Revolution in der Raumfahrt benötigt neue Raumanzüge (Op-Ed)

Ted Southern ist Präsident und Mitbegründer von Final Frontier Design, einer Raumanzug-Designfirma. Er hat diesen Artikel dazu beigetragen ProfoundSpace.org Experten-Stimmen: Op-Ed & Insights.

Raumanzüge werden von der Wissenschaft geschaffen, aber sie können auch magisch wirken, Kleidung, die Menschen vor den unwirtlichen Bedingungen des Weltraums schützt. Spacesuits sind ein wahres Paradox im Design. Sie sind sowohl eine Maschine als auch ein Kleidungsstück. Diese Anzüge müssen großen Druckunterschieden standhalten und dabei flexibel bleiben; sie müssen große thermische Schwankungen innen und außen tolerieren, ohne zu schwer oder steif zu sein; Sie müssen extrem zuverlässig und einfach anzulegen sein.

Und neue Designs sind mehr denn je notwendig: Kommerzielle Raumfahrt wird eine Renaissance erleben. Dutzende von Privatunternehmen versprechen, eine neue Grenze für Massen von Menschen zu öffnen, mit drastisch niedrigeren Preisen, um die Umlaufbahn zu erreichen; schnelle Wende und wiederverwendbare Fahrzeuge; und mehrere Optionen für Höhe, Flugbahn und Zweck. Space Commerce verspricht, einen völlig neuen, praktisch unbegrenzten Markt für Materialien, Technik, Wissenschaft und sogar Lifestyle zu enthüllen. Alle diese Entwicklungen werden von der Schaffung fortgeschrittener Raumanzüge abhängen.

Die Liste der privaten Unternehmen, die Raumfahrt betreiben, ist bereits groß: Boeing, die Sierra Nevada, SpaceX, die United Launch Alliance, Orbital Sciences und Blue Origin konkurrieren auf dem Gebiet der Orbitalraketen. Golden Spike, Bigelow Aerospace und Mars 1 beschäftigen sich mit der interplanetaren Exploration. Virgin Galactic, XCOR und Starfighters Aerospace haben den suborbitalen ballistischen Flug ins Visier genommen. Zero2Infinity und WorldView erzeugen Höhenballons, die mehr als 100.000 Fuß (30.000 Meter) aufsteigen können. Zero Gravity Corp hat schon Hunderte von Null-G-Parabelflügen geflogen, und Project Perlan plant weiter gleiten in Höhen über 90.000 Fuß (27.000 m) innerhalb des nächsten Jahres. Entschuldigt sich bei jedem, den ich vermisst habe.

Viele neue Unternehmen hoffen, aus der Revolution Kapital schlagen zu können; einige werden nicht gedeihen, aber es ist möglich, dass viele werden. Die große Mehrheit ist in den Vereinigten Staaten im Besitz und wird betrieben, und viele werden in gewisser Weise von der NASA gesponsert und unterstützt, mit Abstand die größte weltraumorientierte Organisation der Welt mit einem jährlichen Budget von über 17 Milliarden Dollar.

Eine Revolution in der Raumfahrt

Jede Schicht des neuen Weltraummarktes verspricht innerhalb des Jahrzehnts zu blühen und zu gedeihen. Einige dieser Unternehmen sind bereits profit-positiv, und die meisten von ihnen haben funktionale Hardware fast fertig für den Flug. Unternehmen geben Milliarden Dollar pro Jahr für diese aufstrebende Industrie aus.

Mehrere Gründe helfen, die Revolution zu erklären. Da Personal Computer leistungsfähiger geworden sind, sind die komplizierten Mathematik- und Wissenschaftsberechnungen, die für die unglaublichen Geschwindigkeiten, Lasten, Temperaturen und Drücke der Raumfahrt erforderlich sind, für immer mehr Firmen und Einzelpersonen zugänglich geworden. Exotische Materialien und Prozesse sind den Massen in den letzten 10 Jahren wesentlich zugänglicher geworden, vor allem dank des Internets und des Computerprozessors. Die allgemeine Politik der NASA und die Aussichten der Amerikaner unterstützen zunehmend private Raumfahrtprojekte. Nicht länger ist Raumfahrt das Reich der Supermacht-Regierungen, allein.

