Aby opuścić Ziemię, człowiekowi potrzebny jest odpowiedni strój. Strój, będący najdroższym garniturem wyjściowym na świecie. W porównaniu z nim ubiory wielkich kreatorów mody to mało warte ciuszki. Nic dziwnego – wkłada się go w zupełnie inną sferę: w przestrzeń kosmiczną.

Tekst przygotowała Beata Grucel

Kombinezon kosmiczny to zespół części garderoby, sprzętu i środowiskowego systemu podtrzymywania życia i wygody w niesprzyjających warunkach Kosmosu. Ma zastosowanie w spacerach kosmicznych (extra-vehicular activity – EVA) na zewnątrz statku orbitującego wokół Ziemi oraz podczas poruszania się po Księżycu.

Trochę historii…

Już ponad trzydzieści lat człowiek stara się opanować przestrzeń kosmiczną. Pierwszym, który 18 marca 1965 odbył spacer w Kosmosie, był rosyjski kosmonauta, Aleksiej Leonow. Wkrótce potem w jego ślady poszedł Amerykanin, Edward White. Od tego momentu kilkudziesięciu ludzi odbyło loty kosmiczne w środowisku niezwykle pięknym, ale i śmiertelnie niebezpiecznym. Natura boi się próżni. Dla człowieka jest ona zabójcza. W kontakcie z nią krew zaczyna wrzeć i przemienia się w pianę, ciało puchnie, a potem pęka. To, co pozostaje z naszej materii organicznej, zostaje spalone przez promieniowanie kosmiczne.

Pierwszy kombinezon utrzymujący zwiększone ciśnienie wymyślił w 1937 roku amerykański lotnik, Wiley Post. Kauczukowy skafander był sznurowany, a głowę chronił metalowy hełm. Post wyglądał w tym stroju jak żywcem wyjęty z kart powieści Juliusza Verne’a. Jednak pierwsi astronauci nie zwracali uwagi na wygląd kombinezonów. Narzekali natomiast, że były źle wentylowane i parowały na przeszklonej części hełmu, a rękawice niedobrze chwytały. O komforcie mógł dopiero powiedzieć Neil Armstrong, kiedy stawiał pierwsze kroki na Księżycu, 21 lipca 1969 roku. Jego skafander miał system płynnego chłodzenia, umożliwiał większą mobilność, był bardziej elastyczny. Astronauta mógł się swobodnie schylać, skakać i bez problemu prowadzić księżycowy pojazd.

Rozwiązania poprzedzające rozwój technologii zawierały maskę gazową używaną w II Wojnie Światowej, maskę tlenową używaną przez pilotów bombowców, wysokościowe lub próżniowe kombinezony wymagane przez pilotów Lockheed-U2 i SR-71Blackbird, kombinezon nurkowy, aparat tlenowy, sprzęt nurkujący i tym podobne.

Rozwój kulistego sklepienia hełmu był kluczem do rozwiązania problemu pola widzenia, kompensacji ciśnienia i małej wagi. Problemem w niektórych kombinezonach była głowa umocowana na wprost, nie mogąca się obracać i spoglądać na boki. Astronauci nazywają ten efekt „głową aligatora”.

Astronauta Michael J. Massimino w kombinezonie kosmicznym, misja STS-109.

Niezbędne funkcje

Aby kombinezon działał prawidłowo, musi być zaopatrzony w kilka niezbędnych funkcji:

  • Stabilne wewnętrzne ciśnienie.
  • Wdychalny tlen. Cyrkulacja ochłodzonego i oczyszczonego tlenu jest kontrolowana przez podstawowy system podtrzymywania życia.
  • Regulacja temperatury. Ciepło może być wytracone w kosmosie przez promieniowanie cieplne lub przewodzenie, przy bezpośrednim kontakcie kombinezonu z jakimś ciałem. Podczas powolnej utraty ciepła przez promieniowanie, jest ono regulowane przez część ochładzającą płyny i mocną izolację na dłoniach i stopach.
  • Osłona przeciwko szkodliwemu promieniowaniu elektromagnetycznemu.
  • Ochrona przed mikrometeorami zapewniana przez najbardziej zewnętrzną warstwę.
  • Mobilność.
  • System komunikacji.
  • Oznaczenia ładowania i rozładowania gazów i płynów.
  • Oznaczenia manewrowania, dokowania, wypuszczania i przywiązywania do statku.

