Le développement et la situation actuelle des combinaisons spatiales américaines en cabine

【Abstract】 Cet article examine systématiquement l'histoire du développement de la combinaison spatiale américaine, et décrit la dernière combinaison spatiale commerciale SpaceX aux États-Unis. La combinaison spatiale SpaceX par la société privée d'exploration spatiale (SpaceX) conception et la production achevée, cette combinaison spatiale et la combinaison spatiale traditionnelle se concentrer sur la performance et d'ignorer l'apparence de différents, dans l'apparence d'une grande percée. Cependant, la combinaison spatiale de SpaceX ne peut être utilisée qu'à l'intérieur du vaisseau spatial en raison des limites de sa conception fonctionnelle. En analysant les caractéristiques de conception de la combinaison spatiale de SpaceX, telles que l'apparence et le tissu, combinées à la tendance du Times, le développement futur de la combinaison spatiale est la direction clé de la multifonctionnalité et de l'ajustement de haute technologie.
【Keywords】 spaceX space suits ; In-cabin spacesuits ; appearance design ; the details show

0 Préface
Depuis des milliers d'années, les êtres humains se sont toujours intéressés à l'espace et n'ont jamais cessé de l'explorer. Si les êtres humains veulent survivre dans l'environnement spatial, ils doivent utiliser des équipements connexes pour répondre aux besoins fondamentaux de la vie et fournir un environnement propice à la vie. Outre les engins spatiaux, les combinaisons spatiales sont très importantes pour les astronautes. En tant que vêtements portés par les astronautes au cours de leurs missions, les combinaisons spatiales ont des fonctions similaires à celles des mini-vaisseaux spatiaux. Les combinaisons spatiales peuvent être divisées en trois catégories selon leurs fonctions, à savoir（IVA spacesuit）, extravehicular spacesuit (EVA spacesuit) et（IEVA spacesuit）. . Le développement des combinaisons spatiales monoblocs embarquées et extra-véhiculaires est limité par les premiers développements technologiques, et maintenant les combinaisons spatiales extra-véhiculaires et embarquées ont été développées séparément. La combinaison spatiale dans l'habitacle est également appelée combinaison spatiale de sauvetage d'urgence. Elle est principalement utilisée lors des phases de lancement et de retour. La combinaison spatiale est utilisée pour assurer l'oxygène nécessaire à la respiration des astronautes et maintenir la pression de survie nécessaire pour garantir que les astronautes ne perdent pas la pression dans le cockpit. la sécurité de la vie.
Si l'on se penche sur l'histoire du développement des combinaisons spatiales humaines au cours des 100 dernières années, on constate que les combinaisons spatiales donnent inévitablement aux gens une impression de lourdeur et de maladresse. Cela est principalement lié à la nature de l'industrie aérospatiale. La conception traditionnelle des combinaisons spatiales prend la sécurité et les exigences fonctionnelles comme point de départ, le coût est élevé et l'"aspect esthétique" est la deuxième priorité. Mais avec les progrès de l'époque et la commercialisation de l'industrie spatiale, les concepteurs vont naturellement réfléchir à la manière de rendre l'apparence des combinaisons spatiales attrayante. Cet article présente en détail la réforme fonctionnelle de la combinaison spatiale de SpaceX en tant que vêtement de conception commerciale, afin de fournir quelques idées pour le développement de futures combinaisons spatiales.

1 Combinaison spatiale de cabine
1.1 Combinaisons spatiales américaines en cabine
Au début des années 1830, le pilote de haute altitude américain Persian a présidé à la mise au point de la première combinaison pressurisée de haute altitude™ au monde, qui a posé le prototype de la recherche et du développement de la future combinaison spatiale. Dans les années 1860, inspirée par la combinaison à jet sous pression de haute altitude de la marine américaine, la combinaison spatiale Mercury est née. Du point de vue du processus de développement de la combinaison spatiale américaine, celle-ci est influencée par la mission.
À partir de 1981, la NASA (National Aeronautics and Space Administration) a commencé à utiliser une nouvelle génération de combinaisons spatiales extravéhiculaires. En raison du coût élevé des combinaisons spatiales, les combinaisons spatiales américaines n'ont plus adopté des méthodes sur mesure, mais des idées de conception modulaire. En d'autres termes, le nombre de combinaisons est déterminé par des tâches spécifiques et, en combinant des modules CEI (Contract End I-tems) de différentes tailles, les astronautes disposent finalement d'un vêtement presque sur mesure.
Cette méthode permet non seulement de réaliser des économies substantielles, mais aussi de faciliter le remplacement des composants des vêtements par les astronautes au cours des missions d'exploration de longue durée. Le tableau 1 résume les caractéristiques des principaux systèmes américains de combinaisons spatiales embarquées à différentes époques.

