Skafandr je kus vybavení slouží k zajištění přežití osob ve vesmírném prostředí. Prostorové prostředí se vyznačuje hlavně téměř úplným vakuem a velkými změnami teploty. Kosmický skafandr nosí astronauti během vesmírných výletů nebo na povrchu jiných nebeských těles (Měsíc), ale také uvnitř vesmírných vozidel, aby zvládli náhodné odtlakování . Aby bylo možné přežít, musí skafandr poskytovat kyslík, evakuovat vydechovaný oxid uhličitý a vodní páru a poskytovat tepelnou ochranu při maximální mobilitě. Obecně se k těmto funkcím přidává komunikační systém, alespoň částečná ochrana proti kosmickému záření a mikrometeoritům a možnost jeho obyvatele absorbovat kapaliny. V roce 1935 Španěl Emilio Herrera vyrobil prototyp v dílnách Cercle des Montgolfières de Guadalajara a v Aerodynamics Laboratory of the Four Winds, který zahrnoval mikrofon, protiparní dýchací sestavu, teploměry, barometry a několik nástrojů pro měření. a odebírat vzorky. Významného pokroku bylo dosaženo u prvního skafandru SK-1, který měl na sobě Jurij Gagarin : moderní skafandry jako EMU od NASA nebo kombinovaný ruský Orlan umožňují svým obyvatelům pracovat na mezinárodním shromáždění vesmírné stanice po dobu delší než 8 hodin. Během programu Apollo provedli američtí astronauti se svým skafandrem A7L exkurze na měsíční zemi v ekvivalentním trvání . Moderní skafandry kombinují tuhé části (trup, helma) s měkkými částmi. Ty jsou složeny z několika vrstev, z nichž každá má vyhrazenou roli: podpora vodního chladicího okruhu, uzavřený kryt, tepelná izolace. Výzkum vesmírných skafandrů nadále zlepšuje mobilitu nositele omezenou přetlakovým oblekem navzdory přítomnosti měchů, zmenšuje objem a splňuje výzvu budoucích misí prozkoumat planety.
Člověk v mnoha ohledech není schopen přežít ve vesmírném prostředí bez speciálního vybavení. Vakuum vesmíru mu neposkytuje kyslík, který potřebuje k přežití. Kapaliny člověka vystaveného vakuu zmrazí nebo odpaří téměř okamžitě a po asi 15 sekundách způsobí ztrátu vědomí a po minutě nevratné kóma. Slunce nefiltrované atmosférou může okamžitě způsobit slepotu. Při absenci atmosféry, která by míchala tepelný tok Slunce , může teplota částí těla přímo vystavených paprskům hvězdy dosáhnout 150 ° C, zatímco části ve stínu mohou klesnout na -120 ° C . Mimo zemskou atmosféru už lidé nejsou chráněni před mikrometeority a kosmickými paprsky.
Hlavními funkcemi skafandru je tedy poskytovat astronautovi kyslík , tlakové prostředí , regulovat jeho teplotu, úroveň vlhkosti a nakonec odolávat mikrometeoritům i slunečnímu záření (světlo, teplo, UV) a kosmickému záření. Kromě toho musí kombinace umožnit uživateli udržet si dostatečnou mobilitu k plnění svých úkolů. Toto poslední omezení představuje jeden z nejobtížnějších cílů, kterého je možné dosáhnout, protože tlakový oblek nesený ve vakuu je ztuhlý absencí vnějšího tlaku.
