마스 슈트

Mars suit
NASA Z-2 우주복 프로토타입. 화성 EVA [1]슈트 개발을 지원하는 기술이 포함되어 있습니다.

화성 우주복 또는 화성 우주복은 [2][3]화성에 있는 EVA들을 위한 우주복이다.지구 저궤도에 가까운 진공상태에서 우주 유영을 할 수 있도록 디자인된 슈트에 비해 화성 슈트는 실제 보행에 더 초점을 맞추고 [2]내마모성을 필요로 한다.화성의 표면 중력은 지구의 37.8%로 달의 약 2.3배에 달하기 때문에 무게가 크게 우려되지만 열린 [4]공간에 비해 열 수요가 적다.표면에서 슈트는 압력이 약 0.6-1킬로파스칼(0.087-0.145psi)[5]인 화성의 대기와 경쟁할 것이다.표면적으로는 방사선 피폭, 특히 단시간에 방사선량을 극적으로 증가시킬 수 있는 태양 플레어 현상이 우려된다.

화성 수트가 표면 작업을 위해 직면하게 될 문제들 중 일부는 공기가 대부분 이산화탄소이기 때문에 사람에게 충분한 산소를 제공하는 것을 포함한다; 게다가 공기는 해수면의 [6]지구 대기보다 훨씬 낮은 압력에 있다.다른 문제들로는 화성 먼지, 낮은 온도, [6]그리고 방사능이 있다.

개요

화성 수트의 신발은 아마도 외계 표면과 직접 접촉할 것이다. 달 발자국이 보인다.
화성 탐사선 흔적

2010년대의 화성 수트 디자인 중 하나인 NASA Z-2 수트는 승무원들이 [7]서로 식별할 수 있도록 전기발광 패치를 가지고 있을 것이다.Z-2를 위해 계획된 세 가지 유형의 테스트는 진공 챔버에서의 테스트, NASA의 중성 부력 연구소에서의 테스트, 그리고 바위가 많은 사막 [8]지역에서의 테스트를 포함한다.('Z 시리즈 우주복'도 참조).

계획된 Mars 2020 탐사선에는 화성 우주복 개발, SHERLOC 실험에 도움이 될 것으로 기대되는 재료 테스트가 있습니다. 이것은 우주복 [9]재료를 사용한 테스트 대상을 포함합니다.이 실험은 이 양복 재료들이 화성 [9]환경에 의해 어떤 영향을 받는지 측정할 것이다.테스트를 위해 6가지 재료가 선택되었습니다.직물, 테플론, nGimat 코팅 테플론, 데이크론, 벡트란 및 폴리카보네이트.[10]이 실험은 미래의 화성 [10]우주복에 가장 적합한 재료를 고르는 데 도움이 될 것이다.Orthofabric은 GORE-TEX 섬유, Nomex 및 Kevlar-29의 [11]짜임새로 이루어진 고분자 재료입니다.

NASA는 화성 우주복 물질들을 2500시간 동안 화성과 동등한 자외선(UV) 방사선에 노출시켜 실험했고, 그 물질들이 어떤 [12]영향을 받았는지 연구했다.화성 수트에 대한 관심사 중 하나는 화학적으로 반응하는 화성의 먼지와 자외선에 노출되는 물질, 특히 수트의 [13]사용 기간과 양이 어떻게 기능할 것으로 예상되는지에 대한 것이다.

화성 표면 EVA 슈트의 디자인을 연구하고 있는 한 연구자는 부분적으로 중세 [14]갑옷에서 영감을 받았다.마스 슈트에 대한 몇 가지 아이디어는 바이저에 투영된 헤드업 디스플레이, 내장된 통신 장비, 생명 유지 장치, 음성 인식 [14]보조 장치입니다.

설계에 관한 [14]우려의 예:

  • 연마성 화성 [14]먼지로 가득 찬 고속 바람.
  • 우주선과 같은 방사선.[14]
  • 저온 -130°C(-202°F, 143K)[14]까지 내려갑니다.
  • 자외선에 [15]노출되다.

