Scaphandre

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Une combinaison spatiale est un vêtement pressurisé porté par les astronautes lors des vols spatiaux. Il est conçu pour les protéger des conditions potentiellement dommageables rencontrées dans l'espace. Les combinaisons spatiales sont également connues sous le nom d'unités de mobilité extravéhiculaire (EMU) pour refléter le fait qu'elles sont également utilisées comme aides à la mobilité lorsqu'un astronaute fait une promenade dans l'espace à l'extérieur d'un vaisseau spatial en orbite. Ils sont composés de nombreux composants sur mesure qui sont produits par divers fabricants et assemblés par la National Aeronautics Space Agency (NASA) à leur siège à Houston. Les premières combinaisons spatiales ont été introduites dans les années 1950, lorsque l'exploration spatiale a commencé. Ils ont évolué au fil du temps pour devenir plus fonctionnels et compliqués. Aujourd'hui, la NASA possède 17 UEM achevées, dont chacune a coûté plus de 10,4 millions de dollars à fabriquer.

Contexte

Sur Terre, notre atmosphère nous fournit les conditions environnementales dont nous avons besoin pour survivre. Nous tenons pour acquis les éléments qu'il fournit, tels que l'air pour respirer, la protection contre le rayonnement solaire, la régulation de la température et une pression constante. Dans l'espace, aucune de ces caractéristiques protectrices n'est présente. Par exemple, un environnement sans pression constante ne contient pas d'oxygène respirable. De plus, la température dans l'espace est aussi froide que -459,4 °F (-273 °C). Pour que les humains survivent dans l'espace, ces conditions protectrices devaient être synthétisées.

Une combinaison spatiale est conçue pour recréer les conditions environnementales de l'atmosphère terrestre. Il fournit les nécessités de base pour le maintien de la vie telles que l'oxygène, le contrôle de la température, l'enceinte pressurisée, l'élimination du dioxyde de carbone et la protection contre la lumière du soleil, le rayonnement solaire et les minuscules micrométéoroïdes. Il s'agit d'un système de survie pour les astronautes travaillant en dehors de l'atmosphère terrestre. Les combinaisons spatiales ont été utilisées pour de nombreuses tâches importantes dans l'espace. Il s'agit notamment d'aider au déploiement de la charge utile, à la récupération et à l'entretien de l'équipement en orbite, à l'inspection et à la réparation externes de l'orbiteur et à la prise de photographies époustouflantes.

Historique

Les combinaisons spatiales ont évolué naturellement à mesure que des améliorations technologiques ont été apportées dans les domaines des matériaux, de l'électronique et des fibres. Au cours des premières années du programme spatial, des combinaisons spatiales étaient faites sur mesure pour chaque astronaute. Ceux-ci étaient beaucoup moins complexes que les costumes d'aujourd'hui. En fait, la combinaison portée par Alan Shepard sur la première suborbitale américaine n'était guère plus qu'une combinaison pressurisée adaptée de la combinaison pressurisée des avions à réaction à haute altitude de la marine américaine. Cette combinaison n'avait que deux couches et il était difficile pour le pilote de bouger ses bras ou ses jambes.

La combinaison spatiale de nouvelle génération a été conçue pour protéger contre la dépressurisation pendant que les astronautes étaient dans un vaisseau spatial en orbite. Cependant, les sorties dans l'espace dans ces combinaisons n'étaient pas possibles car elles ne protégeaient pas contre l'environnement hostile de l'espace. Ces combinaisons étaient composées de cinq couches. La couche la plus proche du corps était un sous-vêtement en coton blanc qui avait des attaches pour les appareils biomédicaux. Une couche de nylon bleu qui offrait du confort était la suivante. Au-dessus de la couche de nylon bleu se trouvait une couche de nylon pressurisée noire enduite de néoprène. Cela fournissait de l'oxygène en cas de défaillance de la pression de la cabine. Une couche de téflon était à côté pour maintenir la forme de la combinaison lorsqu'elle était pressurisée, et la couche finale était un matériau en nylon blanc qui réfléchissait la lumière du soleil et protégeait contre les dommages accidentels.

Pour les premières sorties dans l'espace qui ont eu lieu pendant le Gemini missions en 1965, une combinaison à sept couches a été utilisée pour une protection supplémentaire. Les couches supplémentaires étaient composées de Mylar aluminisé, qui offrait une meilleure protection thermique et une protection contre les micrométéoroïdes. Ces combinaisons avaient un poids total de 33 lb (15 kg). Même s'ils étaient adéquats, certains problèmes y étaient associés. Par exemple, le masque facial sur le casque s'est rapidement embué, ce qui a entravé la vision. De plus, le système de refroidissement au gaz n'était pas adéquat car il ne pouvait pas éliminer assez rapidement la chaleur et l'humidité excessives.