Na úrovni moře je atmosférický tlak 1 atmosféra (1013 hektopascalů). 79% tohoto tlaku je způsobeno přítomností dusíku a 21% přítomností kyslíku . Ale člověk může žít pod mnohem nižším tlakem, jak dokazují populace žijící v Altiplanu ( Jižní Amerika ) v nadmořské výšce téměř 4 000 metrů. Lodě prvních amerických misí vesmírného věku, včetně lodí programu Apollo, byly spokojeny s atmosférou složenou pouze z kyslíku s tlakem sníženým na 0,33 atmosféry (pro Apollo). Taková atmosféra umožňuje snížit hmotnost plavidla, protože lze snížit tloušťku tlakového trupu. Rovněž zjednodušuje systém podpory života tím, že odstraňuje dusíkový okruh a usnadňuje vyjížďky mimosobními vozidly snížením času stráveného očistěním těla od dusíku. Atmosféra složená z čistého kyslíku však představuje nebezpečí, jak ukazuje tragický oheň Apolla 1, a může se z dlouhodobého hlediska ukázat jako toxický pro organismus ( hyperoxie ). Z tohoto důvodu je na palubách vesmírných stanic ( Skylab , Salyut , Mir a Mezinárodní vesmírná stanice ) udržována atmosféra podobná atmosféře Země (tlak, složení plynů ), ve kterých astronauti dlouhodobě trvají.
Jako součást výstupů do vesmíruJe vyloučeno udržovat v skafandru atmosférický tlak shodný s tlakem Země. Ve vakuu je kombinace pod tímto tlakem skutečně tuhá a prakticky zakazuje jakýkoli pohyb končetin. Přenos dusíku navíc komplikuje přenosný systém podpory života, který musí být co nejkompaktnější. Všechny kosmické obleky, ať už ruské nebo americké, používají atmosféru čistého kyslíku s tlakem hluboko pod 1 atmosféru, aby umožnily určitou mobilitu. Takže pokud jde o skafandry používané pro výstupy z Mezinárodní vesmírné stanice pro vesmír, je tlak v obleku EMU v USA 0,3 atmosféry (300 hektopascalů), zatímco ruský oblek Orlan má tlak 0,4 atmosféry (400 hektopascalů), a proto je teoreticky přísnější při používání. Tato charakteristika a odlišný přístup k riziku dekompresní nemoci má za následek velmi odlišnou dobu přípravy před vyjížďkami mimo vozidla: ruský kosmonaut se připravuje dýcháním kyslíku pod tlakem po dobu půl hodiny. Shodný s tím, jaký má jeho skafandr, který odpovídá čas potřebný k oblékání; na druhé straně se musí astronaut využívající EMU připravit dýcháním kyslíku po dobu 4 hodin za sníženého tlaku.
První výstupy do vesmíru v šedesátých letech ukázaly, že přetlakový oblek výrazně omezil jak pohyblivost končetin, tak manuální zručnost. Vzhledem k tuhosti obleku pod tlakem vyžadovalo provádění velmi jednoduchých pohybů značný výdej energie, která muže rychle vyčerpala i ve velmi dobré fyzické kondici. Během mimozemských výletů programu Gemini tedy běžně používaný kombinovaný skafandr (intraautomobilový a mimomobilový) udržovaný končetinami astronauta seděl v poloze odpovídající jeho použití uvnitř lodi. Astronaut musel vyvíjet značné a neustále úsilí, aby změnil polohu své paže, a nebyl schopen vykonávat dlouhé úkoly vyžadující zvednutí paže nad úroveň ramen nebo její snížení na - pod pas.
Existují tři typy skafandru:
Kombinace optimalizované pro aktivity uvnitř vozidla.Jedná se o první typ skafandru vyvinutého na počátku vesmírného věku, kdy do misí nebyla zahrnuta žádná extravehiculární vesmírná aktivita. Jejich cílem je chránit člena posádky kosmické lodi před náhodnou dekompresí nebo před kontaminací atmosféry kabiny toxickým produktem. Musí umožňovat nouzovou evakuaci plavidla a přežití, jakmile byla kabina evakuována. Nosí se zejména při startu, dokud není uveden na oběžnou dráhu, stejně jako při atmosférickém návratu plavidla. Vzhledem k těmto cílům by to mělo být lehké a prostorově úsporné. A nakonec je velmi důležitý komfort obleku, zejména absence tuhých částí, protože astronaut prochází významnými zrychleními (až 20 g, pokud dojde ke špatnému průběhu startu nebo návratu) a kosmická loď je vystavena silným vibracím . Mezi tyto kombinace patří zejména kyslíková rezerva, chladicí systém s kapalinovým okruhem, komunikační systém, bóje umožňující astronautovi plavat v případě přistání, vybavení pro přežití (záblesková lampa, nouzová erupce atd.) A případně padák nebo alespoň systém pro zavěšení. Ruský skafandr Sokol používaný na palubách plavidel Sojuz a ACES, které nosí americká posádka raketoplánu, jsou nejnovějšími zástupci tohoto typu skafandru.