화성 임무 설계 측면 중 하나는 화성 우주복도 우주에서 작동하도록 만들어야 하는지 아니면 표면만을 [4]위한 것인지이다.

디자인

NASA AX-5 하드 우주복

Biosuit는 기계식 반압복으로 몸을 감싸 안는 [16]형태가 된다.이러한 유형의 슈트에서 압력은 재료의 구조와 탄성으로부터 오는 반면, 이전의 공간 마모의 경우 압력은 채워진 [17]풍선처럼 가압된 가스에서 온다.가스 압력은 팽창된 [17]풍선처럼 유연한 수트를 매우 단단하게 만들 수 있습니다.

오스트리아 우주 포럼의 아우도 수트는 행성 [18]표면을 위한 우주복 시뮬레이터입니다.이 슈트는 주변 공기로 환기되지만,[19] 우주복을 시뮬레이션하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 헬멧 내부의 헤드업 디스플레이와 같은 향상된 기술을 테스트하는 데 도움이 되는 다양한 기능을 갖추고 있습니다.AX-5는 NASA 에임스에서 개발된 하드슈트 제품군의 일부였다.현재 수트는 소프트 슈트와 하이브리드 슈트 중 하나이며 저압의 순수한 산소 분위기를 사용합니다. 즉, EVA를 타는 사람들은 감압병에 걸리지 않기 위해 산소를 미리 호흡해야 합니다.하드 슈트는 고압적인 분위기를 사용하여 미리 숨을 쉴 필요가 없지만, 고압적인 소프트 슈트처럼 움직이는데 큰 어려움은 없습니다.

모의 화성 수트는 미국 [20]하와이에서 2010년대 HI-SEAS 지구 기반 우주 비행 아날로그 실험에 사용되었다.

마스 슈트 디자인은 기술 [21]교육의 화두로 사용되어 왔다.

아폴로 달옷과 비교

아폴로 17호의 아폴로 외선 기동 유닛(달복)

아폴로 달 EVA 수트는 차량 외 이동 유닛(EMU)이라고 불렸다.압력복 외에도, 여기에는 휴대용 생명 유지 시스템(백팩)과 비상 산소 퍼지 시스템(OPS)이 포함되어 있어 비상 시 30분 동안 산소를 공급했습니다.이 결합된 시스템은 지구에서는 212파운드였지만 [22]달에서는 35.1파운드밖에 나가지 않았다.

아폴로 우주선 외 기동대
덩어리 달 화성 메모들
중력(지구) 100% 16.54% 37.9%
슈트 35 kg (78파운드) 5.9 kg (12.9파운드) 13.4 kg (29.6파운드)
PLSS 42 kg (93파운드) 7.0 kg (15.4파운드) 16.0 kg (35.2파운드)
산소 퍼지 시스템 19 kg (41파운드) 3.1 kg (6.8파운드) 7.0 kg (15.5파운드)
총 96 kg (212파운드) 15.9 kg (35.1파운드) 36.4 kg (80.3파운드)

환경설계요건

화성 표면에서 즉각적인 생존성과 쾌적함을 위한 가장 중요한 요소는 체액의 비등을 방지하기 위한 충분한 압력, 산소 공급 및 호흡을 위한 이산화탄소와 수증기의 제거, 온도 제어, 우주 방사선의 보호이다.

압력.

고공비행용 부분압착복

화성의 대기압은 고도와 계절에 따라 다르지만, 압력복 없이는 생명체를 유지할 수 있는 충분한 압력이 없다.암스트롱 한계로 알려진 인체가 견딜 수 있는 가장 낮은 압력은 물이 인체의 온도에서 끓는 압력으로, 약 6.3킬로파스칼(0.91psi)[23]이다.화성의 평균 압력은 이것의 10분의 1 정도인 0.61 킬로파스칼(0.088psi)[24]로 측정되었다.가장 낮은 고도인 헬라스 분지의 바닥에서 가장 높은 기압은 1.24킬로파스칼(0.180psi)로 [25]평균의 약 두 배입니다.이산화탄소(대기의 95.9%)가 순차적으로 동결되었다가 더 따뜻해지면 다시 대기로 승화되면서 화성의 연간(약 2년)에 걸쳐 계절적 변화가 있어 압력이 0.[24]2킬로파스칼(0.029psi) 상승하고 하강한다.

