Utvikling av romdrakter, del 3
Av Per Arne Marthinsen
|
Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 27. årgang, nummer 104, oktober-desember 1997, sidene 37-42 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.
|
Skriv ut
Tips bekjent
|
Mercury og Gemini var ferdig gjennomført. Neste trinn var å komme til Månen. Tidligere drakter måtte videreutvikles, og en ny, spennende epoke i romdraktutviklingen stod for døren.
Fra den siste Gemini-ferden og frem til den første bemannede Apollo-ferden i oktober 1968 arbeidet NASA intenst med sikkerheten og påliteligheten til de to helt forskjellige Apollo-fartøyene som skulle bringe de første menneskene til Månen. Hver månelanding involverte en kommando- og servicemodul og et månelandingsfartøy. Disse fartøyene ble brakt opp i bane ved hjelp av en Saturn 5 bærerakett, og de gjennomførte en sammenkoblingsmanøver kort tid etter at de hadde forlatt jordbane. I denne konfigurasjonen begynte de tre astronautene som utgjorde mannskapet om bord i Apollo-fartøyet sin reise til Månen. Etter at fartøyet var kommet i bane rundt Månen ble landingsfartøyet koblet fra kommando- og servicemodulen. Kommando- og servicemodulen hadde bare én av astronautene om bord, mens månelandingsfartøyet rommet de to andre.
Apollo-mannskapet var på samme måte som sine forgjengere utstyrt med romdrakter for oppskyting, sammenkobling og tilbakevending. Det som var nytt sammenlignet med tidligere ferder var at Apollo-drakten tok hensyn til aktivitetene som skulle gjennomføres på Månen. Tidligere romferder med Mercury og Gemini var relativt ukomfortable sammenlignet med det astronautene opplevde om bord i Apollo. De kunne ha noe ledigere tøy på seg under ferden.
Drakten skulle ikke bare beskytte astronautene når de oppholdt seg på Månen, men også mot uforutsett endring av kabintrykket under kritiske faser av ferden. På Månen ville astronautene bli utsatt for store temperaturvariasjoner (-150 °C til +120 °C), kosmisk stråling, meteoritter og en tyngdekraft på bare en sjettedel av Jordens. Dette miljøet skulle astronautene møte for første gang 20. juli 1969.
Under oppholdet på Månen måtte astronautene kunne bevege seg uten en noen koblingsstreng mot månelandingsfartøyet. De måtte kunne bevege seg fritt omkring i landskapet. Derfor måtte romdrakten gi astronautene nok oksygen og ha kommunikasjonsutstyr og andre livsnødvendige elementer som skal til for å tillate opphold i et miljø som er helt forskjellig fra det vi har på Jorden. Drakten måtte også være slik at selv om astronautene skulle komme ut av balanse og falle, måtte de kunne komme seg opp ved egen hjelp, og den måtte være enkel å bevege seg i. Et system for å kunne spise og drikke var også nødvendig for å kunne oppholde seg på Månen. Drakten måtte også kunne lagre, og helst fjerne, så mye kroppsvæske som mulig. Det var viktig at drakten var enkel å ta av og på inne i landingsfartøyet, og da uten assistanse. I virkeligheten hjalp astronautene hverandre med dette.
Utviklingen av Apollo-drakten
I 1961 ble United Technologies Hamilton Standard utnevnt til hovedkontraktør for Apollo-draktene. Selskapet fikk det totale ansvaret for draktprogrammet og utviklingen av de livsnødvendige systemene for oksygen, trykk og kommunikasjon.
International Latex Corporation, ILC, ble valgt til å produsere drakten, og var igjen en underleverandør til Republic Aviation Corporation. Dette selskapet var ansvarlig for evalueringen av det menneskelige aspektet til disse draktene.
