훈련 보조 도구로서의 중성 부력 시뮬레이션

압력복을 입고 중성 부력 풀에 담근 우주인들과 중성 부력 시뮬레이션은 우주인들이 우주선 밖에서 무중력 환경에서 작업하는 어려운 작업에 대비하는 데 도움이 될 수 있다.

역사

1960년대 제미니 프로그램의 목표 중 하나는 우주선 밖에서 일하는 우주선 외 활동(EVAVA는 우주선 외 활동이었다.우주인들은 30초 간격으로 포물선을 그리며 무중력 상태에서 훈련을 받았다.

충분한 훈련을 받지 않은 개척자

러시아 우주 비행사 알렉세이 레오노프는 지구 상공의 궤도를 도는 동안 그의 우주선을 탈출시킨 첫 번째 사람이었다.얼마 후, 제미니 4세의 에드 화이트는 우주에 있는 동안 우주선을 탈출한 최초의 미국인 우주비행사가 되었다.이는 차에서 내렸다가 다시 탈 수 있는 기능을 시연하는 것이었지만 EVA 작업은 포함되지 않았습니다.EVA 기능을 시연하기 위한 다음 3개의 비행은 제미니 IX-A, X 및 XI였습니다.이러한 비행은 각각 EVA 작업 수행과 관련된 문제를 노출시켰습니다.궤도 비행의 무중력 상태에서 압력복을 입고 일하는 것은 예상했던 것보다 더 복잡하고 어려웠다.NASA는 EVA 작업을 위한 훈련이 더 많은 ^[1]개발이 필요하다고 판단했습니다.

중립 부력 훈련의 기원

1966년 7월 제미니 프로그램은 제미니 EVA 태스크 ^[2]평가를 포함하는 NASA 랭글리 연구 센터 계약에 참여했습니다.도급업체인 MD주 랜들스타운의 환경 연구 협회(Environmental Research Associates of Randalstown)는 이미 1964년에 중성 부력 시뮬레이션 능력을 개발하기 시작했습니다.압력적합 피험자에 대한 이러한 능력은 1964년 사립학교(^[3]볼티모어 인근 맥도너 학교)의 실내 수영장을 이용하여 처음 개발되었습니다.초기에 이러한 초기 수중 시뮬레이션은 단순히 실험 대상자의 실물 에어록에 대한 이동 능력을 테스트하기 위해 설계되었으며,^[4] 실험 대상자에 체중은 부착되지 않았다.빠르게, 환경 연구 협회의 수중 테스트는 적절한 중성 부력 시뮬레이션으로 발전했고, 주어진 ^[5]세션 동안 가중 피험자와 수많은 안전 다이버들이 수중에 있었다.

우주인에 의한 첫 평가

스콧 카펜터는 "습식 작업장" 시뮬레이션에서 건설업자의 운영을 평가한 최초의 우주인이었다.작업은 물에 잠긴 모의 에어록 상태에서 볼트를 제거하는 것이었습니다.볼트 제거 작업은 사용이 끝난 S-IVB 돔에 접근할 수 있도록 설계되었습니다.시뮬레이션에 대한 Carpenter의 평가는 호의적이었고, NASA는 중립 부력 훈련을 통해 EVA 기능을 더욱 개발할 수 있도록 Gemini 차량과 도킹 부품의 실물 모형을 신속하게 제공했습니다.우주 비행사 진 서넌은 제미니 IX-A EVA에서 발생한 문제의 사후 평가를 위해 맥도날드 스쿨 실내 수영장 시설을 처음 방문했다.그리고 나서 NASA는 제미니 X호의 임무 전 훈련을 포함하도록 계약을 수정했다.우주인 버즈 올드린입니다우주 비행사 Cernan도 제미니 12세의 조종사로 Aldrin의 예비역할을 맡았기 때문에 이 임무 전 훈련에 참여했습니다.

Gemini XI EVA 트레이닝

Aldrin은 원래 제미니 12호 EVA 버전을 위해 훈련했는데, 그 후 수정되어 유인 기동 유닛을 사용하는 작업이 없어졌습니다.올드린은 맥도날드 시설로 돌아와 EVA의 최종 버전을 위해 훈련했다.NASA는 EVA의 비행이 완전히 성공적이었다고 생각했고, 올드린은 다시 맥도노로 돌아와 EVA의 임무 후 평가를 수행했다.임무 후 평가에서는 압력복을 입고 우주라는 열악한 환경에서 작업하면서 모든 EVA 작업을 시도하기 전에 중성부력 시뮬레이션 훈련 활용의 가치를 검증했다.올드린 자신은 중립 부력 훈련의 몇 가지 사소한 결함을 인정했지만, 케플러 궤도 ^[6]항공기에 비해 "상당히 유리한" 방법을 설명했다.

