Fifty years ago, this past July,
humans set foot on the moon for first time
and redefined how we think about our planet.
Every time you've ever seen a person waking on the moon or in space,
they've been wearing a spacesuit.
The spacesuit embodies what it means to be a part of human kind -
to explore and to achieve something we thought was impossible.
But it's not just a simple piece of clothing.
The spacesuit is one of the greatest technical engineering feat ever achieved.
It does everything a spacecraft does
to keep a person alive
except it's wearable.
But despite how advanced it is,
the spacesuit is surprisingly dangerous to wear.
You'd never know just by looking at it,
but this suit injures astronauts:
bruises, sprains, pinched nerves,
and even lost fingernails.
23 astronauts have needed shoulder surgeries
to repair injuries like torn rotator cuffs.
If something like that happened on the surface of the moon or Mars,
it could destroy the mission.
Bottom line - improving the spacesuit
is one of the biggest barriers to human space exploration
that no one's talking about.
I believe one of the most important things we can do to advance science
is to send a human to Mars.
We've learned so much from our robotic explorers,
but they're so limited.
One person on that planet's surface
could unlock the history of how our solar system formed,
or possibly even how life began.
It'll take billions of dollars to send people to Mars,
but you don't just go to Mars to stay inside your habitat the whole time.
Astronauts will be exploring and wearing the suit
a lot.
With current NASA plans,
if you sent five people to the surface for 500 days,
that'd be about 1,000 space walks
over the course of one mission.
For perspective,
we've done just over 400 spacewalks
in the entire history of human space flight.
That's an insane jump in capability.
If we're going to pull this off - and I believe that we will -
we need to radically redefine the spacesuit.
I became interested in space exploration
in the third grade
when my teacher spent the day telling us about astronauts.
It was the first time I really understood that people could go there.
Since that time, human space flight has been the driving passion of my life.
But I only began to understand
how hard it is for astronauts to work inside their spacesuits
when I went to graduate school.
The spacesuit is pressurized with oxygen to allow people to breathe,
but that pressure makes it stiff and rigid.
Think about trying to make a balloon animal.
When you bend the balloon,
It wants to spring back to its original position.
Engineers have tried to solve this problem
by designing the suit's joints with pleats and bearings,
but it still forces people to move in awkward and unnatural ways.
To move in the suit,
first you have to move your body until it makes contact with the suit.
Only then does the suit itself start to move.
You can't just reach up and touch your head,
like this;
instead, astronauts have to roll out their shoulder
and then bend their elbow to touch their helmet.
That's hard enough to remember how to do here on Earth,
let alone when you're outside your spacecraft,
travelling at over 17,000 miles per hour.
Fit is another major issue.
In March 2019,
NASA had to cancel the first all-female spacewalk
because the suits available didn't fit the crew members,
and it would have taken too much time
to put together a different suit, on orbit, that was the right size.
So pressure plus fit is why astronauts get beat up
every time they work inside the suit.
And that's why I've dedicated my career to designing a better spacesuit.
The first step is to understand how people move while wearing the suit.
You can't just see inside
to understand how and why astronauts are getting injured.
So, together with my students at CU Boulder,
we're developing wearable sensors
to go inside
to measure how people move and interact with the suit.
With this data,
we hope to be able to predict
whether or not the suit will be comfortable
or cause injuries
after someone wears it a couple hundred times.
When humans take their first steps onto the surface of Mars,
their boots will make the first impact.
Astronauts haven't needed to walk in their spacesuits
since Apollo astronauts left the moon in 1972.
Because the boot is also pressurized, the foot isn't secured inside of it.
It'd be like wearing a pair of hiking shoes
that are several sizes too large for you.
Every time you take a step,
the heel lifts out of the back,
causing blisters, wasted energy and awkward movement.
The thing is,
if you get a blister on a hike, you just have a bad hike.
If you get a blister on the surface of Mars,
it's hard to do your job.
And it can be even more painful than that.
One astronaut had a boot issue -
they said it felt like a knife's edge of pain.
To design a better spacesuit boot,
my student Aubie has built a four-dimensional motion capture system
that measures the shape of the foot while walking.
With this data,
we plan to redesign how the foot fits inside the boot
to ensure our astronauts can explore further and further.
But if we really want to revolutionize spacesuits for Mars,
we have to protect the body
in a fundamentally different way than we do now.
I believe the solution for a Martian spacesuit
relies on a skin-tight elastic concept,
first proposed in the 1960s by Dr. Paul Webb.
It uses a concept called mechanical counterpressure,
which means that rather than using an inflated garment
to apply pressure to the skin,
the suit itself squeezes the body.
Unfortunately, these suits have never really gained traction,
because it's so difficult
to create pressure over the complex shapes of the body,
like the armpit.
When I was a graduate student, my adviser sent me to Italy
to work with a company, Dainese, that designs motorcycle racing suits.
David told me,
"These people are the best designers you will ever meet."
I want you to use your engineering skills with their design skills
and design some mechanical counterpressure spacesuit prototypes."
So, off to Italy I went.
That summer was one of the most creative and inspiring experiences
I have had as an engineer.
Every day, Stefano and I would whip up some new spacesuit prototype,
test it and then change the design,
always getting closer to a mechanical counterpressure spacesuit,
but we're still a long ways away from something that's spaceflight ready.
Since that time, I've continued to work with this team of friends from MIT,
the University of Minnesota,
the Royal Melbourne Institute of Technology in Australia,
David Clark company and NASA
to continue pushing on these design issues.
In my lab now,
we're challenging how we think about using mechanical counterpressure in spacesuits.
Instead of choosing either mechanical counterpressure
or gas pressure,
why can't we choose both?
If we cut the design problem in half
and apply, say, 50% of the pressure with a tight elastic suit layer
and the other 50% with a traditional gas pressurized suit like we use now,
we'd be able to protect our astronauts with a suit that's less stiff and rigid
but also safer through redundancy.
And a suit like that
would enable a human mission to Mars.
I believe I will be lucky enough
to see people walking on the surface of Mars before I die.
But to make a mission of that magnitude worthwhile,
we have to ensure our astronauts stay safe.
And we have to ensure they're able to explore and do science
day after day after day.
It's time to imagine a new design for our iconic spacesuit.
Thank you.
(Applause)
في يوليو الماضي، مرت خمسون سنة
على صعود البشر لسطح القمر لأول مرة
ما أعاد تعريف كيفية إدراكنا لكوكبنا.
في كل مرة رأيتَ فيها شخصًا يمشي على سطح القمر أو في الفضاء،
كنتَ تراهم مرتدين بدلة الفضاء.
تجسد بدلة الفضاء معنى أن تكون جزءًا من الجنس البشري
وتستكشف وتحقق شيئا اعتقدنا أنه مستحيل.
لكن البدلة ليست مجرد قطعة ملابس بسيطة.
تعتبر بدلة الفضاء أحد أعظم الإنجازات الهندسية الفنية التي حققناها على الإطلاق.
فهي تفعل كل ما تقوم به المركبة الفضائية
لإبقاء الشخص على قيد الحياة
باستثناء أنه يمكن ارتداؤها.
ولكن على الرغم من مدى تقدمها
إلا أن ارتداء بدلة الفضاء خطر بشكل مدهش.
لا يمكن معرفة ذلك بمجرد النظر إليها،
لكن هذه البدلة تسبب الأذى لرواد الفضاء
فتصيبهم بالكدمات والالتواءات وانضغاط الأعصاب،
وحتى اقتلاع الأظافر.
احتاج 23 رائد فضاء إلى جراحات على مستوى الكتف
لإصلاح التمزقات في عضلات الكُفة المُدورَة.
إذا حدث شيء من هذا القبيل على سطح القمر أو المريخ،
فهذا يمكنه تخريب المهمة.
خلاصة القول أن تحسين بدلة الفضاء
يعتبر واحدا من أكبر الحواجز التي تعرقل استكشاف الإنسان للفضاء
والتي لا يتحدث عنها أحد.
أعتقد أن أحد أهم الأشياء التي يمكننا القيام بها لتطوير العلوم
هي إرسال إنسان إلى المريخ.
لقد تعلمنا الكثير من مسابيرنا الاستكشافية،
لكنها آلات محدودة الإمكانيات.
شخص واحد على سطح ذلك الكوكب
يمكنه أن يفك ألغاز تاريخ تشكل نظامنا الشمسي،
أو ربما حتى كيف بدأت الحياة.
