Кіріспе
Механикалық қарсы қысым (МКҚ) костюмі, ішінара қысым костюмі, тікелей қысым костюмі немесе ғарыш қызметі костюмі (SAS) – теріге жақын иілгіш киімдер арқылы тұрақты қысым түсіретін тәжірибелік ғарыш костюмі. SAS дәстүрлі ғарыш костюмі сияқты ісіп кеңеймейді: төмен қысымды ортада адам денесін қысу үшін ауа қысымын емес, механикалық қысымды пайдаланады. Оның әзірлеме жұмыстарын 1950 жылдардың соңында NASA және Әуе күштері бастаған, кейін 1960 жылдардың соңында қайта қолға алған, бірақ ешқайсысы қолданысқа енбеді. Қазір Массачусетс технология институтында (МИТ) SAS концепциясына негізделген "Био-костюм" жүйесі зерттелуде.
A mechanical counterpressure (MCP) suit, partial pressure suit, direct compression suit, or space activity suit (SAS) is an experimental spacesuit which applies stable pressure against the skin by means of skintight elastic garments. The SAS is not inflated like a conventional spacesuit: it uses mechanical pressure, rather than air pressure, to compress the human body in low pressure environments. Development was begun by NASA and the Air Force in the late 1950s and then again in the late 1960s, but neither design was used. Research is under way at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) on a "Bio Suit" System which is based on the original SAS concept.
Өмірбаян
Адам денесі қорғаныссыз ғарыш кеңістігінің қатаң вакуумына қысқа мерзімге төтеп бере алады. Мұндай әсерлер жоғары биіктіктегі жағдайларда, ғарышта және вакуумтық камералардағы түрлі оқиғалар арқылы расталған.
Салқындату
Астронавттың SAS жүйесімен салқындауы көбінесе костюмнен барлық жаққа таралатын дене терлегінің булануы арқылы қамтамасыз етіледі. Су, тұздар және ақуыздар оптикалық және басқа да нәзік беттерге жиналып, зақымдануға немесе нашарлауға себеп болуы мүмкін. Бұл SAS-тың тиімділігін төмендетуі мүмкін. Ғарыш кемесінде, Халықаралық ғарыш станциясында және Аполлон бағдарламасында қолданылған кеңейтілген ғарыш костюмдерінде салқындату негізгі өмір тіршілігін қамтамасыз ету жүйесінде вакуумда судың сублимациялануы арқылы жүзеге асырылды.
Маух
1959 жылы Ханс Маух Меркурий ғарыш костюміне арналған «тыныс алатын» іш киімдерін жасап жатқанда, механикалық қарсы қысымды құру идеясы туды. Маучтың командасы, газды құрылымында ұстап тұратын жабық ұялы көбіктер, сыртқы қысым төмендегенде кеңейетінін байқады. Көбікті кеңеймейтін сыртқы қабатқа орналастыру арқылы, қысым төмендеген сайын денеге күшейе түсетін қысым жасауға болады. Бұл, Меркурийдің дерлік қатаң дизайнынан гөрі, әлдеқайда жақсы қозғалу мүмкіндігін ұсынатын дизайнға жол ашады. 1959 жылдың соңында Мауч зертханасына АҚШ Әуе күштері жұмыс істейтін үлгіні әзірлеу бойынша келісімшарт берді, бұл Әуе күштерінің құпия X 20 Dynasoar жобасының бір бөлігі болды. Бағдарлама 1962 жылға дейін жалғасты, одан кейін NASA да бұл жұмысқа қосылды. Костюм екі мата қабатының арасына орналастырылған көбік қабатынан жасалды, ішкі қабаты киген адамның терісіне (немесе іш киіміне) механикалық қолдау көрсету үшін, ал сыртқы қабаты оқшаулауды қамтамасыз етеді. Жеке, көлемді шлем қысым мен тыныс алу газдарын қамтамасыз етті. Мауч Меркурий үшін жасап жатқан іш киімдері сияқты, жылуды басқару мата арқылы тердің тікелей булануы арқылы жүзеге асырылды. Нәтижесіндегі костюм, үлкен шлемді есептемегенде, бастапқы Меркурий дизайнымен шамалас болды. Әртүрлі дизайн тұжырымдамаларын сынау үшін қосымша жұмыстар жүргізілді. 