역압 슈트

Mechanical counterpressure suit
Paul Webb가 개발하고 NASA 프로젝트에 의해 건설된 우주 활동 슈트.이미지에는 백팩만 부족한 완벽한 다층 정장과 양압 헬멧이 담겨 있다.(1987년 C. 1971)

기계식 역압(MCP) 정장, 부분압력복, 직접압축복 또는 우주활동복(SAS)은 스키티 탄성복으로 피부에 안정적인 압력을 가하는 실험 우주복이다.SAS는 기존의 우주복처럼 부풀려지지 않는다. SAS는 기압보다는 기계적인 압력을 사용하여 저압 환경에서 인체를 압축한다.개발은 1950년대 후반 NASA와 공군에 의해 시작되었고, 1960년대 후반에 다시 시작되었지만, 어느 디자인도 사용되지 않았다.메사추세츠 공과대학교(MIT)에서 원래 SAS 개념을 기반으로 한 "바이오 슈트" 시스템에 대한 연구가 진행 중이다.[1]

배경

인체는 일부 인기 있는 공상과학 소설의 상반된 묘사에도 불구하고,[2] 보호받지 못한 공간의 딱딱한 진공 상태에 노출되는 것을 잠시나마 견뎌낼 수 있다.인간의 피부는 진공으로부터 보호될 필요가 없고 그 자체로 기체가 조여져 있다.인간의 육체는 그러한 조건에서 그 크기가 약 2배까지 확장되어, 지나치게 채워진 풍선보다는 몸집을 만드는 사람의 시각적 효과를 준다.이것은 적절히 설계된 의복에서 나오는 기계적인 역압을 통해 상쇄될 수 있다.산소 기아의 영향이 시작되면서 의식은 최대 15초 동안 유지된다.이에 대응하려면 헬멧에 호흡 가스를 포함하고 귀와 눈을 보호해야 한다.[3]이러한 영향은 매우 높은 고도 조건, 우주 공간, 훈련 진공 챔버에서의 다양한 사고를 통해 확인되었다.[4][2]

냉각

SAS로 우주비행사를 냉각시키는 것은 일반적으로 우주복에서 모든 방향으로 배출되는 땀의 증발에 의해 달성된다.물, 소금, 단백질은 광학 및 기타 민감한 표면에 침전되어 손상이나 열화를 일으킬 수 있다.이것은 SAS의 유용성을 제한할 수 있다.우주왕복선, 국제우주정거장, 아폴로 프로그램에 사용된 부풀려진 우주복에 대해, 1차 생명유지시스템에서 진공상태에서의 물의 승화에 의해 냉각이 이루어졌다.

디자인

마우치

1959년 한스 모치머큐리 우주복의 "호흡 가능한" 속옷들을 작업하던 중 기계적인 역압 설계를 만드는 방법을 생각해냈다.마우치팀은 외부 압력이 낮아지면 가스를 구조물에 가두는 폐쇄형 셀 거품이 팽창하는 것을 알아챘다.팽창하지 않는 외부 층 안에 거품을 포함시킴으로써 압력이 낮아질 때 신체에 증가하는 압력을 가하게 된다.이것은 거의 단단한 수성 설계보다 훨씬 더 나은 이동성을 제공할 수 있는 설계를 허용하는 것으로 보였다.[5]

1959년 말 마우치 연구소는 공군의 비밀 X-20 다이나소아르의 노력의 일환으로 미 공군에 의해 작업 모델 개발 계약을 승인받았다.이 프로그램은 1962년까지 진행되었으며, 그 기간 동안 NASA는 이 노력에 동참했다.슈트는 두 겹의 직물 사이에 포말 층을 쌓아 만든 것으로, 내부는 착용자의 피부(또는 속옷)에 기대어 기계적 지지대를 제공하고 외부는 격납장치를 하는 것으로 제작되었다.별도의 부피가 큰 헬멧이 압력과 호흡 가스를 공급했다.마우치가 수성을 위해 개발하고 있던 속옷처럼 원단을 통해 직접 땀의 전출로 열 조절이 가능했다.결과복은 대형 헬멧을 제외하고 원래 머큐리 디자인만큼 부피가 컸다.[5]

연장된 진공 테스트는 성공적으로 진행되었지만, 슈트는 예상보다 이동성이 떨어지는 것으로 증명되었고 추가 개발은 중단되었다.[5]

개선된 패브릭의 도입으로 Paul Webb는 SAS를 구축하는 새로운 방법에 대한 개념을 갖게 되었다.[6]다양한 디자인 컨셉을 테스트하기 위해 추가 작업이 계약되었다.1968년과 1971년 사이에 10개의 정교함을 증가시키는 설계가 지어졌고, 결국 진공실에서 일련의 성공적인 실험으로 이어졌다.가장 긴 시험은 2시간 45분이었다.