سوف يتطلب الأمر مليارات الدولارات لإرسال الناس إلى المريخ،
ولكن الذهاب للمريخ لن يكون لمجرد البقاء داخل المحضنة طوال الوقت.
بل إن رواد الفضاء سيستكشفون وسيرتدون البدلة
كثيرًا.
مع خطط ناسا الحالية،
إذا أرسلت خمسة أشخاص إلى السطح لمدة 500 يوم،
فسيتطلب ذلك حوالي 1000 عملية سير في الفضاء
على مدار مهمة واحدة.
لإعطائكم منظورًا،
لقد قمنا فقط بـ 400 عملية سير في الفضاء أو أكثر بقليل
على مدار كامل تاريخ بعثات الإنسان إلى الفضاء.
هذا تقدم هائل في القدرة.
إن كنا سننجح في ذلك، وأعتقد أننا سننجح،
فنحن بحاجة إلى إعادة تعريف بدلة الفضاء جذريًا.
أصبحتُ مهتمة باستكشاف الفضاء
عندما كنت في الصف الثالث
عندما قضى أستاذي اليوم بطوله يخبرنا عن رواد الفضاء.
كانت المرة الأولى التي أدرك فيها بحق أن الناس يمكنهم الذهاب إلى هناك.
منذ ذلك الوقت، كانت رحلات الفضاء البشرية الشغف الدافع لحياتي.
ولكنني بدأت بفهم مدى صعوبة عمل رواد الفضاء وهم داخل بدلاتهم الفضائية
عندما ذهبت إلى المدرسة العليا.
كان يتم ضغط بدلة الفضاء بالأكسجين للسماح للرواد بالتنفس،
لكن هذا الضغط كان يجعلها قاسية وصلبة.
تصور محاولة صنع حيوان بالبالون.
عندما يُطوى البالون
فإنه يريد العودة إلى شكله الأصلي.
حاول المهندسون حل هذه المشكلة
من خلال دمج مفاصل البدلة بالثنايا والمحامل،
لكنها لا تزال تجبر الناس على التحرك بمِشية خرقاء وغير طبيعية.
للتحرك بالبدلة،
عليك أولًا تحريك جسمك حتى يلامس البدلة.
عندها فقط تبدأ البدلة نفسها في التحرك.
لا يمكنك أن تلمس رأسك ببساطة هكذا،
بدلًا من ذلك يجب على رواد الفضاء أن يأرجحوا أكتافهم
ثم يثنوا كوعهم للمس الخوذة.
تذكر كيفية فعل هذا صعب بما يكفي على الأرض،
ناهيكم عن صعوبته عندما تكون خارج مركبتك الفضائية،
وأنت تسافر بسرعة تزيد عن 27000 كيلومتر في الساعة.
تناسبية البدلة قضية رئيسية أخرى.
في مارس 2019،
كان على وكالة ناسا إلغاء أول سير في الفضاء لمجموعة مكونة من النساء
لأن البدلات المتاحة لم تلائم أفراد الطاقم،
وكان سيستغرقهم الكثير من الوقت
لصنع بدلة مختلفة مناسبة الحجم وهُم في المدار.
لذلك فالضغط وعدم التناسبية هما السببان في تعرض رواد الفضاء للإصابات
في كل مرة يستعملون البدلة.
ولهذا السبب كرست حياتي المهنية لتصميم بدلة فضائية أفضل.
الخطوة الأولى تكمن في فهم كيفية تحرك الناس أثناء ارتداء البدلة.
لا يمكن رؤية داخل البدلة ببساطة
لفهم كيف ولماذا يصاب رواد الفضاء.
لذا وبمساعدة طلابي في جامعة كولورادو بولدر،
طورنا أجهزة استشعار يمكن ارتداؤها لرؤية البدلة من الداخل
ومعرفة كيفية تحرك الرواد في البدلة وتفاعلهم معها.
باستخدام هذه البيانات
نأمل أن نكون قادرين على التنبؤ بأريحية البذلة من عدمها
أو هل تسبب الإصابات
بعد أن يرتديها شخص ما لبضع مئات المرات.
عندما يخطوا البشر خطواتهم الأولى على سطح المريخ.
ستكون أحذيتهم أول ما يلمس السطح.
لم يضطر رواد الفضاء إلى السير في بدلاتهم الفضائية
منذ أن غادر رواد بعثة أبولو القمر عام 1972.
لا تكون القدم مُحكمة داخل الحذاء لأنه مضغوط أيضًا.
سيكون الأمر مثل ارتداء زوج من أحذية المشي
ذات قياس أكبر من قدمك.
في كل مرة تخطو،
يرتفع الكعب من الخلف
مما يتسبب في ظهور بثور وطاقة مهدرة وحركة خرقاء.
خلاصة الموضوع،
إذا أصابك تقرح في نزهة فستفسد النزهة فقط.
لكن إذا أصابك تقرح على سطح المريخ،
فسيصعُب عليك القيام بعملك.
ويمكن أن يكون أكثر إيلامًا.
واجه أحد رواد الفضاء مشكلة في الحذاء
وقال أن الألم كان كطعنات السكين.
لتصميم حذاء بدلة فضاء أفضل،
بنى طالبي أوبي نظام التقاط حركة رباعي الأبعاد
والذي يقيس شكل القدم أثناء المشي.
باستعمال هذه البيانات
نخطط لإعادة تصميم كيفية تناسب القدم مع الحذاء
لضمان قدرة رواد الفضاء على استكشاف المزيد والمزيد.
ولكن إذا أردنا حقًا إحداث ثورة في بدلات الفضاء للمريخ،
فعلينا حماية الجسم
بطريقة جذرية ومختلفة عما نفعله الآن.
أعتقد أن الحل لبدلة الفضاء المريخية
يعتمد على تصور بدلة مرنة كالجلد،
كان الدكتور بول ويب أول من اقترح هذا التصور في الستينيات.
وتتمحور حول استخدام مفهوم يسمى بالضغط الميكانيكي المضاد،
مما يعني أنه بدلًا من استخدام الملابس المتضخمة
للضغط على الجلد،
ستضغط البدلة نفسها على الجسم.
لسوء الحظ لم تلقى هذه البدلات رواجا أبدًا
لأنه من الصعوبة بمكان خلق ضغط على الأشكال المعقدة للجسم،
مثل منطقة الإبط.
عندما كنت طالبة دراسات عليا أرسلني مستشاري إلى إيطاليا
للعمل مع شركة داينيزي التي تصمم بدلات سباق الدراجات النارية.
قال لي ديفيد:
"هؤلاء الأشخاص هم أفضل المصممين الذين ستقابلين على الإطلاق.
أريدك أن تستخدمي مهاراتك الهندسية مع مهاراتهم في التصميم
لصنع بعض النماذج الميكانيكية لبدلات الضغط المضاد. "
لذا ذهبت إلى إيطاليا.
كان ذلك الصيف من أكثر التجارب إبداعًا وإلهامًا
التي خضتها بصفتي مهندسة.
كل يوم كنا نحَضر أنا وستيفانو بعض النماذج الأولية لبدلات الفضاء،
ثم نختبرها ثم نغير التصميم،
كنا ندنو دائمًا من صنع بدلة الفضاء الميكانيكية المضادة للضغط،
لكننا ما زلنا بعيدين عن بدلة صالحة لرحلات الفضاء.
مذاك الحين وأنا أواظب على العمل مع فريق الأصدقاء هذا
القادمين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومن جامعة مينيسوتا
ومن معهد ملبورن الملكي للتكنولوجيا في أستراليا
ومن شركة ديفيد كلارك ومن وكالة ناسا
لمواصلة العمل الدؤوب على قضية التصميم هذه.
في مختبري الآن،
نحن نتحدى أسلوب تفكيرنا في استخدام الضغط الميكانيكي في بدلات الفضاء.
فبدلًا من اختيار إما الضغط الميكانيكي المضاد
أو ضغط الغاز،
لماذا لا نختار الاثنين معا؟
إذا قطعنا مشكلة التصميم إلى النصف
وطبقنا على سبيل المثال 50% من الضغط بطبقة ضيقة مرنة
والـ %50 المتبقية ببدلة غاز تقليدية مضغوطة مثل التي نستخدمها الآن،
فسنكون قادرين على حماية روادنا ببدلة أقل صلابة
ولكنها أكثر أمانًا بتكرار العناصر الحيوية.