1.2 Combinaison spatiale SpaceX
D'une manière générale, bien que les différents types de combinaisons spatiales aient des tissus, des conforts, des fonctions générales et des conceptions esthétiques différents, la plupart d'entre elles sont encombrantes et compliquées. Avec l'évolution de l'époque, les combinaisons spatiales sont également confrontées à des changements d'apparence majeurs.
La combinaison spatiale de la cabine de SpaceX est également connue sous le nom de "Star Man". En 2018, SpaceX a utilisé un mannequin appelé "Star Man", portant un scaphandre qui n'a que la forme mais pas la fonction, et s'est envolé dans l'espace à bord d'un véhicule de lancement. Le scaphandre spatial de SpaceX, qui est le premier scaphandre commercial à pénétrer dans l'espace, a fait l'objet de modifications importantes dans sa conception. En 2015, SpaceX a annoncé son intention de développer une combinaison spatiale. En 2017, Elon Musk a publié pour la première fois la première photo officielle de la combinaison spatiale de SpaceX sur son compte privé. Il a souligné que la combinaison spatiale a été soumise à des tests de stress, mais qu'il est très rare de demander à la combinaison spatiale d'être fonctionnelle et belle en même temps. matière. C'est pourquoi ils ont adopté une méthode de conception en "rétro-ingénierie" : ils ont d'abord conçu l'apparence de la combinaison spatiale, puis se sont penchés sur la manière de répondre aux exigences fonctionnelles et de protection des voyages aériens. Il a fallu quatre ans à Musk et Fernandez pour achever cet "homme des étoiles".
En 2020, Bob Behnken et Doug Hurley ont porté des "combinaisons de vol SpaceX Dragon" et ont transporté l'équipage Dragon dans l'espace. Il s'agit de la première apparition publique de la combinaison spatiale. Les combinaisons spatiales de SpaceX sont conçues pour les astronautes afin d'être fonctionnelles, légères et esthétiques, tout en offrant une protection contre une éventuelle dépressurisation.

2 Conception fonctionnelle de la combinaison spatiale de SpaceX
2.1 Conception structurelle
La conception structurelle est le cœur du scaphandre dans la cabine. Le scaphandre spatial de SpaceX se compose de combinaisons pressurisées, de casques, de gants, de composants de ventilation et d'alimentation en oxygène et de quelques accessoires. Il s'agit d'un vêtement fonctionnellement intégré. Sa forme structurelle est similaire à celle des combinaisons spatiales traditionnelles, et elle adopte une structure de type "souple" dans laquelle la tête, le torse et les membres sont reliés entre eux, ainsi qu'une méthode ouverte de ventilation et d'alimentation en oxygène.
Les combinaisons spatiales de SpaceX sont fabriquées sur mesure pour les astronautes, et les casques le sont également grâce à la technologie de l'impression 3D. La personnalisation permet aux vêtements et aux casques de s'adapter parfaitement à la forme et à la taille du porteur. Le casque est équipé d'un système de communication et de valves de contrôle reliées à différentes parties du corps. Un bouton situé sur le côté du casque commande l'ouverture et la fermeture du masque. Le casque est fixé au masque, mais les casques traditionnels ont longtemps été boulonnés pour limiter les mouvements de la tête de l'utilisateur, ce qui fait que ce dernier ne regarde que droit devant lui et pas sur les côtés. C'est pourquoi, dans le passé, les astronautes appelaient cette situation l'effet "tête de crocodile".
À cette fin, Jose Fernandez a remplacé la partie supérieure du cou du casque de la combinaison spatiale par des charnières, ce qui a permis d'alléger ces combinaisons de vol et, à l'époque, d'offrir aux astronautes un meilleur champ de vision. La conception de la combinaison spatiale de SpaceX offre une nouvelle façon de résoudre cette énigme.
Contrairement aux combinaisons spatiales traditionnelles, la combinaison "Xingxia" a une apparence plate, car le concepteur utilise la formule "cacher" pour dissimuler les tuyaux externes, les fils et les boutons surélevés à la surface des vêtements. L'interface du système de survie et d'autres interfaces telles que les connexions d'air et d'énergie sont cachées par le couvercle rectangulaire au-dessus du genou de la jambe droite et ne seront pas exposées à la surface du vêtement. Le siège est équipé de tuyaux de raccordement aux vêtements, ce qui facilite grandement les opérations des astronautes.
Pour les combinaisons spatiales, l'amélioration de l'ajustement, de la flexibilité et de la facilité d'enfilage et d'enlèvement peut garantir efficacement leur ergonomie. En termes d'adaptabilité, SpaceX maximise l'adaptabilité des combinaisons spatiales grâce à des stratégies personnalisées, afin que les astronautes puissent effectuer des activités de manière confortable et flexible lorsque cela est nécessaire. En termes de flexibilité, la souplesse des articulations et des gants de la combinaison spatiale est le principal facteur qui limite la capacité de la combinaison à fonctionner. Les activités des astronautes portant des combinaisons spatiales sont principalement des activités liées aux membres, et les vêtements exercent certaines contraintes sur les activités humaines. La conception de l'articulation est donc particulièrement importante. La partie du genou de la combinaison spatiale de SpaceX présente une marge appropriée grâce à la conception plissée, qui non seulement facilite la flexion de la jambe humaine, mais la rend également plus concise et plus belle. En outre, la commodité d'enfiler et d'enlever la combinaison spatiale est l'une des exigences de base de la combinaison spatiale.

