لباس فضایی Exploration Extravehicular Mobility Unit یا xEMU، پیشرفته‌ترین نمونه لباس فضایی طراحی‌شده توسط ناسا برای مأموریت‌های آرتمیس و اکتشافات آینده در ماه و مریخ است. این لباس با هدف بهبود ایمنی، راحتی و تحرک فضانوردان در محیط‌های خشن فضایی و سطح سیارات طراحی شده است. xEMU با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین و درس‌های آموخته‌شده از لباس‌های آپولو و EMU (Extravehicular Mobility Unit) ایستگاه فضایی بین‌المللی، قابلیت‌های بی‌سابقه‌ای مانند مقاومت در برابر گرد و غبار ماه، تحرک بهبودیافته و سیستم‌های پشتیبانی حیاتی پیشرفته ارائه می‌دهد.
xEMU چیست و چرا آینده پیاده‌روی فضایی به آن وابسته است؟
xEMU یک لباس فضایی نسل بعدی است که برای فعالیت‌های خارج از فضاپیما (EVA) در مأموریت‌های آرتمیس طراحی شده و امکان پیاده‌روی روی سطح ماه، به‌ویژه در قطب جنوبی آن، را فراهم می‌کند. این لباس به‌عنوان نمونه اولیه‌ای عمل می‌کند که شرکت‌های تجاری مانند Axiom Space و Collins Aerospace از آن برای توسعه لباس‌های عملیاتی استفاده می‌کنند. xEMU با ویژگی‌هایی مانند تحرک بهبودیافته، سیستم‌های پشتیبانی حیاتی پیشرفته و طراحی مدولار، محدودیت‌های لباس‌های قبلی را برطرف کرده و امکان اکتشافات طولانی‌مدت‌تر و پیچیده‌تر را فراهم می‌سازد. وابستگی آینده پیاده‌روی فضایی به xEMU به دلیل توانایی آن در پشتیبانی از مأموریت‌های ماه، مریخ و ایستگاه‌های فضایی مانند Gateway است که نیازمند لباس‌هایی با انعطاف‌پذیری و ایمنی بالا هستند.
معرفی کامل لباس فضایی NASA xEMU
xEMU یک لباس فضایی مدولار است که برای فعالیت‌های EVA در محیط‌های میکروگرانشی (مانند ایستگاه فضایی) و گرانش جزئی (مانند سطح ماه) طراحی شده است. این لباس شامل بخش‌های کلیدی مانند بالاتنه سخت (Hard Upper Torso)، سیستم پشتیبانی حیاتی قابل‌حمل (PLSS)، کلاه شفاف با ویزور محافظ، دستکش‌های لمسی و چکمه‌های مقاوم است. لباس فضایی NASA xEMU با استفاده از مواد پیشرفته مانند نومکس، کولار و گورتکس، مقاومت در برابر دماهای شدید (-250°F تا +250°F)، تشعشعات و میکروشهاب‌سنگ‌ها را تضمین می‌کند. طراحی آن امکان تنظیم اندازه برای 90 درصد جمعیت مردان و زنان را فراهم کرده و با اسکن سه‌بعدی بدن فضانوردان، تناسب بهینه را ارائه می‌دهد. این لباس برای مأموریت آرتمیس III در سال 2025 آماده می‌شود.
چه چیزی xEMU را از لباس‌های قبلی متمایز می‌کند؟
xEMU در مقایسه با لباس‌های آپولو و EMU ایستگاه فضایی، پیشرفتهای چشمگیری دارد. برخلاف لباس‌های آپولو که تحرک محدودی داشتند و فضانوردان را به پرش‌های خرگوش‌مانند وادار می‌کردند، xEMU با یاتاقان‌های پیشرفته در شانه‌ها و لگن، امکان راه‌رفتن طبیعی، خم شدن و بلند کردن اشیا را فراهم می‌کند. ورودی عقبی (rear-entry hatch) جایگزین زیپ‌های سنتی شده تا تناسب بهتر و کاهش خطر آسیب شانه را تضمین کند. سیستم صوتی یکپارچه با میکروفون‌های دیجیتال و بلندگوهای داخلی، جایگزین هدست‌های قدیمی شده و راحتی را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، xEMU با طراحی مدولار، امکان تعویض قطعات و استفاده در محیط‌های مختلف (ماه، مریخ و ISS) را دارد.
