De NASA wil terugkeren naar de maan in 2024.
Om dit mammoetproject tot een goed einde te brengen, hebben ze een raket nodig (de SLS), een lunaire lander en ruimtepakken.
In deze blogpost laten we je kennismaken met NASA’s toekomstige ruimtepak, de xEMU.
Goed op verkenning!?
De voorvader van het EMU-pak: de A7L
Het huidige ruimtepak in het internationale ruimtestation, 40 jaar geleden ontworpen voor de extravehiculaire activiteiten van de space shuttle, zou elke maanwandelaar frustreren. Ruimtevaartveteraan Tom Jones bekijkt hoe NASA op tijd een maanpak zal bouwen voor de geplande terugkeer naar de maan in 2024?
De A7L-ruimtepakken van Neil Armstrong en Buzz Aldrin maakten de eerste maanwandeling mogelijk, maar hadden lacunae aanzienlijk in termen van flexibiliteit, inwendig comfort, de manoeuvreerbaarheid van de handschoenen en overleefbaarheid. Armstrong zei tijdens een technische debriefing na zijn terugkeer op aarde: “We moeten dit pak verbeteren zodat je kunt knielen en we moeten meer werken aan de mobiliteit van de handschoenen zodat we meer dingen kunnen doen op het oppervlak van onze satelliet.”
Als NASA’s Artemis programma erin slaagt astronauten terug naar de Maan te sturen, zullen die ontdekkingsreizigers een nieuw prestatiepak nodig hebben, dat profiteert van de ervaring van Apollo, de Space Shuttle en waarin de vruchten van meer dan twee decennia technologische investeringen van NASA zijn verwerkt.
Links: Neil Armstrongs ruimtepak voor Apollo 11.
Rechts: Andrew Morgan in een EMU tijdens een ruimtewandeling vanuit het ISS.
Een dankbaar verleden: de EMU
De huidige Extravehicular Mobility Unit, of EMU, werd eind jaren zeventig ontworpen voor ruimtewandelingen vanaf de Space Shuttle.
Tom Jones droeg een EMU tijdens drie ruimtewandelingen vanaf het internationale ruimtestation. Hij legt uit dat het pak robuust is, maar stijf en een beperkte mobiliteit biedt.
Een astronaut van 73 kg weegt binnenin 145 kg. Deze massa is altijd aanwezig in de ruimte en de astronaut moet bewegen en dan stoppen. De benen van het pak zijn niet ontworpen om te lopen; op de ISS dienen ze alleen als anker voor de voetsteunen.
Overigens zijn de buitenste stof en levensondersteunende systemen ontworpen om in het vacuüm van de ruimte te werken, niet op een maan of een stoffig planeetoppervlak.
Het eerste xEMU-prototype: de Z-serie
In 2012 begon NASA met de ontwikkeling van het Z-1 pak. De tweede versie (Z-2) verscheen enige tijd later. Deze vroege prototypes zijn de voorlopers van de xEMU.
NASA’s nieuwe pak: de xEMU
Hier is een korte inleidende video over het xEMU-pak.
Dus NASA’s doel is om “een ruimtepak van het verkenningstype te ontwikkelen”. Liana Rodriggs, xEMU projectmanager bij het Johnson Space Center, legt uit per e-mail. Variaties van het ontwerp zullen Artemis-astronauten in staat stellen om op de maan te wandelen of buiten de geplande lunar bridge of het huidige ISS te werken. Het agentschap is van plan om drie xEMU-pakken intern bij Johnson te bouwen, op tijd voor testen op het ISS en terugkeer naar de maan in 2024.
De xEMU zal gebruikmaken van de lessen van Apollo, de tientallen jaren ervaring van EMU aan boord van de Space Shuttle en het ISS, en laboratorium- en veldproeven./en laboratorium- en praktijktests van concepten voor oppervlaktecombinaties die minstens teruggaan tot 1989. Het nieuwe ontwerp zal de tekortkomingen van de EMU van het ISS verhelpen, vooruitgang op het gebied van mobiliteit en levensinstandhoudingssystemen bevatten en onderhoudbaar zijn in het vacuüm van de ruimte of op een maanpost. Het fase I xEMU ontwerp zal bestemd zijn voor het ISS of het lunar station.
