Desarrollo y situación actual del traje espacial americano de cabina

【Abstract】 Este trabajo revisa sistemáticamente la historia del desarrollo del traje espacial estadounidense, y describe el último traje espacial comercial SpaceX en los Estados Unidos. SpaceX traje espacial por la empresa privada de exploración espacial (SpaceX) de diseño y producción completado, este traje espacial y el traje espacial tradicional se centran en el rendimiento y hacer caso omiso de la aparición de diferentes, en la aparición de un gran avance. Sin embargo, el traje espacial SpaceX sólo es adecuado para su uso dentro de la nave espacial debido a las limitaciones de diseño funcional. Mediante el análisis de las características de diseño del traje espacial SpaceX, tales como la apariencia y la tela, combinado con la tendencia de The Times, el desarrollo futuro del traje espacial es la dirección clave de alta tecnología multi-función y en forma.
【Keywords】 trajes espaciales spaceX; trajes espaciales en cabina; diseño de apariencia; los detalles muestran.

0 Prefacio
Desde hace miles de años, los seres humanos siempre se han interesado por el espacio y nunca han dejado de explorarlo. Si los seres humanos quieren sobrevivir en el entorno espacial, deben utilizar equipos relacionados para mantener las necesidades básicas de la vida y proporcionar un entorno habitable para la vida. Además de las naves espaciales, los trajes espaciales son muy importantes para los astronautas. Como ropa que llevan los astronautas durante sus misiones, los trajes espaciales tienen funciones similares a las de las mini naves espaciales. Los trajes espaciales pueden dividirse en tres categorías según sus funciones, a saber（traje espacialIVA）, traje espacial extravehicular (traje espacial EVA) y（traje espacial IEVA）. . El desarrollo de los trajes espaciales de una pieza a bordo y extravehiculares está limitado por el desarrollo tecnológico temprano, y ahora los trajes espaciales a bordo y extravehiculares se han desarrollado por separado. El traje espacial en cabina también se denomina traje espacial de rescate de emergencia. Se utiliza principalmente en las etapas de lanzamiento y retorno. El traje espacial se utiliza para garantizar el oxígeno necesario para que los astronautas puedan respirar y mantener la presión de supervivencia necesaria para que los astronautas pierdan presión en la cabina. seguridad de la vida.
Si nos remontamos a la historia del desarrollo de los trajes espaciales humanos en los últimos 100 años, los trajes espaciales inevitablemente dan a la gente una sensación de torpeza y pesadez. Esto se debe principalmente a la naturaleza de la industria aeroespacial. El diseño tradicional de trajes espaciales tiene como punto de partida la seguridad y los requisitos funcionales, el coste es elevado y la "estética" es la segunda prioridad. Pero con el avance de los tiempos y la comercialización de la industria espacial, los diseñadores pensarán naturalmente en cómo hacer atractiva la apariencia de los trajes espaciales. En este artículo se expone detalladamente la reforma funcional del traje espacial de SpaceX como apariencia de ropa de diseño comercial, con el fin de aportar algunas ideas para el desarrollo de futuros trajes espaciales.

1 Traje espacial en cabina
1.1 Trajes espaciales estadounidenses en cabina
A principios de la década de 1830, el piloto de gran altitud estadounidense Persian presidió el desarrollo del primer traje a presión de gran altitud del mundo™, que sentó el prototipo de la investigación y el desarrollo del futuro traje espacial. En la década de 1860, inspirado en el traje a presión de gran altitud de la Marina estadounidense, nació el traje espacial Mercury. Desde la perspectiva del proceso de desarrollo del traje espacial estadounidense, el desarrollo del traje espacial estadounidense está influido por la misión.
A partir de 1981, la NASA (National Aeronautics and Space Administration) comenzó a utilizar una nueva generación de trajes espaciales extravehiculares. Debido al elevado coste de los trajes espaciales, los trajes espaciales estadounidenses dejaron de adoptar métodos a medida y adoptaron ideas de diseño modular. Es decir, el número se determina a través de tareas específicas, y mediante la combinación de módulos CEI (Contract End I-tems) de diferentes tallas, se proporciona finalmente a los astronautas una vestimenta casi a medida.
Este método no sólo ahorra dinero de forma significativa, sino que también facilita a los astronautas la sustitución de los componentes de la ropa durante las misiones de exploración a largo plazo. En la Tabla 1 se resume la información característica de los principales sistemas de trajes espaciales estadounidenses en diferentes periodos.