Sally Ride

Sally Ride est surtout connue comme la première femme américaine envoyée dans l'espace. À la fois scientifique et professeur, elle a été membre du Centre universitaire de Stanford pour la sécurité internationale et le contrôle des armements, membre du conseil d'administration d'Apple Computer Inc., directrice d'un institut spatial et professeure de physique à l'Université de Californie à San Diego. Ride a choisi d'écrire principalement pour les enfants sur les voyages et l'exploration spatiale.

Sally Kristen Ride est la fille aînée de Dale Burdell et Carol Joyce (Anderson) Ride of Encino, Californie, et est née le 26 mai 1951. L'auteur Karen O'Connor décrit le garçon manqué Ride dans son livre pour jeunes lecteurs, Sally Ride et les Nouveaux Astronautes, Sally courait avec son père pour la section sportive du journal alors qu'elle n'avait que cinq ans. Une famille active, aventureuse, mais aussi érudite, les Rides ont voyagé à travers l'Europe pendant un an lorsque Sally avait neuf ans et sa sœur Karen en avait sept. Alors que Karen a été inspirée pour devenir ministre, dans l'esprit de ses parents, qui étaient des anciens de leur église presbytérienne, le goût croissant de Ride pour l'exploration l'a finalement amenée à postuler au programme spatial presque sur un coup de tête. "Je ne sais pas pourquoi je voulais le faire", a-t-elle avoué à Newsweek avant de s'embarquer pour son premier vol spatial.

L'opportunité était fortuite, puisque l'année où elle a commencé à chercher un emploi marquait la première fois que la NASA ouvrait son programme spatial aux candidats depuis la fin des années 1960, et la toute première fois que les femmes ne seraient pas exclues de la considération. Ride est devenu l'un des trente-cinq sélectionnés parmi un groupe original de huit mille candidats pour la formation aux vols spatiaux de 1978. "Pourquoi j'ai été sélectionné reste un mystère complet", a-t-elle admis plus tard à John Grossmann dans une interview en 1985 dans Health . "Aucun de nous n'a jamais été prévenu."

Ride deviendra par la suite, à trente et un ans, la plus jeune personne envoyée en orbite ainsi que la première femme américaine dans l'espace, la première femme américaine à effectuer deux vols spatiaux et, par coïncidence, le premier astronaute à épouser un autre astronaute en activité devoir.

Ride a quitté la NASA en 1987 pour le Center for International Security and Arms Control de Stanford, et deux ans plus tard, elle est devenue directrice du California Space Institute et professeur de physique à l'Université de Californie à San Diego.

Les missions Apollo ont utilisé des combinaisons plus compliquées qui ont résolu certains de ces problèmes. Pour les promenades sur la lune, les astronautes portaient un vêtement à sept couches avec un sac à dos de survie. Le poids total était d'environ 57 lb (26 kg). Pour les missions de la navette spatiale, la NASA a introduit l'unité de mobilité extravéhiculaire (EMU). Il s'agissait d'une combinaison spatiale conçue pour les sorties dans l'espace qui ne nécessitaient pas de connexion à l'orbiteur. L'une des principales différences entre ces combinaisons était qu'elles étaient conçues pour une utilisation par plusieurs astronautes au lieu d'être fabriquées sur mesure comme les combinaisons spatiales précédentes. Au cours des 20 dernières années, les EMU ont subi des améliorations constantes, mais elles ont toujours le même aspect qu'au début du programme de navette en 1981. Actuellement, l'EMU a 14 couches de protection et pèse plus de 275 lb (125 kg).

Matières premières

De nombreuses matières premières sont utilisées pour construire une combinaison spatiale. Les matériaux en tissu comprennent une variété de différents polymères synthétiques. La couche la plus interne est constituée d'un tricot de nylon. Une autre couche est composée de spandex, un polymère élastique portable. Il y a aussi une couche de nylon enduit d'uréthane, qui est impliquée dans la pressurisation. Le Dacron, un type de polyester, est utilisé pour une couche de retenue de la pression. Les autres tissus synthétiques utilisés incluent le néoprène qui est un type de caoutchouc spongieux, le Mylar aluminisé, le Gortex, le Kevlar et le Nomex.