제미니 너머

제미니 X에서 EVA가 성공한 후II 임무, NASA는 중성 부력 시뮬레이션을 위해 탱크를 제작했습니다.유인우주선 센터의 물몰입 시설과 마셜 우주 비행 센터의 중성 부력 시뮬레이터.아폴로호와 스카이랩 프로그램 동안 이러한 시설을 사용한 후, NASA는 마침내 휴스턴의 유인 우주선 센터에 무중력 환경 훈련 시설을 건설했고, 나중에는 우주왕복선과 우주정거장 우주비행사들이 중성 부력을 훈련 받는 중성 부력 연구소를 건설했다.우주 비행사와 우주 비행사들은 또한 모스크바 근처의 유리 가가린 우주 비행사 훈련 센터에서 훈련한다.이러한 성과들은 2009년 ^[7]볼티모어 선 신문이 발행한 특집 기사에 요약되어 있다.2011년 9월, 제미니 XLV 심포지엄에는 G. Samuel Mattingly의 이러한 성과에 대한 리뷰와 우주 비행사 Richard Gordon, Tom Jones 및 Buzz Aldrin의 발언이 포함되었습니다.

스카이랩 구조

Skylab 2호 미션 동안, 우주비행사 Conrad와 Kerwin은 발사 후 자동으로 전개되지 않은 태양 전지판을 성공적으로 열었습니다.이 임무를 수행하기 위해, 우주비행사들은 마셜 우주 비행 센터의 중성 부력 시뮬레이터에서 수중 훈련을 했다.하지만, 훈련에 사용된 모형 디자인과 스카이랩에서 발견한 것 사이의 차이 때문에, 우주인들은 임시 도구를 사용했고 그들이 우주에 ^[8]있는 동안 임무를 완수하는 방법을 재설계했다.

특성.

시뮬레이션의 필요성

우주 비행사들은 우주에서의 이러한 임무들을 시도하기 전에 수중 중성 부력으로 우주선 외부 활동 임무들을 연습한다. 우주 비행사들은 그들이 힘을 제공하기 위해 그들의 무게를 사용할 수 없으며 계획되거나 의도되지 않은 어떤 벡터에서도 추진력을 제공한다면 그들은 이동하거나 위치를 바꿀 수 있다는 것을 이해하기 위해서이다.중성부력 시뮬레이션을 기술한 기사들은 일반적으로 우주인의 우주복은 중성부력이지만 우주복 안에서 여전히 중력을 느끼기 때문에 우주복의 착용감이 매우 중요하며 점성이 강한 유체인 물에서 움직이면 ^[9]EVA에는 없는 항력이 생긴다고 지적한다.

정상 중력 경험

우주비행사가 차에서 내려 EVA로 가는 주된 목적은 종종 물체를 밀거나 당기거나 크랭킹하거나 압착하거나 운반하는 힘을 제공하는 것입니다.보통 지구 중력에 사는 동안 사람들은 힘을 제공하기 위해 자신의 몸무게를 사용하는 것을 일반적으로 인식하지 못한다.예를 들어, 매끄러운 얼음판 위에 서 있을 때 문을 열거나 닫는 간단한 작업은 복잡하기 때문에, 개인의 몸무게는 땅에 마찰 결합을 제공하지 않습니다.힘을 가하는 것은 반응을 필요로 하는 동작이며, 개인의 발이 미끄러지는 경우 힘 가하는 것이 제한적이거나 존재하지 않는다.얼음 위에 서 있는 중력을 느끼지만 추력을 전달하기 위해 무게를 사용할 수 없고 수평 벡터로 힘을 주기 위해 무게를 옮길 수 없기 때문에 문을 강제로 열 수 없다.문을 밀치고 뒤로 미는 것은 개인의 체중을 사용하지 않고 질량 관성을 사용하는 것입니다.질량 관성은 EVA 중에도 사용할 수 있지만 압력복에서 사용하면 의도하지 않은 결과가 발생할 수 있습니다.

