber hinaus werden Adapter hinzugefügt, an denen das Lebenserhaltungspaket und das Steuermodul angebracht werden können.

Endmontage

• 7 Alle Teile werden zur Montage an die NASA geliefert. Dies geschieht am Boden, wo der Anzug vor dem Einsatz im Weltraum getestet werden kann.

Qualitätskontrolle

Die einzelnen Lieferanten führen Qualitätskontrolltests in jedem Schritt des Produktionsprozesses durch. Dies stellt sicher, dass jedes Teil nach höchsten Standards hergestellt wird und in den extremen Umgebungen des Weltraums funktioniert. Auch die NASA führt umfangreiche Tests am fertig montierten Anzug durch. Sie prüfen auf Dinge wie Luftleckagen, Druckverlust oder nicht funktionierende Lebenserhaltungssysteme. Die Qualitätskontrolle ist von entscheidender Bedeutung, da eine einzelne Fehlfunktion für einen Astronauten schlimme Folgen haben kann.

Die Zukunft

Das aktuelle EMU-Design ist das Ergebnis langjähriger Forschung und Entwicklung. Obwohl sie ein mächtiges Werkzeug für Orbitaloperationen sind, sind viele Verbesserungen möglich. Es wurde vermutet, dass der Raumanzug der Zukunft dramatisch anders aussehen könnte als der aktuelle Anzug. Ein Bereich, der verbessert werden kann, ist die Entwicklung von Anzügen, die bei höheren Drücken als die aktuelle WWU betrieben werden können. Dies hätte den Vorteil, dass die Zeit, die derzeit für das Voratmen vor einem Weltraumspaziergang benötigt wird, reduziert wird. Um Anzüge mit höherem Druck herzustellen, müssen die Verbindungsstellen an jedem Teil des Anzugs verbessert werden. Eine weitere Verbesserung kann die Größenänderung des Anzugs im Orbit sein. Derzeit dauert es sehr lange, Verlängerungseinsätze im Bein- und Armbereich zu entfernen oder hinzuzufügen. Eine weitere mögliche Verbesserung liegt in der elektronischen Steuerung des Anzugs. Was heute komplexe Befehlscodes erfordert, wird künftig mit einem einzigen Knopfdruck erledigt.