Au-delà des fibres synthétiques, d'autres matières premières ont des rôles importants. La fibre de verre est le matériau principal pour le segment dur du haut du torse. L'hydroxyde de lithium est utilisé dans la fabrication du filtre qui élimine le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau lors d'une sortie dans l'espace. Un mélange d'argent et de zinc comprend la batterie qui alimente la combinaison. Des tubes en plastique sont tissés dans le tissu pour transporter l'eau de refroidissement dans toute la combinaison. Un matériau en polycarbonate est utilisé pour construire la coque du casque. Divers autres composants sont utilisés pour constituer les circuits électroniques et les commandes de la combinaison.

Conception

Une seule combinaison spatiale EMU est construite à partir de divers composants sur mesure produits par plus de 80 entreprises. La taille des pièces varie de rondelles d'un huitième de pouce à un réservoir d'eau de 30 pouces (76,2 cm) de long. L'UEM se compose de 18 éléments distincts. Certains des principaux composants sont décrits ci-dessous.

Le système de survie principal est un sac à dos autonome équipé d'une alimentation en oxygène, de filtres d'élimination du dioxyde de carbone, d'une alimentation électrique, d'un ventilateur et d'un équipement de communication. Il fournit à l'astronaute la plupart des éléments nécessaires à sa survie, tels que l'oxygène, la purification de l'air, le contrôle de la température et la communication. Jusqu'à sept heures d'oxygène peuvent être stockées dans le réservoir de la combinaison. Un pack d'oxygène secondaire se trouve également sur la combinaison. Cela fournit 30 minutes supplémentaires d'oxygène d'urgence.

Le casque est une grande bulle en plastique sous pression qui a un anneau de cou et un coussin de distribution de ventilation. Il dispose également d'une vanne de purge, qui est utilisée avec un pack d'oxygène secondaire. Dans le casque, il y a une paille pour un sac de boisson au cas où l'astronaute aurait soif, une visière qui protège des rayons du soleil et une caméra qui enregistre les activités supplémentaires du véhicule. Étant donné que les sorties dans l'espace peuvent durer plus de sept heures d'affilée, la combinaison est équipée d'un système de collecte d'urine pour permettre les pauses dans la salle de bain. L'ensemble MSOR se fixe à l'extérieur du casque. Cet appareil (également connu sous le nom de "Snoopy Cap") s'enclenche avec une jugulaire. Il se compose d'un casque et d'un microphone pour une communication bidirectionnelle. Il dispose également de quatre petites "lampes frontales" qui éclairent davantage si nécessaire. La visière est ajustée manuellement pour protéger les yeux de l'astronaute.

Pour maintenir la température, un vêtement de refroidissement et de ventilation liquide est porté sous le vêtement extérieur. Il est composé de tubes de refroidissement traversés par un fluide. Le sous-vêtement est un maillot une pièce en maille composé d'élasthanne. Il a une fermeture éclair pour permettre l'entrée avant. Il a plus de 300 pieds de tubes en plastique entrelacés à l'intérieur desquels il fait circuler de l'eau fraîche. Normalement, l'eau en circulation est maintenue entre 4,4 et 9,9 °C (40-50 °F). La température est contrôlée par une vanne sur le panneau de commande d'affichage. Le vêtement inférieur pèse 8,4 lb (3,8 kg) lorsqu'il est rempli d'eau.

L'assemblage du bas du torse est composé du pantalon, des bottes, du slip, des articulations du genou et de la cheville et de la connexion à la taille. Il est composé d'une vessie de pression en nylon enduit d'uréthane. Une couche de retenue en Dacron et un vêtement thermique extérieur composé en nylon enduit de néoprène. Il comporte également cinq couches de Mylar aluminisé et une couche de surface en tissu composée de téflon, de kevlar et de Nomex. Cette partie de la combinaison peut être raccourcie ou allongée en ajustant les anneaux de taille au niveau des cuisses et des jambes . Les bottes ont un embout isolant pour améliorer la rétention de la chaleur. Des chaussettes thermiques sont également portées. Le dispositif de stockage d'urine est également situé dans cette section de la combinaison. Les anciens modèles pouvaient contenir jusqu'à 950 millilitres de liquide. Actuellement, un type de couche jetable vêtement est utilisé.

L'ensemble bras est réglable tout comme l'ensemble bas du torse. Les gants contiennent Une unité de mobilité extravéhiculaire (UEM). radiateurs miniatures alimentés par batterie dans chaque doigt. Le reste de l'unité est recouvert d'un rembourrage et d'une couche extérieure de protection supplémentaire.