1.2 Traje espacial SpaceX
En general, aunque los distintos tipos de trajes espaciales tienen diferentes tejidos, comodidades, funciones generales y diseños estéticos, la mayoría de ellos son voluminosos y de aspecto complicado. Con el desarrollo de los tiempos, los trajes espaciales también se enfrentan a grandes cambios de aspecto.
El traje espacial de la cabina de SpaceX también se conoce como el traje espacial "Star Man". En 2018, SpaceX utilizó un modelo ficticio llamado "Star Man", con un traje espacial que solo tiene forma pero no función, y voló al espacio en un vehículo de lanzamiento. El traje espacial de SpaceX, como primer traje espacial de cabina comercial en entrar en el espacio, ha sufrido grandes cambios en su diseño. En 2015, SpaceX dijo que desarrollaría un traje espacial. En 2017, Elon Musk publicó por primera vez en su cuenta privada la primera foto oficial del traje espacial de SpaceX. Señaló que el traje espacial ha sido sometido a pruebas de estrés, pero es muy raro requerir que el traje espacial sea funcional y hermoso al mismo tiempo. materia. Por eso, en este proceso, adoptaron un método de diseño de "ingeniería inversa": primero diseñar la apariencia del traje espacial y luego estudiar cómo cumplir los requisitos funcionales y de protección de los viajes aéreos. Musk y Fernández tardaron cuatro años en completar finalmente este "Hombre de las estrellas".
En 2020, Bob Behnken y Doug Hurley vistieron los "trajes de vuelo SpaceX Dragon" y llevaron la nave Crew Dragon al espacio. Y esta es la primera aparición pública del traje espacial. Los trajes espaciales de SpaceX están diseñados para que los astronautas sean funcionales, ligeros y estéticamente agradables, además de proporcionar protección contra una posible despresurización.

2 Diseño funcional del traje espacial de SpaceX
2.1 Diseño estructural
El diseño estructural es el núcleo del traje espacial en cabina. El traje espacial de SpaceX consta de trajes presurizados, cascos, guantes, componentes de ventilación y suministro de oxígeno y algunos accesorios. Se trata de una prenda funcionalmente integrada. Su forma estructural es similar a la de los trajes espaciales tradicionales, y adopta una estructura de tipo "blando" en la que la cabeza y el torso y las extremidades están conectados entre sí, y un método abierto de ventilación y suministro de oxígeno.
Los trajes espaciales de SpaceX están hechos a medida para los astronautas, y los cascos también se fabrican a medida utilizando tecnología de impresión 3D. La personalización permite que tanto las prendas como los cascos se ajusten perfectamente a la forma y el tamaño del cuerpo del usuario. El casco está equipado con un sistema de comunicación y válvulas de control conectadas a varias partes del cuerpo. Hay un botón en el lateral del casco que controla la apertura y cierre de la máscara. El casco está unido a la máscara, pero los cascos tradicionales han estado atornillados durante mucho tiempo para restringir el movimiento de la cabeza del usuario, lo que hace que éste sólo mire al frente y no mire a los lados. Por eso, en el pasado, los astronautas llamaban a esta situación el efecto "cabeza de cocodrilo".
Para ello, José Fernández cambió la parte superior del cuello del casco del traje espacial de tornillos a bisagras, lo que hizo que estos trajes de vuelo fueran más ligeros y, en ese momento, proporcionaron a los astronautas un mejor campo de visión. El diseño del traje espacial de SpaceX ofrece una nueva forma de resolver este enigma.
A diferencia de los trajes espaciales tradicionales, el traje espacial "Xingxia" tiene un aspecto plano, porque el diseñador utiliza la fórmula del "escondite" para ocultar las mangueras externas, los cables y los pomos elevados en la superficie de la ropa. La interfaz del sistema de soporte vital y otras interfaces de línea, como las conexiones de aire y energía, quedan ocultas por la cubierta rectangular situada sobre la rodilla de la pierna derecha y no quedan expuestas en la superficie de la prenda. Y el asiento está equipado con tubos de conexión a la ropa, lo que facilita enormemente la operación de los astronautas.
En el caso de los trajes espaciales, mejorar el ajuste, la flexibilidad y la facilidad para ponérselos y quitárselos puede garantizar eficazmente su ergonomía. En cuanto a la adaptabilidad, SpaceX maximiza la adaptabilidad de los trajes espaciales mediante estrategias personalizadas, para que los astronautas puedan realizar actividades con comodidad y flexibilidad cuando sea necesario. En cuanto a la flexibilidad, la flexibilidad de las articulaciones y los guantes del traje espacial es el principal factor que limita la capacidad de funcionamiento del traje. Las actividades de los astronautas que llevan trajes espaciales son principalmente actividades de las extremidades, y la ropa tendrá ciertas limitaciones en las actividades humanas. Por lo tanto, el diseño de la articulación es especialmente importante. La parte de la rodilla del traje espacial de SpaceX tiene un margen adecuado gracias al diseño plisado, que no sólo facilita la flexión de la pierna humana, sino que también la hace más concisa y bella. Además, la comodidad para ponerse y quitarse el traje espacial es uno de los requisitos básicos del traje espacial.