فبدلة مثل تلك
ستمكن من إرسال بعثة بشرية إلى المريخ.
أؤمن أنني سأكون محظوظة بما فيه الكفاية
لرؤية الناس يمشون على سطح المريخ قبل أن أموت.
ولكن لجعل مهمة بهذا الحجم جديرة بالاهتمام،
علينا أن نضمن سلامة رواد الفضاء.
وعلينا التأكد من قدرتهم على الاستكشاف وإجراء التجارب
يوما بعد يوم.
حان الوقت لتخيل تصميم جديد لبدلة الفضاء الأيقونية الخاصة بنا.
شكرًا لكم.
(تصفيق)
Il y a 15 ans, en juillet,
les humains ont foulé la Lune pour la première fois
et on a redéfini comment on pense à notre planète.
Les gens que vous avez vu marcher sur la Lune ou dans l'espace
portaient une combinaison spatiale.
La combinaison incarne ce que c'est de faire partie du genre humain :
explorer et réussir quelque chose que l'on pensait impossible.
Mais ce n'est pas juste un simple morceau de tissu.
La combinaison est l'un des plus grands exploits d'ingénierie jamais réalisés.
Elle fait tout ce qu'un vaisseau spatial fait
pour conserver une personne vivante
exceptée qu'elle est portable.
Mais malgré son avancée,
la combinaison est étonnamment dangereuse à porter.
Vous ne le savez pas en la regardant,
mais elle blesse les astronautes :
contusions, entorses, nerfs pincés,
et même perte d'ongles.
23 astronautes ont eu besoin de chirurgie des épaules
pour réparer des blessures comme des déchirures des rotateurs.
Si un truc comme cela arrive à la surface de la Lune ou de Mars,
cela peut faire avorter la mission.
Au final, améliorer la combinaison spatiale
est la plus grande barrière à l'exploration spatiale
dont personne ne parle.
Je crois que le plus important pour faire avancer la science
est d'envoyer un humain sur Mars.
On a tant appris de nos robots explorateurs,
mais ils sont si limités.
Une personne sur la surface de cette planète
pourrait débloquer l'histoire de la formation de notre système solaire,
ou comment la vie a commencé.
Cela prend des milliards de dollars pour envoyer quelqu'un sur Mars,
mais vous n'allez pas sur Mars pour rester enfermé à l'intérieur.
Les astronautes vont explorer et porter leur combinaison
souvent.
Selon les plans de la NASA,
si on envoie cinq personnes pendant 500 jours,
cela fait près de 1 000 sorties
en une seule mission.
En comparaison,
on a juste fait 400 sorties spatiales
dans toute l'histoire des vols spatiaux humains.
C'est un bon insensé en capacité.
Si nous voulons réussir - et je crois que ce sera le cas -
on doit radicalement reconcevoir la combinaison spatiale.
Je me suis intéressée à l'exploration spatiale
en CE2
quand mon prof nous parlait des astronautes.
Ce fut la première fois où je compris qu'on pouvait y aller.
Depuis, les vols humains dans l'espace sont ma passion dans la vie.
J'ai seulement commencé à comprendre
la difficulté pour les astronautes de travailler en combinaison
lorsque j'ai fait mes études supérieures.
La combinaison est pressurisée avec de l'oxygène pour respirer
mais cette pression la rend rigide.
Pensez à un animal en ballon.
Quand vous pliez le ballon,
il veut revenir à sa position initiale.
Les ingénieurs ont essayé de résoudre ce problème
en dessinant pour les joints de la combinaison des plis et des roulements,
mais cela force les gens à bouger bizarrement et de façon non naturelle.
Pour bouger dans la combinaison,
d'abord vous devez déplacer votre corps jusqu'à la toucher.
Après la combinaison peut bouger.
On ne peut pas lever les bras et toucher sa tête
comme cela ;
Au lieu de cela, les astronautes doivent rouler leurs épaules
puis plier leur coude pour toucher leur casque.
C'est déjà assez dur de s'en souvenir sur Terre,
et encore plus en dehors d'un vaisseau spatial
voyageant à plus de 27 000 km/h.
L'ajustement est un autre problème.
En mars 2019,
la NASA a dû annuler la première sortie entièrement féminine
car les combinaisons présentes ne s'ajustaient pas à l'équipage,
et cela aurait pris trop de temps
d'assembler en orbite une combinaison de la bonne taille.
Pression et ajustement font que les astronautes sont épuisés
chaque fois qu'ils travaillent dedans.
Et c'est pourquoi j'ai dédié ma carrière à concevoir une meilleure combinaison.
Premièrement il faut comprendre comment les gens bougent dans la combinaison.
Vous ne pouvez pas regarder dedans
pour comprendre comment et pourquoi les astronautes se blessent.
Avec mes étudiants à CU boulder,
on développe des senseurs portables
pour aller à l'intérieur
et mesurer comment ils bougent et interagissent avec la combinaison.
Avec ces données,
on espère prédire
si oui ou non la combinaison sera confortable
ou causera des blessures
une fois portée quelques centaines de fois.
Lorsque l'Homme fera le premier pas sur Mars,
ses bottes feront le premier impact.
Les astronautes n'ont pas eu besoin de marcher en combinaison
depuis que les astronautes d'Apollo ont quitté la Lune en 1972.
Puisque la botte est pressurisée, le pied n'y est pas attaché.
C'est comme porter des chaussures de randonnée
qui sont trop grandes pour vous.
Chaque pas que vous faites un pas,
le talon sort à l'arrière,
provoquant ampoules, perte d'énergie et mouvement bizarre.
L'os, c'est que,
si vous avez une ampoule en randonnée, c'est juste une mauvaise randonnée.
Si vous avez une ampoule sur Mars,
c'est dur de faire votre boulot.
Et cela peut faire plus mal que ça.
Un astronaute a eu un problème de bottes -
il disait ressentir une douleur perçante.
Afin de dessiner une meilleure botte spatiale,
mon élève Aubie a construit un système de capture de mouvements en 4 dimensions
qui mesure la forme du pied pendant la marche.
Avec ces données,
on pense redessiner le pied dans sa botte
afin que nos astronautes explorent de plus en plus loin.
Si on veut vraiment révolutionner les combinaisons pour Mars,
On doit protéger le corps
de façon fondamentalement différente.
Je crois que la solution pour une combinaison martienne
repose sur un concept élastique moulant,
proposé dans les années 60 par le Dr Paul Webb.
Il utilise le concept appelé contre-pression mécanique,
qui signifie qu'au lieu d'utiliser un habit gonflé
pour appliquer une pression sur la peau,
la combinaison elle-même presse le corps.
Malheureusement, ces combinaisons n'ont jamais eu de succès
car c'est difficile
de créer de la pression autour des formes complexes du corps,
comme les aisselles.
Étudiante, mon conseiller m'a envoyé en Italie
travailler pour Dainese, qui fait des combinaisons de moto.
David m'a dit :
« Ce sont les meilleurs designers que tu rencontreras. »
Je veux que tu utilises ton ingénierie avec leur compétence en design
et que tu dessines des prototypes de combinaison contre-pression mécanique. »
Donc, je suis allée en Italie.
Cet été fut l'un des plus créatifs et inspirants
que j'ai eus en tant qu'ingénieur.
Chaque jour, Stefano et moi montions un nouveau prototype de combinaison,
le testions et changions le design,
approchant toujours plus d'une combinaison à contre-pression mécanique
mais on est encore loin de quelque chose proche d'une combinaison spatiale.
Depuis cette époque, j'ai continué à travailler avec mes amis du MIT,
de l'université du Minnesota,
du Royal Melbourne Institute of Technology en Australie,
de la compagnie David Clark et de la NASA
pour continuer à creuser les problèmes de ces designs.
Dans mon labo maintenant,
on travaille sur la contre-pression mécanique dans les combinaisons.
Au lieu de choisir soit contre-pression mécanique,
soit pression par gaz,
pourquoi ne pas choisir les deux ?
Si on coupe le problème de design en deux,
et applique 50% de la pression sur une couche d'ensemble moulante
et les autres 50% avec un gaz pressurisé traditionnel comme on le fait maintenant,
on pourrait protéger nos astronautes avec une combinaison moins rigide
et également plus sécuritaire car redondante.
