Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Моделирование нейтральной плавучести с космонавтами, погруженными в бассейн с нейтральной плавучестью , в скафандрах, может помочь подготовить космонавтов к сложной задаче работы вне космического корабля в явно невесомой среде.

История [ править ]

Список средств нейтральной плавучести см. В разделе Бассейн нейтральной плавучести .

Внекорабельная деятельность (EVA), работающая вне космического корабля, была одной из целей программы Gemini в 1960-х годах. В астронавтах прошли обучение в «нулевой гравитации» состоянии на полете параболической траектории в самолете , что вызвало снижение тяжести в течение тридцати секунд.

Пионеры без достаточной подготовки [ править ]

Российский космонавт Алексей Леонов первым покинул свой аппарат во время полета по орбите над Землей. Вскоре после этого Эд Уайт , Близнецы IV , стал первым американским астронавтом, который покинул космический корабль. Это были демонстрации способности выходить из машины и обратно, но не включали задач выхода в открытый космос. Следующими тремя полетами для демонстрации возможности выхода в открытый космос были Gemini IX-A , X и XI . Каждый из этих полетов выявил проблемы с выполнением заданий выхода в открытый космос. Работа в скафандрах в условиях постоянной невесомости орбитального космического полета была более сложной и трудной, чем предполагалось. НАСАопределили, что подготовка к заданиям в открытом космосе требует дальнейшего развития. [1]

Истоки тренировки нейтральной плавучести [ править ]

В июле 1966 года программа Gemini присоединилась к контракту с исследовательским центром NASA в Лэнгли, который включал в себя оценку задач Gemini EVA. [2] Подрядчик, компания Environmental Research Associates из Рэндаллстауна, штат Мэриленд, уже приступила к разработке возможности моделирования нейтральной плавучести в 1964 году. Эта возможность для испытуемых в гидрокостюмах была первоначально разработана в 1964 году путем использования крытого бассейна в частной школе (школа Макдонога, расположенная недалеко от Балтимор ). [3] Первоначально эти ранние подводные симуляции были разработаны просто для проверки способности испытуемых передвигаться по макетам воздушных шлюзов, а веса к испытуемым не прикреплялись. [4]Подводные испытания компании Environmental Research Associates быстро превратились в правильную симуляцию нейтральной плавучести с участием взвешенных субъектов и множества дайверов-безопасников, находящихся под рукой во время данных сессий. [5]

Первая оценка космонавтов [ править ]

Скотт Карпентер был первым астронавтом, который оценил работу подрядчика в моделировании « мокрой мастерской ». Задача заключалась в том, чтобы удалить болты, находясь в затопленном имитационном шлюзе . Задача снятия болта была разработана для обеспечения доступа к израсходованному куполу S-IVB . Карпентер дал положительную оценку моделированию, и НАСА быстро предоставило макеты аппаратов Gemini и стыковочных компонентов, чтобы облегчить дальнейшее развитие возможностей выхода в открытый космос посредством обучения нейтральной плавучести. Астронавт Джин Сернан впервые посетил крытый бассейн школы Макдонога , чтобы после миссии оценить проблемы, с которыми он столкнулся во время своего Gemini IX-A. EVA. Затем НАСА изменило контракт, включив в него подготовку астронавта Gemini XII Базза Олдрина перед полетом . Астронавт Сернан также участвовал в этой подготовке перед полетом, поскольку он был в роли дублера Олдрина в качестве пилота « Близнецов XII» .

Тренировка Близнецов XII в открытый космос [ править ]

Олдрин тренировался для оригинальной версии Gemini XII EVA, которая затем была переработана, чтобы исключить задачу использования пилотируемого маневренного подразделения . Олдрин вернулся на объект в МакДоноге и подготовился к финальной версии своего выхода в открытый космос. НАСА сочло полет в открытый космос полностью успешным, и Олдрин снова вернулся в МакДоног, чтобы выполнить оценку выхода в открытый космос после полета. Оценка после миссии подтвердила ценность использования тренировки симуляции нейтральной плавучести перед выполнением всех задач выхода в открытый космос, надев скафандр и работая во враждебной космической среде. Сам Олдрин признал некоторые незначительные недостатки тренировки нейтральной плавучести, но назвал этот метод «значительным преимуществом» над самолетами с кеплеровской траекторией . [6]

Помимо Близнецов [ править ]

После успешных выходов в открытый космос в миссии Gemini XII НАСА построило резервуары для моделирования нейтральной плавучести: комплекс для погружения в воду в Центре пилотируемых космических аппаратов и имитатор нейтральной плавучести в Центре космических полетов им . Маршалла . После использования этих средств во время программ Apollo и Skylab , НАСА в конечном итоге построило учебный центр в невесомой среде в Центре пилотируемых космических аппаратов в Хьюстоне, а затем и Лабораторию нейтральной плавучести , где астронавты космических кораблей и космических станций обучаются нейтральной плавучести. Астронавты и космонавты также тренируются вЮрий Гагарин Центр подготовки космонавтов вблизи Москвы . Эти достижения были резюмированы в тематической статье, опубликованной в газете Baltimore Sun в 2009 году. [7] В сентябре 2011 года на XLV симпозиуме Gemini был проведен обзор этих достижений Дж. Самуэля Маттингли и были представлены замечания астронавтов Ричарда Гордона , Тома Джонса , и Базз Олдрин .