2.2 Conception de l'apparence "Xingxia" appartient à la combinaison spatiale dans la cabine, qui n'est portée par les astronautes dans la cabine que lorsque le vaisseau spatial habité émerge. Si le vaisseau spatial est menacé par des fuites de gaz ou des changements soudains de pression atmosphérique pendant le vol, il doit être en mesure de protéger l'équilibre de la pression atmosphérique des astronautes dans la cabine. En outre, pendant le voyage, les astronautes doivent porter la combinaison spatiale dans la cabine pour se déplacer dans la cabine, de sorte que la combinaison spatiale dans la cabine ne doit pas être trop encombrante et doit garantir la flexibilité du porteur. Par conséquent, par rapport aux combinaisons spatiales extravéhiculaires, les combinaisons spatiales embarquées sont généralement plus légères et leur apparence est plus facile à rendre compacte.
Par rapport à la combinaison spatiale américaine traditionnelle, parce que pour assurer le confort des astronautes lorsqu'ils plient leur corps, ils seront conçus avec des marges suffisantes, ce qui donne directement aux astronautes l'impression d'être lourds et gonflés lorsqu'ils se tiennent debout. En général, la combinaison spatiale de SpaceX est différente de la conception ergonomique, et la conception des marges appropriées donne aux vêtements un aspect soigné même lorsque l'astronaute est debout, et est influencée par la culture pop et les œuvres de science-fiction dans le domaine du voyage interstellaire. Influencés par la forme, les vêtements sont principalement noirs et blancs dans l'ensemble, et la conception générale tient compte de la capacité et de la mode. Les pièces noires et grises sur les côtés peuvent modifier visuellement la forme du corps.
Elle est conçue de manière aérodynamique, avec une ligne de séparation qui s'étend des omoplates à la partie supérieure des genoux. L'aspect noir et blanc de la combinaison spatiale de SpaceX lui confère une allure profilée, élégante et visuellement frappante. Visuellement, la combinaison spatiale de SpaceX est composée d'un haut et d'un bas, avec un casque et des chaussures séparés. Le casque est relié au corps, et les pieds sont faits de tissu noir pour donner la forme de bottes, qui font partie du corps lui-même. En tant que combinaison d'une seule pièce, elle a non seulement un aspect aérodynamique et léger, mais elle peut également répondre aux besoins des activités de l'utilisateur dans la cabine et garantir la sécurité de la vie de l'utilisateur dans la cabine. Comme le montre la figure 5, les épaules de la combinaison spatiale de SpaceX ont des lignes droites et lisses, et la conception ajustée au corps rend les épaules plus à la mode.

2.3 Sélection des tissus
Les combinaisons spatiales sont confrontées à une série de défis fonctionnels, et les premiers problèmes à surmonter sont ceux de la pression et de la température. À mesure que l'altitude augmente, la pression et la température de l'air diminuent de manière significative. Cela impose des exigences pour la conception des tissus fonctionnels des combinaisons spatiales, c'est-à-dire que le point central de la conception des combinaisons spatiales est la protection contre l'environnement de décompression.

