ชุดนักบินอวกาศมีประโยชน์อย่างไร

ชุดอวกาศหรืออวกาศเป็นเสื้อผ้าสวมใส่เพื่อให้มนุษย์มีชีวิตอยู่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของพื้นที่รอบนอก , สูญญากาศและอุณหภูมิสุดขั้ว ชุดอวกาศมักจะสวมใส่ในยานอวกาศเพื่อเป็นการป้องกันความปลอดภัยในกรณีที่สูญเสียความดันในห้องโดยสารและจำเป็นสำหรับกิจกรรมนอกยาน (EVA) งานที่ทำนอกยาน ชุดอวกาศถูกสวมใส่สำหรับงานดังกล่าวในวงโคจรของโลกบนพื้นผิวของดวงจันทร์และเดินทางกลับสู่โลกจากดวงจันทร์ ชุดอวกาศที่ทันสมัยช่วยเพิ่มความดันเสื้อผ้าขั้นพื้นฐานด้วยระบบอุปกรณ์ที่ซับซ้อนและระบบสิ่งแวดล้อมที่ออกแบบมาเพื่อให้ผู้สวมใส่สบายและลดความพยายามในการงอแขนขาให้น้อยที่สุดโดยทนต่อแนวโน้มตามธรรมชาติของเสื้อผ้าที่มีแรงดันอ่อนที่จะทำให้แข็งเมื่อเทียบกับสุญญากาศ มีการใช้ระบบจัดหาออกซิเจนและระบบควบคุมสิ่งแวดล้อมในตัวเพื่อให้มีอิสระในการเคลื่อนที่โดยไม่ขึ้นกับยานอวกาศ

ชุดอวกาศสามประเภทมีอยู่เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน: IVA (กิจกรรมภายในช่องปาก), EVA (กิจกรรมนอกยานพาหนะ) และ IEVA (กิจกรรมภายใน / ภายนอกร่างกาย) ชุด IVA ถูกออกแบบมาให้สวมใส่ในยานอวกาศที่มีแรงดันสูงดังนั้นจึงเบาและสบายกว่า ชุด Ieva มีความหมายสำหรับการใช้งานภายในและภายนอกยานอวกาศเช่นราศีเมถุน G4Cชุด รวมถึงการปกป้องเพิ่มเติมจากสภาวะที่รุนแรงของอวกาศเช่นการป้องกันจากอุกกาบาตขนาดเล็กและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรง ชุด EVA เช่นEMUใช้สำหรับยานอวกาศภายนอกสำหรับการสำรวจดาวเคราะห์หรือการเดินอวกาศ พวกเขาต้องปกป้องผู้สวมใส่จากทุกสภาวะของพื้นที่รวมทั้งให้ความคล่องตัวและการใช้งาน [1]

ข้อกำหนดเหล่านี้บางส่วนยังใช้กับชุดความดันที่สวมใส่สำหรับงานพิเศษอื่น ๆ เช่นการบินลาดตระเวนในระดับสูง ที่ระดับความสูงเหนือขีด จำกัด ของ Armstrongประมาณ 19,000 ม. (62,000 ฟุต) น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิร่างกายและต้องใช้ชุดควบคุมแรงดัน

ชุดแรงดันเต็มชุดแรกสำหรับการใช้งานที่ระดับความสูงมากได้รับการออกแบบโดยนักประดิษฐ์แต่ละคนในช่วงต้นทศวรรษที่ 1930 ชุดอวกาศชุดแรกที่มนุษย์สวมใส่ในอวกาศคือชุดSK-1 ของสหภาพโซเวียตที่ Yuri Gagarinสวมใส่ในปีพ. ศ. 2504

ชุดอวกาศที่ใช้ในการทำงานบนสถานีอวกาศนานาชาติ

ชุดอวกาศต้องทำหน้าที่หลายอย่างเพื่อให้ผู้ครอบครองทำงานได้อย่างปลอดภัยและสะดวกสบายทั้งภายในและภายนอกยานอวกาศ จะต้องให้:

• ความดันภายในที่มั่นคง ซึ่งอาจน้อยกว่าชั้นบรรยากาศของโลกเนื่องจากโดยปกติแล้วไม่จำเป็นต้องให้ชุดอวกาศบรรทุกไนโตรเจน (ซึ่งประกอบด้วยประมาณ 78% ของชั้นบรรยากาศของโลกและร่างกายไม่ได้ใช้) ความดันที่ลดลงช่วยให้คล่องตัวมากขึ้น แต่ต้องอาศัยความเหมาะสมในการที่จะหายใจออกซิเจนบริสุทธิ์สำหรับเวลาก่อนที่จะเข้าสู่ความดันที่ต่ำกว่านี้เพื่อหลีกเลี่ยงการบีบอัดเจ็บป่วย
• ความคล่องตัว โดยทั่วไปแล้วการเคลื่อนไหวจะถูกต่อต้านโดยแรงกดดันของชุดสูท ความคล่องตัวทำได้โดยการออกแบบร่วมกันอย่างระมัดระวัง ดูทฤษฎีของการออกแบบชุดอวกาศส่วน
• อุปทานของออกซิเจนระบายอากาศและการกำจัดของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ; ก๊าซเหล่านี้แลกเปลี่ยนกับยานอวกาศหรือระบบช่วยชีวิตแบบพกพา (PLSS)
• การควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งแตกต่างจากบนโลกที่สามารถถ่ายเทความร้อนได้โดยการพาความร้อนสู่ชั้นบรรยากาศในอวกาศความร้อนจะสูญเสียไปโดยการแผ่รังสีความร้อนหรือโดยการนำไปยังวัตถุที่สัมผัสทางกายภาพกับด้านนอกของชุดเท่านั้น เนื่องจากอุณหภูมิด้านนอกของชุดสูทมีความแตกต่างกันอย่างมากระหว่างแสงแดดและเงาชุดจึงได้รับการหุ้มฉนวนอย่างแน่นหนาและอุณหภูมิของอากาศจะอยู่ในระดับที่สบาย
• ระบบสื่อสารที่มีการเชื่อมต่อไฟฟ้าภายนอกกับยานอวกาศหรือ PLSS
• วิธีการรวบรวมและบรรจุของเสียทางร่างกายที่เป็นของแข็งและของเหลว (เช่นเสื้อผ้าดูดซับสูงสุด )