Спасение Скайлэба [ править ]

Во время миссии Skylab 2 астронавты Конрад и Кервин успешно открыли солнечную панель, которая не сработала автоматически после запуска. Для выполнения этой задачи астронавты тренировались под водой на симуляторе нейтральной плавучести в Центре космических полетов им . Маршалла . Однако из-за различий между дизайном макета, используемого для тренировок, и тем, что они нашли в Скайлэбе, астронавты использовали импровизированные инструменты и изменили способ выполнения задачи, находясь в открытом космосе. [8]

Характеристики [ править ]

Сравнение одной и той же задачи в ходе космонавтом альдрина в Gemini XII EVA

Необходимость моделирования [ править ]

Астронавты репетируют задачи внекорабельной деятельности в подводной нейтральной плавучести, прежде чем пытаться выполнить эти задачи в космосе, чтобы понять, что они не могут использовать свой вес для создания силы и что они могут перемещаться или перемещаться, если они создают движущую силу в любом векторе , либо запланированные или непреднамеренные. В статьях, описывающих моделирование нейтральной плавучести, обычно указывается, что скафандр астронавта выполнен с нейтральной плавучестью, но что космонавт все еще чувствует гравитацию внутри скафандра, поэтому его посадка очень важна, и что перемещение в воде, вязкой жидкости, создает сопротивление, которое нет в EVA. [9]

Нормальный опыт гравитации [ править ]

Основная цель выхода космонавта из транспортного средства и выхода в открытый космос часто состоит в том, чтобы создать силу для толкания, тяги, поворота, сжатия или транспортировки объекта. Живя в условиях нормальной земной гравитации, люди, как правило, не осознают использование своего веса для создания силы. Например, простая задача открытия или закрытия двери усложняется, когда человек стоит на гладком льду, поэтому вес человека не обеспечивает фрикционной связи с землей. Приложение силы - это действие, требующее реакции, и если ноги человека скользят, приложение силы ограничено или отсутствует. Человек чувствует гравитацию, стоя на льду, но он не может использовать свой вес для сцепления, и он не может перенести свой вес, чтобы создать силу.в горизонтальном векторе, чтобы они не могли открыть дверь. Толкнуть дверь и отодвинуть назад используется инерция массы, а не вес человека. Массовая инерция также может использоваться во время выхода в открытый космос, но это может привести к непредвиденным результатам.

Сравнение [ править ]

Как указано выше (в разделе « Необходимость моделирования» ), космонавт ощущает гравитацию внутри герметичного костюма, когда он находится в воде. Однако комбинация космонавта и скафандра, когда она правильно сбалансирована в нейтральной плавучести, как в открытом космосе, невесома, поэтому астронавт, как и стоя на льду, не может использовать вес для создания силы в любом векторе. Вектор любой силы подобен, если не полностью, в открытом космосе и нейтральной плавучести. Величина силы, если она статическая, очень похожа, а если динамика все еще аналогична, хотя сила и вектор, используемые при перемещении больших объектов, должны быть тщательно изучены и спланированы, чтобы сделать моделирование реалистичными. Это невозможность использовать вес в любом векторе. в EVA в сочетании с обременением скафандра, что затрудняет выполнение задачи.

Перетащите [ редактировать ]

Перетаскивание - еще одна серьезная проблема, указанная в статьях о моделировании нейтральной плавучести. Любое движение в воде подвержено сопротивлению и требует немного больше времени (секунд) и немного больше силы (унции) для компенсации сопротивления по сравнению с тем же движением в открытом космосе. В начале истории моделирования нейтральной плавучести рассматривалось возможность снабдить погруженного астронавта небольшими двигателями для компенсации сопротивления воды, но вскоре это было отклонено как ненужное осложнение. Лишь небольшой процент времени тратится на перевод в новое место, обычно с низкой скоростью., как правило, менее 6 дюймов в секунду. Даже такие низкие скорости подвержены сопротивлению, но их становится трудно измерить среди незначительных течений в воде, вызванных другими астронавтами, дайверами и системой циркуляции воды, которые добавляют к сопротивлению или уменьшают его.