Une telle combinaison
permettrait une mission humaine vers Mars.
Je crois que je serai assez chanceuse
pour voir marcher des gens à la surface de Mars avant de mourir.
Mais pour faire qu'une mission de cette ampleur en vaille la peine,
on doit s'assurer que nos astronautes restent en sécurité.
Et on doit s'assurer qu'ils puissent explorer et faire de la science
jour après jour.
Il est le temps d'imaginer le nouveau design
de notre emblématique combinaison spatiale.
Merci.
(Applaudissements)
50年前の7月
人類は初めて月に降り立ち
地球に対する考え方を再定義しました
月面歩行や船外活動する時の様子を いつも見ていると思いますが
彼らは宇宙服を着てきました
宇宙服が具現化しているのは 人類の一員であることの意味
つまり 不可能と思われていたことを 探究し達成することなのです
しかしそれは単なる衣服ではありません
宇宙服はこれまでに達成した 最も優れた技術的偉業のひとつなのです
宇宙船が備えているすべての
人間の生命を維持する機能を持ち
更に着ることができます
それがいかに先進的であっても
宇宙服を着用するのは 驚くほど危険を伴います
宇宙服を見ただけでは 分からないのですが
宇宙服は宇宙飛行士に 怪我を負わせてしまいます
打撲 捻挫 神経の圧迫や
爪の喪失もありました
23人の宇宙飛行士が 肩の外科手術を必要としました
回旋筋腱板 (かいせんきんけんばん) などを 損傷したのです
こんなことが月面や火星表面で起きたら
ミッションは大失敗になります
結論は 宇宙服の改善が
あまり話題に上がらないながらも 人類の宇宙探査における
最大の課題なのです
科学を前進させるためにすべき 最も重要なことの一つが
火星に人類を送ることだと 個人的に信じています
私たちは多くを無人探査機から学びましたが
非常に限定的でした
一人でも火星表面に滞在するようになれば
太陽系形成の歴史もさることながら
生命の起源も解明できるかもしれません
人類を火星に送るためには 何十億ドルもかかるでしょうが
火星に行ったら 居住区で過ごすだけではありません
宇宙飛行士は屋外探査を行い 宇宙服を着る機会も
数多くあるでしょう
最新のNASAの計画では
５人の人間を500日間 滞在させた場合
１回のミッションで 延べ千回の屋外活動が
見積もられています
比較のために
これまでに４百回を超える 船外活動や月面歩行が
有人宇宙飛行の歴史を通して 行われてきました
千回の屋外活動は 常識を超える数です
もしこれを成し遂げようとするなら― まあ 実際にできると思いますが —
宇宙服の定義を根本的に 変える必要があります
私が宇宙探査に興味を持ち始めたのは
小学校３年生で
先生が丸１日かけて宇宙飛行士の話を してくれたことがきっかけでした
その時初めて人間が宇宙に 行けることを知りました
その時以来 有人宇宙飛行は 私の人生を動かす情熱となりました
しかし 宇宙飛行士が
宇宙服の中でどんなに作業しにくいかを 理解し始めたのは
大学院に入ってからでした
宇宙服は人間が呼吸できるように 酸素で与圧されていますが
与圧により硬くこわばってしまいます
バルーンアートの動物作りに 例えてみましょう
風船を曲げてみます
するとばねのように 元に戻ろうとします
技術者がこの問題を解決しようとして
プリーツとベアリングで 関節部分をデザインしましたが
ぎこちなく不自然な動きに なってしまいます
宇宙服で動くには
まず宇宙服の内部に接触するまで 体を動かさなくてはなりません
その後ようやく宇宙服自体が 動き始めるのです
手を上げて頭を触るにも
こんな風にできません
宇宙飛行士は肩を大きく回して
肘を曲げることで ヘルメットに触ることができます
地球上にいてもどのように動かすか 覚えているだけでも大変です
宇宙船の外でたった一人で
時速２万７千kmで飛行しているなら なおさらです
サイズも大きな問題です
2019年の3月
NASAは初の女性だけの船外活動を 中止せざるを得ませんでした
宇宙服のサイズが搭乗員に合わず
時間的な制約があったため
適切なサイズの別の宇宙服を 軌道上で組み上げることもできませんでした
与圧とフィットに問題があるため
宇宙服の中で作業を行うたびに 打撲してしまうのです
そこで私は より優れた宇宙服のデザインに 自分のキャリアの全てをささげています
最初のステップは 宇宙服内部での 人間の動きを知ることです
外側から見るだけでは
宇宙飛行士がなぜ どのように 怪我を負うのかは判りません
そこでコロラド大学ボルダー校の 学生と一緒に
装着型センサーを開発しています
宇宙服内部で
人間の動きと宇宙服との相互作用を 測定するのです
このデータを
予測に使えたらと思っています
２百回程度 着用した後も 宇宙服が快適かどうか あるいは
怪我の原因にならないかを 予測するのです
人類が火星の表面に 最初の１歩を踏み出す時
ブーツが最初に接触します
宇宙飛行士が宇宙服で歩くことは
月面で1972年のアポロ飛行士以来 ありませんでした
ブーツも与圧されていますので 足もブーツ内で固定されていません
自分の足よりも何サイズも大きい ハイキングシューズを
履いているようなものです
一歩踏み出すたびに
かかとが浮き上がり
マメやエネルギーの浪費や ぎこちない動きの原因になります
つまり
ハイキングでマメができると ハイキングが台無しになるだけです
火星表面でマメができると
作業が困難になります
マメ以上の痛みを 伴うことになります
ある宇宙飛行士が ブーツの問題を訴えました
ナイフで切られたような 痛みを感じたそうです
より良い宇宙服用ブーツを デザインするために
学生の１人 オービーは 歩いている間の足の形を測定する
四次元モーションキャプチャー装置を 作りました
このデータにより
ブーツの中の足のフィット具合を デザインし直す計画で
宇宙飛行士が探査を より広く より深くできるようにします
しかし本気で火星用の宇宙服を 大改革したいのなら
現在とは根本的に異なる方法で 身体を保護する必要があります
火星仕様の宇宙服の解決策は
ポール・ウェッブ博士が 1960年代に 最初に提唱した
肌に密着する弾力性のコンセプトに 依存すると思います
MCP（機械的な与圧）という概念を使い
膨張させた着衣を使う代わりに
肌に対する圧力を
宇宙服自体が身体に密着する形で 作り出します
残念ながら この方式の宇宙服は 主流にはなりませんでした
その理由は
人体の複雑な形状に沿って 与圧することが困難だからです
たとえばわきの下などです
大学院生の時に アドバイザーが私をイタリアに送り
オートバイのレーシングスーツをデザインする ダイネーゼという会社と協力しました
そのアドバイザーは言いました
「これまで会ったことのない 最高のデザイナーたちだよ
彼らのデザインの技量と あなたの工学の技量を組み合わせて
MCP式宇宙服のプロトタイプを 作ってほしいんだ」
そういう訳でイタリアに出向きました
その夏の経験は それまで技術者として得た中でも
最も創造的で感動的なものでした
毎日 ステファーノと私は 新しい宇宙服のプロトタイプを手早く作り
試験をしてはデザインを変更して
MCP式宇宙服に 日々近づいていきましたが
宇宙飛行に耐えられるには まだまだ先のようでした
それ以来 友好的なチームとして 協働しています
MITやミネソタ大学
オーストラリアの ロイヤルメルボルン工科大学
デビット・クラーク社 NASAなどからの仲間のチームで
デザイン上の課題の 追及を続けています
私の研究室では 今
MCPを宇宙服に利用するには どうすれば良いかの思考に挑んでいます
MCPまたはガス与圧の 一方を選択するのではなく
両方選択してはどうでしょう？
もしデザイン上の課題を半減出来たら
たとえば密着式弾力層で 圧力の50%を与え
今使っている従来型のガス与圧式宇宙服で 残りの50%を与圧できたら
硬くこわばるのを軽減しながら 宇宙飛行士を保護することができ
冗長性の観点でより安全になります
そのような宇宙服が
有人火星ミッションを可能にします
私が生きている間に
火星表面を歩行する人類の姿を 目にする幸運に恵まれると信じます
しかしこのような規模のミッションを 実行に値するものにするには
宇宙飛行士の安全を 確保する必要があります
そして 確実に探査や科学活動を
日々続けられるようにしなければなりません
象徴的な新しいデザインの 宇宙服を考え出す時が来たのです
ありがとうございます
（拍手）
50년 전 7월에,
인류는 처음으로 달에 착륙합니다.