Projektowanie

Kombinezon kosmiczny powinien umożliwiać użytkownikowi naturalne, niezakłócone ruchy. W tym celu kombinezony projektowane są tak, aby jak najmniej zmieniać objętość, nieważne jakie ruchy wykonywałby noszący.

W skafandrze panuje stałe ciśnienie, zatem jeśli połączenia zginające (ruchome) zmienią pojemność kombinezonu, to astronauta musi wykonywać dodatkową pracę przy każdym zginaniu. Oczekiwana praca wykonywana przy zgięciu może być opisana jako całka oznaczona z ciśnienia w kombinezonie po jego objętości, w granicach od Vi do Vf, gdzie Vi i Vf to odpowiednio początkowa i końcowa objętość przegubów. Nawet jeśli praca ta jest mała, ciągła walka z kombinezonem może być bardzo męcząca. Sprawia to także, że delikatne ruchy są trudne do wykonania. Ponieważ ciśnienie jest dyktowane przez system podtrzymywania życia, to aby zmniejszyć pracę, minimalizuje się zmiany w objętości.

Wszyscy projektanci kombinezonów próbują jak najbardziej zmniejszyć ten problem. Najlepszym rozwiązaniem jest stworzenie kombinezonu o wielu warstwach. Warstwa pęcherzowa jest gumowa i szczelna, podobnie jak balon. Warstwa ograniczająca pokrywa pęcherzową i nadaje kombinezonowi określony kształt. Ponieważ warstwa pęcherzowa jest większa niż ograniczająca, to ta druga pochłania wszystkie naprężenia, spowodowane ciśnieniem wewnątrz kombinezonu. Ponieważ warstwa pęcherzowa nie znajduje się pod ciśnieniem, nie pęknie jak balon, nawet jeżeli ulegnie przebiciu. Warstwa ograniczająca jest ukształtowana w taki sposób, że przy zginaniu na złączu tworzą się fałdy, a kliny z materiału otwierają się poza miejscem zgięcia. To sprawia, że objętość „gubi się” wewnątrz przegubu, a kombinezon utrzymywany jest w prawie stałej objętości. Jednakże gdy kliny są już całkowicie otwarte, nie można wykonać dalszego ruchu bez znacznej pracy.

W niektórych rosyjskich konstrukcjach, wokół kończyn na zewnątrz kombinezonu ciasno owijano pasy materiału, by zapobiec rozpęcznianiu się kombinezonu w przestrzeni.

Najbardziej zewnętrzna warstwa kombinezonu to cieplna powłoka mikrometeorytowa, która zapewnia izolację cieplną, ochronę przed mikrometeorami i osłonę przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym.

Astronauta ubrany w cięższą wersję „kosmicznego garnituru” podczas testów i ćwiczeń w sztucznym zbiorniku wodnym.

Extravehicular Mobility Unit (EMU) – pozapojazdowa jednostka ruchowa

EMU to nie tylko ubranie do wyjścia w przestrzeń kosmiczną. To sterowana procesorami osłona przed wrogim środowiskiem. W jej warstwach kryje się około 90 metrów plastikowych rurek, w których krąży woda o regulowanej temperaturze, chroniąca ciało astronauty przed przegrzaniem. Wzdłuż rękawów i nogawek kombinezonu przebiega sieć kanalików, którymi z przyłączonego na stałe, przypominającego plecak urządzenia transportowany jest tlen i odprowadzany dwutlenek węgla.

Astronauta wchodzi do kombinezonu zupełnie nagi. Najpierw zakłada zbiornik na mocz; potem rodzaj ażurowej, wykonanej z włókna poliuretanowego koszuli nocnej (w niej kryją się rurki i kanaliki); następnie obcisłą czapkę-pilotkę, wyposażoną w zestaw słuchawkowo-mikrofonowy. Po tym czeka go najtrudniejsze: musi wbić się w dosyć ciasne i sztywne spodnie połączone w całość z butami. Nieco wygodniej wkłada się górną część skafandra, przypominającą fragment nowoczesnej zbroi, wykonanej z niezwykle wytrzymałego włókna szklanego. Najpierw wtyka się w twardą osłonę głowę, po czym naciąga resztę kosmicznego ubrania.