Выполнение задачи [ править ]

В открытом космосе большая часть работы выполняется медленно, осторожно и методично не из-за тренировки нейтральной плавучести, а потому, что именно так должен выполнять задачу космонавт, находящийся под давлением, в невесомости. Чтобы разогнать массу до более высокой скорости, а затем замедлить ее обратно, требуется больше силы, чем для ее медленного перемещения к месту назначения. Также легче контролировать его движение, если он движется медленно. Таким образом, сопротивление воды при движении с нейтральной плавучестью просто требует медленности движения, которая также подходит для космических полетов.

Визуальные различия [ править ]

Есть и другие менее очевидные, но важные особенности, которые необходимо учитывать при обучении подводному выходу в открытый космос, такие как визуальные различия из-за рефракции на границе раздела воздух-вода на визоре шлема и положение или положение в костюме относительно задачи. Персонал Лаборатории нейтральной плавучести в Хьюстоне тщательно планирует и оценивает свое моделирование. Опытные космонавты в открытом космосе, наблюдающие за симуляцией, могут посоветовать, насколько реалистично выполнение задачи, и порекомендовать модификации.

Полезно для космонавтов в открытом космосе [ править ]

Изучение и репетиция задачи выхода в открытый космос с нейтральной плавучестью вселяет в астронавта или специалиста по выходу в открытый космос уверенность в том, что запланированная задача может быть выполнена. График, разработанный для выполнения задачи, аналогичен времени, необходимому для выхода в открытый космос. В целом считается, что задача, выполняемая и отработанная при моделировании нейтральной плавучести, также может быть выполнена в открытом космосе. Нейтральная плавучесть, правильно спланированная и управляемая, работает, потому что это реалистичная симуляция физических требований для выполнения задачи в открытом космосе.

Сравнение с самолетом пониженной гравитации [ править ]

Другой важный метод, используемый для имитации микрогравитации, - это полет на самолете с пониженной гравитацией (так называемая "блевотная комета"), который выполняет ряд параболических подъемов и спусков, чтобы дать пассажирам ощущение невесомости. [10] Тренировки с использованием самолетов с пониженной гравитацией позволяют избежать проблемы сопротивления при тренировке с нейтральной плавучестью (ученики окружены воздухом, а не водой), но вместо этого сталкиваются с серьезным ограничением по времени: периоды устойчивой невесомости ограничены примерно 25 секундами, чередующимися с периодами ускорения. около 2 г, когда самолет выходит из пикирования и готовится к следующему запуску. [11] Это не подходит для практики выхода в открытый космос, которые обычно длятся несколько часов.

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Бартон С. Хакер и Джеймс М. Гримвуд, На плечах титанов: история проекта Gemini . Специальная публикация НАСА-4203 1977 г. (стр. 356 оригинальной публикации в твердом переплете).
  2. ^ Отто Ф. Форель, младший, Гарри Л. Loats, младший, и Г. Самуэль Мэттингли «NASA контракт NAS1-4059 с дополнительными соглашениями» Архивированные 2011-10-25 на Wayback Machine , январь 1966
  3. ^ Отто Ф. Форель, младший, Гарри Л. Loats, младший, и Г. Самуэль Мэттинк «Вода Погружение Методика давления-годно предмет Balanced гравитационных условий» , 1964
  4. ^ Майкл Дж. Нойфельд и Джон Б. Чарльз, «Практика для подводного космоса: изобретение тренировки нейтральной плавучести, 1963-1968». ScienceDirect 39, вып. 3-4 (2015): 149-150.
  5. ^ Майкл Дж. Нойфельд и Джон Б. Чарльз, «Практика для подводного космоса: изобретение тренировки нейтральной плавучести, 1963-1968». ScienceDirect 39, вып. 3-4 (2015): 151.
  6. ^ Реджинальд Машел, Краткое изложение внекорабельной деятельности Близнецов . Управление технологического использования НАСА , 1967: 7-35.
  7. ^ Фрэнк Д. Roylance «Исторический Марк» , Балтимор вс 19 июля 2009
  8. ↑ Дэвид Дж. Шейлер, FBIS , Walking in Space , 2004, стр. 213, Praxis Publishing Ltd.
  9. ^ Г. Сэмюэл Маттингли, с Джоном Б. Чарльзом, «Личная история моделирования подводной нейтральной плавучести» . The Space Review, 4 февраля 2013 г.
  10. ^ Рафик A, Hummel R, Лаврентьев V, W Дерри, Williams D, Merrell RC (август 2006). «Влияние микрогравитации на мелкую моторику: завязывание хирургических узлов во время параболического полета» . Aviat Space Environ Med . 77 (8): 852–6. PMID  16909881 . Проверено 27 августа 2008 .
  11. ^ Pletser В (ноябрь 2004 г.). «Краткосрочные эксперименты в условиях микрогравитации в физических и биологических науках во время параболических полетов: первые 30 кампаний ЕКА». Acta Astronautica . 55 (10): 829–54. Bibcode : 2004AcAau..55..829P . DOI : 10.1016 / j.actaastro.2004.04.006 . PMID 15806734 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Симпозиум Gemini XLV