이 일은 우리가 우리 행성에 대해 어떻게 생각하는지를 재정립하였습니다.
여러분이 달이나 우주를 걷는 사람들을 볼 때마다
그들은 우주복을 입고 있었을 것입니다.
우주복은 인류의 한 부분을 상징합니다.
불가능하다고 생각했던 일을 탐험하고 이뤄내는 것이죠.
우주복은 단순한 의복이 아니라
지금까지 이룩한 가장 위대한
기술 공학 업적 중 하나입니다.
우주복은 생명 유지를 위해 우주선과 같은 기능을 합니다.
입고 다닐 수 있다는 점만 빼고요.
하지만 얼마나 발전했는지 여부를 떠나서
우주복은 아주 위험한 장비입니다.
보기만 해서는 알 수 없지만
우주비행사들은 우주복으로 인해 부상을 입습니다.
멍, 접지름, 신경 조임뿐만 아니라
손톱도 빠집니다.
우주 비행사 23명은 회전근개 파열 등
부상으로 어깨 수술을 받아야 했습니다.
달이나 화성에서 이런 일이 생긴다면
임무를 망칠 수도 있습니다.
결론적으로 우주복을 개선시키는 일은
인류가 우주 탐험을 하는 데 가장 큰 장벽입니다.
아무도 얘기하지는 않지만요.
저는 과학 발전을 위한 가장 중요한 일들 중 하나는
인류를 화성에 보내는 거라 생각합니다.
우리는 로봇 탐험으로 많은 것을 배웠지만
매우 제한적입니다.
한 사람이 그 행성 표면에서
태양계가 어떻게 형성되었는지 혹은
어쩌면 생명이 어떻게 시작되었는지 역사를 밝혀낼 수도 있을 것입니다.
사람을 화성에 보내기 위해선 수조 원이 듭니다.
하지만 단순히 거주구역 안에 있으려 화성에 가려는 것은 아니죠.
우주비행사들은 이 우주복을 입고 탐험을 할 것입니다.
아주 오랫 동안이요.
현재 나사의 계획으로는
다섯 명을 500일 동안 보낸다면
한 번의 임무 동안 천 번 정도 외부 작업을 할 것입니다.
비교해 본다면
우리는 400번 정도 외부 작업을 했습니다.
인류 우주 비행의 전 역사 동안에요.
말도 안 되는 격차인 거죠.
우리가 이것을 하려면, 저는 하리라고 믿는데,
우주복을 근본적으로 재정립할 필요가 있습니다.
저는 초등학교 3학년 때 우주 탐험에 관심을 갖기 시작했습니다.
선생님이 우주 비행사들에 대해 얘기해 주신 날이었죠.
그때 저는 처음으로 사람들이
거기에 갈 수 있다는 것을 알았습니다.
이후 유인 우주 비행은 제 삶의 열정이 되었습니다.
하지만 우주비행사들이 우주복 안에서 움직이는 것이 얼마나 힘든지
겨우 이해하기 시작한 건
대학원에 들어 갔을 때였습니다.
우주복은 산소를 가압해 사람이 숨을 쉴 수 있게 해주지만
압력은 우주복을 뻣뻣하고 굳게 만듭니다.
풍선으로 만든 동물을 생각해 보세요.
풍선을 구부리면
제 모양으로 되돌아오려 합니다.
기술자들은 이 문제를 해결하기 위해
우주복의 관절 부분에 주름과 베어링을 넣었지만
여전히 사람들은 부자연스럽고
어색하게 움직여야 했습니다.
우주복 안에서 움직이기 위해선
먼저 우주복에 몸이 닿을 때까지 움직이고
그런 다음에야 우주복이 움직이기 시작합니다.
이런 식으로 그냥 손을 뻗어 머리를 만질 수는 없는 거죠.
대신 우주비행사들은 어깨를 돌린 다음
팔꿈치를 접어야 그들의 헬멧을 만질 수 있습니다.
여기 지구에서도 어떻게 하는지 기억하기 힘든데
우주선 밖에서라면 말할 것도 없죠.
시속 27,000km로 움직이거든요.
치수 또한 중요한 문제입니다.
2019년 3월에
나사는 여성으로만 꾸린 최초의 외부 작업을 취소해야 했습니다.
준비한 우주복이 여성 승무원들에게 맞지 않았기 때문이었습니다.
크기가 맞는 다른 우주복을 마련해서 궤도로 올려보내기에는
시간이 너무 많이 들었을 것입니다.
따라서 압력과 치수가 우주 비행사들이
우주복 안에서 일할 때마다 다치는 이유입니다.
그렇기 때문에 저는 더 나은 우주복을 설계하기 위해 제 경력을 바쳤습니다.
첫 단계는 우주복을 입고 있을 때
사람들이 어떻게 움직이는지 이해하는 것이었습니다.
그냥 안을 보기만 해선
우주비행사들이 왜, 어떻게 다치는지 알 수 없습니다.
그래서 저는 대학에서 학생들과 함께
착용 가능한 센서를 개발해서 우주복 안에서
어떻게 움직이고 상호 작용할 수 있는지 측정하려 하고 있습니다.
이 자료로
우주복이 편안한지 부상을 초래할지 예측할 수 있기를 바랍니다.
몇백 번을 입은 후에요.
인류가 화성 표면에 첫발을 디딜 때
첫 번째로 땅에 닿는 것은 신발일 것입니다.
아폴로 우주비행사들이 1972년에 달을 떠난 후로는
우주비행사들은 우주복을 입고 걸을 필요가 없었습니다.
신발 또한 여압되기 때문에 발은 그 안에서 고정되어 있지 않습니다.
마치 몇 치수가 큰 등산화를 신고 있는 것과 비슷합니다.
걸을 때마다 발뒤꿈치가 뒤에서 들어 올려지면서
물집, 기력 낭비와 어색한 동작을 야기시킵니다.
문제는
등산 중에 물집이 생기면
그냥 안 좋은 등산일 뿐이지만
화성 표면에 있을 때 물집이 생기면
임무를 수행하기가 어렵습니다.
훨씬 더 고통스러울 수도 있고요.
한 우주 비행사가 신발 문제가 있었는데
칼에 베인 듯한 고통을 느꼈다고 얘기했습니다.
더 나은 우주복 신발을 설계하기 위해
제 학생, 아비는 4차원 동작 포착 시스템을 만들어서
걸을 때 발 모양을 측정했습니다.
이 자료로
발에 맞는 신발을 재설계해서
우주비행사가 더 멀리 탐험할 수 있도록 할 계획입니다.
하지만 화성 탐사용 우주복을 정말로 혁신하고 싶다면
지금과는 근본적으로 다른 방식으로 신체를 보호해야 합니다.
저는 화성을 위한 우주복의 해결책은
피부 밀착 탄성 개념에 있다고 생각합니다.
1960년대에 폴 웹 박사가 처음 제안한 것이죠.
이것은 기계적인 역압이라는 개념으로
부풀린 형태의 의복을 사용해 압력을 가하는 대신
의복 자체가 신체를 압박하는 것입니다.
하지만 안타깝게도 이 우주복은 호응을 얻지 못했습니다.
겨드랑이같이 복잡한 몸의 형태에
압력을 가하기 쉽지 않았기 때문입니다.
제가 대학원생일 때 지도교수님은 저를 이탈리아로 보내서
오토바이 경주용 의복을 만드는 회사인 다이아니지와 함께 일하라고 했습니다.
데이비드는 저에게 말했습니다.
“이 사람들은 네가 만날 최고의 디자이너일 거야.
네 기술 공학능력과 그들의 디자인 능력을 이용해
기계적 역압 우주복의 시제품을 만들어 보길 바란다.”
그래서 저는 이탈리아로 갔죠.
그 여름은 엔지니어로서
제게 가장 창의적이고 영감을 주는 경험이였습니다.
스테파노와 저는 매일 새로운 우주복 표본을 만들어서
시험하고 설계를 바꾸곤 했죠.
기계적 역압 우주복에 가까워졌지만
우주비행에 적합한 우주복이라고 하기엔 아직 거리가 멀었습니다.