Dennoch verstehen die meisten Menschen die großen Gefahren, die der menschlichen Raumfahrt innewohnen. Viele haben ihr Leben in den ersten 53 Jahren der menschlichen Raumfahrt verloren. Das große Risiko für das menschliche Leben verursacht in dieser unausgeglichenen kommerziellen Grenze echte Angst; Ein tragischer Vorfall kann die öffentliche Wahrnehmung von Geschäftsräumen völlig ruinieren. Rand Simberg argumentiert in seinem kürzlich erschienenen Buch "Safe Is Not a Option" (Interglobal Media LLC, 2013), dass die neue Raumfahrtindustrie nicht durch irgendwelche Einschränkungen ihrer Geschäftstätigkeit behindert werden kann und dass die Regierung Händchen für Handelsflächen haben sollte Unternehmungen. Der Verlust menschlichen Lebens sei ein bedauerlicher, aber notwendiger Kostenfaktor, um die Grenzen der Möglichkeiten zu verschieben, argumentiert Simberg. Die NASA und die US-amerikanische Federal Aviation Industry (FAA) sollten sich nicht einmischen, sagte er.

Ich könnte nicht mehr widersprechen.

Die NASA kann auf eine stolze Geschichte der Teilnahme an der kommerziellen Raumfahrtindustrie zurückblicken, indem sie in den 1980er Jahren mit Satelliteninstallationen die Entwicklung des Sektors förderte, den Wettbewerb unter Garagen-Erfindern mit dem Centennial Challenges-Programm förderte und heute einen beträchtlichen Teil des Budgets der Agentur der NASA zur Verfügung stellt und Fracht-Programm-Büro (C3PO). Meine eigene Firma würde ohne die Unterstützung der NASA, zusammen mit einigen der zuvor gelisteten Startanbieter, nicht existieren. Und ohne die NASA und die FAA, Standards, Empfehlungen und Lessons Learned, sind Weltraumunternehmer gezwungen, die gleichen Fehler immer wieder zu machen. Die Geschichte kann sich wiederholen.

Die Anzüge, die Raumfahrt ermöglichen

Raumanzüge sind eine Schlüsselkomponente der neuen Raumfahrtindustrie und sie haben ein stolzes und würdiges Vermächtnis: Kein Mensch wurde jemals im Dienst getötet, als er einen solchen Anzug im Weltraum trug. Der Raumanzug ist zum Symbol für den menschlichen Flug geworden, trotz der enormen Komplexität der Raketen und Fahrzeuge, die Raumanzüge an relevante Umgebungen liefern. [Raumanzug Evolution in Fotos]

Die meisten Menschen verstehen nicht die Unterschiede zwischen dem IVA-Anzug (für den Start, den Wiedereintritt und das Andocken) im Vergleich zu dem EVA-Anzug (Extra-Vehicular Activity), der für Weltraumspaziergänge oder Planetenwanderungen getragen wird. Während der IVA-Anzug dem Astronauten eine stabile Luftdruckumgebung zur Verfügung stellen muss, muss er nicht den thermischen Schwankungen oder der langen Dauer standhalten, die EVA-Anzüge aushalten müssen. IVA-Anzüge müssen nicht so mobil sein wie EVA-Anzüge, weil IVAs im Allgemeinen nur in Notfällen unter Druck gesetzt werden. Und die meisten Aufgaben, die während eines IVA-Verfahrens durchgeführt werden sollen, sind im Vergleich zu EVA-Verfahren viel weniger bewegungsintensiv.Der IVA-Anzug dient als das Notfall-, redundante Druckgefäß, das Weltraumreiseäquivalent von Verkehrsflugzeug-Sauerstoffmasken, die "von der Tafel oben fallen".

Wenn ein Fahrzeug einen Druck von mehr als 60.000 Fuß verliert, kann selbst eine Maske nicht helfen; Pilot und Crew werden innerhalb von 15 bis 20 Sekunden das Bewusstsein verlieren. Ohne richtig funktionierende Raumanzüge frieren die extremen Temperaturen dieser Höhen die Augäpfel ein, und niedriger Druck zieht das Gas aus den Lungen und bringt Trommelfelle zum Platzen.

