Trajes espaciais
Os trajes espaciais não são apenas roupas usadas pelos astronautas em sua jornada ao espaço; é mais como uma espaçonave individual. Estes estão totalmente equipados com todos os elementos essenciais que são cruciais para criando um ambiente que protege os astronautas das condições extremas do espaço sideral. Os astronautas são obrigados a usar trajes espaciais enquanto trabalham na órbita terrestre, na superfície da Lua ou em qualquer outro lugar do espaço. Estes podem ser amplamente categorizado como IVA (Atividade Intraveicular), EVA (Atividade Extraveicular) e IEVA (Atividade Intra/extra veicular atividade); dependendo do propósito a que servem.
Figura 1: Trajes Espaciais
O espaço é desprovido de muitos elementos importantes como o oxigênio e contém várias radiações nocivas com temperaturas que variam de 120 graus C a -100 graus C. Para resolver isso, um traje espacial é projetado com sistemas que fornecem uma quantidade adequada de pressão de ar. , oxigênio e também remove o dióxido de carbono. Além disso, também oferece proteção contra radiação e micrometeoróides que se movem em alta velocidade no espaço. Além disso, um traje espacial também deve proporcionar conforto e mobilidade para que os astronautas possam se movimentar com facilidade e se comunicarem entre si.
Trabalho de trajes espaciais
Como mencionado acima, um traje espacial é mais parecido com uma nave espacial e, portanto, está equipado com várias instalações que permitem aos astronautas explorar o espaço tão livremente quanto alguém pode sobreviver na Terra. Para fornecer um ambiente semelhante ao da Terra, os trajes espaciais desempenham as seguintes funções.
Pressão atmosférica
Como o espaço carrega muito pouca ou nenhuma pressão de ar, isso pode fazer com que nossos fluidos corporais fervam. Felizmente, um traje espacial fornece uma quantidade adequada de pressão (geralmente 0,29 atm) para que os fluidos corporais permaneçam no estado líquido. Funciona como um balão inflado, restrito por fibras revestidas de Neoprene.
Suprimento de oxigênio
Devido à baixa pressão atmosférica, o ar normal (contendo 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases) não pode ser utilizado por um traje espacial, pois reduziria as concentrações de oxigênio no corpo. Como resultado, ele obtém oxigênio puro da espaçonave através de um cordão umbilical ou de uma mochila de suporte vital.
Remoção de dióxido de carbono
O ar que expiramos contém dióxido de carbono que precisa ser removido da área confinada de um traje espacial. Para atender a esse propósito, ele contém recipientes de hidróxido de lítio localizados na espaçonave ou no sistema de suporte de vida do traje espacial.
Lidando com temperaturas extremas
Para lidar com a temperatura extrema do espaço, os trajes espaciais são isolados com numerosas camadas de tecido e cobertos com camadas externas reflexivas. Também são equipados com ventiladores ou trocadores de calor para soprar ar frio ou utilizar roupas refrigeradas a água. Se o excesso de calor não for retirado, o suor produzido pelo corpo se transforma em vapor e embaça o capacete, desidratando o astronauta.
Proteção contra radiação prejudicial
Os trajes espaciais são equipados com revestimentos refletivos de Mylar que oferecem proteção limitada contra a radiação. No entanto, não protege contra as explosões solares, razão pela qual as caminhadas espaciais só são realizadas durante a baixa atividade solar.
Habilitar comunicações
As mochilas usadas pelos astronautas contêm transmissores e receptores, enquanto os fones de ouvido são equipados com microfone e fones de ouvido. Isso os ajuda a se comunicar com os controladores de solo ou outros colegas astronautas.
Fornecendo visão clara
Os capacetes dos astronautas são feitos de plástico durável ou policarbonato e também equipados com viseiras coloridas para reduzir o brilho. Os trajes mais recentes ainda carregam luzes que lhes permitem olhar para as sombras.
Micrometeoróides
Freqüentemente, existem vários micrometeoróides viajando pelo espaço em altas velocidades e, portanto, existe o perigo de colisão. Para lidar com isso, os trajes espaciais são equipados com múltiplas camadas de tecidos duráveis como Dacron ou Kevlar. Isso também evita que o traje se rasgue quando exposto à atmosfera externa de outros planetas ou da lua.
Mobilidade
Para permitir que os astronautas se movam livremente enquanto usam o traje, ele é projetado com juntas e cones especiais que facilitam a flexão das articulações do corpo conforme necessário. Para garantir a mobilidade dentro da espaçonave, ela contém apoios para os pés e apoios para as mãos para que os astronautas possam se mover de um lugar para outro sem serem levados pelo ambiente sem gravidade.
