Costume de Mars - Mars suit
Une combinaison de Mars ou une combinaison spatiale de Mars est une combinaison spatiale pour les EVA sur la planète Mars . Par rapport à une combinaison conçue pour la marche dans l'espace dans le vide proche de l'orbite terrestre basse, les combinaisons de Mars sont davantage axées sur la marche réelle et nécessitent une résistance à l'abrasion. La gravité à la surface de Mars est de 37,8% de celle de la Terre, environ 2,3 fois celle de la Lune , donc le poids est une préoccupation importante, mais il y a moins de demandes thermiques par rapport à l'espace ouvert. À la surface, les combinaisons affronteraient l' atmosphère de Mars , qui a une pression d'environ 0,6 à 1 kilopascal (0,087 à 0,145 psi). En surface, l'exposition aux rayonnements est une préoccupation, en particulier les éruptions solaires, qui peuvent augmenter considérablement la quantité de rayonnement sur une courte période.
Certains des problèmes auxquels une combinaison Mars pour les opérations de surface serait confrontée incluent le fait d'avoir suffisamment d'oxygène pour la personne, car l'air est principalement composé de dioxyde de carbone; en outre, l'air est également à une pression bien inférieure à celle de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer. D'autres problèmes incluent la poussière martienne, les basses températures et les radiations.
Aperçu
Un modèle pour une combinaison martienne des années 2010, la combinaison NASA Z-2, aurait des patchs électroluminescents pour aider les membres d'équipage à s'identifier. Trois types de tests prévus pour le Z-2 incluent des tests dans une chambre à vide, des tests dans le laboratoire de flottabilité neutre de la NASA (un grand bassin pour imiter le zéro-g) et des tests dans une zone désertique rocheuse. (Voir aussi : Combinaisons spatiales de la série Z. )
Le rover Mars 2020 prévu a un test de matériaux qui, on l'espère, aidera le développement de la combinaison Mars, l' expérience SHERLOC ; il comprend une cible de test avec des matériaux de combinaison spatiale. Le test mesurera comment ces matériaux de combinaison sont affectés par l'environnement martien. Six matériaux ont été choisis pour les tests : Orthofabric, Teflon , Teflon enduit de nGimat, Dacron , Vectran et Polycarbonate . Le test aidera à sélectionner les meilleurs matériaux pour les futures combinaisons spatiales de Mars. Orthofabric est un matériau polymère composé d'un tissage de fibres GORE-TEX , Nomex et Kevlar -29.
La NASA a testé les matériaux possibles des combinaisons spatiales de Mars en les exposant à un rayonnement ultraviolet (UV) équivalent à Mars pendant 2500 heures, puis a étudié comment les matériaux étaient affectés. L'une des préoccupations des combinaisons Mars est de savoir comment les matériaux réagissent à la poussière de Mars chimiquement réactive et à l'exposition aux ultraviolets, en particulier pendant la durée et la durée d'utilisation attendues des combinaisons.
Un chercheur travaillant sur un design pour les combinaisons EVA de la surface de Mars s'est inspiré en partie des combinaisons d'armure médiévales . Certaines idées pour une combinaison Mars sont un affichage tête haute projeté dans la visière, un équipement de communication intégré, un support de vie et un assistant de reconnaissance vocale .
Exemples de problèmes de conception :
- Des vents à grande vitesse remplis de poussière de Mars abrasive.
- Rayonnement tel que les rayons cosmiques .
- Températures basses jusqu'à moins 130 degrés Celsius (-202 degrés Fahrenheit, 143 degrés Kelvin).
- Exposition à la lumière ultraviolette.
L'un des aspects de la conception de la mission sur Mars est de savoir si les combinaisons de Mars doivent également être conçues pour fonctionner dans l'espace ou doivent être uniquement destinées à la surface.
Dessins
Le Biosuit est une combinaison de contre- pression mécanique , résultant en une forme de câlin du corps. Dans ce type de combinaison, la pression proviendrait de la structure et de l'élasticité du matériau, alors qu'avec les combinaisons spatiales antérieures, la pression proviendrait du gaz sous pression, comme un ballon rempli. La pression du gaz peut rendre une combinaison souple très rigide, comme un ballon gonflé.