ข้อกำหนดรอง

จากซ้ายไปขวา Margaret R. (Rhea) Seddon, Kathryn D. Sullivan, Judith A. Resnick, Sally K. Ride, Anna L. Fisher และ Shannon W. Lucid - นักบินอวกาศหญิง 6 คนแรกของสหรัฐอเมริกายืนอยู่กับ กู้ภัยส่วนตัวสิ่งที่ส่งมาเป็นลูกทรงกลมช่วยชีวิตฉุกเฉินสำหรับการถ่ายโอนของผู้คนในพื้นที่

ขั้นสูงเหมาะสมกับการควบคุมอุณหภูมิของนักบินอวกาศได้ดีขึ้นด้วยLiquid Cooling and Ventilation Garment (LCVG) ที่สัมผัสกับผิวหนังของนักบินอวกาศซึ่งความร้อนจะถูกทิ้งสู่อวกาศผ่านหม้อน้ำภายนอกใน PLSS

ข้อกำหนดเพิ่มเติมสำหรับ EVA ได้แก่ :

ในฐานะส่วนหนึ่งของการควบคุมสุขอนามัยของนักบินอวกาศ (เช่นการปกป้องนักบินอวกาศจากอุณหภูมิที่สูงเกินไปรังสี ฯลฯ ) ชุดอวกาศเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกิจกรรมนอกยานพาหนะ ชุดApollo / Skylab A7L มีสิบเอ็ดชั้นในทั้งหมด: ซับใน, LCVG, ถุงลมนิรภัย, ชั้นยับยั้งชั่งใจ, ซับในอีกชั้นและชุด Thermal Micrometeoroid ซึ่งประกอบด้วยชั้นฉนวนอะลูมิเนียม 5 ชั้นและชั้นนอกของผ้าออร์โธ - สีขาว . ชุดอวกาศนี้สามารถปกป้องนักบินอวกาศจากอุณหภูมิตั้งแต่ −156 ° C (−249 ° F) ถึง 121 ° C (250 ° F) [ ต้องการอ้างอิง ]

ในระหว่างการสำรวจดวงจันทร์หรือดาวอังคารจะมีโอกาสที่ฝุ่นของดวงจันทร์ / ดาวอังคารจะถูกเก็บไว้บนชุดอวกาศ เมื่อถอดชุดอวกาศออกเมื่อกลับไปที่ยานอวกาศจะมีโอกาสที่ฝุ่นจะปนเปื้อนพื้นผิวและเพิ่มความเสี่ยงต่อการสูดดมและการสัมผัสผิวหนัง นักสุขอนามัยของนักบินอวกาศกำลังทดสอบวัสดุที่มีเวลากักเก็บฝุ่นลดลงและมีศักยภาพในการควบคุมความเสี่ยงในการสัมผัสฝุ่นระหว่างการสำรวจดาวเคราะห์ กำลังมีการสำรวจแนวทางการเข้า / ออกใหม่เช่นชุดสูท

ในชุดอวกาศของNASAมีการสื่อสารผ่านหมวกที่สวมอยู่เหนือศีรษะซึ่งรวมถึงหูฟังและไมโครโฟน เนื่องจากสีของเวอร์ชันที่ใช้สำหรับ Apollo และSkylabซึ่งคล้ายกับสีของตัวละครการ์ตูนเรื่องSnoopyตัวพิมพ์ใหญ่เหล่านี้จึงกลายเป็นที่รู้จักในชื่อ " Snoopy caps "

แรงดันใช้งาน

นักบินอวกาศ Steven G. MacLeanหายใจก่อนเรือ EVA

โดยทั่วไปในการจัดหาออกซิเจนให้เพียงพอสำหรับการหายใจชุดอวกาศที่ใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์จะต้องมีความดันประมาณ 32.4 kPa (240 Torr; 4.7 psi) เท่ากับความดันบางส่วน 20.7 kPa (160 Torr; 3.0 psi) ของออกซิเจนในโลก บรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลบวก 5.3 kPa (40 Torr; 0.77 psi) CO
2[ ต้องการอ้างอิง ]และ 6.3  กิโลปาสคาล (47  Torr ; 0.91  ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ) ไอน้ำความดันซึ่งทั้งสองจะต้องหักออกจากความดันถุงที่จะได้รับออกซิเจนถุงดันบางส่วนใน 100% บรรยากาศออกซิเจนโดยสมก๊าซถุง [2]ตัวเลขสองตัวหลังเพิ่มเป็น 11.6 kPa (87 Torr; 1.7 psi) ซึ่งเป็นสาเหตุที่ชุดอวกาศสมัยใหม่จำนวนมากไม่ใช้ 20.7 kPa (160 Torr; 3.0 psi) แต่เป็น 32.4 kPa (240 Torr; 4.7 psi) ( นี่คือการแก้ไขมากเกินไปเล็กน้อยเนื่องจากความกดดันบางส่วนของถุงที่ระดับน้ำทะเลน้อยกว่าในอดีตเล็กน้อย) ในชุดอวกาศที่ใช้ 20.7 kPa นักบินอวกาศจะได้รับออกซิเจนเพียง 20.7 kPa - 11.6 kPa = 9.1 kPa (68 Torr; 1.3 psi) ซึ่งมีค่าประมาณความดันบางส่วนของถุงออกซิเจนที่ระดับความสูง 1,860 ม. (6,100 ฟุต) ระดับน้ำทะเล. นี่คือประมาณ 42% ของความดันออกซิเจนปกติบางส่วนที่ระดับน้ำทะเลซึ่งใกล้เคียงกับความดันในเครื่องบินเจ็ทโดยสารเชิงพาณิชย์และเป็นขีด จำกัด ล่างที่เป็นจริงสำหรับความดันชุดอวกาศธรรมดาที่ปลอดภัยซึ่งช่วยให้สามารถทำงานได้อย่างเหมาะสม