Além disso, a NASA até desenvolveu alguns dispositivos de manobra de foguetes com a ajuda dos quais os astronautas podem se mover livremente em qualquer lugar sem estarem presos à espaçonave. Exemplos de tais dispositivos são a Unidade de Manobra Tripulada (MMU) e a Ajuda Simplificada para Resgate de Atividade Extraveicular (SAFER). A primeira é uma cadeira movida a gás com joystick, enquanto a última é um dispositivo movido a nitrogênio instalado na mochila.
História
A história dos trajes totalmente pressurizados remonta à década de 1930. Tudo começou com a engenharia de trajes de voo pressurizados destinados a serem usados por pilotos de aeronaves. No entanto, o primeiro traje espacial nascido por um humano foi o SK-1 soviético, usado por Yuri Gagarin no ano de 1961. Abaixo está a linha do tempo que representa a evolução da tecnologia do traje espacial.
Trajes de voo
Figura 2: Tripulação de uma aeronave usando trajes de voo
Quando a aeronave foi desenvolvida, os pilotos precisavam de uma solução para lidar com a baixa pressão atmosférica e a falta de oxigênio em grandes altitudes, como um montanhista. Porém, os trajes foram projetados para o caso de falha da cabine pressurizada. Esses trajes eram feitos de tecido revestido de borracha de neoprene que podia inflar como um balão. Além disso, havia também um tecido rígido que restringia o traje e direcionava a pressão para dentro do piloto. Havia mangueiras conectando os trajes ao avião que fornecia oxigênio.
Mercúrio
Figura 3: Tripulação do Programa Espacial Mercúrio da NASA
Quando o primeiro programa de voo espacial humano da NASA, chamado Mercury, começou em 1958, eles mantiveram o design básico dos trajes de voo e adicionaram algumas camadas de Mylar aluminizado sobre a borracha de neoprene. Fora isso, o uniforme também incluía um capacete preso por uma argola na gola, botas com cadarços e um par de luvas. As mangueiras que conectavam o traje à espaçonave forneciam oxigênio enquanto os astronautas tinham que carregar um ventilador externo para retirar o excesso de calor.
Gêmeos
Figura 4: Astronautas do Programa Espacial Gemini da NASA
Como o traje Mercury não foi projetado para caminhadas espaciais, os astronautas precisavam de algo mais avançado. Então a NASA criou o Programa Gemini para projetar trajes que pudessem ser usados para caminhadas espaciais e não apenas no caso de falha de pressão na cabine.
Este traje carregava uma bexiga em formato humano feita de borracha de neoprene presa por uma rede. Ele também tinha camadas de náilon revestidas de Teflon para fornecer proteção contra micrometeoróides. Além disso, o ar refrigerado e o oxigênio eram fornecidos através de cordão umbilical.
Apolo
Figura 5: Astronautas usando trajes espaciais na Apollo
Logo os astronautas perceberam que o mecanismo de resfriamento de ar equipado nos trajes Gemini não funcionava bem. Além disso, eles ficaram exaustos com a caminhada no espaço, o que fez com que o suor se vaporizasse, embaçando seus capacetes. Como resultado, alguns complementos foram implementados para projetar que pudessem ser usados tanto para caminhadas espaciais quanto para voar no espaço. Era um traje pressurizado de múltiplas camadas contendo cinco camadas de Mylar aluminizado, duas camadas de Kapton e um pouco de tecido revestido de Teflon. Além disso, vinha acompanhado de roupa íntima de náilon refrigerada a água, botas, luvas, boné para comunicação e capacete de plástico.
Para caminhar na Lua, o traje foi combinado com botas, luvas com pontas de borracha, viseiras sobre o capacete e uma mochila de suporte de vida que cuidava do fornecimento de oxigênio, resfriamento de água e remoção de dióxido de carbono. Ele pesava 180 libras na Terra e 30 libras na lua.
Ocorrência do desastre do Challenger
Figura 6: Astronautas do ônibus espacial Orbiter Challenger da NASA
Anteriormente, os astronautas recebiam trajes marrons para serem usados em caso de emergência, como falha na pressão da cabine. Mais tarde, quando os voos do ônibus espacial se tornaram rotineiros, eles pararam de usá-lo durante as decolagens. Eles passaram a usar macacão azul claro acompanhado de botas pretas e capacete de plástico resistente a impactos facilitando a comunicação.