그러나 화성 대기의 산소 함량은 0.13~0.[24]14%에 불과한데 비해 지구 대기의 20.9%에 비해 낮다.따라서 화성 대기를 호흡하는 것은 불가능하며, 암스트롱 한계를 초과하는 압력으로 산소를 공급해야 합니다.

숨쉬기

화성 대기의 평균 구성
주요 기사 : 호흡가스 hyp 저탄소 호흡가스

인간은 숨을 쉴 때 산소를 흡입하고 이산화탄소와 수증기를 배출하며, 일반적으로 휴식 상태에서 분당 1220회, 활동량이 [26]높을 때 분당 45회까지 호흡한다.지구의 표준 해수면 조건인 101.33킬로파스칼(14.697psi)에서 인간은 21.2킬로파스칼(3.07psi)의 부분 압력으로 20.9%의 산소를 들이마십니다.이것은 정상적인 지구 조건에 해당하는 필수 산소 공급 장치입니다.인간은 일반적으로 15,000피트(4.6km)[23] 이상의 고도에서 보조 산소를 필요로 하므로, 절대 최소 안전 산소 요구량은 11.94킬로파스칼(1.732psi)[27]의 부분 압력이다. 참고로, 아폴로 EMU는 [28]달에 25.5킬로파스칼(3.70psi)의 작동 압력을 사용했다.

지구상에서 내쉬는 호흡은 보통 약 4%의 이산화탄소와 16%의 산소와 78%의 질소,[29] 그리고 약 0.2에서 0.3리터의 [30][29]물을 포함합니다.이산화탄소는 [31]고농도에서 서서히 독성이 증가하므로 호흡 [32]가스에서 제거되어야 합니다.호흡 공기로부터 이산화탄소를 스크럽하는 개념은 재사용 가능한 아민 비즈 이산화탄소 스크럽버를 [33]사용하는 것입니다.이산화탄소 스크러버는 우주비행사의 공기를 여과하는 반면, 다른 하나는 스크러빙된 이산화탄소를 화성 대기로 배출할 수 있다.이 프로세스가 완료되면 다른 스크러버를 사용할 수 있으며 사용된 스크러버는 잠시 쉴 [34]수 있습니다.공기 중에서 이산화탄소를 제거하는 또 다른 전통적인 방법은 수산화리튬 캐니스터입니다만,[35] 정기적으로 교체해야 합니다.이산화탄소 제거 시스템은 비록 그 세부 사항은 [32]다양하지만 거주 가능한 우주선 설계의 표준 부분이다.이산화탄소를 제거하기 위한 한 가지 아이디어는 제올라이트 분자 체를 사용하는 것이고,[36] 나중에 물질에서 이산화탄소를 제거할 수 있다.

ISS에서처럼 압력을 높이기 위해 질소를 사용하면 인간에게는 불활성이지만 감압병을 [32]일으킬 수 있다.우주복은 보통 풍선 같은 구조를 움직이기 쉽게 하기 위해 낮은 압력으로 작동하기 때문에 우주비행사들은 질소를 몸에서 빼내는 데 오랜 시간을 소비해야 한다.아폴로호는 화재 위험을 줄이기 위해 지상을 제외한 우주에서 순수한 산소 대기를 사용했다.또한 더 높은 내부 압력을 견딜 수 있지만 더 유연하기 때문에 우주인들은 우주 유영을 하기 전에 체내에서 질소를 제거할 필요가 없다.

온도

화성 표면 탐사선(로버)의 화성 표면 온도 데이터 그래프

화성에서는 큰 온도 변동이 있을 수 있습니다. 예를 들어, 적도에서는 화성 여름에는 낮 기온이 21°C(70°F)에 도달하고 밤에는 [37]-73°C(-100°F)까지 떨어질 수 있습니다.1958년 NASA의 보고서에 따르면 인간의 장기 쾌적함을 위해서는 [38]습도 50%에서 4-35°C(40-95°F) 범위의 온도가 필요합니다.