De romp van het pak wordt een aluminium omhulsel met een achterluik, zoals dat van het Russisch Orlan pak. De instap aan de achterkant vermindert de inspanning die nodig is om het pak aan te trekken en de schouders zijn naar voren gekanteld, zodat ze natuurlijker aansluiten op de armen en schouders van de astronaut. Daarentegen moet de huidige EMU worden aangetrokken door van onderaf te draaien, waardoor de schouders meer naar links en rechts moeten worden gedraaid, een oriëntatie die heeft bijgedragen aan langdurige blessures aan de schouders van astronauten.
Het Phase I NASA astronautenpak zal een herontworpen helm introduceren met betere zichtbaarheid naar beneden en een geïntegreerd microfoon- en luidsprekersysteem, waardoor het zweterige “Snoopy-mutsje” dat altijd over de ogen van de astronauten leek te glijden, verdwijnt. Voor missies ver van de aarde zal de helm ook geprojecteerde graphics kunnen bevatten die life support system parameters, procedures en referentieapparatuur weergeven.
Amy Ross, de manager van het subsysteem Druk van xEMU, zei dat de combinatie van fase IISS zal worden getest medio 2023. Dit testpak zal een hybride zijn, met de nieuwe romp en het levensinstandhoudingssysteem, maar met handschoenen, benen en laarzen die zijn overgebracht van de huidige EMU’s. Een astronaut van de xEMU zal het nieuwe pak testen in gezelschap van een bemanningslid van de standaard ISS EMU.
Geupgrade uitrusting
Astronauten kunnen niet overleven en effectief werken in de buitenkant van eenruimteschip zonder een draagbaar levensinstandhoudingssysteem om zuurstof te leveren, batterijen van stroom te voorzien, te koelen en CO2 uit het pak te verwijderen.
De hedendaagse PLSS-rugzak houdt CO2 vast door lucht door een doos met zilveroxidedeeltjes te laten circuleren. Deze doos kan acht uur lang CO2 verwijderen. Terug in het ISS dwingt een verwarmingskamer de herbruikbare patronen om hun CO2 af te geven, dat overboord wordt geloosd. Het nieuwe PLSS zal daarentegen worden uitgerust met een absorber, constant hernieuwbaar, samengesteld uit amines (organische verbindingen die stikstof bevatten).
Een verbeterd koelsysteem
Dan is er nog de kwestie van koeling. EMU’s PLSS van vandaag pompt koelwater door een binnenvoering die bestaat uit dunne buizen. Het water dat rond de romp en de ledematen circuleert, absorbeert de warmte die wordt gegenereerd door het werk van de astronaut en de celstofwisseling. Dit verwarmde water circuleert door een sublimator in de rugzak, waar de afzonderlijke waterbron in een poreus metalen blok stroomt, waar het afkoelt en bevriest door direct te sublimeren tot damp in het vacuüm van de ruimte. Dit door sublimatie gevormde ijs koelt het verwarmde water in het pak af, dat vervolgens recirculeert om de astronaut te koelen?
De piepkleine poriën van deze sublimator en de lucht-water afscheider zijn echter gevoelig voor wateronzuiverheden; verstopping kan verlies van koeling veroorzaken en zelfs water in de helm blazen.
De xEMU PLSS lost dit probleem op en voorkomt de noodzaak van een aparte watervoorziening door een deel van het water uit de koelliner direct in de ruimtee te laten verdampen via een doorlatend membraan. Dit apparaat wordt “SWME” genoemd. De SWME “heeft al honderden uren aan testen achter de rug en is niet zo gevoelig voor de waterkwaliteit”, zegt Ross.
Als zijn team de vereiste productiekwaliteit kan bereiken, moet de SWME een betrouwbare koeler en robot zijn./en robuust zijn die werkt in de ruimte en in de dunne atmosfeer van Mars.
Maanrichting voor het xEMU-pak
Hier is de volledige presentatie van NASA’s nieuwe ruimtepak.
