Die Entwicklung und aktuelle Situation des amerikanischen Raumanzugs in der Kabine

【Abstract】 Dieser Beitrag gibt einen systematischen Überblick über die Geschichte der Entwicklung des amerikanischen Raumanzugs und beschreibt den neuesten kommerziellen SpaceX-Raumanzug in den Vereinigten Staaten. SpaceX Raumanzug von der privaten Weltraumforschung Unternehmen (SpaceX) Design und Produktion abgeschlossen, diese Raumanzug und traditionelle Raumanzug konzentrieren sich auf die Leistung und ignorieren das Aussehen der verschiedenen, in der Erscheinung eines großen Durchbruchs. Allerdings ist der SpaceX-Raumanzug nur für den Einsatz innerhalb des Raumschiffs aufgrund der funktionalen Design Einschränkungen geeignet. Durch die Analyse der Design-Merkmale der SpaceX Raumanzug, wie das Aussehen und Stoff, kombiniert mit dem Trend der Times, die künftige Entwicklung der Raumanzug ist die wichtigste Richtung der High-Tech-Multi-Funktions-und fit.
【Keywords】 spaceX Raumanzüge; In-cabin Raumanzüge; Aussehen Design; die Details zeigen

0 Vorwort
Seit Tausenden von Jahren interessieren sich die Menschen für den Weltraum und haben nie aufgehört, ihn zu erforschen. Wenn der Mensch in der Weltraumumgebung überleben will, muss er entsprechende Ausrüstungen verwenden, um die Grundbedürfnisse des Lebens zu erhalten und eine Lebensumgebung für das Leben zu schaffen. Neben den Raumfahrzeugen sind auch die Raumanzüge für die Astronauten sehr wichtig. Als Kleidung, die die Astronauten während ihrer Missionen tragen, haben Raumanzüge ähnliche Funktionen wie Mini-Raumschiffe. Raumanzüge können je nach ihrer Funktion in drei Kategorien unterteilt werden, nämlich in "IVA-Raumanzug", "EVA-Raumanzug" und "IEVA-Raumanzug". . Die Entwicklung von einteiligen Raumanzügen für den Einsatz im Fahrzeug und außerhalb des Fahrzeugs ist durch die frühe technologische Entwicklung begrenzt, so dass die Raumanzüge für den Einsatz außerhalb des Fahrzeugs und für den Einsatz im Fahrzeug jetzt getrennt entwickelt werden. Der Raumanzug in der Kabine wird auch als Notfall-Rettungsraumanzug bezeichnet. Er wird hauptsächlich in den Phasen des Starts und der Rückkehr eingesetzt. Der Raumanzug dient dazu, den für die Atmung der Astronauten erforderlichen Sauerstoff zu gewährleisten und den notwendigen Überlebensdruck aufrechtzuerhalten, um sicherzustellen, dass die Astronauten den Druck im Cockpit nicht verlieren.
Blickt man auf die Geschichte der Entwicklung menschlicher Raumanzüge in den letzten 100 Jahren zurück, so vermitteln Raumanzüge den Menschen unweigerlich ein unbeholfenes und schweres Gefühl. Dies hängt hauptsächlich mit der Natur der Raumfahrtindustrie zusammen. Bei der traditionellen Entwicklung von Raumanzügen stehen Sicherheits- und Funktionsanforderungen im Vordergrund, die Kosten sind hoch, und die "Ästhetik" ist zweitrangig. Aber mit dem Fortschritt der Zeit und der Kommerzialisierung der Raumfahrtindustrie werden die Designer natürlich darüber nachdenken, wie sie das Aussehen von Raumanzügen attraktiv gestalten können. In diesem Beitrag wird die funktionale Reform des SpaceX-Raumanzuges als kommerzielles Design-Kleidungsstück ausführlich dargestellt, um einige Ideen für die Entwicklung zukünftiger Raumanzüge zu liefern.

1 Raumanzug für die Kabine
1.1 U.S.-Raumanzüge in der Kabine
In den frühen 1830er Jahren leitete der amerikanische Höhenflieger Persian die Entwicklung des weltweit ersten Höhendruckanzugs™, der den Prototyp für die zukünftige Forschung und Entwicklung von Raumanzügen bildete. In den 1860er Jahren wurde der Mercury-Raumanzug in Anlehnung an den Höhendruckanzug der US-Marine entwickelt. Aus der Perspektive des Entwicklungsprozesses des US-Raumanzugs ist die Entwicklung des US-Raumanzugs von der Mission beeinflusst.