Det ble bestemt av NASA at utviklingen av Apollo-drakten skulle gjennomføres i tre faser. A1C Blokk I «myk drakt» var lik draktene som ble brukt av Gemini-astronautene, men modifisert for å kunne tilkobles utstyret i Apollo-fartøyet. Draktene skulle brukes under tester i jordbane, men ikke utenfor romfartøyet. Del II av denne myke drakten, som hadde et termisk belegg og et spesielt isoleringsmateriale, skulle utvikles av ILC for måneoppdraget. Den tredje fasen skulle ta for seg konstruksjonen av en drakt for et måneopphold på 14 dager. Konstruktørene av romdrakten la opp til et konstruksjonskonsept for en såkalt hard drakt som de døpte hummerskjell på grunn av de fleksible ringene i drakten.
ILC brukte naturlig gummi i leddene til den første Blokk I-prototypen, som fikk betegnelsen «state-of-the-art» (SOA-IL). Hovedmålet på dette tidspunktet var å få en drakt som var så fleksibel som mulig. Noen av bekymringene til konstruktørene gjaldt om gummien ville være stabil nok i det miljøet den skulle brukes i. Det at drakten skulle utsettes for ultrafiolett og infrarød stråling kunne redusere gummiens fleksibilitet. Derfor ble flere alternative materialer vurdert. Man oppdaget at et lag med Mylar eller aluminium ville danne en termisk barriere som forhindret utstråling av varme. Fremdeles var SOA-IL-drakten for bred over skuldrene til å passe i Apollo-fartøyet.
Det ble besluttet at Blokk 1-drakten skulle baseres på en modifisert Gemini-type, A1C, produsert av David Clark Company. Drakten var lik Gemini-drakten, men med mindre endringer. Hjelmen hadde et beskyttende skall for visiret. Disse draktene var opprinnelig konstruert med og uten et beskyttende temperaturmateriale. Etter den tragiske Apollo 1-brannen i januar 1967, hvor tre astronauter mistet livet, ble draktene omkonstruert. De fikk et mer brannhemmende materiale. Folkene som fikk i oppdrag å få de tre astronautene ut av kapselen hadde store vanskeligheter fordi draktene hadde smeltet. Inne i kapselen var det før og under brannen rent oksygen, og draktene ble utsatt for en varme tilsvarende den fra en sveiseflamme.
Gruppen som ble satt til å undersøke ulykken anbefalte at alle brennbare materialer ble byttet ut der det var mulig. Ikke-metalliske materialer ble nøye gjennomgått. Nylontøy i romfartøyet og i draktene ble erstattet av Beta-tøy, et materiale utviklet av en forskergruppe ved Dow-Corning Company. Teknisk ble det kalt Beta-silikafiber, som var et annet navn enn det som gikk under fiberglassprodukter. Materialet kunne spinnes ut til tynne tråder, for deretter å bli produsert til tøy med et smeltepunkt på over 650 °C. Stoffet var ikke selvantennelig og ga ikke fra seg giftige gasser.
Blokk II-drakten, som skulle brukes under oppholdet på Månen, måtte omkonstrueres for å kunne stå imot mikrometeoritter.
Den måtte samtidig beholde sin fleksibilitet og komfort for å la astronautene utføre oppdragene sine på måneoverflaten. Hanskene astronautene skulle bruke under sitt opphold på Månen måtte gi dem mobilitet med hensyn til fingerferdighet og førlighet for at de skulle kunne utføre kompliserte eksperimenter i vakuum. Astronautene måtte også kunne bevege seg over lange avstander uten for mye anstrengelser. Den komplette Apollo-drakten ble døpt EMU, Extravehicular Mobility Unit.
Extravehicular Mobility Unit
EMU-drakten inneholdt mange elementer: Undertøyet, i seg selv en drakt belagt med kjølerør (Liquid Cooling Garment/LCG); en trykkdrakt (Pressure Garment Assembly/PGA); en ekstern termisk og meteorittbeskyttende drakt (Integrated Thermal Micrometeoroid Garment/ITMG); ryggsekken med oksygen og andre livsnødvendigheter (Portable Life Support System/PLSS); et reserveoksygensystem (Emergency Oxygen System/EOS) og et system for å ta opp kroppsvæsker.
Konstruktørene hadde mange problemer før de fikk full kontroll med kjøling av både Mercury- og Gemini-draktene. Det Apollo-astronautene skulle utsettes for var av en annen karakter enn hva forgjengerne hadde opplevd. Dette måtte konstruktørene ta hensyn til.