2.2 Diseño de apariencia "Xingxia" pertenece al traje espacial en cabina, que sólo llevan los astronautas en cabina cuando emerge la nave espacial tripulada. Si la nave espacial corre el riesgo de sufrir fugas de gas o cambios bruscos de presión atmosférica durante el vuelo, debe ser capaz de proteger el equilibrio de la presión atmosférica de los astronautas en la cabina. Además, durante el viaje, los astronautas necesitan llevar el traje espacial en la cabina para moverse en ella, por lo que el traje espacial en la cabina no debe ser demasiado voluminoso y debe garantizar la flexibilidad del usuario. Por lo tanto, en comparación con los trajes espaciales extravehiculares, los trajes espaciales en cabina son generalmente más ligeros, y su aspecto es más fácil de lograr en un diseño compacto.
En comparación con el traje espacial estadounidense tradicional, porque para garantizar la comodidad de los astronautas cuando doblan el cuerpo, se diseñarán con márgenes suficientes, lo que provoca directamente que los astronautas parezcan pesados e hinchados cuando están de pie. En general, el traje espacial de SpaceX difiere del diseño ergonómico, y el diseño con márgenes adecuados hace que la ropa parezca pulcra incluso cuando el astronauta está de pie, y está influenciado por la cultura pop y las obras de ciencia ficción en los viajes interestelares. Influenciada por la forma, la ropa es principalmente blanca y negra en su conjunto, y el diseño general tiene en cuenta la habilidad y la moda. Las piezas negras y grises laterales pueden modificar visualmente la forma del cuerpo.
Está diseñado aerodinámicamente con una línea divisoria que se extiende desde los omóplatos hasta la parte superior de las rodillas. El elegante aspecto en blanco y negro del traje espacial de SpaceX le confiere un aspecto aerodinámico, elegante y visualmente llamativo. Visualmente, el traje espacial de SpaceX es un traje superior e inferior con un casco y zapatos separados. Pero en realidad es un diseño de una sola pieza, el casco está unido al cuerpo, y los pies están hechos de tela negra para dar la forma de botas, que forman parte del propio cuerpo. Como traje de una sola pieza, no sólo tiene un aspecto aerodinámico y ligero, sino que también puede satisfacer las necesidades de las actividades del usuario en la cabina, y también puede garantizar la seguridad de la vida del usuario en la cabina. Como se muestra en la figura 5, los hombros del traje espacial de SpaceX tienen líneas rectas y suaves en apariencia, y el diseño ajustado al cuerpo hace que los hombros estén más a la moda.

2.3 Selección del tejido
Los trajes espaciales se enfrentan a una serie de retos funcionales, y los primeros problemas que hay que superar son la presión y la temperatura. A medida que aumenta la altitud, la presión y la temperatura del aire disminuyen considerablemente. Esto plantea requisitos para el diseño de los tejidos funcionales de los trajes espaciales, es decir, el punto central del diseño de los trajes espaciales son los requisitos de protección para el entorno de descompresión.