نحوه تهویه و خنک‌سازی داخلی
سیستم خنک‌سازی لباس فضایی xEMU از دو حلقه حرارتی اولیه و کمکی (Primary and Auxiliary Thermal Control Loops) تشکیل شده که دمای بدن فضانورد را در شرایط دمایی شدید ماه تنظیم می‌کند. این سیستم از یک لباس خنک‌کننده داخلی (cooling garment) استفاده می‌کند که آب را در لوله‌های نازک اطراف بدن گردش می‌دهد و گرما را جذب می‌کند. فناوری SWME (Spacesuit Water Membrane Evaporator) آب گرم را از طریق غشای نفوذپذیر به فضای خلأ تبخیر کرده و گرما را دفع می‌کند. این روش برخلاف لباس‌های EMU که به کیفیت آب حساس بودند، مقاوم‌تر و قابل‌اعتمادتر است. سیستم تهویه PLSS نیز با حذف دی‌اکسید کربن، بو و رطوبت، هوای قابل‌تنفس را تأمین می‌کند.
مقاومت در برابر گرد و غبار ماه
گرد و غبار ماه، که از ذرات شیشه‌مانند تیز تشکیل شده، یکی از چالش‌های اصلی مأموریت‌های آپولو بود، زیرا به لایه‌های داخلی لباس نفوذ کرده و سیستم‌های پشتیبانی حیاتی را تهدید می‌کرد. xEMU با ویژگی‌های مقاوم در برابر گرد و غبار طراحی شده است، از جمله حذف زیپ‌ها و استفاده از پوشش‌های یکپارچه که از نفوذ ذرات جلوگیری می‌کنند. درگاه‌های عملیاتی کوچک برای بررسی‌ها و تعمیرات اضطراری تعبیه شده‌اند تا نقاط ورودی گرد و غبار به حداقل برسند. مواد مقاوم مانند نومکس و کولار در لایه‌های بیرونی از سایش و پارگی ناشی از گرد و غبار جلوگیری می‌کنند، و چکمه‌ها با طراحی تقویت‌شده از آسیب در تماس با سطح خشن ماه محافظت می‌کنند.
ساختار لایه‌ای xEMU
xEMU از چندین لایه تخصصی تشکیل شده است:
- لایه داخلی (Comfort Layer): پارچه‌ای نرم برای راحتی پوست و جذب رطوبت.
- لباس خنک‌کننده (Cooling Garment): لوله‌های آب برای تنظیم دما.
- لایه فشار (Pressure Garment): حفظ فشار داخلی برای محافظت در خلأ.
- لایه‌های محافظ (Thermal and Micrometeoroid Garment): ترکیبی از نومکس، کولار و گورتکس برای مقاومت در برابر دما، تشعشع و میکروشهاب‌سنگ‌ها.
- لایه بیرونی (Outer Cover): پارچه مقاوم در برابر گرد و غبار و سایش. بالاتنه سخت آلومینیومی (HUT) و کلاه شفاف با ویزور قابل‌تعویض، ساختار را تکمیل می‌کنند. این طراحی لایه‌ای امکان تعمیر و تعویض قطعات را فراهم کرده و ایمنی و دوام را افزایش می‌دهد.
سیستم تأمین اکسیژن و فشار
سیستم پشتیبانی حیاتی قابل‌حمل (PLSS) xEMU، که به‌صورت کوله‌پشتی طراحی شده، اکسیژن قابل‌تنفس را تأمین کرده و دی‌اکسید کربن و گازهای سمی را حذف می‌کند. PLSS با وزن حدود 300 پوند، شامل مخازن اکسیژن، سیستم‌های فیلتراسیون و تنظیم‌کننده‌های فشار است که فشار داخلی لباس را بین 0 تا 8.4 psid تنظیم می‌کنند (در مقایسه با دو تنظیم در EMU). این سیستم با طراحی دوگانه (redundant) برای اجزای حیاتی مانند پمپ‌ها و فیلترها، خطر خرابی را کاهش می‌دهد. PLSS همچنین عملکرد لباس را نظارت کرده و در صورت کاهش منابع یا نقص، هشدارهایی به فضانورد و مرکز کنترل ارسال می‌کند.
ویژگی‌های منحصربه‌فرد xEMU برای پیاده‌روی ماه
- یاتاقان‌های پیشرفته: یاتاقان‌های شانه و لگن امکان حرکت طبیعی مانند راه‌رفتن و خم شدن را فراهم می‌کنند.
- ورودی عقبی: طراحی rear-entry hatch تناسب بهتر و کاهش فشار روی شانه‌ها را تضمین می‌کند.
- دستکش‌های لمسی: دستکش‌ها با مواد حساس به صفحه لمسی، امکان کار با ابزارها و تبلت‌ها را می‌دهند.