IVA-Anzüge sollten je nach Flugweg der Mission auch Schnittstellen zu Fallschirmen, Erdüberlebensausrüstung und Schwimmhilfen enthalten.

All diese Fähigkeiten haben ihren Preis. Zum Vergleich, laut Dennis Jenkins in seinem jüngsten Buch "Dressing for Altitude" (2012, NASA), zahlte die NASA mehr als $ 88.000 für ihre IVA Advanced Crew Escape Suits (ACES). Im Jahr 2014 sind das etwa 180.000 Dollar. Die Agentur bezahlte fast $ 12 Millionen pro Anzug für ihren EVA-Anzug, ILC Dover und Hamilton Sundstrands ExtraVehicular Mobility Unit (EMU) nach Craig Freudenrich in How Space Suits Work. In einer aktuellen RFI schätzt die NASA die Kosten für Wartung und Betrieb ihrer EMUs allein für die nächsten 10 Jahre auf 80 Millionen Dollar pro Jahr. Das sind fantastisch teure Klamotten, genauso wie die Raumfähre ein phantastisch teures Fahrzeug war.

EVA-Anzüge sind seit den ersten Außenbordeinsätzen im Jahr 1965 ein wesentlicher Bestandteil der bemannten Raumfahrt geblieben. Orbitale und interplanetare Raumflüge erfordern EVA-Systeme zur Missionssicherung, zum Beispiel bei Notfällen außerhalb des Fahrzeugs und zur wissenschaftlichen Beobachtung; Mond- und planetarische menschliche Missionen wären zwecklos, wenn Menschen nicht außerhalb des Fahrzeugs herumlaufen könnten.

Allerdings wurden Raumanzüge historisch gesehen nur als "Kontingenz" -Produkte betrachtet und als solche in der Entwicklung marginalisiert, ein Nachbau der Raketenwissenschaft. Die WWU wurde in den 1970er Jahren als Eventual-EVA-Anzug entwickelt, nur für den Fall, dass EVA bei einer Space-Shuttle-Mission notwendig wurde. Insbesondere hat die NASA wegen der erheblichen Entwicklungskosten den Betriebsdruck, den oder den Differenzdruck, bei dem der Anzug arbeitet, nicht erhöht. Es ist jetzt klar, dass EVA ein kritischer Teil von fast jeder Mission war, vor allem der Bau und die Nutzung der Internationalen Raumstation. Der niedrige Betriebsdruck in der EWU hat zu hunderten von Stunden von Strafen für die Astronauten geführt, die die NASA zu unermesslichen Kosten für ihre Effizienz gebracht haben. Bei einem idealen Betriebsdruck von 8 Pfund pro Quadratzoll würden Astronauten nicht voratmen müssen, um ihren Blutstrom aus Stickstoff zu spülen.

Die NASA entwickelte die IVA-Anzüge nicht speziell für das Space Shuttle. Stattdessen handelte es sich um modifizierte Versionen der U2-Flugzeuge der 1960er-Ära, die erst nach 1987 in die bereits existierenden Shuttle-Architekturen integriert wurden. Die NASA nahm diesen Weg, obwohl IVAs die obligatorische Start- und Wiedereintrittskleidung für jeden Astronauten auf der Raumfähre waren. Die Contingency-Geschichte geht heute weiter, mit einer modifizierten Version der ACES für das zukünftige Space Launch System (SLS) der NASA.

Die Vereinigten Staaten, Russland und China - die drei "Organisationen", die Menschen in den Weltraum schicken - benutzen IVA-Raumanzüge für ihre Flüge. Die Vereinigten Staaten und Russland haben auch eine Zeitlang versucht, ohne IVA-Anzüge zu fliegen, nur um zu entscheiden, dass solche Anzüge ein obligatorisches Element der sicheren bemannten Raumfahrt sind. Die Russen flogen ursprünglich die Sojus-Raumsonde ohne den Sokol IVA-Anzug. Erst nach der Mission Soyuz 11 / Salyut 1 von 1971, als ein tragischer Verlust des Kabinendrucks in einer Höhe von 70 Kilometern drei Kosmonauten tötete, gestaltete Russland die Soyuz neu, um Sokol-Anzüge aufzunehmen. Die Sokol IVA-Anzüge fliegen bis heute auf dem Sojus.

