Войти
Моделирование нейтральной плавучести с космонавтами, погруженными в бассейн нейтральной плавучести, в скафандрах, может помочь подготовить космонавтов к сложной задаче работы вне космического корабля в явно невесомой среде.
Внекорабельная деятельность (EVA), работа вне космического корабля, была одним из цели Программы Близнецов в 1960-е годы. астронавтов тренировали в условиях «невесомости», пролетая по параболической траектории на самолете, который вызывал пониженную гравитацию в течение тридцатисекундных интервалов.
Российский космонавт Алексей Леонов первым покинул свой аппарат во время полета по орбите над Землей. Вскоре после этого Эд Уайт, Джемини IV стал первым американским астронавтом, который покинул космический корабль, находясь в космосе. Это была демонстрация способности выходить из машины и обратно, но не включала 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. Работать в скафандрах в условиях постоянной невесомости орбитального космического полета было сложнее и труднее, чем предполагалось. НАСА определила, что подготовка к задачам выхода в открытый космос требует дальнейшего развития.
В июле 1966 года Программа Близнецов присоединилась к НАСА Исследовательский центр Лэнгли заключил контракт на включение оценки задач Близнецов по выходу в космос. Подрядчик, Environmental Research Associates из Randallstown, MD, уже начал разработку возможности моделирования нейтральной плавучести в 1964 году. Эта возможность для испытуемых в костюмах для давления была первоначально разработана в 1964 году путем использования крытого бассейна в частной школе ( Школа Макдонога около Балтимора ). Первоначально эти ранние подводные симуляции были предназначены просто для проверки способности испытуемых передвигаться по макетам воздушных шлюзов, и к испытуемым не прикреплялись грузы. Подводные испытания компании Environmental Research Associates быстро превратились в правильное моделирование нейтральной плавучести с участием взвешенных субъектов и множества дайверов-безопасников, находящихся под рукой во время данных сессий.
Скотт Карпентер был первым астронавтом для оценки работы подрядчика в моделировании «мокрый цех ». 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 стыковочные компоненты, чтобы облегчить дальнейшее развитие возможностей выхода в открытый космос посредством обучения нейтральной плавучести. Астронавт Джин Сернан впервые посетил закрытый бассейн школы МакДонога, чтобы после миссии оценить проблемы, с которыми он столкнулся во время своего Gemini IX-A выхода в открытый космос. Затем НАСА изменило контракт, включив в него подготовку перед полетом астронавта Gemini XII, Базза Олдрина. Астронавт Сернан также участвовал в этой подготовке перед полетом, так как он был в резервной роли по отношению к Олдрину в качестве пилота Близнецов XII.
Олдрин обучался исходной версии Близнецов XII в открытом космосе. который затем был переработан, чтобы исключить задачу использования пилотируемого маневренного блока. Олдрин вернулся на объект МакДонога и прошел подготовку к финальной версии своего выхода в открытый космос. НАСА посчитало полет в открытый космос полностью успешным, и Олдрин снова вернулся в МакДоног, чтобы выполнить оценку выхода в открытый космос после миссии. Оценка после миссии подтвердила ценность использования тренировки на симуляторе нейтральной плавучести перед выполнением всех задач выхода в открытый космос, надев скафандр и работая во враждебной космической среде. Сам Олдрин признал некоторые незначительные недостатки в обучении нейтральной плавучести, но описал, что этот метод имеет «значительное преимущество» перед самолетом с кеплеровской траекторией.
После успешного выхода в открытый космос в миссии Gemini XII, НАСА сконструировало 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 в Лаборатория нейтральной плавучести, где астронавты Shuttle и Space Station обучаются работе с нейтральной плавучестью. Также космонавты и космонавты тренируются в Центре подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина под Москвой. Эти достижения были резюмированы в тематической статье, опубликованной в газете Baltimore Sun в 2009 году. В сентябре 2011 года на Gemini XLV Symposium был включен обзор этих достижений Дж. Сэмюэлем Маттингли и представлен Замечания астронавтов Ричард Гордон, Том Джонс и Базз Олдрин.