Launch and Entry Suit

Podczas startu i wejścia na pokład promu kosmicznego astronauci używają pomarańczowych kombinezonów, jakie można zobaczyć, gdy przechodzą przez pas startowy w centrum kosmicznym imienia Kennedy’ego na Florydzie.

W przypadku, gdy w kabinie promu nastąpiłby nagły spadek ciśnienia, skafandry utrzymają odpowiednie ciśnienie powietrza wokół astronauty. To zapewnia mu wystarczająco dobre warunki, by przetrwać powrót na Ziemię podczas awaryjnego lądowania. Gdyby został zmuszony do ewakuacji nad zimną wodą, kombinezon zapewni mu również ochronę cieplną.

Astronauci noszą również uprzęże spadochronowe, spadochrony i zestaw przetrwania. Na klatce piersiowej znajduje się pasek kontrolny kombinezonu, który zamyka się, gdy ciśnienie spada poniżej pewnego poziomu, ograniczającego odporność kombinezonu, oraz połączenie z wężem wentylacyjnym, który doprowadza ochłodzone powietrze do kombinezonu. NASA używa tych kombinezonów już od wielu lat, lecz wciąż wnoszone są poprawki.

Częściowo ciśnieniowe LES są koloru jasno pomarańczowego, dzięki czemu ratownicy mogą łatwiej dojrzeć astronautę w przypadku lądowania na wodzie.

Po pierwszej katastrofie promu kosmicznego zdecydowano, że przyszłe załogi będą zaopatrzone w kombinezony ciśnieniowe zarówno podczas startu, jak i lądowania. Nowe skafandry mają hełmy w pełni utrzymujące ciśnienie, podwójną osłonę na szyję, scalone elementy, uprząż spadochronową, sprzęt „wyrzucający”. Został także dodany system anty-G, używany podczas lądowania.

Amerykańskie kombinezony kosmiczne. Górny rząd, od lewej: Navy Mark V vacuum suit, Gemini spacewalk suit, Manned Orbiting Laboratory MH-7 space suit. Dolny rząd, od lewej: Advance Crew Escape System Pressure Suit, Extravehicular Mobility Unit, Apollo/Skylab A7L EVA and moon suit.

Hard-shell suits

Kombinezony o twardej powłoce są zazwyczaj wytwarzane z metalu lub stopów. Są one podobne do zbroi, ale zaprojektowanej tak, żeby utrzymywać stałą objętość. Jednak trudno wykonywać w nich ruchy, gdyż ich konstrukcja opiera się na łożyskach. Kombinezony te często zatrzymują się w dziwnych pozycjach i muszą być manipulowane, by odzyskać mobilność.

Mixed Suit

Kombinezony mieszane zawierają elementy o twardej powłoce i części z materiału. Jednostka ruchowa używa torsu ze szkła włókiennego (Hard Upper Torso, HUT) oraz materiału w okolicach kończyn. W kombinezonach firmy ILC Dover, I-suit, twardy tors zastąpiono miękką konstrukcją, by zaoszczędzić na wadze, ograniczając użycie twardych składników do łożysk złączeniowych, hełmu, uszczelnienia pasa (talii) oraz tylnego włazu. Praktycznie wszystkie działające projekty kombinezonów kosmicznych zawierają twarde składniki, szczególnie przy połączeniach w rodzaju pasa, łożyska, i w przypadku tylnego włazu, gdzie wszystkie miękkie materiały zawodzą.

Skintight Suit

To projekt opiętych kombinezonów, znanych również jako kombinezony o technice przeciwciśnieniowej lub kombinezony do działań w kosmosie. Użyto w nich ciężkich elastycznych pończoch sprężających ciało. Głowa znajduje się w hełmie utrzymanym pod ciśnieniem, ale reszta ciała jest ściskana tylko dzięki elastycznym własnościom kombinezonu. To eliminuje problem stałej objętości i zmniejsza możliwość rozprężenia kombinezonu. Jednak kombinezony te są trudne do włożenia i stwarzają problemy z zapewnieniem stałego ciśnienia w każdym miejscu. Większość propozycji, by utrzymać chłodzenie, wykorzystuje naturalny pot.

Rosyjskie kombinezony kosmiczne. Górny rząd, od lewej: SK-1, Bierkut, Kreczet. Dolny rząd, od lewej: Orłan, Sokoł.