2.3 Sélection des tissus
Les combinaisons spatiales sont confrontées à une série de défis fonctionnels, et les premiers problèmes à surmonter sont ceux de la pression et de la température. À mesure que l'altitude augmente, la pression et la température de l'air diminuent de manière significative. Cela impose des exigences pour la conception des tissus fonctionnels des combinaisons spatiales, c'est-à-dire que le point central de la conception des combinaisons spatiales est la protection contre l'environnement de décompression.
L'EMU (extravehicular mobility unit) est un nouveau type de combinaison spatiale, développée sur la base de la combinaison spatiale Apollo et composée d'une combinaison pressurisée et d'un système de survie. En raison de leurs caractéristiques environnementales uniques, les vêtements pressurisés doivent être composés de plusieurs couches. De même, pour faire face aux changements environnementaux dans l'espace, la combinaison spatiale "Xingxia" utilise un tissu similaire à celui du dispositif international d'exploration extravéhiculaire en service actif EMU, qui possède également une structure multicouche.
La couche extérieure de la combinaison spatiale utilise une variété de matériaux polymères, dont le "Nomex" et le "Teflon". Les produits de la série "Nomex" présentent une résistance supérieure aux températures élevées, sont ignifuges, non toxiques et possèdent de meilleures propriétés mécaniques. Le "Téflon" est également un matériau qui peut résister à des températures élevées et permettre la trempe, le trempage et la haute pression. Ces deux matériaux sont développés par DuPont et sont largement utilisés dans l'aérospatiale et dans d'autres domaines de l'économie nationale. Ces matériaux spéciaux rendent le "Xingxia" ignifuge, imperméable à l'eau, à la poussière et à l'huile, et également résistant à l'usure. La partie blanche de la surface est fabriquée à partir du matériau "Teflon" de DuPont, qui a été utilisé pour la couche extérieure de la combinaison spatiale "Apollo". Le téflon est largement utilisé, non seulement pour les matériaux souples tels que les tissus, mais aussi pour divers matériaux durs. La partie noire utilise également le matériau "Nomex" de DuPont. Ce matériau est couramment utilisé dans les combinaisons de course et fonctionne de la même manière que le matériau "Kelvar" de DuPont utilisé autrefois sur les combinaisons spatiales orange de la NASA.
La principale fonction de la construction et du matériau multicouche intérieur est d'assurer l'équilibre de la pression de l'air à l'intérieur et à l'extérieur du corps du porteur. En cas de déséquilibre de la pression dans la cabine, la sécurité de la vie du porteur peut être garantie. En 2017, la combinaison a subi avec succès les rigueurs de la double pression sous vide.
Les gants et le corsage de la combinaison spatiale de SpaceX sont également taillés de manière à faire partie de la combinaison. L'intelligence et l'automatisation sont les tendances du développement de l'habillement, et les combinaisons spatiales sont des vêtements intégrés à la technologie. Les combinaisons spatiales de SpaceX utilisent la technologie de l'écran tactile des gants pour s'adapter à la technologie des écrans tactiles existants.
de sorte que le porteur puisse contrôler l'engin spatial grâce à son interaction avec l'écran tactile. Les gants à écran tactile couramment utilisés désignent les gants spéciaux utilisés pour faire fonctionner les produits à écran tactile capacitif en hiver, qui remplissent de nombreuses fonctions telles que la protection et la technologie. Du point de vue de la conception, la couche interne du gant pour écran tactile est constituée de fibres antistatiques. Grâce au test de la quantité de charge et au test du fil, il répond à la quantité de charge de l'écran tactile et au degré d'inspiration du gant à écran tactile 10, et le tissage unique est réalisé par ordinateur pour compléter la combinaison spatiale. La forme finale du gant. En conséquence, la combinaison spatiale est plus automatisée, ce qui assure également une plus grande sécurité aux astronautes lors de leur entrée dans l'espace.
2.4 Innovation fonctionnelle
L'une des principales innovations des combinaisons spatiales de SpaceX est qu'elles dissipent la chaleur du corps des astronautes grâce à un système de refroidissement par air. Auparavant, l'EMU actuel de la NASA utilisait un système de dissipation de la chaleur refroidi à l'eau. Le tube refroidi à l'eau était adsorbé sur la peau de l'astronaute afin d'absorber la sueur pour garder le corps au sec et absorber la chaleur pour maintenir la température du corps de l'astronaute plus basse que la température centrale du corps humain. La dissipation de la chaleur par refroidissement par air est plus sûre : non seulement elle permet d'éviter les dommages causés par l'eau aux astronautes, mais le recours au refroidissement par air signifie que le fluide de refroidissement est inoffensif en cas de fuite. Mais en même temps, l'utilisation de combinaisons spatiales refroidies à l'air augmentera la consommation d'énergie, car l'air est moins efficace que l'eau pour évacuer la chaleur, et la pompe nécessite plus d'énergie. 3 Résumé
Avec l'évolution de l'époque, les changements industriels ont entraîné des changements majeurs dans les combinaisons spatiales. Les combinaisons spatiales sont progressivement passées de la protection et de la fonctionnalité traditionnelles, complétées par l'esthétique, à la fonctionnalité et à l'esthétique.
À cet égard, SpaceX a encouragé le développement de combinaisons spatiales dans la cabine. Bien qu'il ne s'agisse que d'un petit pas en avant, il ne s'agit pas d'un changement historique, mais d'un petit pas qui a été réalisé et qui a une importance pratique, et qui peut annoncer des tendances futures. Le début du changement. Grâce à l'innovation réalisée par SpaceX, tous les aspects peuvent non seulement s'inspirer de ses idées de conception, mais aussi promouvoir le développement continu de l'industrie des combinaisons spatiales et de l'industrie.