Во время миссии Скайлэб 2, астронавты Конрад и Кервин успешно открыли солнечную панель, которая не сработала автоматически после запуска. Для выполнения этой задачи астронавты тренировались под водой в имитаторе 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 в открытом космосе.
Сравнение той же задачи во время Близнецов XII выхода в открытый космос Астронавты репетируют внекорабельную деятельность задачи в подводной нейтральной плавучести перед выполнением этих задач в космосе, чтобы понять, что они не могут использовать свой вес для создания силы и что они могут перемещаться или перемещаться, если они обеспечивают движущую силу в любой вектор, запланированный или непреднамеренный. В статьях, описывающих симуляцию нейтральной плавучести, обычно указывается, что скафандр астронавта выполнен с нейтральной плавучестью, но что астронавт все еще чувствует гравитацию внутри скафандра, поэтому его посадка очень важна, и что передвижение в воде вязкая жидкость, создает сопротивление, которого нет в открытом космосе.
Основная цель выхода космонавта из корабля и выхода в открытый космос часто состоит в том, чтобы обеспечить сила, чтобы толкать, тянуть, проворачивать, сжимать или транспортировать объект. 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 фрикционного сцепления с землей. Приложение силы - это действие, требующее реакции, и если ступни человека скользят, приложение силы ограничено или отсутствует. Человек чувствует гравитацию, стоя на льду, но он не может использовать свой вес для обеспечения тяги, и он не может перенести свой вес, чтобы обеспечить силу в горизонтальном векторе, поэтому он не может взломать дверь. Толкнуть дверь и отодвинуть назад используется инерция массы, а не вес человека. Масса инерция также может быть использована во время выхода в открытый космос, но это может привести к непредвиденным результатам.
Как указано выше (при необходимости моделирования), космонавт ощущает гравитацию внутри герметичного костюма, когда находится в воде. Однако комбинация космонавта и скафандра, когда она правильно сбалансирована в нейтральной плавучести, как в открытом космосе, является невесомой, поэтому астронавт, подобно стоянию 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 симуляцию реалистичной. Невозможность использовать вес в любом векторе в EVA в сочетании с обременением скафандра затрудняет выполнение задачи.
Перетаскивание - еще одна серьезная проблема, указанная в статьях по моделированию 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 при низкой скорости, обычно 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 увеличивают сопротивление или уменьшают его.
В открытом космосе большая часть работы выполняется медленно, осторожно и методично не из-за тренировки нейтральной плавучести, а потому, что именно так должен выполнять задание находящийся под давлением космонавт в невесомости. Чтобы разогнать массу до более высокой скорости, а затем замедлить ее, требуется больше силы, чем для ее медленного перемещения к месту назначения. Кроме того, его движение легче контролировать, если он движется медленно. Таким образом, сопротивление воды при движении с нейтральной плавучестью просто требует медленности движения, которая также соответствует космическим полетам.
Существуют и другие, менее очевидные, но важные особенности, которые необходимо учитывать при обучении подводному выходу в открытый космос, например, визуальные различия из-за рефракции в воздухе-воде. интерфейс 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.
Изучение и репетиция задачи выхода в открытый космос с нейтральной плавучестью дает астронавту или специалисту 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, должным образом спланированная и управляемая, работает, потому что это реалистичная симуляция физических требований выполнения задачи в открытом космосе.
Другой основной метод, используемый для имитации микрогравитации, - это полет на самолете с пониженной гравитацией (так называемый " блевотная комета "), самолет, который выполняет ряд параболических подъемов и спусков, чтобы дать своим пассажирам ощущение невесомости. Тренировки с использованием самолетов с пониженной гравитацией позволяют избежать проблемы сопротивления при обучении нейтральной плавучести (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 примерно в 2 секунды. g когда самолет выходит из пикирования и готовится к следующему запуску. Это не подходит для практики выхода в открытый космос, которые обычно длятся несколько часов.