방사능

지구에서, 선진국에서, 인간은 매년 [39]약 0.6 라드에 노출되고, 국제 우주 정거장에서는 [39]매년 약 8 라드에 노출된다.인간은 영구적인 손상을 입지 않고 최대 200rad(2 Gy)의 방사선을 견딜 수 있지만, 방사선 피폭에는 위험이 따르기 때문에 피폭을 가능한 [39]낮게 유지하는 데 초점을 맞추고 있다.화성 표면에는 주로 두 가지 유형의 방사선이 있다.짧은 시간 동안 방사선량의 급격한 증가를 [39]야기할 수 있는 다양한 선원과 태양 양성자 이벤트로부터의 꾸준한 선량.만약 우주비행사들이 무방비 상태로 잡히면 태양 플레어 사건은 몇 시간 안에 치사량을 전달할 수 있으며,[40] 이것은 NASA가 우주와 화성 표면에서 인간의 활동을 우려하는 사항이다.화성은 지구와 같은 방식으로 큰 자기장을 가지고 있지 않은데, 이것은 지구를 방사능, 특히 태양 [40]플레어로부터 보호한다.예를 들어, 아폴로 16호 5개월 후인 1972년 8월 7일에 일어난 태양 사건은 양성자와 같은 가속 입자의 파동을 포함하여 너무 많은 방사선을 발생시켰기 때문에 NASA는 만약 우주 비행사들이 [40]우주에 있는 동안 이러한 일이 일어난다면 어떤 일이 일어날지 걱정하게 되었다.만약 우주 비행사들이 너무 많은 방사선을 받으면, 평생 발암 위험이 높아지고 그들은 방사능 [41]중독에 걸릴 수 있다.이온화 방사선에 노출되면 눈의 [42]문제인 백내장을 일으킬 수도 있다.

화성의 대기는 지구보다 훨씬 얇기 때문에 많은 [40]방사선이 멈추지는 않는다.

임무에서 복용한 약물에 대한 방사선의 영향도 관심사이며, 특히 그것이 그들의 의학적 [43]특성을 변화시킨다면 더욱 그렇다.

추가 설계 요건

화성 표면에서 화성복을 입고 작업하는 것은 변화된 중력 환경, 제한적이고 고립된 상황, 적대적인 외부 환경과 내부 폐쇄적인 환경, 방사능, 그리고 [43]지구와의 극도의 거리를 포함한 인체에 대한 일련의 우려를 야기한다.

보호복 내부의 호흡 공기에 대한 중요한 고려 사항은 유독 가스가 공기 [43]공급 장치에 유입되지 않는다는 것입니다.감소된 중력 환경은 [43]체내 유체의 분포를 변화시킬 수 있습니다.한 [43]가지 우려되는 점은 특히 컴퓨터 인터페이스를 사용하는 데 방해가 되는 경우 미세 운동 기술의 변화입니다.

바이저 및 UV

금색 코팅 바이저는 이 우주 비행사의 지구 궤도에 있는 EVA 동안 배치됩니다.

현재 우주 헬멧의 바이저 플라스틱 기포에 있는 얇은 금색 층은 태양 [44]스펙트럼의 해로운 부분으로부터 얼굴을 보호합니다.일반적으로 바이저 디자인은 우주 비행사가 압력 요건 외에도 [45]자외선과 열을 볼 수 있도록 하는 설계 목표를 가지고 있습니다.

자외선이 [46]화성 표면에 도달하는 것이 발견되었다.화성의 이산화탄소는 약 190nm 이하의 파장의 자외선을 차단하는 경향이 있지만, 그 이상에서는 먼지와 레일리 [46]산란량에 따라 차단이 적다.상당한 양의 UVB와 UVC 빛이 [46]화성 표면에 도달하는 것으로 알려져 있다.