เมื่อใช้ความดันในการทำงานที่เหมาะสมกับอวกาศจากยานที่มีแรงดันถึงความดันบรรยากาศปกติ (เช่นกระสวยอวกาศ ) นักบินอวกาศจะต้อง "หายใจก่อน" (หมายถึงการหายใจเอาออกซิเจนบริสุทธิ์ไว้ก่อนเป็นระยะ) ก่อนที่จะสวมใส่ เหมาะสมและกดดันในล็อคอากาศ ขั้นตอนนี้จะกำจัดไนโตรเจนที่ละลายในร่างกายเพื่อหลีกเลี่ยงความเจ็บป่วยจากการบีบอัดเนื่องจากการกดทับอย่างรวดเร็วจากบรรยากาศที่มีไนโตรเจน

ผลกระทบทางกายภาพของการเปิดรับพื้นที่ที่ไม่มีการป้องกัน

ร่างกายของมนุษย์สามารถอยู่รอดได้ในเวลาสั้น ๆ สูญญากาศอย่างหนักของพื้นที่ที่ไม่มีการป้องกัน[3]แม้จะมีการสอดแทรกทางตรงกันข้ามในบางนิยมนิยายวิทยาศาสตร์ เนื้อมนุษย์จะขยายขนาดเป็นสองเท่าในสภาพเช่นนี้ทำให้เห็นเอฟเฟกต์ของตัวสร้างร่างกายมากกว่าบอลลูนที่บรรจุมากเกินไป สติจะคงอยู่ได้นานถึง 15 วินาทีตามผลของความอดอยากออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะไม่มีเอฟเฟกต์การหยุดนิ่งเนื่องจากความร้อนทั้งหมดจะต้องสูญเสียไปจากการแผ่รังสีความร้อนหรือการระเหยของของเหลวและเลือดจะไม่เดือดเนื่องจากยังคงมีแรงดันอยู่ภายในร่างกาย .

ในอวกาศมีโปรตอนย่อยที่มีพลังงานสูงหลายชนิดซึ่งจะทำให้ร่างกายได้รับรังสีที่รุนแรง แม้ว่าสารประกอบเหล่านี้จะมีปริมาณน้อย แต่พลังงานที่สูงก็อาจไปขัดขวางกระบวนการทางกายภาพและทางเคมีที่จำเป็นในร่างกายเช่นการเปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอหรือก่อให้เกิดมะเร็ง การสัมผัสกับรังสีสามารถสร้างปัญหาได้ด้วยสองวิธี: อนุภาคสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำในร่างกายมนุษย์เพื่อผลิตอนุมูลอิสระที่ทำให้โมเลกุลของดีเอ็นเอแตกออกจากกันหรือโดยการทำลายโมเลกุลของดีเอ็นเอโดยตรง [1] [4]

อุณหภูมิในอวกาศอาจแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับว่าดวงอาทิตย์อยู่ที่ใด อุณหภูมิจากการแผ่รังสีแสงอาทิตย์สามารถเข้าถึงได้สูงถึง 250 ° F (121 ° C) และลดลงถึง −387 ° F (−233 ° C) ด้วยเหตุนี้ชุดอวกาศจึงต้องมีฉนวนและการระบายความร้อนที่เหมาะสม [1]

สุญญากาศในอวกาศสร้างแรงดันเป็นศูนย์ทำให้ก๊าซและกระบวนการต่างๆในร่างกายขยายตัว เพื่อป้องกันไม่ให้กระบวนการทางเคมีในร่างกายทำปฏิกิริยามากเกินไปจำเป็นต้องพัฒนาชุดที่ต่อต้านแรงกดดันในอวกาศ [1] [5]อันตรายที่สุดคือการพยายามกลั้นหายใจก่อนที่จะสัมผัสเนื่องจากการบีบอัดที่ระเบิดตามมาสามารถทำลายปอดได้ ผลกระทบเหล่านี้ได้รับการยืนยันจากอุบัติเหตุต่างๆ (รวมถึงในสภาวะที่มีความสูงมากพื้นที่ด้านนอกและห้องสุญญากาศสำหรับการฝึกอบรม) [3] [6]ผิวหนังของมนุษย์ไม่จำเป็นต้องได้รับการปกป้องจากสุญญากาศ[ จำเป็นต้องมีการอ้างอิง ]และมีความแน่นหนาด้วยตัวมันเอง แต่จะต้องมีการบีบอัดด้วยกลไกเท่านั้นเพื่อให้คงรูปทรงปกติไว้ สิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้บอดี้สูทยางยืดรัดรูปและหมวกกันน็อคสำหรับบรรจุก๊าซช่วยหายใจหรือที่เรียกว่าชุดกิจกรรมอวกาศ (SAS)

ชุดอวกาศควรอนุญาตให้ผู้ใช้เคลื่อนไหวได้อย่างเป็นธรรมชาติโดยปราศจากภาระผูกพัน การออกแบบเกือบทั้งหมดพยายามรักษาระดับเสียงให้คงที่ไม่ว่าผู้สวมใส่จะเคลื่อนไหวแบบใดก็ตาม เนื่องจากจำเป็นต้องใช้งานเชิงกลเพื่อเปลี่ยนปริมาตรของระบบแรงดันคงที่ หากการงอข้อต่อจะลดปริมาตรของชุดอวกาศนักบินอวกาศจะต้องทำงานพิเศษทุกครั้งที่เขางอข้อต่อนั้นและเขาต้องรักษาแรงเพื่อให้ข้อต่องอ แม้ว่ากองกำลังนี้จะน้อยมาก แต่ก็อาจเหนื่อยมากที่จะต่อสู้กับชุดสูทของตัวเองอยู่ตลอดเวลา นอกจากนี้ยังทำให้การเคลื่อนไหวที่ละเอียดอ่อนทำได้ยากมาก งานที่ต้องใช้ในการดัดข้อต่อนั้นกำหนดโดยสูตร