La combinaison Aoudo du Forum spatial autrichien est un simulateur de combinaison spatiale pour les surfaces planétaires. La combinaison est ventilée avec l'air ambiant, mais possède une multitude de fonctionnalités pour aider à simuler une combinaison spatiale ainsi que des tests améliorant les technologies comme un affichage tête haute à l'intérieur du casque. L'AX-5 faisait partie d'une gamme de combinaisons rigides développées à la NASA Ames. Les combinaisons actuelles sont des combinaisons souples ou hybrides et utilisent une atmosphère d'oxygène pur à basse pression, ce qui signifie que les personnes qui suivent une EVA doivent pré-respirer de l'oxygène pour éviter de contracter le mal de décompression. Une combinaison rigide peut utiliser une atmosphère à haute pression, éliminant le besoin de pré-respirer, mais sans être trop difficile à déplacer comme le serait une combinaison souple à haute pression.
Une combinaison simulée de Mars a été utilisée pour les tests analogiques de vol spatial basé sur Terre HI-SEAS des années 2010 à Hawaï, aux États-Unis.
La conception des combinaisons de Mars a été utilisée comme sujet d' enseignement technologique .
Comparaison avec la combinaison lunaire Apollo
La combinaison lunaire EVA Apollo s'appelait l' unité de mobilité extravéhiculaire (EMU). Outre la combinaison pressurisée, cela comprenait le système de support de vie portable (sac à dos) et un système de purge d'oxygène d'urgence (OPS) qui fournissait 30 minutes d'oxygène en cas d'urgence. Le système combiné pesait 212 livres sur Terre, mais seulement 35,1 livres sur la Lune.
| Masse | Lune | Mars | Remarques | |
|---|---|---|---|---|
| Gravité (Terre) | 100% | 16,54% | 37,9% | |
| Costume | 35 kg (78 livres) | 5,9 kg (12,9 livres) | 13,4 kg (29,6 livres) | |
| PLSS | 42 kg (93 livres) | 7,0 kg (15,4 livres) | 16,0 kg (35,2 livres) | |
| Système de purge d'oxygène | 19 kg (41 livres) | 3,1 kg (6,8 livres) | 7,0 kg (15,5 livres) | |
| Le total | 96 kg (212 livres) | 15,9 kg (35,1 livres) | 36,4 kg (80,3 livres) |
Exigences de conception environnementale
Les facteurs les plus critiques pour la survie et le confort immédiats sur la surface martienne sont de fournir : une pression suffisante pour empêcher l'ébullition des fluides corporels ; apport d'oxygène et élimination du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau pour la respiration ; contrôle de la température; et la protection contre les rayonnements cosmiques .
Pression
La pression atmosphérique sur Mars varie avec l'altitude et les saisons, mais il n'y a pas assez de pression pour maintenir la vie sans combinaison pressurisée. La pression la plus basse que le corps humain peut tolérer, connue sous le nom de limite d'Armstrong , est la pression à laquelle l'eau bout (se vaporise) à la température d'un corps humain, qui est d'environ 6,3 kilopascals (0,91 psi). La pression moyenne sur Mars a été mesurée à seulement environ un dixième de celle-ci, 0,61 kilopascal (0,088 psi). La pression la plus élevée, à l'altitude la plus basse, au fond du bassin Hellas , est de 1,24 kilopascals (0,180 psi), soit environ le double de la moyenne. Il y a une variation saisonnière au cours de l'année martienne (environ deux années terrestres) car le dioxyde de carbone (95,9 % de l'atmosphère) est gelé séquentiellement, puis sublimé dans l'atmosphère lorsqu'il fait plus chaud, provoquant une augmentation globale de 0,2 kilopascal (0,029 psi ) monter et descendre en pression.
Mais l'atmosphère martienne ne contient que 0,13 à 0,14 % d'oxygène, contre 20,9 % de l'atmosphère terrestre. Ainsi respirer l'atmosphère martienne est impossible ; l'oxygène doit être fourni, à une pression supérieure à la limite d'Armstrong.
Respiration
Les humains absorbent de l'oxygène et expulsent du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau lorsqu'ils respirent, et respirent généralement entre 12 et 20 fois par minute au repos et jusqu'à 45 fois par minute en cas d'activité élevée. Aux conditions standard du niveau de la mer sur Terre de 101,33 kilopascals (14,697 psi), les humains respirent 20,9 % d'oxygène, à une pression partielle de 21,2 kilopascals (3,07 psi). Il s'agit de l'apport d'oxygène requis correspondant aux conditions normales de la Terre. Les humains ont généralement besoin d'oxygène supplémentaire à des altitudes supérieures à 15 000 pieds (4,6 km), de sorte que l'exigence minimale absolue en oxygène sûr est une pression partielle de 11,94 kilopascals (1,732 psi). sur la Lune.