Det innerste laget i romdrakten var som nevnt et helt undertøy med kjølerør sydd inn i tøyet. Vann kunne sirkulere gjennom dette nettverket av rør som omtrent lå på astronautens hud og sørget for minimal svetting. Varmt vann gikk tilbake til PLSS, hvor det ble kjølt ned i en varmeveksler og sirkulert videre av en vannpumpe. Integrert i LCGen var et par sokker som hadde ribber på anklene og var flate under føttene. Disse ble første gang brukt av roere fra Universitetet i Pennsylvania som ønsket at sokkene skulle holde seg oppe når de konkurrerte løpende på sokkelesten. Disse var de eneste plaggene som ikke var spesialkonstruert for drakten. Grunnen til at disse ble valgt var at de ikke skapte statisk elektrisitet om bord i romfartøyet.
Det vevde nylonstoffet brukt i undertøyet med kjølerørene besto av 72 % nylonpolyesterfibre og 28 % elastiske fibre. Rørene var lette, fleksible og glatte, og besto av et slitesterkt, gjennomsiktig PVC-materiale. Det ble produsert under navnet Tygon. De astronautene som ikke skulle lande på Månen brukte et bomullsundertøy som lignet mye på det som de som skulle lande på Månen brukte, men var uten kjølerør.
Trykkdrakten som ble konstruert av ILC besto av fem lag torsoledd, eller spesialkonstruerte ledd med sammenrullede belger som gjorde mobiliteten i drakten større. Egne hengsler sørget for at armene ikke ble stående ut til siden når drakten ble satt under trykk. PGA-enheten hadde en noeprenbelagt nylonblære for å holde på trykket, og var beskyttet av en slitasjefôring og en indre Nomex komfortfôring. Andre elementer som på grunn av omfattet var hjelmen, hanskene, oksygenkontrollsystemet og et kontrollpanel.
Tidlige Apollo Blokk II fiberglasshjelmer med pleksiglassvisir var montert på en fleksibel nakkering for lett bevegelighet. Det passet ypperlig og dempet mot sjokk og vibrasjoner. To tilleggsvisirer ble slått ned over hovedvisiret. Det ene var belagt med et belegg som skulle beskytte øynene mot infrarøde og ultrafiolette stråler; det andre var helt klart og skulle hindre riper. Helt siden 1965, da visiret til Gus Grissom gikk i stykker under landingen til Gemini 3-ferden, hadde NASA sørget for at hjelmen hadde et ekstra visir laget av polykarbonat. Dette materialet er cirka 30 ganger sterkere enn plexiglass. En bobleformet polykarbonathjelm utviklet for Apollo Blokk II-drakten tillot uhemmet sikt og god komfort. Under hjelmen ble det brukt en slags lue som innholdt mikrofon og øretelefoner.
For oppholdet på Månen ble hjelmen utstyrt med en spesiell visirkonstruksjon. Konstruksjonen sørget for at hjelmen ble presset ned mot drakten med to visirer montert på hverandre. Det indre visiret ble tatt ned for beskyttelse mot infrarød refleksjon og sterkt, reflektert lys. Ved å reflektere astronautens ansiktsvarme tilbake inn i trykkhjelmen ble visiret varmet opp og forhindret at det dannet seg kondens på innsiden. Det ytre solvisiret, som var laget av polysulfon og belagt med skinnende gullbelegg, reflekterte også infrarøde stråler. Et termisk belegg rundt hjelmen hindret astronauten i å bli overopphetet under sitt opphold på Månen.
Hansker og støvler ga termisk og meteorittisk beskyttelse. Når astronautene oppholdt seg inne i månelandingsfartøyet brukte de hansker som var myke og tilpasset hver enkelt bruker. Tilkoblet drakten med en trykkring var de enkle å ta av seg. De var også konstruert med tanke på fingerferdighet og bevegelighet. Hanskene brukt under EVA var av samme konstruksjon, men med tillegg av et integrert, termisk belegg og mellom fem og sju forskjellige lag av aluminiumisert Mylar og Dacron. De hadde også et eksternt lag av Chromel-R, et vevd metallstoff som tåler en temperatur på 650 °C.