Le haut du torse dur est construit en fibre de verre et en métal. C'est là que la plupart des pièces de la combinaison se fixent, y compris le casque, les bras, l'affichage du système de survie, le module de commande et le bas du torse. Il comprend des bouteilles d'oxygène, des réservoirs de stockage d'eau, un sublimateur, une cartouche de contrôle des contaminants, des régulateurs, des capteurs, des vannes et un système de communication. L'oxygène, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau quittent la combinaison à travers le vêtement de ventilation près des pieds et des coudes de l'astronaute. Un sac à boisson dans le haut du torse peut contenir jusqu'à 32 oz (907,2 g) d'eau. L'astronaute peut prendre un verre grâce à l'embout buccal qui se prolonge dans le casque.

Le module de commande monté sur la poitrine permet à l'astronaute de surveiller l'état de la combinaison et de se connecter à des sources externes de fluides et d'électricité. Il contient toutes les commandes de fonctionnement mécaniques et électriques ainsi qu'un panneau d'affichage visuel. Une batterie rechargeable en zinc argenté fonctionnant à 17 volts est utilisée pour alimenter la combinaison. Ce module de contrôle est intégré au système d'avertissement situé dans la partie supérieure du torse pour garantir que l'astronaute connaît l'état de l'environnement de la combinaison. La combinaison se connecte à l'orbiteur par une ligne ombilicale. Il est déconnecté avant de quitter le sas.

Le costume blanc pèse environ 275 lb (124,8 kg) sur terre et a une espérance de vie du produit d'environ 15 ans. Il est pressurisé à 4,3 lb (1,95 kg) par pouce carré et peut être rechargé en se connectant directement à l'orbiteur. L'existant Le système de survie principal est un sac à dos autonome équipé d'une alimentation en oxygène, d'une élimination du dioxyde de carbone filtres, alimentation électrique, ventilateur et équipement de communication. les combinaisons spatiales sont modulaires et peuvent donc être partagées par plusieurs astronautes. Les quatre sections interchangeables de base comprennent le casque, le haut du torse rigide, les bras et l'ensemble du bas du torse. Ces pièces sont réglables et peuvent être redimensionnées pour s'adapter à plus de 95% de tous les astronautes. Chaque ensemble de bras et de jambes est disponible en différentes tailles qui peuvent être ajustées pour s'adapter à l'astronaute spécifique. Les bras permettent jusqu'à un ajustement d'un pouce. Les pieds permettent un ajustement jusqu'à trois pouces.

Il faut environ 15 minutes pour enfiler la combinaison spatiale. Pour enfiler la combinaison spatiale, l'astronaute enfile d'abord le vêtement inférieur qui contient le système de refroidissement et de ventilation liquide. L'assemblage du bas du torse est ensuite mis en place avec les bottes attachées. Ensuite, l'astronaute se glisse dans l'unité supérieure du torse qui est montée avec le sac à dos de survie sur un connecteur spécial dans le sas. Les anneaux de déchets sont connectés, puis les gants et le casque sont enfilés.

Le processus de fabrication

La fabrication d'une combinaison spatiale est un processus compliqué. Il peut être décomposé en deux phases de production. Tout d'abord, les composants individuels sont construits. Ensuite, les pièces sont rassemblées dans un site de fabrication principal, tel que le siège de la NASA à Houston, et assemblées. Le processus général est décrit comme suit.

Ensemble casque et visière

• 1 Le casque et la visière peuvent être fabriqués à l'aide de techniques traditionnelles de moulage par soufflage. Une UEM est constituée de 14 couches de protection. Les matériaux en tissu comprennent une variété de différents polymères synthétiques. La couche la plus interne est un tricot en nylon. Une autre couche est composée de spandex, un polymère élastique portable. Il y a aussi une couche de nylon enduit d'uréthane, qui est impliquée dans la pressurisation. Le Dacron, un type de polyester, est utilisé pour une couche de retenue de la pression. Les autres tissus synthétiques utilisés incluent le néoprène qui est un type de caoutchouc spongieux, le Mylar aluminisé, le Gortex, le Kevlar et le Nomex. Des pastilles de polycarbonate sont chargées dans une machine de moulage par injection. Ils sont fondus et forcés dans une cavité qui a la taille et la forme approximatives du casque. Lorsque la cavité est ouverte, la pièce principale du casque est construite. Un dispositif de connexion est ajouté à l'extrémité ouverte afin que le casque puisse être fixé à la partie supérieure dure du torse. Le coussin de distribution de ventilation est ajouté avec les vannes de purge avant que le casque ne soit emballé et expédié. L'ensemble visière est également équipé de "phares" et d'équipements de communication.

