|
Марсианские скафандры должны быть на 40% легче
|
|
|
|
Задолго до того, как человек ступит на Красную планету, мы уже знаем, насколько суровы условия окружающей среды. Когда человек наконец-то это сделает, единственной защитой от этих условий станет созданная нами инфраструктура и скафандр, который будет удерживать его в защитном пузыре. К сожалению, современные скафандры не рассчитаны на марсианскую гравитацию, которая составляет три восьмых от земной. Чтобы доказать это, группа инженеров НАСА и промышленности представила на 55-й Международной конференции по экологическим системам (ICES) доклад, демонстрирующий, что новейшее поколение скафандров просто слишком тяжелое для использования на Марсе.
|
|
|
|
Это нынешнее поколение скафандров известно как Exploration Extravehicular Mobility Unit (xEMU). Оно разрабатывается для лунных миссий Artemis, ожидаемых в ближайшие несколько лет. И это чудо современной инженерии — оно может выдерживать огромные перепады давления, обеспечивает значительную подвижность нижней части тела и имеет модульную конструкцию, что позволяет легко заменять многие его части.
|
|
|
|
Но вся эта функциональность имеет свою цену — массу. Скафандр xEMU весит 170 кг (376 фунтов), что почти вдвое больше среднего веса астронавта, который, как ожидается, будет его использовать. Это может быть приемлемо для Луны, где гравитация составляет одну шестую часть земной, и скафандр, соответственно, ощущается как 28 кг (61 фунт). Но на Марсе он все равно будет обременять астронавта дополнительными 64 кг (141 фунт).
|
|
|
|
|
|
|
Однако это не был бы технический доклад на конференции без дополнительных математических расчетов, поэтому давайте рассмотрим некоторые предположения, которые авторы сделали для расчета того, сколько должен весить разумно спроектированный марсианский скафандр. Во-первых, они применили консервативный подход и установили базовый вес астронавта в 50 кг (108 фунтов), что соответствует пятому процентилю женщин-астронавтов, хотя, надо признать, до сих пор ни одна из них не весила так мало.
|
|
|
|
Учитывая этот вес, авторы отмечают, что астронавты должны поддерживать максимальное потребление кислорода (VO2 max) на уровне 36 мл/мин/кг, что выше среднего показателя для женщин среднего возраста, ведущих малоподвижный образ жизни. К сожалению, авторы также отмечают, что астронавты потеряют от 15% до 25% своей аэробной способности за месяцы полета на Марс, а это значит, что их VO2 max будет ниже к моменту фактического прибытия на Красную планету.
|
|
|
|
По данным Национального института охраны труда и здоровья, максимальная грузоподъемность составляет около 23 кг (51 фунт). Но есть одно преимущество — скафандры спроектированы таким образом, чтобы действовать подобно воздушному шару, благодаря внутреннему давлению, которое снимает часть веса с плеч астронавта. Авторы подсчитали, что это составляет около 22 кг (48 фунтов). Это увеличивает общий абсолютный максимум для внекорабельной мобильной единицы (MxEMU) до 104 кг (229 фунтов) — снижение массы на 40% по сравнению с нынешней xEMU.
|
|
|
|
Одной из главных причин такого решения является сценарий «обратного пути». Если негерметичный марсоход выйдет из строя в нескольких милях от места базирования, астронавтам придётся возвращаться пешком. Энергия, которую они потратят на переноску тяжёлого скафандра, ограничивает количество используемого кислорода и, следовательно, влияет на вес самого скафандра. Даже с учётом снижения веса, чтобы обеспечить безопасное возвращение астронавтов, авторы предлагают радиус обратного пути всего в 30 минут. При типичной скорости ходьбы 3,5 км/ч (2,2 мили в час) это ограничит радиус их передвижения на марсоходе 1,8 км (1,1 мили).
|
|
|
|
Так как же конструкторы скафандров смогут снизить вес на 40% скафандра, оптимизация которого заняла годы? Авторы предлагают несколько потенциальных решений. Исторически сложилось так, что в скафандрах около 60% веса приходится на спасательный ранец — портативную систему жизнеобеспечения (PLSS), — а остальные 40% — на сам скафандр, в данном случае, на систему компрессионного белья (PGS). Применяя это соотношение к упрощенному скафандру MxEMU, получаем 62 кг (137 фунтов) на PLSS и 42 кг (92 фунта) на компрессионное белье.
|
|
|
|
Авторы предлагают полностью отказаться от тяжелой модульной конструкции xEMU и вернуться к высокоинтегрированной архитектуре эпохи «Аполлона». Тогда компоненты скафандра одновременно являлись частью физической структуры, чтобы сэкономить вес. Однако у конструкции «Аполлона» был один недостаток — она была устойчива только к «однократной» неисправности, то есть могла выдержать только одну поломку, тогда как современные скафандры xEMU устойчивы к двойной неисправности, что, несомненно, делает их более безопасным выбором для астронавтов.
|
|
|
|
Но именно на такие компромиссы приходится идти инженерам при проектировании аппаратов для суровых условий космоса. Все первые астронавты, которые в итоге отправятся на Красную планету, поймут риски. Но, будем надеяться, инженеры на Земле смогут в буквальном смысле снять с себя часть груза ответственности, прежде чем на них ляжет бремя надежд всего человечества на новом мире.
|
|
|
|
Источник
|