2.3 Selección del tejido
Los trajes espaciales se enfrentan a una serie de retos funcionales, y los primeros problemas que hay que superar son la presión y la temperatura. A medida que aumenta la altitud, la presión y la temperatura del aire disminuyen considerablemente. Esto plantea requisitos para el diseño de los tejidos funcionales de los trajes espaciales, es decir, el punto central del diseño de los trajes espaciales son los requisitos de protección para el entorno de descompresión.
La UME (unidad de movilidad extravehicular) es un nuevo tipo de traje espacial, desarrollado sobre la base del traje espacial Apolo y compuesto por un traje a presión y un sistema de soporte vital. Debido a sus características ambientales únicas, el traje de presión debe estar compuesto por múltiples capas. Del mismo modo, para hacer frente a los cambios ambientales en el espacio, el traje espacial "Xingxia" utiliza un tejido similar al del dispositivo internacional de exploración extravehicular en servicio activo EMU, que también tiene una estructura multicapa.
La capa exterior del traje espacial utiliza diversos materiales poliméricos, como "Nomex" y "Teflon". Los productos de la serie "Nomex" tienen una resistencia superior a las altas temperaturas, son ignífugos, no son tóxicos y tienen mejores propiedades mecánicas. El "Teflon" es también un material que soporta altas temperaturas y permite el temple, el enfriamiento y la alta presión. Ambos materiales han sido desarrollados por DuPont y se utilizan ampliamente en el sector aeroespacial y otros campos de la economía nacional. Estos materiales especiales hacen que "Xingxia" sea ignífugo, impermeable, a prueba de polvo y aceite, y también resistente al desgaste. La parte blanca de la superficie está hecha de material "Teflon" de DuPont, que se utilizó para la capa exterior del traje espacial "Apollo". El teflón se utiliza ampliamente, no sólo para materiales blandos como los tejidos textiles, sino también para diversos materiales duros. La parte negra también utiliza el material "Nomex" de DuPont. Este material se utiliza habitualmente en los monos de carreras, y también funciona de forma similar al material "Kelvar" de DuPont utilizado en su día en los trajes espaciales naranjas de la NASA.
La función principal de la construcción y el material de la multicapa interior es garantizar el equilibrio de la presión del aire dentro y fuera del cuerpo del usuario. En caso de desequilibrio de presión en la cabina, se puede garantizar la seguridad de la vida del usuario. En 2017, el traje superó los rigores de la doble presión de vacío.
Los guantes y el corpiño del traje espacial de SpaceX también están confeccionados de tal manera que forman parte del mono. La inteligencia y la automatización son la tendencia en el desarrollo de la ropa, y los trajes espaciales son prendas integradas en la tecnología. Los trajes espaciales de SpaceX utilizan tecnología de pantalla táctil en los guantes para adaptarse a la tecnología de pantalla táctil existente.
para que el usuario pueda controlar la nave espacial mediante su interacción con la pantalla táctil. Los guantes de pantalla táctil de uso común se refieren a los guantes especiales utilizados para operar productos de pantalla táctil capacitiva en invierno, que realiza muchas funciones como la protección y la tecnología. Desde el punto de vista del diseño, la capa interior del guante de pantalla táctil está hecha de fibra antiestática. A través de la prueba de cantidad de carga y la prueba de hilo, cumple con la cantidad de carga de la pantalla táctil y el grado de inspiración del guante de pantalla táctil 10, y el tejido único se lleva a cabo a través de la computadora para completar el traje espacial. La forma final del guante. Como resultado, el traje espacial es más automatizado, que también proporciona una mayor seguridad para los astronautas para entrar en el espacio.
2.4 Innovación funcional
Una de las principales innovaciones de los trajes espaciales de SpaceX es que disipan el calor del cuerpo de los astronautas mediante refrigeración por aire. Anteriormente, la actual UME de la NASA utilizaba una disipación de calor refrigerada por agua. El tubo refrigerado por agua se adsorbía en la piel del astronauta para absorber el sudor y mantener el cuerpo seco y absorber el calor para mantener la temperatura corporal del astronauta por debajo de la temperatura central del cuerpo humano. La disipación de calor refrigerada por aire tiene mayor seguridad, no sólo puede evitar daños por agua a los astronautas, sino que el cambio a la refrigeración por aire significa que el medio de refrigeración es inofensivo en caso de fuga. Pero al mismo tiempo, el uso de trajes espaciales refrigerados por aire aumentará el consumo de energía, ya que el aire es menos eficaz que el agua a la hora de eliminar el calor, y la bomba requiere más energía. 3 Resumen
Con el desarrollo de los tiempos, los cambios industriales han provocado grandes cambios en los trajes espaciales. Los trajes espaciales han pasado gradualmente de la tradicional "protección y funcionalidad como pilar fundamental, complementadas por la estética" a "tanto funcionalidad como estética".
En este sentido, SpaceX ha impulsado el desarrollo de trajes espaciales en cabina. Aunque sólo sea un pequeño paso adelante, no se trata de un cambio histórico, pero es un pequeño paso que se ha realizado y tiene importancia práctica, y puede anunciar tendencias futuras. El principio del cambio. Por la innovación llevada a cabo por SpaceX, todos los aspectos pueden no sólo aprender de sus ideas de diseño, sino también promover el desarrollo continuo del sector de los trajes espaciales y de la industria.