โดยที่V iและV fเป็นปริมาตรเริ่มต้นและปริมาตรสุดท้ายของข้อต่อตามลำดับPคือความดันในชุดและWคือผลลัพธ์ที่ได้ เป็นเรื่องจริงโดยทั่วไปแล้วชุดสูททั้งหมดจะเคลื่อนที่ได้มากกว่าเมื่อมีแรงกดดันต่ำกว่า อย่างไรก็ตามเนื่องจากความดันภายในขั้นต่ำถูกกำหนดโดยข้อกำหนดในการช่วยชีวิตวิธีการเดียวในการลดงานเพิ่มเติมคือการลดการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรให้น้อยที่สุด

การออกแบบชุดอวกาศทั้งหมดพยายามลดหรือขจัดปัญหานี้ วิธีแก้ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดคือการสร้างชุดสูทจากหลายชั้น ชั้นกระเพาะปัสสาวะเป็นชั้นยางที่มีอากาศถ่ายเทได้ดีเหมือนลูกโป่ง ชั้นความยับยั้งชั่งใจจะอยู่นอกกระเพาะปัสสาวะและให้รูปร่างที่เฉพาะเจาะจงสำหรับชุดสูท เนื่องจากชั้นกระเพาะปัสสาวะมีขนาดใหญ่กว่าชั้นยับยั้งชั่งใจการยับยั้งชั่งใจจึงรับความเครียดทั้งหมดที่เกิดจากความกดดันภายในชุด เนื่องจากกระเพาะปัสสาวะไม่ได้รับความกดดันจึงไม่ "โผล่" เหมือนลูกโป่งแม้ว่าจะเจาะทะลุก็ตาม ชั้นความยับยั้งชั่งใจมีรูปร่างในลักษณะที่การงอข้อต่อทำให้เกิดกระเป๋าผ้าที่เรียกว่า "gores" เปิดขึ้นที่ด้านนอกของข้อต่อในขณะที่รอยพับที่เรียกว่า "convolutes" จะพับขึ้นที่ด้านในของข้อต่อ รอยต่อประกอบขึ้นสำหรับปริมาตรที่สูญเสียไปด้านในของข้อต่อและทำให้ชุดสูทมีปริมาตรเกือบคงที่ อย่างไรก็ตามเมื่อเปิดรูจนสุดแล้วข้อต่อจะไม่สามารถงอได้อีกต่อไปหากไม่มีการใช้งานเป็นจำนวนมาก

ในชุดอวกาศของรัสเซียแถบผ้าถูกพันรอบแขนและขาของนักบินอวกาศอย่างแน่นหนานอกชุดอวกาศเพื่อป้องกันไม่ให้ชุดอวกาศขึ้นบอลลูนเมื่ออยู่ในอวกาศ [ ต้องการอ้างอิง ]

ชั้นนอกสุดของชุดอวกาศที่ความร้อน micrometeoroid เสื้อผ้าให้ฉนวนกันความร้อน, การป้องกันจาก micrometeoroids และป้องกันอันตรายจากรังสีดวงอาทิตย์

มีแนวคิดหลักสี่ประการเพื่อให้เหมาะกับการออกแบบ:

ชุดอวกาศเปลือกแข็ง AX-5 ทดลองของ NASA (1988)

ชุดอ่อน

โดยทั่วไปแล้วซอฟท์สูทจะทำจากผ้าเป็นส่วนใหญ่ ชุดซอฟต์สูททั้งหมดมีชิ้นส่วนที่แข็งบางชิ้นมีตลับลูกปืนแบบแข็ง กิจกรรมภายในยานพาหนะและชุด EVA ในยุคแรก ๆ เป็นชุดที่อ่อนนุ่ม

ชุดเปลือกแข็ง

ชุดเปลือกแข็งมักทำจากโลหะหรือวัสดุผสมและไม่ใช้ผ้าสำหรับข้อต่อ ข้อต่อชุดแข็งใช้ลูกปืนและส่วนแหวนลิ่มคล้ายกับข้อศอกที่ปรับได้ของท่อเตาเพื่อให้เคลื่อนไหวได้หลากหลายด้วยแขนและขา ข้อต่อจะรักษาปริมาตรอากาศภายในให้คงที่และไม่มีแรงตอบโต้ใด ๆ ดังนั้นนักบินอวกาศจึงไม่จำเป็นต้องออกแรงเพื่อจับชุดให้อยู่ในตำแหน่งใด ๆ ชุดแข็งยังสามารถทำงานที่ความกดดันที่สูงขึ้นซึ่งจะช่วยลดความจำเป็นที่นักบินอวกาศจะต้องหายใจเอาออกซิเจนล่วงหน้าเพื่อใช้ชุดอวกาศ 34 kPa (4.9 psi) ก่อน EVA จากห้องโดยสารของยานอวกาศ 101 kPa (14.6 psi) ข้อต่ออาจอยู่ในตำแหน่งที่ จำกัด หรือล็อคซึ่งต้องให้นักบินอวกาศจัดการหรือตั้งโปรแกรมข้อต่อ ชุดทดลองอวกาศเปลือกแข็งAX-5 ของศูนย์วิจัย NASA Amesมีคะแนนความยืดหยุ่น 95% ผู้สวมใส่สามารถเคลื่อนที่ได้ถึง 95% ของตำแหน่งที่ทำได้โดยไม่ต้องสวมสูท