Vesmírné obleky určené pro aktivity mimo vozidloVesmírné skafandry určené pro aktivity mimo vozidlo se používají výhradně během vesmírných procházek nebo na Měsíci nebo případně na jiných planetárních tělesech. Jejich charakteristiky se mohou lišit v závislosti na přesné misi, kterou musí astronaut splnit, ale všechny obsahují účinný systém tepelné ochrany proti teplotám v rozmezí od -121 ° C do + 157 ° C , ochranu před kosmickým paprskem a mikrometeority , osvětlení, připevňovací body pro nástroje. Tento typ obleku by měl umožnit astronautovi udržet si velkou pohyblivost, aniž by musel neustále vyvíjet nadměrné síly. Na Mezinárodní kosmické stanici používají Rusové ( obleky Orlan ), jako Američané ( EMU ) tento typ skafandru, který zahrnuje tuhý trup a na kloubech kloubů kuličková ložiska, která zvyšují pohyblivost nositele. Hmotnost těchto obleků a přítomnost mnoha pevných kontaktních míst zakazují jejich použití během fáze vypuštění nebo atmosférického návratu. Tento typ kombinace se objevil relativně pozdě: v roce 1971 pro Rusy (Orlan D) a v roce 1983 pro Američany (EMU).
Smíšené skafandry vhodné pro aktivity uvnitř i vně vozidla.Obleky přizpůsobené těmto dvěma způsobům použití byly použity na začátku vesmírného věku, aby čelily omezením velikosti a hmotnosti, která neumožňovala nošení dvou obleků pro stejného člena posádky. Tyto A7L skafandry z programu Apollo jsou tohoto typu. Mají tu nevýhodu, že jsou pro astronauty nepohodlné během fází zrychlení a představují znevýhodnění svou velikostí a hmotností v případě nouzové evakuace kosmické lodi. Z uvedených důvodů nebyl tento typ skafandru od 70. let používán Rusy ani Američany. V kontextu budoucích misí na Měsíc nebo na Mars by se však použití tohoto typu skafandru mohlo vrátit na pořad jednání, aby byla splněna omezená nosnost použitých kosmických lodí.
S cílem zachovat fyzickou integritu astronauta během činnosti mimo vozidlo (často zkráceně EVA, zkratka pro „činnost mimo vozidlo “ ) musí skafandr poskytnout:
Všechny prvky obleku A7L, které nosí Armstrong na Měsíci
Oblek A7L bez tepelné ochrany a ochrany před meteority, které jsou obvykle integrovány. Tento pohled umožňuje odhalit měchy, které astronautům zajišťují minimální pohyblivost.