Em 1986, o ônibus espacial Orbiter Challenger da NASA se desintegrou 73 segundos após o início do vôo, popularmente conhecido como Challenger Disaster. Isso levou à morte de seus 7 tripulantes, incluindo 5 astronautas da NASA e 2 especialistas em carga útil. Depois de analisar a situação, a NASA tornou obrigatório que todos os astronautas usassem trajes pressurizados durante a decolagem e a reentrada. Esses trajes eram equipados com capacete, botas, luvas, touca de comunicação, pára-quedas e colete salva-vidas inflável.
Unidade de Mobilidade Extraveicular
Figura 7: Componentes da Unidade de Mobilidade Extraveicular
À medida que o avanço na exploração espacial levou a cada vez mais viagens espaciais e caminhadas espaciais, os tecidos macios foram combinados com componentes duros para melhorar o suporte, a mobilidade e o conforto dos viajantes espaciais. Este processo foi introduzido em 1981, mas agora contém muitas alterações e alterações. Hoje é um dos dois trajes usados na Estação Espacial Internacional (ISS).
Ele contém 13 camadas, incluindo oito camadas de vestimenta térmica micrometeoróide, duas camadas de vestimenta de resfriamento interna, duas camadas de vestimenta de pressão e uma cobertura externa. Ele faz uso de materiais como Nylon Tricot, Spandex, Nylon revestido de uretano, Dacron, Kevlar, Nomex, etc. Anteriormente, cada astronauta recebia um traje feito sob medida individualmente, mas agora ele é projetado com tamanhos variados para caber em qualquer astronauta.
Uma UEM tem os seguintes componentes básicos
• Peça de Máxima Absorção
Pode levar até sete horas para completar uma caminhada espacial e muito tempo é consumido para pressurizar e despressurizar o traje, bem como a câmara de descompressão. Portanto, não se pode simplesmente entrar e sair da espaçonave apenas para usar o banheiro. Como resultado, eles têm que usar fraldas absorventes grandes, conhecidas como vestimentas de absorção máxima ou dispositivo de coleta de urina, que são descartadas após a caminhada espacial.
• Vestuário para refrigeração líquida e ventilação
É como uma cueca longa feita de tricô de nylon e spandex amarrada com tubos de plástico. A água fria passa pelo cordão umbilical ou pela mochila e flui pelos tubos para retirar o excesso de calor.
• Chicote Elétrico da UEM (EEH)
É um conjunto de fios de comunicação e bioinstrumentos usados dentro do traje que fornece conexões ao rádio e aos bioinstrumentos na mochila do traje. Facilita o monitoramento dos sinais vitais do astronauta, como frequência respiratória, frequência cardíaca, etc.
• Conjunto de Portadora de Comunicações (CCA)
É uma tampa de tecido equipada com microfones e alto-falantes que permitem a comunicação por rádio com as mãos livres dentro do traje espacial.
• Conjunto Inferior do Torso (LTA)
É uma unidade de peça única que é a metade inferior da UEM contendo calças, articulações dos joelhos e tornozelos, cintura inferior e botas.
• Torso superior rígido (HUT)
• Bolsa para bebidas no traje (BID)
O BID é uma bolsa plástica que pode conter 32 onças de água e possui um pequeno tubo preso a um canudo próximo à boca do astronauta.
• Capacete
É acolchoado na parte traseira para maior conforto e está equipado com vários componentes como uma válvula para remoção de dióxido de carbono, uma viseira metálica coberta de ouro para filtrar a luz solar, persianas ajustáveis, faróis, câmera de TV e um slot contendo uma barra serial caso alguém sinta com fome durante a caminhada no espaço.
• Placa Adaptadora Airlock (AAP)
É uma moldura montada na parede da câmara de descompressão que segura as peças da EMU enquanto o astronauta se veste.
• Subsistema Primário de Suporte à Vida (PLSS)
É a mochila que carrega tanques de oxigênio, filtros de dióxido de carbono, água de resfriamento, energia elétrica, ventiladores, rádio e sistemas de alerta. No interior, o ar flui para um cartucho de carvão para remover os maus odores e segue para o cartucho do purificador de dióxido de carbono. Em seguida, passa por um ventilador até o sublimador que retira o vapor d'água e o devolve à fonte de água de resfriamento. Este fluxo de ar é mantido à temperatura de 12,8 graus Celsius.