ชุดไฮบริด

ชุดไฮบริดมีชิ้นส่วนเปลือกแข็งและชิ้นส่วนผ้า Extravehicular Mobility Unit (EMU) ของ NASA ใช้ไฟเบอร์กลาสHard Upper Torso (HUT) และแขนขาผ้า ILC โดเวอร์ 's I-Suitแทนที่ HUT ด้วยผ้านุ่มบนลำตัวจะบันทึกน้ำหนักการ จำกัด การใช้ส่วนประกอบที่ยากที่จะแบริ่งร่วมหมวกกันน็อกประทับตราเอวและฟักเข้าด้านหลัง การออกแบบชุดอวกาศที่ใช้งานได้แทบทั้งหมดจะรวมส่วนประกอบที่แข็งโดยเฉพาะที่ส่วนต่อประสานเช่นซีลเอวตลับลูกปืนและในกรณีของชุดเข้าด้านหลังฝาปิดด้านหลังซึ่งทางเลือกที่อ่อนนุ่มทั้งหมดไม่สามารถใช้งานได้

ชุดว่ายน้ำ

ชุด Skintight หรือที่เรียกว่าชุดต้านแรงกดเชิงกลหรือชุดกิจกรรมอวกาศเป็นการออกแบบที่นำเสนอซึ่งจะใช้ถุงน่องที่มีความยืดหยุ่นสูงเพื่อบีบอัดร่างกาย ศีรษะอยู่ในหมวกกันน็อคที่มีแรงดัน แต่ส่วนที่เหลือของร่างกายจะถูกกดดันโดยเอฟเฟกต์ยืดหยุ่นของชุดเท่านั้น สิ่งนี้จะช่วยลดปัญหาปริมาณคงที่[ ต้องการอ้างอิง ]ช่วยลดความเป็นไปได้ของการลดแรงดันของชุดอวกาศและให้ชุดที่มีน้ำหนักเบามาก เมื่อไม่สวมใส่เสื้อผ้าที่ยืดหยุ่นอาจดูเหมือนเป็นเสื้อผ้าสำหรับเด็กเล็ก ชุดเหล่านี้อาจสวมใส่ได้ยากมากและประสบปัญหาในการให้แรงกดที่สม่ำเสมอ ข้อเสนอส่วนใหญ่ใช้เหงื่อตามธรรมชาติของร่างกายเพื่อรักษาความเย็น เหงื่อจะระเหยได้ง่ายในสุญญากาศและอาจจะซึมออกมาหรือเกาะบนวัตถุที่อยู่ใกล้ ๆ เช่นเลนส์เซ็นเซอร์หมวกนักบินอวกาศและพื้นผิวอื่น ๆ ฟิล์มน้ำแข็งและคราบเหงื่ออาจปนเปื้อนพื้นผิวที่บอบบางและส่งผลต่อประสิทธิภาพการมองเห็น

เทคโนโลยีก่อนหน้านี้ที่เกี่ยวข้องรวมถึงหน้ากากป้องกันแก๊สพิษที่ใช้ในสงครามโลกครั้งที่สองที่หน้ากากออกซิเจนใช้โดยนักบินของเครื่องบินทิ้งระเบิดบินสูงในสงครามโลกครั้งที่สองที่สูงระดับความสูงหรือสูญญากาศชุดที่จำเป็นโดยนักบินของล็อกฮีด U-2และSR-71 Blackbirdที่ชุดดำน้ำ , rebreather , ดำน้ำเกียร์และอื่น ๆ อีกมากมาย

การออกแบบชุดอวกาศหลายคนถูกนำมาจากชุดกองทัพอากาศสหรัฐซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อการทำงานใน“ความดันอากาศยานสูง [s]” [1]เช่นปรอท IVAชุดสูทหรือราศีเมถุน G4C หรือลูกเรือสินค้าทุกประเภทชุดหนี [7]

เทคโนโลยีถุงมือ

ปรอท IVAการออกแบบชุดอวกาศของสหรัฐเป็นครั้งแรกรวมถึงไฟที่ปลายของถุงมือในการสั่งซื้อเพื่อให้ความช่วยเหลือที่มองเห็น เมื่อความจำเป็นในการทำกิจกรรมนอกยานพาหนะเพิ่มขึ้นชุดเช่นApollo A7L จึงรวมถุงมือที่ทำจากผ้าโลหะที่เรียกว่า Chromel-r เพื่อป้องกันการเจาะทะลุ เพื่อรักษาสัมผัสที่ดีกว่าสำหรับนักบินอวกาศปลายนิ้วของถุงมือทำจากซิลิโคน ด้วยโปรแกรมรถรับส่งจำเป็นต้องสามารถใช้งานโมดูลยานอวกาศได้ดังนั้นชุด ACES จึงมีความโดดเด่นในการจับถุงมือ ถุงมือ EMU ซึ่งใช้สำหรับเดินอวกาศจะได้รับความร้อนเพื่อให้มือของนักบินอวกาศอุ่นขึ้น ถุงมือ Phase VI ซึ่งมีไว้สำหรับใช้กับชุดMark IIIเป็นถุงมือรุ่นแรกที่ได้รับการออกแบบด้วย "เทคโนโลยีการสแกนด้วยเลเซอร์, การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ 3 มิติ, การพิมพ์หินสเตอริโอ, เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์และเครื่องจักรกลซีเอ็นซี" [NASA, ILC Dover Inc. 1]ช่วยให้สามารถผลิตได้ถูกต้องแม่นยำมากขึ้นรวมถึงรายละเอียดที่เพิ่มขึ้นในการเคลื่อนย้ายข้อต่อและความยืดหยุ่น

เทคโนโลยีช่วยชีวิต

ก่อนภารกิจของอพอลโลการช่วยชีวิตในชุดอวกาศเชื่อมต่อกับแคปซูลอวกาศผ่านอุปกรณ์คล้ายสายสะดือ อย่างไรก็ตามด้วยภารกิจของอพอลโลการช่วยชีวิตได้รับการกำหนดค่าไว้ในแคปซูลแบบถอดได้ที่เรียกว่าระบบช่วยชีวิตแบบพกพาซึ่งทำให้นักบินอวกาศสามารถสำรวจดวงจันทร์ได้โดยไม่ต้องติดอยู่กับยานอวกาศ ชุดอวกาศ EMU ที่ใช้สำหรับเดินอวกาศช่วยให้นักบินอวกาศสามารถควบคุมสภาพแวดล้อมภายในของชุดได้ด้วยตนเอง ชุด Mark III มีกระเป๋าเป้ที่บรรจุอากาศเหลวประมาณ 12 ปอนด์เช่นเดียวกับความดันและการแลกเปลี่ยนความร้อน [7]