Větrací spodní prádlo se zabudovaným chladicím okruhem
Systém podpory života A7L
Další pohled na systém podpory života A7L bez ochranné skořápky
BEZPEČNĚJŠÍ
S rozvojem technologií v oblasti letectví na začátku XX th století, letci jsou povinni létat výš a výš. Při získávání výšky čelí piloti letadel dvěma překážkám:
K překonání těchto omezení byly během první světové války vyvinuty první kyslíkové masky a piloti byli vybaveni tlustým oblečením určeným k boji proti chladu. Ve dvacátých letech minulého století piloti, kteří se snažili vytvářet nové rekordy, použili první letové kombinézy s integrovanými kyslíkovými maskami a tepelnou ochranou. Ale když nadmořská výška přesáhne 10 km , kyslíkové masky již neposkytují dostatek kyslíku do plic. Od té doby byly plně přetlakové obleky studovány. Jejich vývoj však bude trvat dlouho. První kombinací tohoto typu, která neumožňuje žádnou mobilitu, je Tch-1 vyrobený sovětským inženýrem EE Tchertovským v roce 1931 pro pokusy o záznam výšky v balónu. Přibližně ve stejné době vyvinuli v Anglii tlakový oblek profesor John Scott Haldane a specialista na potápění Robert H. Davis: použil jej anglický vojenský pilot RFD Swain k vytvoření nového výškového rekordu (15,4 km ) v roce 1936. V USA, pilot Wiley Post, se pokusil v roce 1934 vytvořit nové rekordy v rychlosti přechodu své země ze západního pobřeží na východní pobřeží pomocí proudových proudů, které obíhají ve velmi vysoké nadmořské výšce. Za tímto účelem nosí pod tlakem nepromokavý oblek zahřívaný plyny vycházejícími z motoru jeho letadla.
Vesmírné agentury se snaží důvěrně sblížit v kombinaci, která by se mohla vyvinout v technologie exoskeletonu 3 (pokročilé materiály, biomimetika a ICT), aby vytvořila lehčí a spolehlivější obleky, umožňující lepší mobilitu a dobrý tepelný komfort prostřednictvím emisivity. Lépe kontrolovaná (například pro průzkum Marsu), a to jak pro život na vesmírné stanici, tak pro venkovní východy.
Kosmické skafandry A7L z programu Apollo jsou dosud nejsložitější, jaké byly dosud použity. Na zakázku vyrobené americkými společnostmi ILC Dover a Hamilton Sundstrand a používané mezi lety 1968 a 1975 váží 72 kg, ale měsíční přitažlivost je šestkrát méně silná než pozemská gravitace , astronauti měli dojem, že unesou sotva 14 kg . Maximální rozsah pro astronauty je 6 h 30 (do 2 h bezpečnostní rezervy, což umožňuje nominální EVA 4 h 30 ), což odpovídá rezervám kyslíku , elektrické energii a vodě pro chlazení. Provozní teploty limit mezi -179 ° C a 149 ° C . Provozní tlak: 0,26 atmosféry.
Rtuťový skafandr
Vesmírný oblek Gemini G4C
Kosmický oblek MOL MH-7
Vesmírný oblek Apollo Block I A1C
Skafandr Apollo Block II / Skylab A7L
SESE skafandr
Shuttle Flight Suit
Spusťte Entry Suit
Kosmický oblek ACES
Extavehicular skafandr EMU
SK-1 oblek byl první sovětský skafandr. Používá jej v rámci programu Vostok (1961–1963) zejména Yuri Gagarin , první člověk, který navštívil tento prostor. Tento přetlakový skafandr uvnitř vozidla se používá při startu a přistání. Po návratu na Zemi kosmonaut ve vysoké výšce katapultoval z lodi a přistál padákem. Oblek je navržen tak, aby umožnil přežít přistání na vodě. Má hmotnost asi dvacet kilogramů. Alexei Leonov provádí18. března 1965jako součást mise Voskhod 2 , první mimozemský výstup do vesmíru, který kdy byl vybaven oblekem Berkut . Toto je první