Systèmes de survie

• 2 Les systèmes de survie sont assemblés en plusieurs étapes. Toutes les pièces sont montées sur le boîtier extérieur du sac à dos. Tout d'abord, les réservoirs d'oxygène sous pression sont remplis, bouchés et placés dans le boîtier. L'équipement d'élimination du dioxyde de carbone est mis en place. Cela implique généralement une cartouche filtrante remplie d'hydroxyde de lithium qui se fixe à un tuyau. Le sac à dos est alors équipé d'un système de ventilation, d'une alimentation électrique, d'une radio, d'un système d'alerte et de l'équipement de refroidissement par eau. Une fois complètement assemblé, le système de maintien de la vie peut se fixer directement sur la partie supérieure du torse.

Module de contrôle

• 3 Les composants clés du module de commande sont construits dans des unités séparées puis assemblés. Cette approche modulaire permet aux pièces clés d'être facilement entretenues si nécessaire. Le module de commande monté sur la poitrine contient toutes les commandes électroniques, un affichage numérique et d'autres interfaces électroniques. La vanne de purge primaire est également ajoutée à cette pièce.

Vêtement rafraîchissant

• 4 Le vêtement rafraîchissant est porté à l'intérieur des couches de pression. Il est composé d'une combinaison de nylon, de fibres de spandex et de tubes de refroidissement liquide. Le tricot en nylon est d'abord coupé en une forme de sous-vêtement long. Pendant ce temps, les fibres de spandex sont tissées dans une feuille de tissu et coupées dans la même forme. Le spandex est ensuite équipé d'une série de tubes de refroidissement puis cousu avec la couche de nylon. Une fermeture à glissière avant est ensuite fixée ainsi que des connecteurs pour la fixation au système de survie.

Haut et bas du torse

• 5 Le bas du torse, le bras et les gants sont fabriqués de la même manière. Les différentes couches de fibres synthétiques sont tissées ensemble puis découpées dans la forme appropriée. Des anneaux de connexion sont attachés aux extrémités et les différents segments sont attachés. Les gants sont équipés de radiateurs miniatures dans chaque doigt et recouverts d'un rembourrage isolant.
• 6 Le haut du torse dur est forgé en utilisant une combinaison de fibre de verre et de métal. Il a quatre ouvertures où se fixent l'assemblage du bas du torse, les deux bras et le casque. De plus, des adaptateurs sont ajoutés là où le pack de survie et le module de contrôle peuvent être attachés.

Assemblage final

• 7 Toutes les pièces sont expédiées à la NASA pour être assemblées. Cela se fait au sol où la combinaison peut être testée avant d'être utilisée dans l'espace.

Contrôle qualité

Les différents fournisseurs effectuent des tests de contrôle qualité à chaque étape du processus de production. Cela garantit que chaque pièce est fabriquée selon des normes rigoureuses et fonctionnera dans l'environnement extrême de l'espace. La NASA effectue également des tests approfondis sur la combinaison complètement assemblée. Ils vérifient des éléments tels que les fuites d'air, la dépressurisation ou les systèmes de survie non fonctionnels. Les tests de contrôle qualité sont cruciaux car un seul dysfonctionnement pourrait avoir des conséquences désastreuses pour un astronaute.

Le futur

La conception actuelle de l'EMU est le résultat de nombreuses années de recherche et de développement. Bien qu'ils soient un outil puissant pour les opérations orbitales, de nombreuses améliorations sont possibles. Il a été suggéré que la combinaison spatiale du futur pourrait être radicalement différente de la combinaison actuelle. Un domaine qui peut être amélioré est le développement de combinaisons pouvant fonctionner à des pressions plus élevées que l'UEM actuelle. Cela aurait l'avantage de réduire le temps actuellement requis pour la pré-respiration avant une sortie dans l'espace. Pour fabriquer des combinaisons à pression plus élevée, des améliorations devront être apportées aux joints de connexion sur chaque partie de la combinaison. Une autre amélioration peut être le redimensionnement de la combinaison en orbite. Actuellement, il faut beaucoup de temps pour retirer ou ajouter des inserts d'extension dans les zones des jambes et des bras. Une autre amélioration possible concerne les commandes électroniques de la combinaison. Ce qui nécessite maintenant des codes de commande complexes se fera à l'avenir en appuyant sur un seul bouton.