เทคโนโลยีหมวกกันน็อค

การพัฒนาหมวกกันน็อคทรงโดมทรงกลมเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างสมดุลระหว่างความต้องการในการมองเห็นการชดเชยแรงกดและน้ำหนักที่ต่ำ ความไม่สะดวกอย่างหนึ่งของชุดอวกาศคือการที่ศีรษะถูกจับหันไปข้างหน้าและไม่สามารถหันไปมองด้านข้างได้ นักบินอวกาศเรียกเอฟเฟกต์นี้ว่า "หัวจระเข้"

ชุดสูง

ต้นแบบชุดแรงดันออกแบบโดยวิศวกรทหาร Emilio Herreraสำหรับการบินบอลลูนสตราโตสเฟียร์ ป. 1935

• Evgeniy Chertovsky ได้สร้างชุดรับแรงดันเต็มหรือ"สกาฟานเดอร์" (скафандр) ขึ้นในปีพ. ศ. 2474 (скаalsoандрยังหมายถึง " อุปกรณ์ดำน้ำ ")
• Emilio Herreraออกแบบและสร้าง " ชุดอวกาศ stratonautical " แบบเต็มแรงดันในปีพ. ศ. 2478 ซึ่งจะถูกใช้ในระหว่างการบินสตราโตสเฟียร์บอลลูนแบบกระเช้าเปิดซึ่งกำหนดไว้ในช่วงต้นปีพ. ศ. 2479 [8]
• Wiley Postทดลองกับชุดกดดันหลายแบบสำหรับเที่ยวบินที่ทำลายสถิติ
• Russell Colley ได้สร้างชุดอวกาศที่นักบินอวกาศ Project Mercury สวมใส่รวมถึงเหมาะกับAlan Shepardสำหรับการเดินทางในอวกาศในวันที่ 5 พฤษภาคม พ.ศ. 2504

รุ่นสูทของโซเวียตและรัสเซีย

• SK series (CK)ชุดอวกาศที่ใช้สำหรับโปรแกรม Vostok (2504-2506) Yuri Gagarinสวมบทบาทในการบินอวกาศครั้งแรก
• ไม่มีชุดความดันถูกสวมใส่บนเรือVoskhod 1
• Berkut (Беркут = " นกอินทรีสีทอง ")ชุดอวกาศเป็น SK-1 ที่ดัดแปลงโดยลูกเรือของ Voskhod 2ซึ่งรวมถึง Alexei Leonovบนทางเดินอวกาศครั้งแรกในช่วง (พ.ศ. 2508)
• จากยุท 1ไปยุท 11 (1967-1971) ไม่มีชุดความดันถูกสวมใส่ในระหว่างการเปิดตัวและกลับเข้าไปใหม่ [ ต้องการอ้างอิง ]
• Yastreb (Ястреб = " เหยี่ยว ")ชุดอวกาศนอกยานพาหนะที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนลูกเรือระหว่าง Soyuz 4และ Soyuz 5 (1969)
• Krechet-94 (Кречет = " gyrfalcon ")ชุดอวกาศซึ่งออกแบบมาสำหรับการลงจอดบนดวงจันทร์ของลูกเรือโซเวียตที่ถูกยกเลิก
• Strizh (Стриж = " swift (bird) ")ชุดอวกาศที่พัฒนาขึ้นสำหรับนักบินของ Buran- class orbiters
• โคล (Сокол = " เหยี่ยว ")ชุดสวมใส่โดยยุทลูกเรือในระหว่างการเปิดตัวและย้อนพวกเขาถูกสวมใส่เป็นครั้งแรกในยุท 12 พวกเขาถูกใช้ตั้งแต่ปี 1973 ถึงปัจจุบัน
• Orlan (Орлан = " sea-eagle " หรือ " bald eagle ")เหมาะสำหรับกิจกรรมนอกยานซึ่งเดิมพัฒนาขึ้นสำหรับโปรแกรมจันทรคติของสหภาพโซเวียตเป็นชุด EVA สำหรับวงโคจรของดวงจันทร์ เป็นชุด EVA ของรัสเซียในปัจจุบัน ใช้ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2520 ถึงปัจจุบัน