1968 және 1971 жылдар аралығында күрделілігі арта түсетін он дизайн құрылды, нәтижесінде вакуум камераларында сәтті сынақтар өтті. Ең ұзақ сынақ екі сағат қырық бес минутқа созылды. Сынақтар сәтті аяқталды: механикалық қарсы қысымды ғарыш костюмінің тиімділігі нақты дәлелденді. Қозғалуға қажетті энергия дәстүрлі конструкцияларға қарағанда айтарлықтай аз болды, бұл ұзаққа созылған ғарышқа шығулар үшін маңызды жетістік болды. Костюмдегі тесіктерді сынау көрсетті, оларға бір шаршы миллиметрге дейін тері ұзақ уақыт бойы вакуумға тікелей ұшыраса, ешқандай зиян келмейді. Дәстүрлі костюмдегі ұқсас тесік қысым мен тыныс алу ауасының жоғалуына әкелер еді. Оның салмағы NASA астронавттарының Аполлон жобасы үшін киген A7L негізгі қысымды костюмінен екі есе жеңіл болды. Бірқатар мәселелер де туындады, олар негізінен костюмді дененің барлық нүктесінде берік механикалық байланыста ұстау қиындығымен байланысты болды. Матадағы ойыстар немесе кішкентай бүктемелер сұйықтықтың саңылауларда жиналуына әкелуі мүмкін; жамбас аймағын сәтті жасау өте қиын болды. Бұл мәселені шешу үшін полиуретан көбігінен жасалған кішкентай төсемдер ойыстарға енгізілді және көптеген жағдайларда сәтті нәтиже берді. Костюмдер әр адамға жекешелендірілуі керек еді, бірақ дәуірдің барлық ғарыш костюмдері үшін де осы талап орындалды. Ең қиын міндет костюмді кию және шешу болды. Адам физиологиясы үшін қажетті ең төменгі қысымды тиімді қамтамасыз ету үшін костюм өте тығыз болуы керек еді, бұл кию және шешуді өте қиын міндет етті. 1971 жылы Уэбб, Джеймс Ф. Анниспен бірге өздерінің зерттеулерін баяндамада жариялады. Баяндама оңтайлы болды және зерттеушілер одан әрі жақсартулар жасауға болатынын сезінді. Баяндамадан цитата: SAS дизайнының бастапқы нұсқасы екі жаңа матаға негізделген: жоғары кернеулі аймақтар үшін «powernet» (немесе «белде матасы») және төмен кернеулі аймақтар үшін серпімді бобинет тоқымасы. Екеуі де тор құру үшін серпімді жіп пен серпімді емес жіпті пайдаланды. Бұл материал дәстүрлі тәсілдермен тоқылғандықтан, орау және тігіс терминдері бұл жерде шартты түрде қолданылады. Powernet сору ретінде Spandex шнурын, ал бобинет сору ретінде нейлон шнурын пайдаланды, бұл негізінен сору осі бойымен қозғалуға мүмкіндік берді. Бобинет мақтамен оралған резеңке жіпті және нейлон немесе дакрон жіпті пайдаланды және екі бағытта да икемді болды. Мақта орамасының максималды созылуы демалыс ұзындығының 200% -ына дейін шектелді. Бобинет жасаған артық қысымның мөлшері денедегі ең үлкен көлемде және білек пен тобықтағы кішкентай радиусты қисықтарда шамалы жоғары болды. Powernet денеде де артық қысым жасауға қабілетті. Қалыпты тыныс алу үшін ең аз мөлшерде қысым қажет. Денедегі жалпы механикалық қысымды басқару үшін екі материалдың бірнеше қабаттары мен жапсырмалары қолданылды. Теріден бастап, сыртқы қабаттардың теріге жабыспай жылжуына мүмкіндік беру үшін жеңіл powernet-тің «сыртқы қабаты» қолданылды. Бұл қабаттың астында денедегі түрлі ойыстарға көбікпен жасалған жапсырмалар орналастырылып, олар