Het fase II (maanoppervlak) pak wordt parallel ontwikkeld met fase I. Het industriële team van NASA is van plan om het ontwerp van fase I aan te passen voor het maanoppervlak door een coating op het onderste deel van het lichaam dat veel grotere mobiliteit aan het oppervlak zal bieden dan het Apollo-ontwerp. “We werken al minstens sinds 1989 aan prototype pakken, waardoor we een goed idee hebben van hoe deze componenten in elkaar kunnen worden gezet. We baseren het op wat we hebben – waarschijnlijk een heup met twee lagers met zachte materialen tussen de twee lagers waardoor je kunt lopen zoals je wilt,” legt Ross uit.
Moonwalkers moeten kunnen lopen, springen, hurken, openen en zelfs knielen op het maanoppervlak. Maar Ross zegt dat “een schelp op een mens zetten en vragen om te bewegen als een mens een grote uitdaging is. We zullen waarschijnlijk nooit achterwaartse salto’s kunnen maken” .?
Maanstof tegenhouden
Naast beenbescherming zal NASA’s nieuwe pak een milieu beschermingspak nodig hebben.Een buitenlaag om de drager te beschermen tegen extreme hitte, micrometeorieten en stof dat binnendringt. De Apollo-pakken werden snel aangetast door microscopische stofkorrels die in hun gewrichtsmechanismen sijpelden.
De witte buitenste beschermlaag van de huidige EMU is gemaakt van een orthopedische stof, een mix van Gore-Tex, Kevlar en Nomex. Volgens Ross is “Ortho-Fabric” een geweven materiaal vol gaten – niet wat je wilt om stof af te stoten. Zijn team zoekt textuur en bioinspired coatings, zoals de kleine zelfreinigende haartjes op gekko’s voeten, om stof te helpen afstoten.
Versterkte handschoenen en laarzen
De handschoenen van de fase VI van de ISS EMU, zoals die Tom Jones draagt in het internationale ruimtestation, zijn niet perfect, maar ze hebben voldoende beweeglijkheid voor de eerste maanmissies.
Om ze over te zetten naar de nieuwe pakken, moeten we een extra buitenlaag toevoegen voor wetenschappelijke maanmissies. Wat de laarzen betreft, hebben jaren van praktijktesten op prototypepakken het team een voorsprong gegeven op hun ontwerp.
Een strak schema voor het xEMU project
In 2023 moet het xEMU project drie vluchteenheden opleveren: twee voor de eerste Artemis maanlanding in 2024 en één voor de demonstratie van de nieuwe combinatie op de ISS. Rodriggs, de projectmanager, zegt dat het testen van het ISS in 2023 “tot een jaar kan duren om de mogelijkheden van de xEMU te bewijzen”. Ze zegt dat de twee pakken xEMU voor de terugkeer naar de maan begin 2023 terminated zal zijn.
Om dit tijdschema te halen, heeft Rodriggs 45 medewerkers en 170 aannemers onder haar beheer, een team dat in de loop van de maanden zal blijven groeien om nieuwe mogelijkheden van de pakken te integreren en de Artemis-deadline te halen.
Er zijn al tien bedrijven verspreid over de VS die onderdelen ontwikkelen voor de xEMU. Na testen in de ruimte en de eerste missie terug naar de maan is NASA van plan om een of meer industriële partners te zoeken uit dit team om meerdere pakken te bouwen en ze te onderhouden in het ISS en op toekomstige maan- en Marsexpedities.
Het xEMU-pak heeft een mooie toekomst
Concept van een kunstenaar, Nasa.
De NASA probeert al zo’n twintig jaar om een nieuwe ruimtecombinatie, pogingen die zijn geblokkeerd door gebrek aan financiering (voornamelijk om politieke redenen). Geld is altijd de kritische factor in de ruimtevaartindustrie. Maar, zegt Ross, “Vandaag is onze financiële situatie veranderd. Het budget gaat open en we hebben voldoende middelen om het vertrouwen te geven dat we de planning kunnen halen. NASA wil het echt voor elkaar krijgen en wel op tijd.”
Hopelijk ben je nu alles te weten gekomen wat je moet weten over het xEMU ruimtepak.
Vind meer informatie over het nieuwe SpaceX suit, het pak dat aan boord van de Crew Dragon vloog.
Als je geïnteresseerd bent in andere NASA-gerelateerde onderwerpen, bezoek dan gerust onze blog.
Tot ziens bij The Little Astronaut!?
Ontdek ons volgende artikel: magnetische ruimtelamp