Ab 1981 begann die NASA (National Aeronautics and Space Administration) mit dem Einsatz einer neuen Generation von Raumanzügen für Außenbordeinsätze. Aufgrund der hohen Kosten für Raumanzüge wurden die amerikanischen Raumanzüge nicht mehr nach Maß gefertigt, sondern nach dem Baukastenprinzip. Das heißt, die Anzahl wird durch spezifische Aufgaben bestimmt, und durch die Kombination von CEI-Modulen (Contract End I-tems) verschiedener Größen werden die Astronauten schließlich mit nahezu maßgeschneiderter Kleidung versorgt.
Diese Methode spart nicht nur erheblich Geld, sondern erleichtert den Astronauten auch den Austausch von Bekleidungskomponenten während langfristiger Erkundungsmissionen. Tabelle 1 fasst die charakteristischen Informationen der wichtigsten US-Raumanzugsysteme in verschiedenen Zeiträumen zusammen.

1.2 SpaceX-Raumanzug
Obwohl sich die verschiedenen Arten von Raumanzügen in Bezug auf Material, Komfort, allgemeine Funktionen und Aussehen unterscheiden, sind die meisten von ihnen sperrig und kompliziert. Mit der Entwicklung der Zeit haben sich auch die Raumanzüge in ihrem Aussehen stark verändert.
Der Raumanzug in der SpaceX-Kabine ist auch als "Star Man"-Raumanzug bekannt. Im Jahr 2018 setzte SpaceX ein Dummy-Modell namens "Star Man" ein, das einen Raumanzug trägt, der nur Form, aber keine Funktion hat, und flog mit einer Trägerrakete ins All. Der SpaceX-Raumanzug, der als erster kommerzieller Kabinenraumanzug in den Weltraum geflogen ist, wurde in seinem Design stark verändert. Im Jahr 2015 kündigte SpaceX an, einen Raumanzug entwickeln zu wollen. Im Jahr 2017 veröffentlichte Elon Musk auf seinem privaten Account erstmals ein offizielles Foto des SpaceX-Raumanzugs. Er wies darauf hin, dass der Raumanzug einem Stresstest unterzogen wurde, aber es ist sehr selten, dass ein Raumanzug gleichzeitig funktional und schön sein muss. Deshalb wendeten sie in diesem Prozess eine "Reverse-Engineering"-Entwurfsmethode an: Sie entwarfen zunächst das Aussehen des Raumanzugs und überlegten dann, wie sie die funktionalen und schützenden Anforderungen der Luftfahrt erfüllen könnten. Es dauerte vier Jahre, bis Musk und Fernandez den "Star Man" fertiggestellt hatten.
Im Jahr 2020 trugen Bob Behnken und Doug Hurley "SpaceX Dragon Fluganzüge" und brachten den Crew Dragon ins All. Und dies ist der erste öffentliche Auftritt des Raumanzugs. SpaceX-Raumanzüge werden für Astronauten maßgeschneidert, um funktional, leicht und ästhetisch ansprechend zu sein sowie Schutz vor einem möglichen Druckabfall zu bieten.

2 SpaceX-Raumanzug Funktionsdesign
2.1 Struktureller Aufbau
Die strukturelle Konstruktion ist das Herzstück des Raumanzugs in der Kabine. Der SpaceX-Raumanzug besteht aus Druckanzügen, Helmen, Handschuhen, Belüftungs- und Sauerstoffversorgungskomponenten und einigem Zubehör. Es handelt sich um eine funktional integrierte Kleidung. Seine strukturelle Form ähnelt der von herkömmlichen Raumanzügen, und er hat eine "weiche" Struktur, bei der Kopf, Rumpf und Gliedmaßen miteinander verbunden sind, sowie eine offene Belüftungs- und Sauerstoffversorgungsmethode.