이 테스트는 성공적이었다: 기계식 카운터 압력 우주복의 실용성이 결정적으로 입증되었다.이동하는 데 필요한 에너지는 기존의 디자인에 비해 상당히 적었고, 이는 장기간 우주유영을 위한 주요한 개선이었다.펑크 테스트 결과, 최대 1제곱밀리미터의 피부가 영구적인 효과 없이 장기간 진공에 직접 노출될 수 있는 것으로 나타났다.전통적인 슈트의 유사한 구멍은 압력과 호흡 공기를 잃게 할 것이다.NASA 우주비행사들이 A7L 아폴로 프로젝트를 위해 입었던 1차 압력복의 절반의 무게가 나갔다.

또한 여러 가지 문제가 발견되었는데, 주로 신체의 모든 지점에서 슈트를 강한 기계적 접촉 상태로 유지하는 문제와 관련이 있었다.천의 결점이나 작은 접힘은 틈새에 액체가 고이는 결과를 초래할 수 있다; 사타구니 부위는 성공적으로 맞춤화하기가 매우 어려운 것으로 판명되었다.이를 바로잡기 위해 폴리우레탄 거품의 작은 패드를 콘크리트에 삽입하여 대부분의 문제 영역에서 성공을 거두었다.그 시대의 모든 우주복도 마찬가지였지만, 그 양복은 각 개인에 맞게 맞춰야 했다.가장 큰 어려움은 양복을 입고 벗는 것이었다.인간의 생리학에 필요한 최소 0.3bar(4.4psi)의 압력을 효과적으로 공급하기 위해서는 슈트가 극도로 밀착되어 옷을 입고 매우 힘든 작업을 해야 했다.

1971년, 웹은 제임스 F와 함께.Annis, 그들의 연구 결과를 보고서에 게재했다.[7]이 보고서는 긍정적인 상태를 유지했고, 연구원들은 더 이상의 개선이 가능하다고 생각했다.보고서 인용:

결론적으로, 현재 개발 단계에 있는 SAS는 인간을 진공 환경의 영향으로부터 보호해 줄 것이며, 이것은 향상된 이동성과 자연스러운 신체 움직임을 가능하게 한다.생리학적으로 접근방식은 건전하며, 해결해야 할 많은 문제들이 남아 있지만, 그것들은 본질적으로 주로 기계적이다.기계적 문제의 해결은 생물역학 분석에 기초한 세심한 맞춤화, 그리고 특정 탄성 직물의 개발과 결합되어 결국 SAS의 공간 인증 버전으로 이어질 수 있다는 의견이 제시되었다.

기존의 SAS 디자인은 두 가지 새로운 직물, 즉 고압 영역을 위한 "파워넷"(또는 "기들 패브릭")의 한 종류와 저장력을 위한 탄성 보비넷 짜임(bobbinet wabil)을 기반으로 했다.둘 다 그물을 만들기 위해 훨씬 덜 탄성 웨프 실을 가진 묵직한 탄성 웨프 실을 바탕으로 했다.재료가 전통적인 방법으로 짜여지지 않았기 때문에 여기서 warp와 weft라는 용어는 느슨하게 사용된다.파워넷은 스판덱스 코드를 웨프트(weft)로 나일론 코드를 워프(warp)로 사용해 워프 축을 따라 주로 이동이 가능했다.밥비넷은 면포 고무와 나일론이나 데이크론 웨프트를 사용했으며 양방향 모두 유연했다.면 포장은 최대 스트레칭을 나머지 길이의 200%로 제한했다.과압 보비넷이 생성할 수 있는 양은 몸통 위로 약 0.02bar(0.29psi), 가장 큰 부피, 손목과 발목에 있는 더 작은 반경 곡선 위로 최대 0.053bar(0.77psi)까지 나왔다.파워넷은 몸통에서도 약 0.067bar(0.97psi)를 생산할 수 있다.정상 호흡에는 최소 0.17bar(2.5psi)가 필요하다.