Månestøvlene lignet på et par overtrekksstøvler med såler av støpt silikongummi. Det var en termisk beskyttelse mellom støvelen og selve drakten. Det ytre laget besto av et Teflon-belagt Beta-tøy, to lag aluminiumisert Kapton, ni forskjellige lag aluminiumiserte Mylar- og Dacron-stykker, og igjen to forskjellige lag Kapton med et mellomlegg av Beta-tøy. Et lag Chromel-R på den øvre sideveggen til støvelen skulle beskytte mot slitasje.
Mange nye produkter ble brukt for å eksperimentere med å finne det beste isolasjonsmaterialet i den 16 lags ITMG-delen. Denne delen hadde også Beta-tøy i det ytre laget. Under Beta-tøyet var igjen to lag aluminiumisert Kapton, integrert med et Beta-lignende markisestoff som ble brukt som et mellomlag for å redusere varmeoverføringen mellom Kapton-lagene. Under dette var fem lag aluminiumisert Mylar sammen med et ikke flettet Dacron-belegg.
Kapton- og Mylar-lagene var perforert for å slippe ut innestengte gasser og for å forhindre at drakten blåste seg opp og sprakk under fjerning av trykket. Astronautenes PLSS ga dem oksygen med et trykk på 25,5 kPa (3,7 psi), og sirkulerte oksygen gjennom hjelmen og drakten. Den kontrollerte også den relative fuktigheten og holdt temperaturen på et komfortabelt nivå, cirka 21 °C. En egen pumpe kjølte ned vannet og sirkulerte det gjennom rørene i drakten. Karbondioksid og andre forurensninger ble filtrert bort ved hjelp av bokser med litiumhydroksid.
Dersom disse gassene fikk akkumulere, ville dette etter hvert forgifte astronautens oksygenforsyning. Den 29 kg tunge PLSS inneholdt nok vann, oksygen og andre forsyninger til et opphold på måneoverflaten på fire timer. Dette var noe avhengig av aktiviteten. Ved siden av dette inneholdt PLSS kommunikasjonsutstyr som gjorde det mulig for astronauten å kommunisere med kollegaen på Månen, kommando- og servicemodulen og bakkekontrollen i Houston. Systemet overførte også medisinske data fra en enhet som hadde sensorer flere steder på kroppen. Dette gjorde at bakkekontrollen hadde kontroll med den fysiske aktiviteten til astronauten og kunne foreslå endringer i aktiviteten om nødvendig. Dette systemet ble brukt fra Apollo 7 til Apollo 17.
To typer systemer ble brukt til å samle opp avfallsstoffer. En urinoppsamler ble festet til underlivet. Herfra ble et rør koblet til en ventil som siden gjorde det mulig å tømme urinen i en container om bord i romfartøyet. Den andre systemet var en fast oppsamler som fungerte som en bleie. Dette kunne brukes når drakten var under trykk. Det absorberte og holdt på fuktighet, hvoretter oksygen ble tilført for å fjerne lukter fra kroppen. Avføring ble oppbevart i poser som ble tilført et stoff som forhindret gasser og bakteriedannelse. Posene ble forseglet og lagt bort.
Apollo-drakten var gjennom hele sin utviklings- og bruksperiode gjenstand for forandring. Astronautene kom med sine ønsker for å få en så komfortabel drakt som mulig. Skuldrene ble smalere, den vanlige, blanke overflaten fra Mercury-draktene ble erstattet av et hvitt, termisk materiale. Fiskebollekonstruksjonen av en hjelm ble erstattet av en kommersiell, pilotlignende hjelm. Ved siden av å være mer pålitelig ga den nye hjelmkonstruksjonen muligheten til å fjerne et visir, og den ga astronauten et større utsyn. De originale støvlene ble gjort om for å gi større fleksibilitet under bruk på Månen.