화장실과 구토

정장에 대한 인간적인 고려는 화장실에 [47]가는 것이다.우주복에는 다양한 방법이 사용되었으며, 셔틀 시대 NASA는 최대 흡수성 의류를 사용하여 10시간 동안 우주와 부분 압력 슈트를 [47]사용할 수 있게 되었습니다.

또 다른 걱정거리는 우주 [48]비행에서 증가하고 있는 구토이다.

화성 먼지

아폴로 문 수트는 문워크 도중 달의 레골리스 먼지로 뒤덮였다.

또 다른 고려사항은 우주 비행사들이 화성 먼지를 들이마시면 어떻게 될까 하는 것이다.화성 분진의 건강에 미치는 영향은 연마성 [49]및/또는 반응성일 수 있는 알려진 정보에 기반하여 우려되는 사항입니다.석영 먼지에 대한 연구는 행해졌고 달 먼지 [49]노출과 비교되기도 했다.한 아폴로 17호 우주인은 달 걷기 [49]후 꽃가루 알레르기를 증상처럼 호소했다.달 먼지는 우주복에 달라붙어 우주인들이 아폴로 달 [50]착륙선에 들어올 때 함께 흡수되는 것으로 알려져 있다.

사용하다

화성 표면에서 볼 수 있는 데이모스와 포보스의 상대적 크기, 지구에서 볼 수 있는 달의 상대적 크기.조건에 따라, 밤에 EVA는 화성의 밤하늘에서 화성의 달을 보는 것을 의미할 것이다.

네이처 잡지의 한 기사는 줄어든 중력 때문에 화성에서의 보행의 역동성은 [51]지구와 다를 것이라고 언급했다.이는 사람이 움직일 때 보행의 일부로 앞으로 넘어지기 때문인데,[51] 이는 체질량 중심 운동이 역진자와 유사하기 때문이다.지구와 비교했을 때, 다른 모든 것이 같다면, 움직이는 일의 양은 절반이지만, 화성의 [51]걷는 속도는 지구의 시간당 5.5 킬로미터가 아니라 시간당 3.4 킬로미터가 될 것이다.이 데이터는 이러한 유형의 [51]가속을 유발하는 비행 프로파일을 따라 항공기 지속 시간 동안 화성 중력을 시뮬레이션하여 생성되었다.화성 표면의 중력 가속도는 초당2 [52]약 3.7미터로 계산된다.이 감소된 중력이 ISS를 타고 [52]몇 달 동안 극소 중력에 살 때 보이는 것과 같은 종류의 근육량과 생물학적 영향을 감소시키는지는 알려지지 않았다.중력은 지표면 [53]중력의 약 38%이다.

미국 [54]오리건주에서는 저압 IVA(차량 내 활동) 슈트를 이용한 암벽 등반 테스트가 실시되어 손가락 움직임과 암벽과의 마찰 등 장갑으로 암석을 잡는 것이 어려웠으며,[54] 빙벽 등반 축은 암벽 등반에 도움이 되었다.지형 환경이 로버 차량의 능력을 초과하거나 관심 대상에 접근하거나 단순히 기지로 가기 [55]위해 화성 등산이 필요할 수 있습니다.일반적인 등산 수요 중 하나는 텐트와 같은 등산을 할 때 하룻밤을 머물 때 사용할 수 있는 이동성이 높은 단기 체류 쉼터이며, 화성에 상당하는 것이 [55]우주복에서 탈출할 수 있는 능력을 지원할 수 있다.클라이밍을 위한 슈트 디자인은 특히 손과 내구성 [55]측면에서 슈트 유연성을 포함한 클라이밍의 필요성에 영향을 받을 수 있습니다.

또 다른 문제는 아마도 인간 미션 [56]디자인에서 예상되는 슈트 사용량이다.예를 들어, 2010년대 후반에는 우주 비행이 시작될 때부터 500대 이상의 EVA가 있었지만, 화성으로의 1회의 미션은 1000대의 [56]EVA가 필요할 것으로 예상됩니다.