รุ่นสูทของสหรัฐอเมริกา

• ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 Siegfried Hansenและเพื่อนร่วมงานที่Litton Industriesได้ออกแบบและสร้างชุดเกราะแข็งซึ่งใช้ในห้องสุญญากาศและเป็นรุ่นก่อนของชุดอวกาศที่ใช้ในภารกิจของ NASA [9]
• ชุดสุญญากาศ / ความสูงของ Navy Mark IV ที่ใช้สำหรับ Project Mercury (2504-2506)
• ชุดอวกาศราศีเมถุน (2508-2509) มีการพัฒนาสามสายพันธุ์หลัก: G3C ออกแบบมาสำหรับการใช้งานภายในรถ; G4C ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับ EVA และการใช้งานภายในรถ และชุด G5C แบบพิเศษที่ลูกเรือ Gemini 7สวมใส่เป็นเวลา 14 วันในยานอวกาศ
• Manned Orbital Laboratory MH-7 เหมาะสำหรับโปรแกรม MOL ที่ถูกยกเลิก
• ชุด Apollo Block I A1C (2509-2510) เป็นอนุพันธ์ของชุด Gemini ซึ่งสวมใส่โดยทีมงานหลักและสำรองในการฝึกปฏิบัติภารกิจของ Apollo ในช่วงต้นสองภารกิจ เสื้อผ้าไนล่อนดันละลายและถูกไฟไหม้ในห้องโดยสารของอพอลโล 1 ชุดนี้ล้าสมัยเมื่อเที่ยวบิน Block I Apollo ของลูกเรือถูกยกเลิกหลังจากไฟไหม้
• ชุด Apollo / Skylab A7L EVA และ Moon ชุด Block II Apollo เป็นชุดรับแรงดันหลักที่สวมใส่สำหรับเที่ยวบินของ Apollo สิบเอ็ดเที่ยวบิน Skylab สามเที่ยวและนักบินอวกาศของสหรัฐฯในโครงการทดสอบ Apollo – Soyuzระหว่างปี 1968 ถึง 1975 ชั้นนอกไนลอนของชุดรัดดันถูกแทนที่ด้วยผ้าเบต้ากันไฟหลังจาก ไฟอพอลโล 1 ชุดนี้เป็นชุดแรกที่ใช้เสื้อผ้าชั้นในระบายความร้อนด้วยของเหลวและเสื้อผ้าไมโครเมตรด้านนอก เริ่มต้นด้วยภารกิจอพอลโล 13นอกจากนี้ยังแนะนำ "ลายเส้นของผู้บัญชาการ" เพื่อไม่ให้นักเดินอวกาศคู่หนึ่งปรากฏในกล้องเหมือนกัน [10]
• Shuttle Ejection Escape Suitใช้ตั้งแต่ STS-1 (1981) ถึง STS-4 (1982) โดยลูกเรือสองคนที่ใช้ร่วมกับที่นั่งดีดออกที่ติดตั้งแล้ว ได้มาจากแบบจำลอง USAF [11] สิ่งเหล่านี้ถูกลบออกเมื่อได้รับการรับรองกระสวย
• ตั้งแต่STS-5 (1982) ถึงSTS-51-L (1986) ไม่มีการสวมชุดกดดันในระหว่างการเปิดตัวและการกลับเข้าไปใหม่ ลูกเรือจะสวมเพียงชุดบินสีน้ำเงินพร้อมหมวกกันน็อกออกซิเจน
• เปิดตัวรายการสูทนำมาใช้เป็นครั้งแรกใน STS-26 (1988) เที่ยวบินแรกหลังจากที่ชาเลนเจอร์ภัยพิบัติ เป็นชุดดันบางส่วนที่ได้มาจากแบบจำลองของ USAF [12]ใช้ตั้งแต่ปี 2531 ถึง 2541
• Advanced Crew Escape Suit ที่ใช้บนกระสวยอวกาศเริ่มตั้งแต่ปี 1994 [13]ชุด Advanced Crew Escape Suit หรือชุด ACES เป็นชุดที่เต็มไปด้วยแรงดันสูงที่ลูกเรือกระสวยอวกาศทุกคนสวมใส่สำหรับการขึ้นและลงส่วนของเที่ยวบิน ชุดนี้เป็นทายาทโดยตรงของชุดความดันสูงของกองทัพอากาศสหรัฐฯที่สวมใส่โดยนักบินเครื่องบินสอดแนม SR-71 Blackbird และ U-2,นักบินอวกาศอเมริกาเหนือ X-15และ Geminiและชุด Launch Entry ที่ NASA สวมใส่ นักบินอวกาศเริ่มต้นในเที่ยวบิน STS-26 ได้มาจากแบบจำลอง USAF
• Extravehicular Mobility Unit (EMU) ที่ใช้กับกระสวยอวกาศและสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) อีมูเป็นระบบมนุษย์อิสระที่ให้การปกป้องสิ่งแวดล้อม, การเคลื่อนไหว, การช่วยชีวิตและการสื่อสารสำหรับสมาชิกในกระสวยอวกาศสถานีอวกาศนานาชาติหรือลูกเรือที่จะดำเนินการ EVA ในวงโคจรของโลก ใช้ตั้งแต่ปี 1982 ถึงปัจจุบัน แต่มีจำหน่ายเฉพาะในขนาดที่ จำกัด ในปี 2019 [14]
• บริษัท ด้านการบินและอวกาศSpaceX ได้พัฒนาชุด IVA ซึ่งสวมใส่โดยนักบินอวกาศที่เกี่ยวข้องกับภารกิจCommercial Crew Program ที่ดำเนินการโดย SpaceX ตั้งแต่ภารกิจDemo-2 (ดู#SpaceX suit ("ชุด Starman") )
• Orion ลูกเรือระบบอยู่รอด (OCSS)จะใช้ในระหว่างการเปิดตัวและ re-entry ในOrion MPCV ได้มาจาก Advanced Crew Escape Suit แต่สามารถใช้งานได้ด้วยแรงกดที่สูงขึ้นและมีการปรับปรุงความคล่องตัวในไหล่ [15]

• ชุดอวกาศ Manned Orbital Laboratory MH-7

• หน่วยเคลื่อนที่นอกยานพาหนะ

ชุด SpaceX ("ชุดสตาร์แมน")

ในเดือนกุมภาพันธ์ 2558 SpaceX ได้เริ่มพัฒนาชุดอวกาศสำหรับนักบินอวกาศเพื่อสวมใส่ภายในแคปซูลอวกาศDragon 2 [16]การปรากฏตัวของมันได้รับการออกแบบร่วมกันโดยโฮเซเฟอร์นันเดฮอลลีวู้ดออกแบบเครื่องแต่งกายที่รู้จักกันสำหรับผลงานของเขาสำหรับซูเปอร์ฮีโร่และนิยายวิทยาศาสตร์ภาพยนตร์และอื่นผู้ก่อตั้งและซีอีโอปาElon Musk [17] [18]ภาพแรกของชุดที่ได้รับการเปิดเผยในเดือนกันยายน 2017 [19]นางแบบที่เรียกว่า "สตาร์แมน" (หลังจากที่เดวิดโบวี 's เพลงชื่อเดียวกัน ) สวมชุดอวกาศสปาในช่วงการเปิดตัวครั้งแรก ของ Falcon Heavyในเดือนกุมภาพันธ์ 2018 [20] [21]สำหรับการเปิดตัวนิทรรศการครั้งนี้ชุดสูทไม่ได้รับแรงกดดันและไม่มีเซ็นเซอร์ [22]