костюммен байланыста болды. Мұның үстінде тыныс алу жүйесінің бөлігі болып табылатын қарсы қысымды қапшық орналастырылды. Мұның үстінде, торсода алтыға дейін қосымша powernet қабаттары, ал қолдар мен аяқтарда бобинет болды, немесе тек торсоны жабатын толық бобинет костюмдері болды. Костюмдерді қалыпты комбинезон сияқты кигізілді, алдыңғы жағында үлкен молнармен жабылды, кейбір жерлерде костюмды жақсырақ жабуға көмектесетін баулар болды. Қабаттардағы молнарлар бірінен соң бірі орналастырылды. Оңтайлы қысымды тыныс алу жүйесі үш негізгі бөліктен тұрды: қысымды шлем, тыныс алу қапшығы және рюкзактағы бактар жүйесі. Тыныс алғанда қапшықтан ауа шығарып, торсоға бағыттау үшін қапшық пен шлем бір-бірімен байланыстырылды, бұл пайдаланушының кеудесіндегі қысымды азайтады. Шлем кеудеге және қолдардың астына оралған, серпімді емес Nomex матасынан жасалған киіммен бекітілді, сондай-ақ жоғарыда және төмендегі серпімді қабаттармен бекітілді.
The original SAS design was based on two new fabrics: a type of "powernet" (or "girdle fabric") for high tension areas, and an elastic bobbinet weave for lower tension areas. Both were based on a heavy elastic warp thread with a much less elastic weft thread to form a netting. The terms warp and weft are used loosely here, as the material was not woven using traditional means. Powernet used Spandex cord as the warp with nylon cord as the weft, allowing movement primarily along the warp axis. Bobbinet used cotton wrapped rubber warp and nylon or Dacron weft, and was flexible in both directions. The cotton wrapping limited the maximum stretch to 200% of the rest length. The amount of over pressure bobbinet could create was about over the torso, the largest volume, and up to over smaller radius curves on the wrist and ankles. Powernet could produce about even on the torso. A minimum of is needed for normal breathing. Multiple layers and patches of the two materials were used to control the overall mechanical pressure around the body. Starting at the skin, a "slip layer" of light powernet was used to allow the outer layers to slide over the skin without binding. Under this layer a number of foam pads were placed on various concavities on the body to keep them in contact with the suit. On top of this was the counter pressure bladder, part of the breathing system. On top of this were up to six additional layers of powernet over the trunk with bobbinet arms and legs, or all bobbinet garments covering the trunk only. The garments were put on like a normal bodysuit with a large zipper closing the front, with additional drawstrings at some points to help close the garment. Zippers on alternating layers were offset. The positive pressure breathing system consisted of three main portions: the pressurized helmet, the breathing bladder, and the tankage system in a backpack. The bladder and helmet were connected together to pump air out of the bladder and over the torso when the user breathed in, reducing the amount of pressure on the user's chest. The helmet was secured by means of a non elastic garment of Nomex cloth which wrapped around the chest and under the arms, and by the elastic layers above and below it.