Die NASA flog das Space Shuttle ursprünglich mit maßgeschneiderten Fluganzügen, aber die Astronauten hatten keine Notdrucksysteme für Höhen über etwa 50.000 Fuß (15.000 m) - mit anderen Worten, keine Weltraumanzüge. Nach der Challenger-Tragödie überprüfte die NASA die Risiken für Astronauten und integrierte den ACES-IVA-Anzug in das Space Shuttle, um den Astronauten ein Notfalldrucksystem zu geben, wenn das Fahrzeug niedergedrückt wurde. Sogar das US-Militär benötigt Druckanzüge für Höhenflüge.

Passend für Geschäftsraum

Während die Revolution in der kommerziellen Weltraumfahrt jetzt im Bereich der Raketen- und Fahrzeugkonstruktion stattfindet, geschieht dies auch in lebenserhaltenden Systemen, in Training und Operationen - und ja, in Raumanzügen. Simberg und andere würden argumentieren, dass die Anfänge jeder Branche mit einem großen Risiko für das menschliche Leben verbunden sind und dass standardisierte Sicherheitsregeln die neue Industrie zerstören würden. Ich bin mir sicher, dass das nicht der Fall ist. Regelmäßige Normen wie Druckbekleidungsstücke (Raumanzüge) für die bemannte Raumfahrt würden vielmehr das Wissen der Verbraucher stärken, Innovationen vorantreiben und Kosten senken und lediglich die Erfahrung der Verbraucher verbessern. Welcher Weltraumtourist möchte keinen Raumanzug tragen? Welches kommerzielle Unternehmen würde diese Sicherheitsmaßnahmen nicht für seine Crew, geschweige denn für seine vermögenden Kunden, einführen wollen? Aktuelle kommerzielle IVA-Raumanzug-Designs wie unsere für weniger als die Hälfte der Kosten des ACES-Anzugs der NASA, wobei Sicherheit, Ästhetik, Benutzerkomfort und Zuverlässigkeit im Vordergrund stehen.

Jenseits von IVA-Anzügen für den gegenwärtigen kommerziellen Markt besteht ein klarer Bedarf an weniger teuren, weniger komplexen und funktionelleren EVA-Anzügen für sowohl die NASA als auch die kommerzielle Raumfahrtindustrie. Unternehmen wie Golden Spike und Mars One sollten eifrig nach Möglichkeiten suchen, EVA-Anzüge zu finden, die nicht einen großen Teil ihres Budgets verschlingen, aber dennoch echte Exploration und Weiterentwicklung ermöglichen.Selbst die NASA denkt jetzt darüber nach, über ihre traditionellen Raumanzuganbieter hinaus für die EVA-Anzüge der Zukunft zu schauen.

Die Einführung von Wettbewerb in dieser traditionell geschlossenen Branche wird die Kosten weiter senken und die Funktionalität verbessern. Dieselben Technologien, die kommerziellen Startanbietern erlauben, Raketen zu einem Bruchteil der Kosten für Regierungen zu bauen und zu testen, erlauben Unternehmen wie mir, Weltraumanzüge zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Anbieter zu bauen und zu testen. Spacesuits müssen nicht mehr fantastisch teure Kleidung sein. Innovationen wie diese, behaupte ich, werden die neue Industrie nicht zerstören; sie werden es schützen und stärken.

Ich freue mich, in diesem neuen Zeitalter der Weltraumforschung anzutreten. Ich bin stolz darauf, an Kleidungsstücken zu arbeiten, die den Komfort und die Funktionalität zukünftiger Astronauten beeinflussen könnten. Und ich bin zuversichtlich für die nahe Zukunft, wenn die Sicherheit und das Wohlbefinden des Benutzers als oberstes Gebot betrachtet wird, mit logischen und begrenzten Vorschriften zum Schutz des Astronauten und der Industrie und einem fairen und offenen Wettbewerb zwischen verschiedenen Dienstleistern und Hardware-Anbietern .