kombinovaný skafandr (uvnitř vozidla / mimo vozidlo). Oblek pod tlakem se dvěma nastaveními (0,27 a 0,4 atmosféry) má hmotnost 20 kg . Batoh o hmotnosti asi dvaceti kilogramů obsahuje rezervu kyslíku na 45 minut. Kosmický oblek Yastreb (in) se vyvinul podél lodi Sojuz pro východy pro další vozidla. Systém lan a kladek se používá ke zmírnění problémů s mobilitou, se kterými se Leonov setkal. Používá se pouze jednou během společného letu Sojuz 4 a Sojuz 5, během nichž si posádky vyměňovaly svá vozidla. Po dlouhou dobu, trvající od roku 1963 až do nehody Sojuz 11 , už sovětští kosmonauti nenosí skafandry z důvodu přetížení. Smrt posádky Sojuz 11 po náhodném odtlakování kabiny tuto volbu zpochybňuje. Sokol intra-automobilová skafandr je použit poprvé na Soyuz 12 let na27. září 1973ve verzi K. Několik verzí je následně vyvíjeno. Současná verze, Sokol-KV2, má hmotnost 10 kg a je pod tlakem 0,4 atmosféry. Přívod kyslíku probíhá prostřednictvím pupeční trubice. Kombinace Strizh (en) je vyvinuta pro posádku raketoplánu Buran . Tento vesmírný skafandr umožňuje kosmonautům v případě selhání raketoplánu vystřelit až do výšky 30 km . Jeho provoz byl několikrát testován v kontextu bezpilotních letů, ale byl použit pouze jednou během jediného letu raketoplánu Buran v roce 1988. Sovětský svaz se vyvinul na konci šedesátých let jako součást svého misijního programu na Měsíc, Orlanský mimozemský skafandr umožňující výlety na měsíční povrch. Nebude použito žádné vybavení relativně lehkého modelu (59 kg ) vyvinutého, ale nová verze (D) tohoto skafandru se nosí pro první vyjížďku mimo vozidlo, kterou provedla posádka vesmírné stanice Salyut 6 vProsince 1977. Několik modelů na sebe navazuje: D (používáno na palubě Salyut 6 a 7 v letech 1977 až 1984), DM (Salyut 7 a Mir v letech 1985 až 1988), DMA (Mir v letech 1988 až 1997), M (Mir a Mezinárodní vesmírná stanice v letech 1999 a 2009) a konečně MK od roku 2009. Všechny tyto modely jsou natlakovány na 0,4 atmosféry. Jejich hmotnost se postupně zvýšila ze 73,5 kg (model D) na 120 kg a autonomie z 5 hodin na 7 hodin.
SK-1 skafandr
Berkut skafandr
Yastrebský skafandr
Krechetský skafandr
Strizh skafandr
Kosmický oblek Sokol-KV2
Kosmický oblek Orlan-MK
Francie vyvinula skafandr založený na ruském modelu Sokol během 80. let, což umožnilo francouzským astronautům dostat se do vesmíru pomocí francouzského tehdy evropského raketoplánu Hermès . Ty byly opuštěny současně s projektem Hermès .
Feitian skafandr ( Číňan : 飞天 号 航天 服Pinyin : fēi tian hào hang tian fù ) je čínský polotuhý skafandr vyvinutý pro misi Shenzhou 7 . Taikonaut Zhai Zhigang nosil jeden během prvního výletu mimo vozidlo (EVA) prováděného Číňanem,27. září 2008.
Feitianský oblek byl navržen po ruském kosmickém obleku Orlan-M . Tyto dva typy skafandrů mají podobný tvar a objem a oba byly navrženy pro výlety v délce až sedmi hodin, které poskytují kyslík a umožňují vylučování tělesného odpadu.
Tato kombinace by stála 4,4 milionu dolarů a váží 120 kg . Její název „ Fēi tiān “ znamená v mandarínštině „létat“ a „nebe“ . Jedná se o odkaz na Apsaras , přeložený do Feitian , nebo „ Flying Deva “ v čínštině, z nichž nejznámější je čínské umění v jeskyních Mogao . Na odznaku umístěném na paži skafandru se objeví obraz Feitianů z jeskyní Mogao.
Vesmírný oblek uvnitř Shenzhou
Feitianský extravehicular skafandr