Die Raumanzüge von SpaceX werden für die Astronauten maßgeschneidert, und auch die Helme werden mithilfe der 3D-Drucktechnologie individuell angefertigt. Durch die Maßanfertigung können sowohl Kleidung als auch Helme perfekt an die Körperform und -größe des Trägers angepasst werden. Der Helm ist mit einem Kommunikationssystem und Steuerventilen ausgestattet, die mit verschiedenen Teilen des Körpers verbunden sind. An der Seite des Helms befindet sich ein Knopf, der das Öffnen und Schließen der Maske steuert. Der Helm ist an der Maske befestigt, aber herkömmliche Helme waren lange Zeit verschraubt, um die Kopfbewegung des Trägers einzuschränken, was dazu führte, dass der Träger nur geradeaus und nicht zur Seite blicken konnte. Daher nannten die Astronauten diese Situation früher den "Krokodilkopf"-Effekt.
Zu diesem Zweck änderte Jose Fernandez den oberen Nackenteil des Raumanzughelms von Bolzen auf Scharniere, was diese Fluganzüge leichter machte und den Astronauten zu dieser Zeit ein besseres Sichtfeld verschaffte. Das Design des SpaceX-Raumanzugs bietet einen neuen Weg, dieses Problem zu lösen.
Anders als herkömmliche Raumanzüge hat der "Xingxia"-Raumanzug ein flaches Aussehen, da der Designer die "Versteck"-Formel anwendet, um die externen Schläuche, Drähte und erhabenen Knöpfe auf der Oberfläche der Kleidung zu verbergen. Die Schnittstelle des Lebenserhaltungssystems und andere Leitungsschnittstellen wie Luft- und Stromanschlüsse werden durch die rechteckige Abdeckung oberhalb des Knies des rechten Beins verdeckt und sind auf der Oberfläche des Anzugs nicht sichtbar. Außerdem ist der Sitz mit Verbindungsrohren zur Kleidung ausgestattet, was die Bedienung durch die Astronauten erheblich erleichtert.
Bei Raumanzügen kann die Verbesserung der Passform, der Flexibilität und der Leichtigkeit des An- und Ausziehens die Ergonomie wirksam gewährleisten. Was die Anpassungsfähigkeit betrifft, so maximiert SpaceX die Anpassungsfähigkeit von Raumanzügen durch maßgeschneiderte Strategien, damit die Astronauten bei Bedarf bequem und flexibel Aktivitäten durchführen können. Was die Flexibilität betrifft, so ist die Flexibilität der Gelenke und Handschuhe des Raumanzugs der wichtigste Faktor, der die Funktionsfähigkeit des Anzugs einschränkt. Bei den Aktivitäten von Astronauten in Raumanzügen handelt es sich hauptsächlich um Tätigkeiten der Gliedmaßen, und die Kleidung schränkt die menschlichen Aktivitäten in gewissem Maße ein. Daher ist das Design des Gelenks besonders wichtig. Die Kniepartie des SpaceX-Raumanzugs hat durch das gefaltete Design einen angemessenen Spielraum, der nicht nur die Beugung des menschlichen Beins erleichtert, sondern es auch prägnanter und schöner macht. Darüber hinaus ist die Bequemlichkeit beim An- und Ausziehen des Raumanzugs eine der Grundanforderungen an den Raumanzug.

2.2 Erscheinungsbild "Xingxia" gehört zum Raumanzug in der Kabine, der nur von den Astronauten in der Kabine getragen wird, wenn das bemannte Raumschiff aufsteigt. Wenn das Raumschiff während des Fluges von Gaslecks oder plötzlichen Luftdruckveränderungen bedroht ist, muss er in der Lage sein, das Luftdruckgleichgewicht der Astronauten in der Kabine zu schützen. Außerdem müssen die Astronauten während der Reise den Raumanzug in der Kabine tragen, um sich in der Kabine bewegen zu können; der Raumanzug in der Kabine sollte daher nicht zu sperrig sein und die Flexibilität des Trägers gewährleisten. Daher sind Raumanzüge im Fahrzeug im Vergleich zu Raumanzügen außerhalb des Flugzeugs in der Regel leichter und lassen sich leichter in ein kompaktes Design verwandeln.