두 재료의 여러 겹과 패치를 사용하여 몸 주위의 전반적인 기계적 압력을 조절했다.피부에서 시작하여 가벼운 파워넷의 "슬립 레이어"를 사용하여 외부 레이어가 구속 없이 피부 위로 미끄러질 수 있도록 했다.이 층 아래에 다수의 폼 패드를 신체의 다양한 콩크리트 위에 올려놓아 슈트와 접촉하게 했다.그 위에 호흡계의 일부인 역압 방광이 있었다.그 위에 보비넷 팔과 다리가 달린 트렁크 위에 파워넷을 최대 6겹이나 덧대거나 트렁크만을 덮는 올보비넷 의류가 있었다.의복은 일반 보디슈트처럼 입고 앞부분을 닫는 큰 지퍼가 달려있으며, 일부 지점에는 옷의 닫는 데 도움이 되는 추가 끈이 달려 있었다.교대 층의 지퍼는 상쇄되었다.

양압 호흡 시스템은 가압 헬멧, 호흡 방광, 백팩의 탱커지 시스템 등 3가지 주요 부분으로 구성되었다.방광과 헬멧을 함께 연결해 사용자가 숨을 들이쉴 때 방광 바깥과 몸통 위로 공기를 펌핑해 사용자의 가슴에 가해지는 압박량을 줄였다.헬멧은 가슴과 팔 아래를 감싸고 있는 노멕스 천의 비탄성 의복과 그 위와 아래의 탄성 층에 의해 고정되었다.

MIT 바이오슈트

마스 마크 3 행성상 하드 슈트 옆 MIT 바이오 슈트.

바이오슈트는 다바 뉴먼 교수의 지시에 따라 매사추세츠 공과대학에서 건설 중인 실험 우주 활동복으로 NASA 고등컨셉트연구소의 지원을 받고 있다.개념상 SAS와 유사하게, BioSuit은 SAS 설계의 단순화된 버전을 생산하기 위해 엔지니어링과 측정의[which?] 진보를 적용한다.[8]

뉴먼은 생물역학, 특히 인간 이동의 컴퓨터 측정 분야에서 광범위하게 일했다.뉴먼은 기체가 가득 찬 슈트와 마찬가지로 아서 이베럴이 1940년대 후반으로 거슬러 올라가는 작업에서 유래한 개념인 '비연장의 라인'의 원리를 사용해 대부분의 정상적인 움직임 동안 피부가 늘어나지 않는 몸의 라인을 따라 긴장 요소를 배치해 왔다.

바이오슈트의 1차 구조는 신축성 있는 코드를 비연장 라인을 따라 배치해 구축했다.따라서 그들이 어떤 압력을 주든 착용자가 움직일 때에도 일정하게 될 것이다.이런 식으로 그들은 소송이 적용되는 기계적 역압을 조절할 수 있다.그리고 나서 슈트의 나머지 부분은 1차 압력 코드 사이에 놓여 있는 스판덱스로 만들어진다.바이오슈트 팀은 지금까지[when?] 나일론-스판덱스, 탄성, 우레탄 도색 폼 등 다양한 소재를 이용해 다수의[clarification needed] 하퇴부 시제품을 제작했다.[9]한 실험 설계에서는 확장이 제한적인 부분의 코드 사이에 케블라 원단을 사용하였다.그녀가 수많은 포토샵을 위해 입었던 뉴먼을 위해 적어도 한 벌의 전신 슈트가 만들어졌는데, 이 슈트 전체가 하퇴부 프로토타입이 디자인한 것과 같은 반압력 기준을 충족하는지 여부는 알 수 없다.각 슈트는 착용자에 맞게 맞춤 제작되어야 하지만 전신 레이저 스캔을 통해 이 작업의 복잡성이 감소된다.

그 결과 SAS의 1층 버전이 나왔다. SAS는 원래보다 가볍고 유연해서 더 자연적인 움직임이 가능하고 이동 에너지 비용을 줄일 수 있다.바이오슈트 부품은 꾸준히 0.25bar(3.6psi)에 달했고, 현재[when?] 0.3bar(4.4psi)를 목표로 하고 있다.기계적인 역압은 손에 쥐는 것과 같은 작은 관절에 어려운 것으로 입증됨에 따라 바이오슈트 베이스라인 디자인은 기체 충전 헬멧 외에도 기체 충전 장갑과 부츠를 사용한다.[10]

나중에 변형된 바이오시트는 열활성화된 형상기억합금(SMA) 코일을 사용한다.[11]이 디자인에서 양복은 처음에 입었을 때 몸에 느슨하게 맞는다.동력 모듈이 부착되면 슈트의 스프링형 코일이 수축하여 슈트를 몸에 맞게 한다.코일의 설계는 학술지 IEEE/ASME: Transactions on Mechatronics의 기사에서 더욱 정의되었다.[12]2008년 현재 바이오시트는 가까운 장래에 화성 임무에 사용할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 알려졌다.[13][14]