- چکمه‌های مقاوم: طراحی تقویت‌شده برای تحمل سطح ناهموار ماه.
- سیستم صوتی یکپارچه: میکروفون‌های دیجیتال و بلندگوهای داخلی برای ارتباط شفاف.
این ویژگی‌ها فضانوردان را قادر می‌سازند تا وظایف پیچیده مانند نمونه‌برداری زمین‌شناختی را با راحتی و دقت انجام دهند.
کاربرد لباس xEMU در ایستگاه‌های فضایی آینده
xEMU برای استفاده در ایستگاه‌های فضایی آینده مانند Gateway (ایستگاه مداری ماه) و ایستگاه فضایی بین‌المللی طراحی شده است. فاز اول xEMU برای EVA در میکروگرانشی بهینه شده و با سیستم‌های قفل هوایی (airlock) و رابط‌های فضاپیما سازگار است. طراحی مدولار آن امکان تعویض بخش‌های تحتانی (lower-torso assembly) را برای استفاده در محیط‌های مختلف فراهم می‌کند. xEMU با سیستم suitport (داک لباس) ادغام می‌شود که نیاز به قفل هوایی سنتی را حذف کرده و مصرف منابع را کاهش می‌دهد. این لباس همچنین برای مأموریت‌های مریخ در نظر گرفته شده، جایی که تحمل تشعشعات بالاتر و شرایط جوی نازک‌تر ضروری است.
ایمنی فضانوردان در xEMU چگونه تضمین می‌شود؟
ایمنی در xEMU از طریق چندین ویژگی تضمین می‌شود:
- طراحی دوگانه (Redundancy): اجزای حیاتی مانند پمپ‌های اکسیژن و فیلترهای CO2 دوگانه هستند تا در صورت خرابی، سیستم جایگزین فعال شود.
- محافظت در برابر گرد و غبار: پوشش‌های مقاوم از نفوذ ذرات ماه به سیستم‌های حیاتی جلوگیری می‌کنند.
- محافظت حرارتی و تشعشعی: لایه‌های کولار و گورتکس از فضانورد در برابر دماهای شدید و تشعشعات کیهانی محافظت می‌کنند.
- سیستم هشدار: PLSS عملکرد لباس را نظارت کرده و هشدارهای بلادرنگ ارائه می‌دهد.
- تناسب سفارشی: اسکن سه‌بعدی بدن فضانوردان از آسیب‌های ناشی از عدم تناسب جلوگیری می‌کند. این ویژگی‌ها خطراتی مانند نشت آب (مشابه حادثه لوکا پارمیتانو در 2014) یا کاهش اکسیژن را به حداقل می‌رسانند.
توسعه و همکاری‌های تجاری
ناسا در توسعه xEMU با شرکت‌های تجاری مانند Axiom Space و Collins Aerospace همکاری می‌کند. این شرکت‌ها از طراحی xEMU برای تولید لباس‌های عملیاتی مانند AxEMU استفاده می‌کنند که برای آرتمیس III آماده می‌شود. مدل خدمات تجاری ناسا، که در آن شرکت‌ها مالکیت و نگهداری لباس‌ها را بر عهده دارند، هزینه‌ها را کاهش داده و بازار تجاری فضا را تقویت می‌کند. ناسا داده‌ها و فناوری‌های xEMU را در اختیار این شرکت‌ها قرار داده و استانداردهای ایمنی و فنی را تعیین کرده است. این همکاری امکان تولید سریع‌تر و استفاده از نوآوری‌های بخش خصوصی مانند کپسول فضایی اوریون را فراهم می‌کند.
xEMU از فناوری‌های پیشرفتهای مانند مواد کامپوزیتی کربن/اپوکسی در بالاتنه و لگن استفاده می‌کند که وزن را کاهش داده و دوام را افزایش می‌دهد. سیستم SWME در خنک‌سازی، کارایی بیشتری نسبت به سیستم‌های قبلی دارد و به کیفیت آب حساس نیست. سیستم صوتی یکپارچه با حذف هدست‌های سنتی، وزن و ناراحتی را کاهش می‌دهد. حسگرهای تعبیه‌شده در PLSS داده‌های بلادرنگ از فشار، دما و سطح اکسیژن ارائه می‌دهند که برای ایمنی و عملکرد حیاتی هستند. این فناوری‌ها xEMU را به ابزاری قابل‌اعتماد برای اکتشافات پیچیده تبدیل کرده‌اند.
منبع: ابرار صنعتی