그 이후 저는 MIT,
미네소타 대학,
호주 로얄 멜버른 공과대학,
데이비드 클락 회사 그리고 나사에 있는 팀과
이런 설계 문제를 계속 연구했습니다.
현재 제 실험실에선
우주복에 어떻게 기계적 역압을
이용할지 계속 연구하고 있습니다.
기계적 역압이나 기체 압력,
둘 중 하나를 선택하는 대신에
두 가지를 같이 할 수는 없을까요?
만약 설계 문제를 반으로 나눠
예를 들어 50% 압력은
촘촘한 탄성 피복층으로,
나머지 50%는 지금처럼 전통적인 가압 우주복으로 압력을 가한다면,
우주비행사를 보호하는 우주복은
덜 뻣뻣하고 굳을 뿐만 아니라
이중성을 통해 더 안전해 질 것입니다.
그리고 그런 우주복은 인류가
화성에 갈 수 있게 해줄 것입니다.
저는 제가 죽기 전에 인류가 화성에 가는 것을
볼 수 있는 행운을 누리게 될 거라 믿습니다.
하지만 그 정도의 임무를 가치있게 만들려면
우주 비행사들의 안전을 보장해야 합니다.
그들이 탐험하고 연구할 수 있게 해야 합니다.
몇 날 며칠 계속해서요.
이제는 상징적인 우주복의
새로운 디자인을 생각해야 할 때입니다.
감사합니다.
(박수)
Há 50 anos, em julho,
os humanos pisaram na Lua pela primeira vez
e redefiniram a forma como pensamos nosso planeta.
Toda vez que você viu uma pessoa andando na Lua ou no espaço,
ela estava usando um traje espacial.
O traje espacial representa o que é fazer parte da espécie humana:
explorar e alcançar algo que pensávamos ser impossível.
Mas esta não é apenas uma simples peça de roupa.
O traje espacial é um dos maiores feitos da engenharia técnica já alcançados.
Ele faz tudo que uma nave espacial faz
para manter uma pessoa viva
e ainda é vestível.
Mas apesar do quão avançado é,
usar o traje espacial é algo surpreendentemente perigoso.
Você nunca saberia apenas olhando para ele,
mas esse traje machuca os astronautas:
causa lesões, torções, pinçamento de nervos,
e até mesmo perda de unhas.
Vinte e três astronautas precisaram de cirurgia nos ombros
para tratar de lesões como ruptura do manguito rotador.
Se algo do tipo acontecesse na superfície da Lua ou Marte,
poderia arruinar a missão.
Resumindo, melhorar o traje espacial
é um dos maiores obstáculos para a exploração humana do espaço,
e ninguém fala nada a respeito.
Eu penso que uma das coisas mais importantes
que podemos fazer para a ciência avançar
é mandar um humano para Marte.
Já aprendemos bastante graças aos exploradores robóticos,
mas eles são muito limitados.
Uma pessoa na superfície daquele planeta
poderia revelar a história da formação do nosso Sistema Solar,
ou até mesmo do surgimento da vida.
Custará bilhões de dólares mandar pessoas para Marte,
mas não se vai para Marte,
só para ficar o tempo todo dentro de seu habitat.
Astronautas irão explorar e usar o traje
muitas vezes.
Com os planos atuais da NASA,
se você enviar cinco pessoas para a superfície de Marte por 500 dias,
seriam cerca de mil caminhadas espaciais
durante apenas uma missão.
Para dar uma ideia,
nós só fizemos pouco mais de 400 caminhadas espaciais
em toda a história do voo espacial tripulado.
Esse é um grande salto de capacidade.
Se vamos fazer isso acontecer, e eu acredito que iremos,
precisamos reprojetar radicalmente o traje espacial.
Eu me interessei por exploração espacial
na terceira série
quando minha professora passou o dia nos contando sobre os astronautas.
Foi a primeira vez que eu realmente entendi que as pessoas podiam ir lá.
Desde aquela vez, as viagens espaciais
têm sido a paixão que move a minha vida.
Mas só comecei a entender
como é difícil para os astronautas trabalharem dentro dos trajes espaciais
quando fiz pós-graduação.
O traje é pressurizado com oxigênio para permitir que as pessoas respirem,
mas essa pressão o deixa inflexível e rígido.
Imagine-se tentando fazer um animal de balão.
Quando você torce o balão,
ele força para voltar para sua posição inicial.
Engenheiros tentaram resolver esse problema
projetando as juntas do traje com pregas e rolamentos,
mas ainda assim força as pessoas
a se moverem de modo incômodo.
Pra se deslocar com o traje,
primeiro você tem que mover o seu corpo até fazer contato com a roupa,
somente então o traje começa a se movimentar.
Não dá para esticar o braço e tocar a cabeça dessa forma.
Em vez disso, astronautas têm que girar seus ombros para fora
e só então levantar seu cotovelo para tocar o capacete.
Isso já é difícil o bastante de se lembrar aqui na Terra,
e ainda mais se estiver sozinho fora da nave espacial,
viajando a mais de 27 mil km/h.
Servir é outro grande problema.
Em março de 2019,
a NASA precisou cancelar a primeira caminhada espacial feminina
porque os trajes disponíveis não cabiam nas tripulantes,
e levaria muito tempo
para colocar em órbita outro traje, que fosse do tamanho certo.
Então, a pressão e o tamanho
são responsáveis por prejudicar os astronautas
toda vez que eles trabalham com o traje.
E é por isso que tenho dedicado a minha carreira
a projetar um traje melhor.
O primeiro passo é entender como as pessoas se movem usando o traje.
Você não pode apenas olhar para dentro dele
para entender como e por quê os astronautas estão se machucando.
Então, eu e meus alunos do CU Boulder
estamos desenvolvendo sensores internos
para monitorar como as pessoas se movem e interagem com o traje.
Com esses dados,
esperamos ser capazes de prever
se o traje é ou não confortável
ou se causará lesões
depois que alguém o vestir algumas centenas de vezes.
Quando os humanos derem os primeiros passos na superfície de Marte,
suas botas farão o primeiro impacto.
Astronautas não precisaram andar com os seus trajes
desde que os astronautas da missão Apollo deixaram a Lua em 1972.
Como a bota também é pressurizada,
o pé não fica estável lá dentro.
Seria como usar sapatos de caminhada
vários números maiores que o seu.
Toda vez que você dá um passo,
o calcanhar se levanta por trás,
causando bolhas no pé, desperdício de energia
e movimento desconfortável.
O ponto é,
se você tiver uma bolha em uma caminhada,
você só tem um passeio ruim.
Se você tiver uma bolha na superfície de Marte,
fica difícil fazer o seu trabalho.
E pode ser ainda mais doloroso que isso.
Um astronauta teve um problema com sua bota
e disse que a dor era como a de ser espetado por uma faca.
Para projetar uma melhor bota espacial, meu aluno, Aubie, desenvolveu
um sistema quadridimensional de captura de movimento
que analisa o formato do pé enquanto anda.
Com esses dados,
nós planejamos redefinir a forma como o pé se ajusta dentro da bota
para garantir que nossos astronautas possam explorar cada vez mais longe.
Mas se realmente quisermos revolucionar os trajes para Marte,
temos que proteger o corpo
de uma maneira totalmente diferente da que fazemos agora.
Eu acredito que a solução para um traje adaptado a Marte
está em um conceito elástico e aderente à pele
proposto pela primeira vez nos anos 1960, pelo Dr. Paul Webb.
Ele faz uso de um conceito chamado "contrapressão mecânica",
que significa que em vez de usar uma roupa inflada
para aplicar a pressão na pele,
o próprio traje comprime o corpo.
Infelizmente, esses trajes nunca ganharam tanta atenção
por ser muito difícil de aplicar a pressão
nas partes mais complexas do corpo,
como nas axilas.
Quando eu fazia pós-graduação,
meu orientador me enviou à Itália para trabalhar com uma companhia, Dainese,
que projeta trajes para corridas de moto.
David me falou:
"Esses são os melhores designers que você vai conhecer em sua vida.
Quero que você use suas habilidades de engenharia com as de design deles
e desenhe alguns protótipos de trajes de contrapressão mecânica".
Então, lá fui eu para a Itália.
Aquele verão foi uma das experiências mais criativas e inspiradoras
que eu já tive como engenheira.
Todo dia, Stefano e eu surgíamos com um novo protótipo de traje espacial,
testávamos e depois o modificávamos,
cada vez nos aproximando mais do traje de contrapressão mecânica.