L'air expiré sur Terre contient normalement environ 4 % de dioxyde de carbone et 16 % d'oxygène, ainsi que 78 % d'azote, plus environ 0,2 à 0,3 litre d'eau. Le dioxyde de carbone devient lentement de plus en plus toxique à des concentrations élevées et doit être éliminé du gaz respiratoire. Un concept pour éliminer le dioxyde de carbone de l'air respirable consiste à utiliser des épurateurs de dioxyde de carbone à billes d' amine réutilisables . Alors qu'un épurateur de dioxyde de carbone filtre l'air de l'astronaute, l'autre peut évacuer le dioxyde de carbone épuré dans l'atmosphère de Mars. Une fois ce processus terminé, un autre épurateur peut être utilisé et celui qui a été utilisé peut faire une pause. Une autre façon plus traditionnelle d'éliminer le dioxyde de carbone de l'air consiste à utiliser une cartouche d' hydroxyde de lithium , mais celles-ci doivent être remplacées périodiquement. Les systèmes d'élimination du dioxyde de carbone font partie intégrante des conceptions d'engins spatiaux habitables, bien que leurs spécificités varient. Une idée pour éliminer le dioxyde de carbone est d'utiliser un tamis moléculaire à base de zéolite, puis plus tard, le dioxyde de carbone peut être éliminé du matériau.
Si l'azote est utilisé pour augmenter la pression comme sur l'ISS, il est inerte pour l'homme, mais peut provoquer un accident de décompression. Les combinaisons spatiales fonctionnent généralement à basse pression pour faciliter le déplacement de leur structure en forme de ballon, de sorte que les astronautes doivent passer beaucoup de temps à extraire l'azote de leur système. Les missions Apollo utilisaient une atmosphère d'oxygène pur dans l'espace, sauf au sol, pour réduire les risques d'incendie. Il existe également un intérêt pour les combinaisons rigides qui peuvent supporter des pressions internes plus élevées mais sont plus flexibles, de sorte que les astronautes n'ont pas à retirer l'azote de leur système avant de partir en sortie dans l'espace.
Température
Il peut y avoir de grandes variations de température sur Mars ; par exemple, à l'équateur, la température diurne peut atteindre 21 °C (70 °F) pendant l'été martien et descendre à -73 °C (-100 °F) la nuit. Selon un rapport de la NASA de 1958, le confort humain à long terme nécessite des températures comprises entre 4 et 35 °C (40 à 95 °F) à 50 % d'humidité.
Radiation
Sur Terre, dans les pays développés, les humains sont exposés à environ 0,6 rad (6 mGy) par an, et à bord de la Station spatiale internationale à environ 8 rads (80 mGy) par an. Les humains peuvent tolérer jusqu'à environ 200 rads (2 Gy) de rayonnement sans subir de dommages permanents, mais toute exposition aux rayonnements comporte des risques, il est donc important de maintenir l'exposition aussi faible que possible. À la surface de Mars, il existe deux principaux types de rayonnement : une dose constante provenant d'une variété de sources et d'événements de protons solaires qui peuvent provoquer une augmentation spectaculaire de la quantité de rayonnement pendant une courte période. Les éruptions solaires peuvent provoquer l'administration d'une dose mortelle en quelques heures si les astronautes sont pris sans protection, et c'est une préoccupation de la NASA pour les opérations humaines dans l'espace et à la surface de Mars. Mars n'a pas un grand champ magnétique de la même manière que la Terre, qui protège la Terre des radiations, en particulier des éruptions solaires. Par exemple, l'événement solaire qui s'est produit le 7 août 1972 , à peine 5 mois après Apollo 16 , a produit tellement de rayonnement, y compris une vague de particules accélérées comme des protons, que la NASA s'est inquiétée de ce qui se passerait si un tel événement se produisait alors que les astronautes étaient dans l'espace. Si les astronautes reçoivent trop de radiations, cela augmente leur risque de cancer à vie et ils peuvent être intoxiqués par les radiations . L'exposition aux rayonnements ionisants peut également provoquer des cataractes, un problème oculaire.