O astronauta pode fazer alterações na temperatura, pressão e fluxo de ar por meio dos controles do DCM. O PLSS fornece fornecimento contínuo de oxigênio e remoção de dióxido de carbono por sete horas.
• Cartucho de controle de contaminantes
É a parte substituível do sistema de suporte de vida da UEM que remove o dióxido de carbono do abastecimento de ar do astronauta.
• Pacote de oxigênio secundário
Ele está situado abaixo do PLSS e contém dois tanques de oxigênio transportando 2,6 libras a uma pressão de tanque de 408 atm, o que é suficiente para ser fornecido por 30 minutos. Ele liga automaticamente assim que a pressão do oxigênio no traje cai abaixo de 0,23 atm.
• Umbilical de Manutenção e Resfriamento
É um cordão umbilical que transporta tubos para oxigênio, água de resfriamento e fios elétricos para energia.
• Módulo de exibição e controle (DCM)
O DCM é montado no baú e inclui todos os interruptores, medidores, válvulas e display LCD que são cruciais para operar o PLSS. Ele carrega os seguintes acessórios.
1. Umbilical de Manutenção e Resfriamento (SCU): Fornece instalações como fornecimento de oxigênio, energia, comunicação e água enquanto o astronauta está na câmara de descompressão, preparando-se para a caminhada espacial.
2. Placa adaptadora da eclusa de ar: Ela está localizada na parede da eclusa de ar e segura todas as peças da EMU enquanto uma delas está se adequando.
3. Luzes e câmera do capacete: Esses dispositivos são montados no EVA sobre o capacete. Isso permite que os controladores terrestres e os viajantes espaciais vejam no escuro.
4. Espelhos montados em mangas e listas de verificação: Os espelhos ajudam a ver os monitores do DCM, enquanto a lista de verificação os lembra do percurso que eles devem completar durante a caminhada espacial de sete horas.
Tecnologia em evolução de trajes espaciais
Os trajes espaciais evoluíram para serem cada vez mais avançados e complicados com o tempo. Tudo começou com pilotos vestindo trajes em aeronaves, depois astronautas em ônibus espaciais, seguidos de roupas especiais para caminhadas espaciais. Olhando para a situação atual, o humano pretende pousar no planeta vermelho e em asteróides com uma atmosfera de dióxido de carbono onde a atual tecnologia do traje espacial não funcionará.
Como resultado, estão sendo feitas tentativas para projetar trajes mais viáveis, com melhores sistemas de suporte à vida, com melhor controle de umidade, remoção de dióxido de carbono e regulação de oxigênio. Seria bastante conveniente ter trajes que pudessem ser consertados no espaço pelos tripulantes e pudessem funcionar tanto em Marte quanto em outros lugares do espaço. Vamos dar uma olhada em algumas das tecnologias emergentes de trajes espaciais que serão implementadas em breve.
Fato Z
Figura 8: Amostra do Traje Espacial Z-2
É a primeira geração de novos trajes que possui uma escotilha de entrada traseira, o que significa que, em vez de usá-los como vestimenta, os astronautas podem entrar pela porta traseira. A parte superior do tronco é mais durável, as luvas e os capacetes foram redesenhados e há fiação eletroluminescente que permite que os astronautas sejam visíveis mesmo no escuro. O traje Z-2 está passando pela fase de testes, após a qual os resultados serão implementados no traje Z-3. Este último está previsto para ser lançado até o ano de 2018 ou 2019.
Fato biológico
Figura 9: Dr. Dava Newman demonstrando o funcionamento do Bio Suit
Bio Suit é um traje espacial impermeável desenvolvido pelo professor do MIT, Dr. Dava Newman. Nele, o astronauta é escaneado para gerar um manequim que, por sua vez, é usado para construir um traje espacial personalizado. O traje aplica pressão no corpo, evitando que os tecidos se expandam e o sangue congele. Carrega uma rede de filamentos que permitem uma caminhada e mobilidade normais. Além disso, não utiliza gás para pressão e por isso pode ser facilmente reparado no próprio espaço.
Aurora Vestíveis
Figura 10: Traje espacial Aurora Wearables
É um traje espacial projetado usando tecnologia vestível. É um traje conectado à Internet que está sendo usado atualmente na Estação Espacial Internacional. Possui um quadro de visão na manga e um “abraço vestível”, que aperta os ombros dos astronautas sempre que alguém da família em casa pensa neles. Ele também possui uma impressora 3D no bolso que pode entregar ferramentas e peças diretamente no traje.
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