비교

위의 (시뮬레이션 필요)에서 설명한 바와 같이, 우주 비행사는 물에 담그면서 가압된 슈트 안에서 중력을 느낍니다.그러나 우주인과 우주복의 조합은 EVA에서처럼 중성 부력으로 적절히 균형을 잡으면 무중력 상태가 되기 때문에 우주인은 얼음 위에 서 있는 것과 마찬가지로 어떤 벡터에서도 힘을 제공하기 위해 무게를 사용할 수 없습니다.모든 힘의 벡터는 EVA와 중성 부력에서 정확히 동일하지는 않더라도 유사하다.큰 물체의 이동에 사용되는 힘과 벡터는 신중하게 연구되고 시뮬레이션을 현실화하기 위해 계획되어야 하지만, 정적인 경우 힘의 크기는 매우 유사하며 동적인 경우에는 여전히 유사하다.작업 수행을 어렵게 하는 압력복의 장애와 함께 EVA의 어떤 벡터에서도 무게를 사용할 수 없는 것이 원인입니다.

드래그

항력은 중성 부력 시뮬레이션에 관한 기사에서 확인된 또 다른 주요 우려 사항이다.물속에서의 모든 동작은 항력의 영향을 받기 때문에 EVA에서의 동일한 동작에 비해 항력을 보정하는 데 약간의 시간(초)과 약간의 힘(오운스)이 필요합니다.중성부력 시뮬레이션의 역사 초기에 물에 잠긴 우주인에게 물의 끌림을 보상하기 위해 작은 모터를 제공하는 것이 고려되었지만, 이것은 곧 불필요한 합병증으로 치부되었다.새로운 장소로의 번역에 소비하는 시간은 극히 일부이며, 보통 저속이며, 일반적으로 초당 6인치 미만입니다.이 같은 저속도 항력을 받기 쉽지만 다른 우주인, 잠수부, 물순환시스템이 항력을 더하거나 빼는 미세한 물살 때문에 측정이 어려워진다.

태스크 퍼포먼스

EVA에서 대부분의 작업은 중립 부력 훈련 때문이 아니라 무중력 상태에서 가압된 우주 비행사가 작업을 수행해야 하는 방법이기 때문에 천천히, 조심스럽게 그리고 체계적으로 수행됩니다.질량을 더 높은 속도로 가속시키고, 그 후 질량을 다시 느리게 하는 것이 목적지로 천천히 이동하는 것보다 더 많은 힘을 필요로 한다.또한 천천히 움직이면 움직임을 제어하는 것이 더 쉽다.따라서, 중성 부력으로 이동에 대한 물의 끌기는 단순히 우주 비행에 적합한 느린 움직임을 필요로 합니다.

시각적인 차이

수중 EVA 훈련에서는 헬멧의 바이저에서 공기-수면 굴절로 인한 시각적 차이와 과제와 관련된 보호복의 위치 또는 자세와 같이 덜 명백하지만 중요한 다른 특징들이 있다.휴스턴에 있는 중성 부력 연구소의 직원들은 그들의 시뮬레이션을 꼼꼼히 계획하고 평가합니다.시뮬레이션을 관찰한 경험이 있는 EVA 우주비행사는 작업 수행이 얼마나 현실적인지에 대해 조언하고 수정을 권고할 수 있습니다.

EVA 우주인에게 유용한 기능

중립 부력으로 EVA 작업을 학습하고 연습하는 것은 우주 비행사 또는 EVA 전문가에게 계획된 작업이 달성될 수 있다는 확신을 줍니다.작업 성능을 위해 개발된 타임라인은 EVA에 필요한 시간과 유사합니다.일반적으로 EVA에서는 중성부력 시뮬레이션에서 수행 및 연습된 태스크도 수행할 수 있는 것으로 간주된다.중립 부력은 EVA에서 작업을 수행하는 데 필요한 물리적 요구 사항을 실제로 시뮬레이션하기 때문에 적절하게 계획 및 수행되며 작동합니다.

저중력 항공기와의 비교

미소중력 시뮬레이션에 사용되는 또 다른 주요 방법은 저중력 항공기(일명 "보밋 혜성")를 이용한 비행으로, 탑승자에게 ^[10]무중력감을 주기 위해 다수의 포물선 상승 및 강하를 수행하는 항공기이다.저중력 항공기 훈련은 중립 부요인 훈련의 항력 문제를 피하지만(훈련자는 물이 아닌 공기로 둘러싸여 있음), 그 대신 심각한 시간 제한에 직면한다: 지속 무중력 기간은 항공기가 다이빙에서 이륙할 때 약 2g의 가속 기간과 함께 약 25초로 제한된다.다음 ^[11]주행을 위해 죽습니다.이는 보통 몇 시간 동안 지속되는 EVA 연습에 적합하지 않습니다.

레퍼런스

외부 링크

• 제미니 XLV 심포지엄