Mas ainda estamos longe de chegar em algo pronto para o voo espacial.
Desde então, continuei trabalhando com esse grupo de amigos do MIT,
da Universidade de Minessota,
do Instituto Real de Tecnologia de Melbourne, na Austrália,
Companhia David Clark e NASA
para seguir avançando nessas questões de design.
No meu laboratório agora, estamos desafiando o que pensamos
sobre usar contrapressão mecânica nos trajes espaciais.
Em vez de escolher entre contrapressão mecânica
ou pressão por gás,
por que não podemos escolher os dois?
Se dividirmos o problema de design na metade
e aplicarmos, digamos, 50% da pressão
usando uma camada do traje comprimido e elástico
e os outros 50% pelo método tradicional de pressurização a gás que usamos hoje,
seriamos capazes de proteger nossos astronautas
com um traje menos inflexível e rígido,
mas também mais seguro devido aos reforços.
E um traje como aquele
poderia possibilitar a missão humana para Marte.
Eu acredito que terei a sorte
de ver pessoas andando na superfície de Marte antes de morrer.
Mas para fazer uma missão importante como essa valer à pena,
precisamos nos certificar de que os astronautas estejam seguros.
E precisamos nos certificar de que eles poderão explorar e pesquisar
dia, após dia, após dia.
É hora de pensar em um novo design para o nosso icônico traje espacial.
Obrigada.
(Aplausos)
Пятьдесят лет назад, в июле,
впервые в истории люди прошли по Луне
и мы стали смотреть на нашу планету другими глазами.
Каждый раз когда вы видели человека на Луне или в космосе,
он был одет в скафандр.
Скафандр воплощает то, что значит быть частью человечества, —
это значит открывать и достигать того, что нам казалось невозможным.
Но это не просто обычный предмет одежды.
Скафандр — одно из величайших достижений инженерии.
Он делает всё то же, что и космический аппарат,
для жизнеобеспечения человека,
только его можно носить на себе.
Но, несмотря на всю свою технологичность,
скафандры, как это ни удивительно, опасны в употреблении.
Глядя на них, в это трудно поверить,
но скафандры могут травмировать астронавтов:
это синяки, растяжения суставов, ущемления нервов
и даже потеря ногтей.
23 астронавтам понадобились операции на плечо
из-за травм, вызванныx, например, порванными плечевыми мышцами.
Если что-то подобное произойдёт на поверхности Луны или Марса,
это может стать причиной отмены миссии.
Вывод: необходимость улучшения скафандра —
одно из главных препятствий в исследовании человеком космоса,
о котором никто не говорит.
Я считаю, что одним из главных направлений в развитии науки может быть
полёт человека на Марс.
Мы много узнали от беспилотных кораблей,
но их возможности ограничены.
Доставка человека на поверхность этой планеты
может привести к разгадке истории образования Солнечной системы,
а возможно, даже возникновения жизни.
Отправка человека на Марс будет стоить миллиарды долларов,
но прилететь на Марс и оставаться всё время внутри станции не имеет смысла.
Астронавты будут проводить немало времени снаружи станции
в скафандрах.
Согласно сегодняшним планам НАСА,
при отправке пяти человек на Марс на 500 дней
в течение одной миссии
понадобится примерно 1 000 выходов на поверхность.
Для сравнения:
в течение всей истории исследования космоса
совершено немногим больше 400 выходов в открытый космос.
Подобный скачок функциональных возможностей трудно себе представить.
Если мы хотим этого достигнуть, — а я уверена, что мы это сможем,
нам нужно радикально переделать скафандр.
Я заинтересовалась космическими исследованиями
в третьем классе,
когда мой учитель в течение целого дня рассказывал нам об астронавтах.
Тогда я впервые поняла, что люди действительно могут туда летать.
С этого момента полёты человека в космос стали моим главным увлечением моей жизни.
Но я начала понимать,
как трудно астронавтам работать внутри скафандров,
только когда я начала учиться в аспирантуре.
Скафандр наполнен кислородом под давлением для поддержки дыхания,
но это давление делает скафандр жёстким и неэластичным.
Представьте, что вам нужно сделать животное из надувного шарика.
Когда вы сгибаете шарик,
он пытается вернуться в исходное положение.
Инженеры пытались решить эту проблему, конструируя суставы скафандра
с использованием складок и опорных шарниров,
но это всё ещё делает передвижение неудобным и неестественным.
Чтобы передвигаться в скафандре,
ваше тело должно начать двигаться до вхождения в контакт со скафандром.
Только после этого начнёт двигаться скафандр.
Вы не можете просто протянуть руку и дотронуться до головы вот так.
Вместо этого, астронавты должны вывернуть плечо,
согнуть локоть и затем дотронуться до шлема.
Даже на Земпле непросто запомнить, как это сделать,
не говоря уже о ситуации, когда вы в открытом космосе
и летите со скоростью 27 000 км в час.
Другой проблемой является подбор размера.
В марте 2019 года НАСА пришлось отменить
первую космическую прогулку с участием только женщин,
потому что имевшиеся в запасе скафандры не подходили по размеру для астронавток,
а для сборки скафандров нужных размеров
на орбите понадобилось бы слишком много времени.
Итак, внутреннее давление плюс подбор размера представляют проблемы
для астронавтов каждый раз, когда они работают внутри скафандра.
И поэтому я посвятила свою карьеру разработке улучшенного скафандра.
Первый шаг — это понять, как люди передвигаются в скафандрах.
Вы не можете просто видеть, что происходит внутри,
чтобы понять, как и почему астронавты травмируются.
Поэтому вместе с моими студентами Колорадского университета в Боулдере
мы создаём нательные датчики,
расположеные внутри скафандра,
чтобы понять, как люди двигаются и взаимодействуют со скафандром.
Имея эти данные,
мы надеемся научиться предсказывать,
будет ли скафандр удобен
или вызывать травмы после того,
как его используют пару сотен раз.
Когда люди сделают первые шаги на поверхности Марса,
их ботинки войдут в соприкосновение первыми.
У астронавтов не было нужды ходить в скафандрах
с момента, когда астронавты с «Аполлона» покинули Луну в 1972 году.
Поскольку ботинок тоже загерметизирован, ступня не закреплена внутри ботинка.
Это как будто вы надели пару походных ботинок,
которые на несколько размеров больше вашего.
С каждым шагом
ваша пятка приподнимается сзади,
из-за чего появляются волдыри, тратится энергия и движения становятся неуклюжими.
Проблема в том,
что волдырь на прогулке просто испортит вам прогулку.
Если у вас случился волдырь на поверхности Марса,
вам трудно выпонять ваши обязанности.
И это может оказаться ещё больнее.
У одного астронавта была проблема с ботинком,
и боль была как от лезвия ножа.
Чтобы улучшить ботинки для скафандра,
моя студентка Оби создала систему четырёхмерной регистрации движения,
которая регистрирует изменения формы ступни во время ходьбы.
Имея эти данные,
мы планируем переосмыслить положение ступни внутри ботинка,
чтобы наши астронавты могли летать дальше и дальше.
Но если мы и впрямь хотим создать радикально новые скафандры для Марса,
мы должны защитить тело
совершенно иначе, чем мы делаем это сейчас.
Я считаю, что решение для марсианского скафандра
должно быть основанно на концепции эластичного костюма, прилегающего к коже,
впервые предложенной в 60-е годы доктором Полом Уэббом.
Это предложение использует концепцию механического противодавления,
когда вместо использования надувной одежды,
для поддержания давления на кожу
костюм сам сжимает тело.
К сожалению, эти костюмы так и не завоевали популярность,
потому-что было слишком трудно
создавать давление вокруг сложных форм тела,
например в области подмышек.
Когда я училась в аспирантуре, мой руководитель послал меня в Италию
для работы с компанией «Дайнезе», которая занимается дизайном костюмов
для мотоциклетных гонок.
Дэвид сказал мне: «Это лучшие дизайнеры, с которыми тебе доведётся встретиться.
Я хочу, чтобы ты скомбинировала свои инженерные знания с их знаниями дизайна
и создала прототипы скафандров на основе механического противодавления».
Итак, я отправилась в Италию.
То лето было одно из самых творческих и вдохновляющих
для меня как инженера.