Im Vergleich zum traditionellen amerikanischen Raumanzug werden die Anzüge mit ausreichenden Rändern entworfen, um den Komfort der Astronauten zu gewährleisten, wenn sie ihren Körper beugen, was dazu führt, dass die Astronauten im Stehen schwer und aufgebläht wirken. Im Allgemeinen unterscheidet sich der Raumanzug von SpaceX vom ergonomischen Design, und das Design mit den entsprechenden Rändern lässt die Kleidung auch dann ordentlich aussehen, wenn der Astronaut aufrecht steht, und ist von der Popkultur und den Science-Fiction-Werken der interstellaren Reise beeinflusst. Beeinflusst durch die Form, ist die Kleidung hauptsächlich schwarz und weiß, und das Gesamtdesign berücksichtigt die Fähigkeit und Mode. Die schwarzen und grauen Teile an der Seite können die Körperform visuell verändern.
Er ist aerodynamisch gestaltet und hat eine Trennlinie, die von den Schulterblättern bis zum oberen Teil der Knie reicht. Das elegante Schwarz-Weiß-Design des SpaceX-Raumanzugs sorgt für ein stromlinienförmiges, stilvolles und optisch auffälliges Aussehen. Optisch ist der SpaceX-Raumanzug ein oberer und unterer Anzug mit einem separaten Helm und Schuhen. Tatsächlich handelt es sich aber um ein einteiliges Design, bei dem der Helm mit dem Körper verbunden ist und die Füße aus schwarzem Stoff bestehen, um die Form von Stiefeln zu erhalten, die wiederum Teil des Körpers sind. Als einteiliger Anzug hat er nicht nur ein stromlinienförmiges und leichtes Aussehen, sondern kann auch die Anforderungen der Aktivitäten des Trägers in der Kabine erfüllen und die Sicherheit des Lebens des Trägers in der Kabine gewährleisten. Wie in Abbildung 5 zu sehen ist, weisen die Schultern des SpaceX-Raumanzugs gerade und glatte Linien auf, und das körpernahe Design verleiht den Schultern ein modisches Aussehen.

2.3 Auswahl des Stoffes
Raumanzüge sind mit einer Reihe von funktionellen Herausforderungen konfrontiert, und die ersten Probleme, die es zu bewältigen gilt, sind Druck und Temperatur. Mit zunehmender Höhe nehmen der Luftdruck und die Lufttemperatur deutlich ab. Daraus ergeben sich Anforderungen an das Design von Funktionsstoffen für Raumanzüge, d. h. der Kernpunkt des Designs von Raumanzügen sind die Schutzanforderungen für die Dekompressionsumgebung.

2.3 Auswahl des Stoffes
Raumanzüge stehen vor einer Reihe von funktionellen Herausforderungen, und die ersten Probleme, die es zu bewältigen gilt, sind Druck und Temperatur. Mit zunehmender Höhe nehmen der Luftdruck und die Lufttemperatur deutlich ab. Daraus ergeben sich Anforderungen an das Design von Funktionsstoffen für Raumanzüge, d. h. der Kernpunkt des Designs von Raumanzügen sind die Schutzanforderungen für die Dekompressionsumgebung.
EMU (extravehicular mobility unit) ist ein neuer Typ von Raumanzug, der auf der Grundlage des Apollo-Raumanzugs entwickelt wurde und aus einem Druckanzug und einem Lebenserhaltungssystem besteht. Aufgrund der einzigartigen Umwelteigenschaften muss der Druckanzug aus mehreren Schichten bestehen. Um den Umweltveränderungen im Weltraum gerecht zu werden, verwendet der "Xingxia"-Raumanzug ein ähnliches Material wie das internationale Gerät für die außerschulische Erkundung, das ebenfalls eine mehrschichtige Struktur aufweist.
Für die äußere Schicht des Raumanzugs werden verschiedene Polymermaterialien wie "Nomex" und "Teflon" verwendet. Die Produkte der "Nomex"-Serie sind besonders temperaturbeständig, flammhemmend, ungiftig und haben bessere mechanische Eigenschaften. Das "Teflon"-Material ist ebenfalls ein Material, das hohen Temperaturen standhält und das Abschrecken, Abschrecken und hohen Druck ermöglicht. Beide Materialien wurden von DuPont entwickelt und werden häufig in der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen der Volkswirtschaft eingesetzt. Diese speziellen Materialien machen "Xingxia" feuerfest, wasser-, staub- und ölbeständig sowie verschleißfest. Der weiße Teil der Oberfläche besteht aus dem "Teflon"-Material von DuPont, das auch für die Außenschicht des "Apollo"-Raumanzugs verwendet wurde. Teflon wird nicht nur für weiche Materialien wie Textilien, sondern auch für verschiedene harte Materialien verwendet. Für den schwarzen Teil wird ebenfalls das "Nomex"-Material von DuPont verwendet. Dieses Material wird üblicherweise für Rennanzüge verwendet und funktioniert ähnlich wie das Material "Kelvar" von DuPont, das einst für die orangefarbenen Raumanzüge der NASA verwendet wurde.