L'atmosphère de Mars est beaucoup plus fine que celle de la Terre, elle n'arrête donc pas autant de rayonnement.
L'effet des rayonnements sur les médicaments pris en mission est également préoccupant, surtout s'ils altèrent leurs qualités médicales.
Exigences de conception supplémentaires
Opérer dans une combinaison de Mars à la surface crée une série de problèmes pour le corps humain, notamment un environnement gravitationnel altéré, une situation confinée et isolée, un environnement extérieur hostile et un environnement fermé à l'intérieur, des radiations et une distance extrême de la Terre.
Une considération importante pour l'air respirable à l'intérieur de la combinaison est que les gaz toxiques ne pénètrent pas dans l'alimentation en air. Les environnements à gravité réduite peuvent altérer la distribution des fluides à l'intérieur du corps. Un point de préoccupation concerne les changements dans la motricité fine, surtout si cela interfère avec la capacité d'utiliser des interfaces informatiques.
Visières et UV
Une fine couche d'or sur la bulle en plastique de la visière des casques spatiaux actuels protège le visage des parties nocives du spectre solaire. Les conceptions de visière, en général, ont pour objectif de permettre à l'astronaute de voir, mais de bloquer les ultraviolets et la chaleur, en plus des exigences de pression.
Il a été détecté que la lumière ultraviolette atteint la surface de Mars. Le dioxyde de carbone martien a tendance à bloquer la lumière ultraviolette de longueurs d'onde inférieures à environ 190 nm, mais au-dessus, il y a moins de blocage en fonction de la quantité de poussière et de la diffusion Rayleigh . Des quantités importantes de lumière UVB et UVC sont notées pour atteindre la surface de Mars.
Toilettes et vomissements
Une considération humaine pour les costumes est le besoin d'aller aux toilettes. Diverses méthodes ont été utilisées dans les combinaisons, et à l'époque de la navette, la NASA a utilisé des vêtements à absorption maximale pour permettre des séjours de 10 heures dans l'espace et des combinaisons à pression partielle.
Une autre préoccupation est le vomissement, qui a augmenté dans les vols spatiaux.
Poussière martienne
Une autre considération est ce qui se passerait si les astronautes respiraient de la poussière de Mars. L'effet sur la santé de la poussière de Mars est une préoccupation, sur la base d'informations connues à son sujet, notamment qu'elle peut être abrasive et/ou réactive. Des études ont été menées avec la poussière de quartz et l'ont également comparée à l' exposition à la poussière lunaire . Un astronaute d' Apollo 17 s'est plaint de symptômes semblables à ceux du rhume des foins après sa marche sur la Lune. La poussière lunaire était connue pour s'accrocher aux combinaisons spatiales et être emportée avec les astronautes lorsqu'ils entraient dans le module lunaire Apollo .
Utiliser
Un article du magazine Nature notait qu'en raison de la gravité réduite, la dynamique de la marche sur Mars serait différente de celle sur Terre. C'est parce que les gens tombent en avant dans le cadre de leur démarche lorsqu'ils se déplacent, le mouvement du centre de masse corporelle ressemblant à celui d'un pendule inversé . Par rapport à la Terre, toutes choses égales par ailleurs, cela représenterait la moitié du travail nécessaire pour se déplacer, mais une vitesse de marche sur Mars serait de 3,4 km par heure plutôt que de 5,5 km par heure sur Terre. Ces données ont été produites en simulant la gravité martienne pendant la durée d'un avion suivant un profil de vol qui provoque ce type d'accélération. L'accélération de la gravité à la surface de Mars est estimée à environ 3,7 mètres par seconde 2 . On ne sait pas si cette gravité réduite provoque le même type de réduction de la masse musculaire et d'effets biologiques que ceux observés lorsqu'on vit en microgravité à bord de l'ISS pendant plusieurs mois. La gravité est d'environ 38% de la gravité de la Terre à la surface.