ชุดนี้เหมาะสำหรับสูญญากาศช่วยป้องกันการกดทับในห้องโดยสารด้วยการผูกเชือกเพียงเส้นเดียวที่ต้นขาของนักบินอวกาศที่ป้อนอากาศและการเชื่อมต่อแบบอิเล็กทรอนิกส์ หมวกกันน็อกซึ่งพิมพ์แบบ 3 มิติประกอบด้วยไมโครโฟนและลำโพง เนื่องจากชุดดังกล่าวต้องการการเชื่อมต่อสายรัดและไม่มีการป้องกันรังสีจึงไม่ได้ใช้สำหรับกิจกรรมยานพาหนะพิเศษ [23]

ในปี 2018 นักบินอวกาศBob Behnkenลูกเรือพาณิชย์ของ NASA และDoug Hurley ได้ทดสอบชุดอวกาศภายในยานอวกาศ Dragon 2 เพื่อทำความคุ้นเคยกับชุดดังกล่าว [24]พวกเขาสวมมันในเที่ยวบินCrew Dragon Demo-2 ที่เปิดตัวเมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม 2020 [21]ชุดนี้สวมใส่โดยนักบินอวกาศที่เกี่ยวข้องกับภารกิจCommercial Crew Program ที่เกี่ยวข้องกับ SpaceX

นางแบบชุดจีน

• ชุดอวกาศ Shuguang : ชุดอวกาศ EVA รุ่นแรกที่พัฒนาโดยจีนสำหรับปี 1967 ได้ยกเลิกโครงการอวกาศที่มีลูกเรือ Project 714 มีน้ำหนักประมาณ 10 กิโลกรัม (20 ปอนด์) มีสีส้มและทำจากผ้าโพลีเอสเตอร์หลายชั้นที่มีความต้านทานสูง นักบินอวกาศสามารถใช้ภายในห้องโดยสารและใช้ EVA ได้เช่นกัน [25] [26] [27]
• ' ชุดอวกาศโครงการ 863 : ยกเลิกโครงการชุดอวกาศ EVA ของจีนรุ่นที่สอง [28]
• ชุดอวกาศ Shenzhou IVA (神舟): ชุดนี้สวมใส่ครั้งแรกโดย Yang Liweiใน Shenzhou 5ซึ่งเป็นเครื่องบินอวกาศลำแรกของจีนซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกับชุด Sokol-KV2แต่เชื่อว่าเป็นชุดที่ผลิตในจีนมากกว่า ชุดรัสเซียจริง [29] [30]รูปภาพแสดงให้เห็นว่าชุดของ Shenzhou 6แตกต่างกันในรายละเอียดจากชุดก่อนหน้านี้พวกเขายังมีรายงานว่าเบากว่า [31]
• Haiying (海鹰号航天服) EVA ชุดอวกาศ: นำเข้ารัสเซีย Orlan-Mชุดที่เรียกว่า EVAHaiying ใช้กับ Shenzhou 7 .
• Feitian (飞天号航天服) ชุดอวกาศ EVA: ชุดอวกาศ EVA ที่ผลิตในประเทศจีนซึ่งได้รับการพัฒนาโดยพื้นเมืองซึ่งใช้สำหรับภารกิจ Shenzhou 7 [32]ชุดนี้ออกแบบมาสำหรับภารกิจเดินอวกาศนานถึงเจ็ดชั่วโมง [33]นักบินอวกาศชาวจีนได้รับการฝึกฝนในชุดอวกาศนอกแคปซูลตั้งแต่เดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2550 และมีการ จำกัด การเคลื่อนไหวอย่างจริงจังในชุดสูทโดยมีน้ำหนักมากกว่า 110 กิโลกรัม (240 ปอนด์) ต่อคน [34]

• ชุดอวกาศกิจกรรมภายในยาน Shenzhou

นิยายอวกาศยุคแรก ๆ ไม่สนใจปัญหาการเดินทางผ่านสุญญากาศและเปิดตัวฮีโร่ผ่านอวกาศโดยไม่มีการป้องกันพิเศษใด ๆ อย่างไรก็ตามในศตวรรษที่ 19 ต่อมาได้มีนิยายแนวอวกาศที่เหมือนจริงมากขึ้นซึ่งผู้เขียนได้พยายามอธิบายหรือพรรณนาถึงชุดอวกาศที่สวมใส่โดยตัวละครของพวกเขา ชุดสวมใส่เหล่านี้แตกต่างกันไปตามรูปลักษณ์และเทคโนโลยีและมีตั้งแต่ของจริงอย่างมากไปจนถึงแบบไม่น่าจะเป็นไปได้

บัญชีมากในช่วงต้นสวมชุดอวกาศสามารถเห็นได้ในการ์เร็ตพี Servissนวนิยาย ' เอดิสันพิชิตดาวอังคาร (1898) หนังสือการ์ตูนชุดต่อมาเช่นBuck Rogers (1930s) และDan Dare (1950s) ยังนำเสนอการออกแบบชุดอวกาศของพวกเขาเองด้วย นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์เช่นRobert A. Heinleinมีส่วนช่วยในการพัฒนาแนวคิดเรื่องชุดอวกาศ

ตุ๊กตาหมีขึ้นสูงจากระดับน้ำทะเล 30,085 เมตร (98,704 ฟุต) บน บอลลูนฮีเลียมในการทดลองวัสดุโดย CU Spaceflightและ SPARKS science club หมีแต่ละตัวสวมชุดอวกาศที่แตกต่างกันซึ่งออกแบบโดยเด็กอายุ 11 ถึง 13 ปีจาก SPARKS

ชุดอวกาศช่วยเรื่องอะไร

ชุดนักบินมีประโยชน์อย่างไร

เมื่อนักบินอวกาศอยู่ภายในยานอวกาศจำเป็นต้องสวมชุดอวกาศหรือไม่ เพราะเหตุใด *

ธาตุที่ใช้ในการเคลือบหน้ากากชุดนักบินอวกาศคือข้อใด