Die Hauptfunktion der Konstruktion und des Materials des mehrschichtigen Innenmaterials besteht darin, das Gleichgewicht des Luftdrucks innerhalb und außerhalb des Körpers des Trägers zu gewährleisten. Im Falle eines Druckungleichgewichts in der Kabine kann die Sicherheit des Lebens des Trägers garantiert werden. Im Jahr 2017 hat der Anzug die Anforderungen des doppelten Vakuumdrucks bestanden.
Auch die Handschuhe und das Oberteil des SpaceX-Raumanzugs sind so geschnitten, dass sie Teil des Overalls werden. Intelligenz und Automatisierung sind der Trend in der Bekleidungsentwicklung, und Raumanzüge sind technologieintegrierte Kleidung. Die SpaceX-Raumanzüge nutzen die Touchscreen-Technologie der Handschuhe, um der bestehenden Touchscreen-Technologie zu entsprechen.
Technologie, so dass der Träger das Raumfahrzeug durch seine Interaktion mit dem Touchscreen steuern kann. Die allgemein verwendeten Touchscreen-Handschuhe sind spezielle Handschuhe für die Bedienung von kapazitiven Touchscreen-Produkten im Winter, die viele Funktionen wie Schutz und Technik erfüllen. Die innere Schicht des Touchscreen-Handschuhs besteht aus einer antistatischen Faser. Durch den Test der Ladungsmenge und des Garntests erfüllt sie die Ladungsmenge des Touchscreens und den Inspirationsgrad des Touchscreen-Handschuhs 10, und das einzigartige Weben wird durch den Computer durchgeführt, um den Raumanzug zu vervollständigen. Die endgültige Form des Handschuhs. Als Ergebnis ist der Raumanzug mehr automatisiert, was auch eine höhere Sicherheit für Astronauten bietet, die in den Weltraum gehen.
2.4 Funktionale Innovation
Eine wichtige Neuerung der SpaceX-Raumanzüge besteht darin, dass die Wärme vom Körper der Astronauten durch Luftkühlung abgeleitet wird. Zuvor verwendete die aktuelle EMU der NASA eine wassergekühlte Wärmeableitung. Der wassergekühlte Schlauch wurde auf der Haut des Astronauten adsorbiert, um Schweiß zu absorbieren und den Körper trocken zu halten und Wärme aufzunehmen, damit die Körpertemperatur des Astronauten unter der Kerntemperatur des menschlichen Körpers blieb. Die luftgekühlte Wärmeableitung bietet eine höhere Sicherheit, da sie nicht nur Wasserschäden bei den Astronauten vermeiden kann, sondern die Umstellung auf Luftkühlung auch bedeutet, dass das Kühlmedium im Falle eines Lecks ungefährlich ist. Gleichzeitig erhöht der Einsatz luftgekühlter Raumanzüge aber auch den Stromverbrauch, da Luft bei der Wärmeabfuhr weniger effizient ist als Wasser und die Pumpe mehr Strom benötigt. 3 Zusammenfassung
Mit der Entwicklung der Zeit hat der industrielle Wandel zu großen Veränderungen bei den Raumanzügen geführt. Raumanzüge haben sich allmählich von der traditionellen "Schutz und Funktionalität als Hauptstütze, ergänzt durch Ästhetik" zu "sowohl Funktionalität als auch Ästhetik" entwickelt.
In diesem Zusammenhang hat SpaceX die Entwicklung von Raumanzügen in der Kabine gefördert. Auch wenn es sich nur um einen kleinen Schritt nach vorn handelt, ist es keine historische Veränderung, aber es ist ein kleiner Schritt, der verwirklicht wurde und praktische Bedeutung hat und möglicherweise zukünftige Trends ankündigt. Der Beginn eines Wandels. Von der Innovation von SpaceX können alle Aspekte nicht nur lernen, sondern auch die kontinuierliche Entwicklung der Raumanzugindustrie und der Branche fördern.