Des tests d'escalade avec une combinaison IVA (activité intra-véhicule) basse pression ont été menés dans l'Oregon, aux États-Unis. La difficulté de saisir le rocher avec des gants, y compris le déplacement des doigts et le frottement avec les rochers, a été notée, et les haches d'escalade sur glace ont été utiles pour les surfaces d'escalade. L'alpinisme sur Mars peut être nécessaire lorsque l'environnement du terrain dépasse les capacités d'un véhicule rover, ou pour accéder à une cible d'intérêt, ou simplement pour rentrer chez soi dans une base. L'un des besoins courants de l'alpinisme est un abri de courte durée très mobile à utiliser pour les nuitées lors de l'escalade, comme une tente, et un équivalent pour Mars pourrait permettre de sortir d'une combinaison spatiale. La conception de la combinaison pour l'escalade serait probablement affectée par les besoins d'escalade, y compris la flexibilité de la combinaison, en particulier dans les mains et également en termes de durabilité.
Un autre problème est la quantité attendue d'utilisation des combinaisons dans des conceptions de missions probablement humaines. Par exemple, à la fin des années 2010, il y avait eu plus de 500 EVA depuis le début du vol spatial, alors qu'une seule mission vers Mars devrait nécessiter 1000 EVA.
Les plans de mission typiques de Mars indiquent qu'une personne portant une combinaison de Mars devrait entrer dans un rover pressurisé par un sas. Alternativement, une combinaison de Mars devrait être portée sur des rovers non pressurisés avec équipage pour fournir un support vital. Il existe plusieurs options différentes pour un sas de sortie et d'entrée pour une combinaison spatiale, et l'une d'entre elles consiste à repressuriser l'ensemble du compartiment comme sur l' atterrisseur lunaire Apollo. D'autres idées sont suitport, crewlock et transit airlock.
Besoin
La loi de 2017 sur l'autorisation de la NASA a ordonné à la NASA d'amener les humains à proximité ou à la surface de Mars d'ici le début des années 2030.
Suitport pour Mars
Les combinaisons spatiales de Mars ont été explorées pour une intégration avec une conception de sas qui combine un sas et une entrée et une sortie de combinaison avec un autre véhicule, et est communément connue sous le nom de port de combinaison . Cela a été considéré comme un moyen d'intégrer un rover martien pressurisé en équipage avec des combinaisons spatiales EVA de Mars.
L'idée est qu'une personne se glisse dans la combinaison à travers une ouverture de sas tandis que l'extérieur de la combinaison est à l'extérieur du véhicule et exposé à l'environnement martien. Ensuite, la trappe serait fermée, scellant l'intérieur du véhicule, et la personne serait soutenue par le système de survie de la combinaison. La NASA a testé la combinaison spatiale Z-1 pour l'EVA de surface extraterrestre avec une conception de port de combinaison dans les années 2010. Dans la conception NASA Z-1, il y a une trappe à l'arrière de la combinaison spatiale qui peut être amarrée avec un véhicule ou une structure appropriée.
Galerie
Visions de Mars EVA
Les conceptions de missions humaines sur Mars incluent généralement des combinaisons Mars EVA, dans cette vision des personnes en combinaison avec des rovers en équipage et d'autres équipements de manœuvre sur la surface martienne. Les technologies d'amélioration de la mission pour donner aux astronautes un avantage sont souvent explorées, comme un écran vidéo monté au poignet dans ce cas.
Vue d'artiste d'un équipage en EVA de surface sur Mars, vers le début des années 1960. En arrière-plan se trouve un module d'excursion sur Mars (MEM)
Mise en scène de l'art de la photosimulation de la combinaison spatiale martienne sur EVA (NASA, 2010s)
Escalade sur Mars
Concept de la NASA d'un équipage de Mars analysant un échantillon (2004).
Les premiers explorateurs humains de Mars surveillent Valles Marineris au lever du soleil (1989)
Concept art par la NASA de deux personnes en costume sur Mars installant un équipement météorologique.
L'art spatial montrant des astronautes dans des combinaisons spatiales de Mars s'approchent de l'atterrisseur Viking 2 Mars
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Voir également
Liens externes
- Activités – Concevoir des combinaisons spatiales pour Mars (leçon d'éducation)
- Perte de masse de l'orthofabric de la combinaison spatiale de la navette sous bombardement d'oxygène atomique ionosphérique simulé
- Test ultraviolet des matériaux de combinaison spatiale pour Mars, 2017
- Racked - Que porterons-nous sur Mars ? (18 juin 2018)
Lectures complémentaires
- Histoire des combinaisons spatiales (1994, NASA)
- Se préparer pour la planète rouge - IEEE (septembre 2015)