Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Ruimtepakken hebben een grote upgrade nodig voor de volgende verkenningsfase

Het xEMU-prototype Maanpak, onthuld door NASA in 2019. Credit:NASA / Joel Kowsky

Mensen dromen er al lang van om voet op de maan en andere planetaire lichamen zoals Mars te zetten. Sinds de jaren zestig hebben ruimtereizigers pakken aangetrokken die zijn ontworpen om hen te beschermen tegen het vacuüm van de ruimte en zijn ze het onbekende ingegaan.



De Polaris Dawn-missie, die de eerste ruimtewandeling zal omvatten die door een particulier bedrijf wordt georganiseerd, is echter uitgesteld. Dit komt door complicaties bij het ontwerp en de ontwikkeling van een geschikt ruimtepak.

Maanpakken zijn ook een van de belangrijkste elementen van NASA's Artemis-maanprogramma die nog moeten worden opgeleverd. In een rapport uit november 2023 stond dat de aannemer die de pakken maakt, aspecten van het door NASA geleverde ontwerp opnieuw moet bekijken, wat voor vertragingen zou kunnen zorgen.

Toch vond de eerste ruimtewandeling, door de Sovjet-kosmonaut Alexei Leonov, plaats in 1965. Later zouden tussen 1969 en 1972 twaalf NASA-astronauten op het maanoppervlak lopen, met behulp van technologie die door de huidige smartphones zou worden overschaduwd. Het is dus niet onredelijk om te vragen waarom het nog steeds moeilijk kan zijn om ruimtepakken te ontwerpen en te bouwen om hetzelfde te doen.

Er is veel veranderd sinds de Apollo-missies vlaggen op de maan plantten. De geopolitiek die de ruimtevaart aanstuurt, is veranderd en er wordt niet langer verwacht dat ruimtepakken alleen maar een vorm van bescherming zijn. In plaats daarvan zijn ze een cruciale manier om de productiviteit van astronauten te verbeteren. Dit impliceert een heroverweging van niet alleen de pakken zelf, maar ook van de technologie die ze ondersteunt.

Een scala aan krachtige telecommunicatietechnologieën om astronauten te verbinden met ruimtestations en grondcontrole zit naast multisensorische camera's, temperatuurlezers en nabijheidssensoren in hedendaagse ruimtepakken.

Situationeel bewustzijn – het begrijpen van sleutelelementen in de omgeving, zoals de gezondheid van een astronaut – is een kernprincipe van het ontwerp van moderne ruimtepakken en van cruciaal belang voor de veiligheid van de operator. Het vermogen van een pak om de hartslag en andere vitale functies te volgen is belangrijk in een vacuüm, waar het zuurstofniveau voortdurend moet worden gecontroleerd.

De verwachtingen rond de risico's die astronauten nemen zijn ten goede veranderd. En het investeringsniveau dat nodig is om een ​​ruimtepak te produceren, maakt het noodzakelijk dat het kan worden gebruikt voor toekomstige taken, waaronder mogelijk maannederzettingen in de komende decennia.

De afweging die ingenieurs moeten maken bij het integreren van draagbare technologie zoals de reeds genoemde, is gewicht. Zal een groter situationeel bewustzijn resulteren in een ruimtepak dat te zwaar is om effectief in te bewegen?

Toen Elon Musk in januari in een presentatie voor SpaceX-medewerkers voor het eerst zinspeelde op de uitdagingen met het extravehiculaire activiteitenruimtepak voor Polaris Dawn, besprak hij niet de problemen met verbonden technologie, maar het herontwerpen van 'het pak zodat je er daadwerkelijk in kunt bewegen. "

De Polaris Dawn-missie gebruikt een aangepaste versie van het Crew Dragon-ruimtevaartuig om de eerste commerciële ruimtewandeling uit te voeren. Krediet:NASA

Situationeel bewustzijn

Als je het echter hebt over mobiliteit in een ruimtepak, moet je rekening houden met de taken die je door die mobiliteit wilt laten ondersteunen.

