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Jul 26, 2023

Einen besseren Raumanzug bauen

Es ist 50 Jahre her, seit Menschen zum ersten Mal den Mond betraten. Seitdem erforschen Astronauten vor allem die niedrige Erdumlaufbahn. Da sich die NASA nun auf die Rückkehr zum Mond vorbereitet, bewerten Experten dies neu

Es ist 50 Jahre her, seit Menschen zum ersten Mal den Mond betraten. Seitdem erforschen Astronauten vor allem die niedrige Erdumlaufbahn. Da sich die NASA nun auf die Rückkehr zum Mond vorbereitet, bewerten Experten die Praktikabilität des Raumanzugs neu.

Ana Diaz Artiles, Assistenzprofessorin am Department of Aerospace Engineering der Texas A&M University, und der Doktorand Logan Kluis haben an Entwicklungen für den SmartSuit gearbeitet, eine neue Raumanzugarchitektur, die eine sicherere und bessere Raumanzugumgebung für Extravehicular Activity (EVA) schaffen würde. auf Planetenoberflächen.

Der SmartSuit ist eine von Diaz Artiles vorgeschlagene Raumanzugarchitektur, die sich auf drei wichtige Verbesserungen des aktuellen Anzugdesigns konzentriert; erhöhte Mobilität, erhöhte Sicherheit und informierte Interaktion zwischen der Umwelt und dem Astronauten. Zuletzt haben Diaz Artiles und Kluis in Zusammenarbeit mit Robert Shepherd, außerordentlicher Professor an der Cornell University, Prototypen von Soft-Robotic-Hilfsaktuatoren für die Kniegelenke entwickelt.

„Der aktuelle Raumanzug wurde für Mikrogravitationsbedingungen entwickelt; Unter diesen Bedingungen müssen Astronauten nicht mit ihrem Unterkörper gehen oder sich fortbewegen, sie bewegen sich normalerweise mit ihrem Oberkörper“, sagte Diaz Artiles. „Wenn man sich nun auf einer Planetenoberfläche befindet, müssen Astronauten gehen, sich bücken, knien, Steine ​​aufheben und viele andere ähnliche Aktivitäten ausführen, die eine bessere Beweglichkeit des Unterkörpers erfordern.“

Die von ihnen entwickelten Soft-Roboter-Knieprototypen nutzen Gasdruck, um die inneren Kammern zu erweitern, sodass sie gegeneinander drücken. Wenn sich jeder ausdehnt, biegt sich der Aktuator. Und durch die Verwendung eines weichen Materials passt sich der Aktuator dem menschlichen Körper an, wodurch eine bequemere Passform entsteht und möglicherweise das Verletzungsrisiko verringert wird.

„Soft-Robotik würde es den Aktuatoren ermöglichen, sich an den Körper des Astronauten anzupassen, was ihren Komfort im Vergleich zu steiferen Aktuatoren auf harten Oberflächen erheblich erhöht“, sagte Kluis.

Im aktuellen Raumanzug zu sein ist wie in einem Druckballon. Der Astronaut muss gegen den Anzug kämpfen, was nicht nur schwierig ist, sondern auch Energie verbraucht, die Astronauten bei der Durchführung von EVA-Missionen sparen möchten. Die beim Bewegen gegen den Anzug aufgewendete Energie trägt zu den Stoffwechselkosten bei, die die unterstützenden Roboteraktuatoren um 15 % senken könnten, basierend auf Simulationen, die speziell zur Untersuchung der Auswirkungen dieser Aktuatoren entwickelt wurden.

„Wenn man draußen Proben sammelt und Tests durchführt, verbraucht man viel Energie“, sagte Kluis. „Wenn wir also zu Missionen wie dem Mond und dem Mars gehen, müssen wir entweder all diese Lebensmittel mitbringen oder sie anbauen, also wäre jede Art von Energieeinsparung möglich sehr hilfreich."

Ihre jüngste Arbeit konzentrierte sich auf Aktuatoren für die Kniegelenke, aber letztendlich besteht ihr Ziel darin, Aktuatoren in eine Ganzkörperschicht zu integrieren und so die Bewegung in mehreren Körpergelenken zu verbessern. Diese Schicht würde relativ stark gegen den Astronauten drücken und so für zusätzlichen mechanischen Gegendruck (MCP) sorgen, der die Mobilität erhöht.

„Druck und Mobilität stehen in einem umgekehrten Verhältnis“, sagte Diaz Artiles. „Je mehr Druck man im Raumanzug hat, desto geringer ist die Beweglichkeit. Je weniger Druck Sie haben, desto einfacher ist es, sich zu bewegen.“

Dieser Druck bezieht sich auf den Gasdruck, den der Raumanzug zum Schutz des Trägers bereitstellt. Der Druck der Atmosphäre beträgt etwa 14,7 Pfund pro Quadratzoll (psi). Der aktuelle Raumanzug erzeugt einen Druck von etwa 4,3 psi, der gegen den Körper des Astronauten drückt und zum Balloneffekt beiträgt. Wenn jedoch eine Ganzkörper-Soft-Roboter-Schicht beispielsweise 1,0 psi bereitstellen könnte, würde dies den für den Anzug erforderlichen Wert auf nur 3,3 psi senken: weniger Druck und mehr Mobilität.

„Stellen Sie sich vor, Sie tragen wirklich enge Under Armour oder wirklich enge Leggings. Dieser Druck, der auf Ihren Körper drückt, würde den Gasdruck ersetzen oder zusätzlich dazu wirken“, sagte Kluis. „Die Idee beim SmartSuit ist also, dass er sowohl mechanischen Druck als auch Gasdruck nutzt.“

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von MCP besteht darin, dass dadurch auch das Risiko einer Dekompressionskrankheit (DCS) gesenkt werden kann. DCS kann auftreten, wenn der Gasdruck um uns herum relativ schnell abnimmt, sodass der Stickstoff in unserem Körper als Blasen in unserem Körpergewebe austritt. Die derzeitige Lösung zur Vermeidung von DCS im Raumanzug besteht darin, bis zu vier Stunden lang reinen Sauerstoff einzuatmen, bevor eine EVA durchgeführt wird. Durch die Implementierung von MCP können Astronauten weniger Zeit mit Voratmungsanforderungen und mehr Zeit mit der Erkundung verbringen, ohne sich zusätzlich um DCS kümmern zu müssen.

Diaz Artiles und ihr Team arbeiten weiterhin an der SmartSuit-Architektur, und die Aktuator-Prototypen sind eine vielversprechende Entwicklung bei der Entwicklung eines anpassungsfähigeren und einfallsreicheren Raumanzugs für zukünftige Planetenmissionen. Ihr Endziel wäre es, dass sich der Träger so anfühlt, als würde er sich bewegen, ohne den Raumanzug anzuziehen und ohne zu sehr ins Schwitzen zu geraten.

„Raumanzüge stehen in direktem Zusammenhang mit der Raumfahrt, was aufregend ist, und sie stehen dabei an vorderster Front“, sagte Kluis. „Es macht also immer Spaß, an neuen Technologien zu arbeiten, die umgesetzt werden können, oder Teil der Entwicklung des nächsten Raumanzugs zu sein.“

Die Ergebnisse ihrer Forschung wurden in npj Microgravity, Aerospace Medicine and Human Performance veröffentlicht und auf der 50. International Conference of Environmental Systems vorgestellt.

Dieser Artikel von Felysha Walker erschien ursprünglich auf der Website des College of Engineering.

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