2019년을 기점으로 우주와 달과 화성의 표면에 존재하는 방사선으로부터 슈트를 착용하는 사람을 보호할 수 있는 [clarification needed]핵 붕소관이 추가되어 추가적인 개선이 이루어졌다.국립항공우주박물관의 캐시 루이스에 따르면 "다음 수트가 아닐 수도 있지만 후속 수트 중 하나가 될 것"이라고 밝혀 향후 달과 화성 임무에 개발이 활발히 진행되고 있음을 보여준다.[15]

소설로

댄 시몬스, 스티븐 백스터, 래리 니븐, 스파이더와 잔 로빈슨을 포함한 작가들은 그들의 이야기에서 우주 활동복을 사용했다.우주 활동복으로 이동성을 높이고 조작을 간소화할 수 있는 가능성은 소설에 매력적인 선택으로, 사용의 유연성이 개발을 계획하는 데 도움이 될 수 있다.날렵하고 형태에 맞는 우주 활동복의 미학적 특성 또한 딱딱한 다이빙복 스타일의 우주복이라는 전통적인 이미지를 대비시켜 의상에 미래적인 느낌을 준다.미래적 테마를 가진 대부분의 애니메이션에는 스키타이트 우주복(플래닛건담 프랜차이즈의 두드러진 예외)이 포함되어 있다.킴 스탠리 로빈슨의 화성 3부작에서 이와 유사한 슈트를 '워커'라고 하며, 순수하게 화성 환경에서 사용하기 위한 것이다.Steven Gould가 쓴 Jumper 시리즈의 네 번째 책에서 기계적인 역압 슈트의 개발은 주요 줄거리에서 필수적이다.[16]

참고 항목

참조

  1. ^ David, Leonard (January 26, 2005). "High-Tech Spacesuits Eyed for 'Extreme Exploration'". Space.com. Retrieved 2007-04-08.
  2. ^ a b "Outer Space Exposure". Damn Interesting. Retrieved 2021-08-11.
  3. ^ 우주복, 우주비행사 백과사전
  4. ^ "How would the unprotected human body react to the vacuum of outer space?". NASA's Imagine the Universe. Retrieved 2021-08-11.
  5. ^ a b c 케네스 토마스와 해롤드 맥맨, "미국 우주복", 스프링거, 2012, 페이지 209-211
  6. ^ Webb, Paul (April 1968). "The Space Activity Suit: An Elastic Leotard for Extravehicular Activity". Aerospace Medicine. 39 (4): 376–382. PMID 4872696. Retrieved 22 December 2016.
  7. ^ Annis, James F.; Webb, Paul (November 1971). "Development of a Space Activity Suit". NASA. CR-1892. Retrieved 22 December 2016.
  8. ^ 우주 비행사 바이오 슈트 탐사 클래스 임무: NIAC 1단계 보고서, 2001 http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.111.7588&rep=rep1&type=pdf
  9. ^ Patel, Samir S (October 20, 2005). "This suit is made for walking (on Mars)". The Christian Science Monitor. Retrieved 2006-10-14.
  10. ^ "Bio-Suit - Overview (archived)". Extra-Vehicular Activity (EVA) Research at the Man-Vehicle Laboratory. Massachusetts Institute of Technology. Archived from the original on March 27, 2013. Retrieved 24 November 2011.{{cite web}}: CS1 maint : 부적합한 URL(링크)
  11. ^ Chu, Jennifer (2014-09-18). "Shrink-wrapping spacesuits". MIT News. Retrieved 2018-02-19.
  12. ^ Holschuh, B.; Obropta, E.; Newman, D. (2015-06-01). "Low Spring Index NiTi Coil Actuators for Use in Active Compression Garments" (PDF). IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 20 (3): 1264–1277. doi:10.1109/TMECH.2014.2328519. hdl:1721.1/88470. ISSN 1083-4435. S2CID 16186197.
  13. ^ Thilmany, J. (2008). "SPACE FASHION". Mechanical Engineering.
  14. ^ Newman, Dava (2009). "EVA Injury Mitigation, Mobility Improvement, Mission Planning Field Testing and IVA Countermeasure Suit Investigations for Exploration-Class Missions" (PDF). Dsls.usra.edu. Archived from the original (PDF) on 2016-05-13. Retrieved 2017-08-20.
  15. ^ "Spacesuits have been bulky since before Apollo 11. A skintight design may change that". USA Today. Retrieved 3 October 2020.
  16. ^ Gould, Steven (9 September 2014). Exo. Tor Books. ISBN 978-0-7653-3654-5.

추가 읽기

  • 웹, 폴"우주 활동복: 차량 외부 활동을 위한 탄성 레오타드"항공우주 의학, 1968년 4월 페이지 376–383.

외부 링크