Vóór de komst van moderne ruimtepakken hadden Apollo-astronauten moeite met het uitvoeren van missies. Bij het boren in het oppervlak van de maan met een handboor om monsters te verzamelen, vonden astronauten het moeilijk om voldoende neerwaartse kracht uit te oefenen om de zwakkere zwaartekracht van de maan tegen te gaan. Pas met de uitvinding van een zwaartekrachtboormachine, tientallen jaren later, zou dit probleem worden aangepakt.

De huidige verkenning van pneumatische exoskeletten, die de ondersteuning bieden die nodig is voor beweging bij lage zwaartekracht, zou deel kunnen uitmaken van een oplossing. Nieuwere ruimtepakken moeten echter mogelijk ook communiceren met hardware, zoals robotboren die buiten het pak bestaan. Dit zal ook meer mobiliteit in ruimtepakken noodzakelijk maken.

Werken met robots

Het overbrengen van taken, die voorheen door mensen werden uitgevoerd, naar robots zal deel uitmaken van de toekomst van de ruimteverkenning. Het is een primaire manier waarop ingenieurs ook de mobiliteit van astronauten in ruimtepakken kunnen verbeteren.

Wanneer een astronaut bijvoorbeeld een ruimtewandeling maakt om de toestand van een deel van een ruimtestation te inspecteren en eventuele reparaties uit te voeren, wordt hij ondersteund door een robotarm die ervoor zorgt dat hij niet de ruimte in zweeft. Wanneer deze arm is verbonden, is hij stijf en kan hij de bewegingsvrijheid van een astronaut beperken.

Een aanpak die momenteel wordt onderzocht om dit bewegingsbereik uit te breiden is een klimrobot, die aan zowel de astronaut als het ruimtestation is bevestigd en die een individu kan besturen via zijn ruimtepak. Hierdoor zou de astronaut sneller en met een groter bewegingsbereik door het ruimtestation kunnen bewegen dan voorheen, waardoor hij moeilijk bereikbare gebieden zoals hoeken zou kunnen bereiken en repareren.

Hoewel de uiteindelijke hoop is dat robots zelf eventuele schade aan het ruimtestation kunnen beoordelen en repareren, moeten mensen vanwege mogelijke verstoringen in de normale bedrijfsvoering bereid zijn om in te grijpen. Mogelijke verstoringen kunnen natuurlijk zijn, zoals een kleine meteorenregen die de robot beschadigt. , of door mensen gemaakt, zoals hacking uitgevoerd door een vijandige groep of staat.

Voor het soort activiteiten dat we in de toekomst willen verwezenlijken, zal deze mens-robot-samenwerking van groot belang zijn. Het bouwen van een basis op de maan, zoals zowel de VS als China van plan zijn te doen, zal bouwwerkzaamheden en boorwerkzaamheden met zich meebrengen, die mensen niet alleen zullen kunnen volbrengen. Moderne ruimtepakken zullen een interface moeten bieden om met deze nieuwe technologie te kunnen werken, en we kunnen verwachten dat de pakken in de pas met de robotica zullen evolueren.

De relatie tussen mens en robot is aan het veranderen. Het zal verder gaan dan ruimtewandelingen en het eerdere gebruik van robots als beperkte hulpmiddelen, naar een situatie waarin ze samenwerkende partners in de ruimte zijn. De doelstellingen van tien tot twintig jaar, zoals het bouwen van nederzettingen op de maan, het verkennen van minerale afzettingen op de maan en het efficiënt repareren van ruimtestationmodules, kunnen alleen worden bereikt met behulp van robotica.

Moderne ruimtepakken zullen een belangrijke basis vormen voor deze samenwerkingsrelatie en de interface vormen waar astronauten en robots kunnen samenwerken om gedeelde doelen te bereiken. Dus als we opnieuw onze voetafdrukken achterlaten op andere werelden, zullen we niet langer alleen zijn.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.