De nye hanskene ga astronauten et bedre grep på grunn av det metalliske Chromel-R-laget som dekket håndflaten. Mindre hansker og et bedre system for å fjerne gasser ga astronauten en bedre drakt å operere i.
Apollo-drakten i bruk
Hvert Apollo-oppdrag krevde rundt 15 drakter, alle tilpasset brukeren. Hver astronaut trengte en treningsdrakt og to drakter godkjent for bruk på Månen. Reservemannskapet hadde hver en treningsdrakt og en romdrakt. En komplett romdrakt veide 81 kg, eller 13,6 kg på Månen.
Den første bemannede Apollo-ferden, Apollo 7, gikk av stabelen i oktober 1968. Dette var en 11 dagers ferd for å teste kommando- og servicemodulen og mannskapet. Apollo 8, som ble skutt opp 21. desember 1968, var det første bemannede romfartøyet som gikk rundt Månen. Etter at Apollo 8 hadde gått 10 ganger rundt Månen vendte det tilbake til Jorden. Astronautene brukte en torso-limb-drakt under begge disse ferdene.
Apollo 9, som ble skutt opp i mars 1969, gikk bare i bane rundt Jorden. Om bord var astronautene Jim McDivitt, David Scott og Russell Schweickart. Scott og Schweickart gjennomførte en EVA under den 10 dager lange ferden. Oppdraget var blant annet å test ut romdrakten. Scott manøvrerte kommando- og servicemodulen slik at den kunne kobles sammen med månelandingsfartøyet og utførte en EVA fra kommandomodulens åpne luke. Schweickart testet at PLSSen virkelig fungerte ute i rommet. I tillegg til romdraktene hadde begge på seg undertøyet med kjøling og et 16 lags integrert, termisk mikrometeorittstoff for å sikre at kroppstemperaturen hold seg normal, samt en god isolasjon mot de ekstreme temperaturene. Schweickart var helt avhengig av PLSSen for oksygen, luftavkjøling og kommunikasjon, i motsetning til tidligere amerikanere i rommet. Under Gemini-ferdene var astronautene tilkoblet romfartøyet ved hjelp av en «navlestreng», som sørget for oksygentilførsel og kommunikasjon.
To måneder senere ble Apollo 10 skutt opp, og oppdraget var å teste påliteligheten til månelandingsfartøyet i bane rundt Månen. Etter en vellykket utprøving var det ingen vei tilbake: Apollo 11 skulle gjennomføre landingen på Månen. Vi kjenner alle den historien.
Da astronautene hadde fått på seg draktene før oppskyting begynte de å puste ren oksygen for å hindre at det ble dannet nitrogenbobler i blodet. På grunn av surklingen av oksygen i draktene kan de ikke ha hørt mye av det som foregikk rundt dem. Kort etter at ferden startet kunne astronautene fjerne romdraktene som de hadde brukt under oppskytingen og ta på seg en todelt drakt som ga både komfort og beskyttelse. Disse draktene ble brukt over et mykt undertøy som var laget av Beta-stoff. De hadde disse draktene på seg til tiden var inne til å gå over i månelandingsfartøyet.
Uansett hvor mye trening som ble gjennomført på bakken, hadde astronautene egentlig ingen konkret forestilling om hvordan det ville være å gå på Månen. Det viste seg lettere enn antatt. De utviklet en hoppeteknikk ved å sette den ene foten foran den andre i svevet. Drakten hadde en behagelig temperatur, og de hadde et behagelig opphold på Månen. Med Apollo 11 hadde amerikanerne nådd målet som ble satt av president Kennedy 25. mai 1961.
Apollo-drakten var et resultat av 34 års utviklingsarbeid. NASAs Manned Spacecraft Center mente å ha gitt Apollo-astronautene den optimale løsningen til den rollen romdrakten skulle ha. Til tross for alle de fantastiske, nye materialene som ble oppfunnet, representerte Apollo-fartøyet og romdrakten et område med nye utfordringer. Det meste av det som ble brukt var av engangstypen og spesiallaget for oppdraget.
Neste del i artikkelserien vil ta for seg romdraktene brukt i Skylab og Apollo-Sojuz-prosjektet.
| 