Cywile w skafandrach

„Armageddon” to pierwszy film, w którym pozwolono ekipie filmowej użyć prawdziwych kombinezonów kosmicznych NASA. Aktorzy tego filmu byli jak dotąd jedynymi cywilami, jacy kiedykolwiek nosili kombinezony astronautów NASA, warte 9 milionów dolarów każdy…

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu

Komentarze

  1. pirx    

    Ssanie próżni — Wg moich informacji historie z wrzeniem i pienienim krwi, to mitologia. Skóra jest wystarczająco mocna żeby powstrzymać rozerwanie, natomiast wewnętrzne ciśnienie zapobiegnie wrzeniu płynów ustrojowych. Zapodaję linki:
    (a) http://baza.polsek.org.pl/faq/atyka_topic_1.html#_1_8
    (b) http://www.sff.net/people/geoffrey.landis/vacuum.html
    (c) http://en.wikipedia.org/wiki/Explosive_decompression

    1. PaSKud    

      hehe — czyli rozumiem że w próżni można normalnie żyć bez skafandra 😉

      1. pirx    

        Ssanie próżni — Skąd ten wniosek? W linkowanych dokumentach opisano co prawdopodobnie się stanie i jak szybko nastąpi śmierć. Natomiast eksplozji i wrzenia nie będzie.

        1. Fallen    

          Czytałem że — nagi człowiek w próżni kosmosu jest w stanie przetrwał około minuty, półtora, pod warunkiem, że ma płuca wypróżnione z gazów oddechowych. To go chroni przed wytrąceniem się pęcherzyków azotu w naczyniach krwionośnych. Skóra wytrzymuje różnice ciśnień jak również temperaturę czwórki bezwzględnej, może pojawić się nieduże krwawienie z oczu i uszu, tamowane krystalizującą się krwią. Nie ma mowy o rozerwaniu ciala, umiera się z uduszenia i hipotermii. Ale odpowiednio szybko wyciągnięty człowiek do normalnych warunków może być uratowany.

        2. Marcin    

          Dokładnie właśnie tak. — Nie wierzcie w te bajki o rozrywaniu ciał. Chodzi głównie o to, że ciało ludzkie ma bardzo dużą tzw. ciepłotę, która przez jakiś czas chroni przed zamarźnięciem. Największy problem jest z płynem w gałkach ocznych, ale… darujmy już sobie to. Mogę tylko dodać, że kiedyś w USA przeprowadzano upiorne eksperymenty polegające na tym, że umieszczano szympansy w dużych komorach próżniowych, żeby potem zobaczyć co się z tymi szympansami stanie…

          Pozdr. Marcin

    2. czereśnia    

      Uch

      > Skóra jest wystarczająco mocna żeby powstrzymać
      > rozerwanie

      Uch, ciekawe, jak to zweryfikowali doświadczalnie…

      > że kiedyś w USA przeprowadzano upiorne eksperymenty polegające
      > na tym, że umieszczano szympansy w dużych komorach próżniowych,
      > żeby potem zobaczyć co się z tymi szympansami stanie…

      No właśnie…

      1. PaSKud    

        Tak czy siak…. — czekam na kolejną część, bo to miło sobie poczytać 🙂

      2. damazy miszczyszyn    

        jak? — jak to zweryfikowano? próby niemieckich lekarzy na angielskich i amerykańskich pilotach w komorach ciśnieniowych. Podczas tych makabrycznych doświadczeń okazało się, że przy ciśnieniu odpowiadającym temu, jakie panuje na wysokości 19.6 km (jak wiadomo spadek ciśnienia spadek temp. wrzenia) następuje wrzenie płynów ustrojowych i żyły oraz inne naczynia pękają, ale nie skóra. człowiek szybko ginie.

        1. czereśnia    

          to wrzenie czy nie wrzenie?

          > jak to zweryfikowano? próby niemieckich lekarzy na angielskich
          > i amerykańskich pilotach w komorach ciśnieniowych. Podczas
          > tych makabrycznych doświadczeń okazało się, że przy ciśnieniu
          > odpowiadającym temu, jakie panuje na wysokości 19.6 km (jak wiadomo
          > spadek ciśnienia spadek temp. wrzenia) następuje wrzenie płynów
          > ustrojowych i żyły oraz inne naczynia pękają, ale nie skóra. człowiek
          > szybko ginie.

          Z określenia narodowości wnioskuję, że to czasy II Wojny Światowej. Ale kontynuując ten nieco makabryczny wątek, nasuwa mi się pytanie: no to jak jest z tym wrzeniem?