MIT биоқұрамы
Биокостюм – бұл Массачусетс технология институтында профессор Дава Ньюманның басшылығымен, NASA Advanced Concepts институтының қолдауымен құрылып жатқан эксперименталды ғарыш кеңістігіндегі костюм. SAS тұжырымдамасына ұқсас, BioSuit SAS дизайнының қарапайым нұсқасын жасау үшін инженерлік және өлшеу саласындағы жетістіктерді пайдаланады. Ньюман биомеханика саласында, әсіресе адам қозғалысын компьютерлік түрде өлшеу саласында кеңінен жұмыс істеді. Газбен толтырылған костюмдердегідей, Ньюман 1940 жылдардың соңында Артур Ибералл жұмысында пайда болған «керілмейтін сызықтар» принципін қолданды. Биокостюмнің негізгі құрылымы керілмейтін сызықтар бойымен серіппелі бауларды орналастыру арқылы жасалады. Осылайша, олар қандай қысым көрсетсе де, киген адам қозғалғанда олар тұрақты болады. Бұл оларға костюмнің механикалық қарсы қысымын басқаруға мүмкіндік береді. Костюмнің қалған бөлігі негізгі қысымды баулардың арасында орналасқан спандекспен жасалады. 2005 жылға қарай BioSuit командасы түрлі материалдардан – нейлон спандекс, серіппелі және уретанмен боялған көбік – кем дегенде үш төменгі аяқ прототипін жасады. Бір эксперименттік үлгіде, кеңеюі шектеулі аймақтарда баулар арасында кевлар матасы қолданылды. Ньюман үшін кем дегенде бір толық дене костюмі жасалды, ол көптеген фотосессияларда киілді; алайда, бүкіл костюм төменгі аяқ прототиптері үшін жоспарланған қарсы қысым стандарттарына сай келе ме, белгісіз. Әрбір костюм киген адамға қарай тігілуі керек, бірақ бүкіл дене лазерлік сканерлеуді пайдалану арқылы бұл міндеттің күрделілігі азайтылады. Нәтижесінде SAS-тің бір қабатты нұсқасы пайда болды; ол түпнұсқаға қарағанда жеңіл және икемді, табиғи қозғалысқа мүмкіндік береді және қозғалыстың энергия шығындарын азайтады. BioSuit бөліктерінің нұсқалары үнемі 100 мыңға жетеді, ал команда қазіргі уақытта 200 мыңға жетуді мақсат тұтып отыр. Механикалық қарсы қысым қол сияқты кішкентай буындар үшін қиындық тудырғандықтан, BioSuit негізгі дизайнында газбен толтырылған қолғаптар мен аяқ киімдер, сондай-ақ газбен толтырылған шлем қолданылады. Биокостюмнің кейінгі нұсқасында жылумен белсендірілетін пішін жады қорытпасы (SMA) спиральдары қолданылады. Бұл үлгіде костюм бастапқыда киген кезде денеге бос жабысады. Қуат модулі қосылғанда, костюмдегі серіппелі спиральдар жиырылып, костюмді денеге қатайтады. Спираль дизайны IEEE/ASME: Transactions on Mechatronics журналында жарияланған мақалада толық сипатталған. 2008 жылға қарай Biosuit жақын болашақта Марс миссияларында пайдалануға дайын болуы мүмкін екені хабарланды. 2019 жылдан бастап костюмді киген адамды ғарыш кеңістігінде және Ай мен Марс бетіндегі радиациядан қорғайтын ядролық борон түтікшелері қосылды. Ұлттық әуе және ғарыш мұражайының Кэти Льюисінің айтуынша, «Бұл келесі костюм болмауы мүмкін, бірақ ол болашақ костюмдердің бірі болады», бұл дамудың жалғасып жатқанын және болашақ Ай мен Марс миссияларына бағытталғанын көрсетеді.
Көркем шығармаларда
Дэн Симмонс, Стивен Бакстер, Ларри Нивен және Спайдер мен Жанна Робинсон сияқты жазушылар өздерінің туындыларында ғарыш қызметіне арналған костюмдерді пайдаланған. Ғарыш қызметіне арналған костюмнің жоғарырақ ұтқырлық және оңай басқару мүмкіндігі оны көркем әдебиет үшін тартымды таңдауға айналдырады, себебі пайдаланудың әмбебаптығы сюжеттің дамуына көмектеседі. Шағын әрі денеге жақын ғарыш қызметіне арналған костюмнің эстетикалық ерекшеліктері, дәстүрлі, ауыр суға түсу костюмі стиліндегі ғарыш костюмдерінен өзгеше болып, киімге футуристикалық көрініс береді. Футуристикалық тақырыбы бар көптеген анимелерде теріге жақын ғарыш костюмі кездеседі (бірақ Planetes және шамалы дәрежеде Gundam франшизасы бұл ережеден тыс). Ким Стэнли Робинсонның "Марс" трилогиясында осыған ұқсас костюм "жүргіш" деп аталады және ол тек Марс жағдайында қолдануға арналған. Стивен Гулдтың "Жумпер" сериясының төртінші кітабында механикалық қарсы қысымды костюмді жасау оқиғаның басты арқауы болып табылады.