전형적인 화성 탐사 계획은 화성 수트를 입은 사람이 에어록을 [57]통해 가압된 탐사선에 진입해야 한다는 점에 주목한다.그 대신에, 생명 [58]유지 장치를 제공하기 위해, 화성 수트는 압축되지 않은 유인 탐사로봇에서 입어야 할 것이다.우주복의 탈출과 진입 에어록에는 몇 가지 다른 옵션이 있는데, 그 중 하나는 아폴로 달 [57]착륙선에서처럼 전체 칸을 가압하는 것이다.다른 아이디어로는 슈트포트, 크루락,[57] 트랜짓 에어록 등이 있습니다.

화성의 다른 표면 요소와 함께 사용되는 화성 슈트(아트워크)

필요하다.

2017년 NASA 허가법은 2030년대 [59]초까지 화성 표면이나 표면에 인간을 접근시키도록 NASA에 지시했다.

Mars의 슈트포트

화성 우주복은 에어록과 우주복 입출구를 다른 차량과 결합한 에어록 설계와 통합하기 위해 연구되어 왔으며, 일반적으로 슈트 [57]포트로 알려져 있다.이는 승무원 가압 화성 탐사선을 화성 우주복 [57]EVA와 통합하는 방법으로 검토되어 왔다.

우주복의 외관이 차량 바깥에 있고 [60]화성 환경에 노출되어 있는 동안 사람이 에어록 개구부를 통해 우주복 안으로 미끄러져 들어간다는 생각이다.그런 다음, 해치가 닫히고 차량 내부를 봉쇄하고, 사람은 슈트의 생명 유지 장치에 [60]의해 지탱될 것입니다.NASA는 2010년대에 [61]우주복 디자인으로 외계 표면 EVA를 위한 Z-1 우주복을 시험했다.NASA Z-1 설계에서는 우주복 뒤쪽에 적절한 차량이나 [61]구조물과 도킹할 수 있는 해치가 있습니다.

갤러리

화성 EVA의 비전

  • Human Mars mission designs usually include Mars EVA suits, in this vision people in suits in combination with crewed rovers and other equipment maneuver on the Martian surface. Mission enhancing technologies to give astronauts an edge are often explored, such as a wrist mounted video display of some kind in this case.

    인간 화성 임무 설계에는 보통 화성 EVA 슈트가 포함되는데, 이 비전에는 승무원이 탑승한 탐사선 및 화성 표면에서의 다른 장비 조작과 결합된 슈트를 입은 사람들이 있습니다.이 경우 손목에 장착된 비디오 디스플레이와 같은 우주 비행사들에게 우위를 주는 임무 강화 기술은 종종 탐구된다.

  • Artist's conception of a crew going on surface EVA on Mars, circa early 1960s. In the background is a Mars Excursion Module (MEM)

    화성에 착륙하는 승무원에 대한 아티스트의 개념은 1960년대 초반입니다.배경에는 Mars Excursion Module(MEM)이 있습니다.

  • Staged photosimulation art of martian space suit on EVA (NASA, 2010s)

    EVA에서 화성 우주복의 무대 사진 시뮬레이션 아트(NASA, 2010년대)

  • Rock climbing on Mars

    화성 암벽 등반

  • NASA concept of Mars-crew analyzing a sample (2004).[62]

    시료를 분석하는 NASA의 화성 탐사선 컨셉(2004년).[62]

  • The first human Mars explorers survey Valles Marineris at sunrise (1989)

    인류 최초의 화성 탐험가는 해 뜰 때 마리네리스 계곡을 조사했다(1989년)

  • Concept art by NASA of two people in suits on Mars setting up weather equipment.[63]

    NASA의 컨셉 아트. 화성에 정장을 입은 두 사람이 기상 [63]장비를 설치하는 장면입니다.

  • Space art showing astronauts in Mars space suits approach the Viking 2 Mars lander

    화성 우주복을 입은 우주인들이 바이킹 2 화성 착륙선에 접근하는 것을 보여주는 우주 예술

「 」를 참조해 주세요.

외부 링크

Wikimedia Commons에는 Mars 소송과 관련된 미디어가 있습니다.

추가 정보

레퍼런스

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