          Pirx pisał przecież wyżej:

          > wewnętrzne ciśnienie zapobiegnie wrzeniu płynów ustrojowych
          (…)
          > W linkowanych dokumentach opisano co prawdopodobnie
          > się stanie i jak szybko nastąpi śmierć. Natomiast eksplozji i
          > wrzenia nie będzie.

        2. damazy miszczyszyn    

          jest wrzenie! — Skóra nie izoluje przecież przed ciśnieniem. Gdyby było inaczej to nurkowie nie mieliby problemów z narkozą azotową i tlenową. Jeżeli Prix ma jakieś materiały przeczące temu co napisałem to chętnie się z nimi zapoznam. Nie spotkałem się z twierdzeniem, aby ciśn. wewnętrzne chroniło przed wrzeniem płynów ustrojowych. Spadek ciśnienia spadek wrzenia temp., np. wody. Alpińisci na wysokości nie zaparzą kawy, gdyż woda wrze w temp. ok 73 stopni na wys, bodajże 7 km (nie wiem czy dane są poprawne). Piloci latający na wysokościach ok 20 km mają specjalne kombinezony, które by ich uratowały w razie ewakuacji (chodzi mi o pilotów samolotów szpiegowskich). Tak więc wrzenie płynów ustrojowych w odpowiednich warunkach ma miejsce.

        3. Marcin    

          Błagam ludzie… — powtórzę – w warunkach próżni nie zachodzi coś takiego jak “rozrywanie ciał” czy wrzenie płynów ustrojowych. jak będę miał na to trochę wolnego czasu, to znajdę jakieś konkretne linki na ten temat………

          pozdr. Marcin

        4. Marcin    

          Co stanie się z człowiekiem będącym bez skafandra w kosmosie ? — “Na podstawie teoretycznych symulacji i doświadczeń na zwierzętach wiadomo, że organizm będący wystawiony na działanie odkrytego kosmosu nie dozna natychmiastowych obrażeń i nie eksploduje, a krew nie bedzie wrzec i natychmiast nie straci się przytomności.
          Mogą zaistnieć zjawiska o drugorzędnym znaczeniu, jak oparzenie słoneczne, opuchlizna skóry, nabrzmienie tkanek, które pojawią się po okolo 10 sekundach lub później. Mniej więcej w tym samym czasie człowiek zaczyna powoli tracić przytomność z powodu braku tlenu i różne obrażenia wewnętrzne poczynają się kumulować. Śmierć następuje dopiero po około minucie lub dwóch.”

          http://kosmos.ovh.org/ciekawostki.htm

          jutro znajdę coś jeszcze

          radzę na przyszłość szerokim łukiem omijać źródła typu “ściąga.pl” albo pracki jakichś teoretyków-biologów-lotników itp.

          pozdr. Marcin

        5. Marcin    

          i jeszcze coś… — trochę bardziej “profesjonalne” źródło:

          http://baza.polsek.org.pl/faq/atyka_topic_1.html#_1_8

          Pozdr. Marcin

        6. damazy miszczyszyn    

          jest wrzenie, ale… — … w warunkach ziemskich. Nie miałem na myśli próżni kosmosu. Oczywiście rozrywanie skóry nie wchodzi w grę, ale układ krwionośny już tak. Tak więc jest takie zjawisko jak wrzenie płynów ustrojowych. Czy w kosmosie? nie wiem…

        7. pirx    

          Ssanie próżni

          > Jeżeli Prix ma jakieś materiały […]

          Linki zostały przedstawione w 1-szym poście. Z grubsza najciekawszy fragment to:

          “Your blood is at a higher pressure than the outside environment. A typical blood pressure might be 75/120. The “75” part of this means that between heartbeats, the blood is at a pressure of 75 Torr (equal to about 100 mbar) above the external pressure. If the external pressure drops to zero, at a blood pressure of 75 Torr the boiling point of water is 46 degrees Celsius (115 F). This is well above body temperature of 37 C (98.6 F).”

          Czyli zagotuje się dopiero przy ok 46 degC — delikwent musiałby mieć niezłą gorączkę.

  2. Adam    

    Neil Armstrong nie prowadził pojazdu księżycowego, wtedy gdy był na księżycu pojazdu tam jeszcze nie było

Komentarze są zablokowane.