Каждый день Стефано и я создавали новый прототип скафандра,
тестировали, затем меняли дизайн,
каждый раз приближаясь к скафандру на основе механического противодавления,
но до создания готового к полёту скафандра было ещё далеко.
После этого я продолжала работать с группой друзей из MIT,
Университета Миннесоты,
Королевского технологического института в Мельбурне, Австралия,
компании «Давид Кларк» и НАСА,
пытаясь разрешить проблемы дизайна.
Теперь в моей лаборатории мы пересматриваем
использование механического противодавления в скафандрах.
Вместо выбора между механическим противодавлением
и давлением газа,
почему бы не использовать оба?
Если разделить проблему пополам
и поддерживать, скажем, 50% давления с помощью прилегающего эластического слоя,
а оставшиеся 50% с помощью традиционного надувного костюма, используемого сейчас,
мы сможем защитить наших астронавтов с помощью скафандра, который будет
менее жёстким и в то же время более безопасным за счёт дублирования.
И такой костюм сделает возможным
полёт человека на Марс.
Я верю, что мне посчастливится
увидеть на своём веку людей, шагающих по поверхности Марса.
Но для того чтобы миссия такого маштаба состоялась,
мы должны быть уверены в безопасности наших астронавтов.
И мы должны быть уверены, что они смогут проводить исследования
на протяжении многих дней.
Настало время подумать о новом дизайне для нашего традиционного скафандра.
Спасибо.
(Аплодисменты)
İnsanlar elli sene önce geçtiğimiz temmuzda,
ilk defa Ay'a adım attı
ve gezegenimiz hakkındaki düşüncelerimizi yeniden tanımladılar.
Bir insanı Ay'da ya da uzayda yürürken her gördüğünüzde,
üzerilerinde uzay giysisi vardı.
Uzay giysisi, insanoğlunun bir parçası olmanın ne anlama geldiğini,
keşfetmenin ve ulaşmanın imkansız olduğunu düşündüğümüz bir şeyi kapsıyor.
Ancak sadece bir kıyafet parçasından ibaret değil.
Uzay giysisi, teknik mühendisliğin başardığı en iyi işlerden birisi.
Bir insanı hayatta tutmak için
uzay aracının yaptığı her şeyi yapıyor
ancak giyilebilir.
Çok gelişmiş olmasına rağmen
uzay giysisini giymek şaşırtıcı bir şekilde tehlikeli.
Sadece bakarak anlayamazsınız
ama bu giysi astronotları yaralıyor:
Morluklar, burkulmalar, sıkışmış sinirler
ve hatta kayıp tırnaklar.
23 astronotun, rotator manşet yırtığı gibi yaralanmaların tedavisi için
omuz ameliyatı olmaları gerekti.
Böyle bir şey Ay'ın ya da Mars'ın yüzeyinde gerçekleşseydi
görevi mahvedebilirdi.
Sözün özü, uzay giysisini geliştirmek
insanların uzayı keşfetmesinin önündeki
kimsenin konuşmadığı en büyük engellerden biri.
Bilimi geliştirmek için yapabileceğimiz en önemli şeylerden birinin
Mars'a insan göndermek olduğuna inanıyorum.
Robot keşifçilerimizden çok fazla şey öğrendik
ama çok kısıtlılar.
O gezegenin yüzeyindeki bir insan,
güneş sistemimizin nasıl oluştuğuna
ya da muhtemelen hayatın nasıl başladığına dair tarihin kilidini açabilir.
İnsanları Mars'a göndermek için milyon dolarlar gerek
ama Mars'a tüm zamanınızı habitatınızda geçirmek için gitmiyorsunuz.
Astronotlar keşif yapıyor
ve giysiyi çokça giyiyor olacaklar.
Mevcut NASA planlarına göre,
beş insanı 500 günlüğüne yüzeye gönderirsen
bir görev boyunca yaklaşık olarak
1.000 uzay yürüyüşü yapılmış olacak.
Açıklamak gerekirse,
insanlık tarihindeki tüm uzay uçuşlarının toplamında
400'ün biraz üzerinde uzay yürüyüşü yaptık.
Bu kabiliyet açısından büyük bir sıçrama.
Eğer bunu başaracaksak, ben yapacağımıza inanıyorum,
uzay giysisini büyük ölçüde yeniden tanımlamalıyız.
Uzay keşiflerine olan ilgim
üçüncü sınıftayken,
sınıf öğretmenimiz günü astronotlardan bahsederek geçirdiğinde başladı.
İnsanların oraya gidebildiğini gerçekten anladığım ilk zamandı.
O zamandan beri, insan uzay uçuşu hayatımın tutkusu oldu.
Ancak astronotların uzay giysilerinin içinde çalışmasının
ne kadar zor olduğunu
yüksek okula gittiğimde anlamaya başladım.
Uzay giysisi, nefes alınmasını sağlaması için oksijenle basınçlandırılıyor
ama bu basınç onu katı ve bükülmez bir hale getiriyor.
Balondan hayvan yapmayı düşünün.
Balonu büktüğünüzde
asıl şekline geri dönmek istiyor.
Mühendisler bu problemi, giysinin eklemlerini
akordeon ve rulmanlarla tasarlayarak çözmeye çalıştılar
ama bu hâlâ insanları tuhaf ve doğal olmayan hareketlere zorluyor.
Giyside hareket edebilmek için
ilk önce vücudunu giysiyle temas edene kadar oynatman gerekiyor.
Ancak ondan sonra giysi hareket etmeye başlıyor.
Bu şekilde uzanıp kafana dokunamazsın,
bunun yerine astronotların kollarını açıp,
ondan sonra dirseklerini bükerek başlıklarına dokunmaları lazım.
Bunu Dünya'da hatırlayıp yapması bile zor,
kaldı ki uzay aracının dışındayken
saatte 27.358848 km hız ile giderken hatırlayacaksın.
Üzerine olması da diğer bir büyük problem.
Mart 2019'da NASA,
tamamı kadınlardan oluşan ilk uzay yürüyüşünü
mevcut uzay giysileri mürettebata uymadığı
ve doğru ölçülerde yeni bir giysi yapmak çok zaman alacağı için
iptal etmek zorunda kaldı.
Yani astronotların giysinin içerisinde çalıştığında
hırpalanmasının sebebi basınç ve üstlerine olmaması.
Bu yüzden, hayatımı daha iyi uzay giysileri tasarlamaya adadım.
İlk adım, insanların giysi içerisinde nasıl hareket edeceğini anlamak.
Astronotların neden yaralandığını anlamak için içeriyi göremiyorsun.
CU Boulder'daki öğrencilerimle birlikte,
insanların hareketini ve giysi ile etkileşimini
içeri girip ölçmesi için giyilebilir sensörler üretiyoruz.
Bu veri ile,
biri onu yüzlerce kez giydikten sonra
giyen kişiyi yaralayıp yaralamadığını
ya da hâlâ rahat olup olmadığını öngörebilmeyi umuyoruz.
İnsanlar Mars yüzeyine ilk adımı attıklarında,
ilk teması botları gerçekleştirecek.
1972'de Apollo astronotları Ay'ı terk ettiğinden beri,
astronotların uzay giysisi içinde yürümeleri gerekmedi.
Çünkü bot da basınçlanıyor, ayak içeride sabit değil.
Birkaç numara büyük yürüyüş ayakkabısı giymek gibi bir şey.
Her adım attığında topuk arkadan kalkarak
su toplanmasına, enerji kaybına ve tuhaf harekete sebep oluyor.
Mesele şu ki, eğer yürüş esnasında
ayağınız su toplarsa sadece kötü bir yürüyüş geçirirsiniz.
Eğer Mars yüzeyinde ayağınız su toplarsa
işinizi yapmak çok zor.
Bundan acı verici de olabilir.
Astronotlardan birinin bot problemi vardı,
bıçak saplanması gibi bir acı hissettiğini söyledi.
Daha iyi bir uzay giysisi botu tasarlamak için
öğrencim Aubie, yürürken ayağın şeklini ölçen
dört boyutlu bir hareket yakalama sistemi yaptı.
Bu veri ile,
astronotlarımızın daha da fazlasını keşfedebilmesi için
ayağı botun içine nasıl oturtacağımızı yeniden tasarlamayı planlıyoruz.
Ancak Mars için uzay giysilerinde gerçekten devrim yapmak istiyorsak
vücudu şuan yaptığımızdan
temelde daha farklı bir yöntemle korumalıyız.
Marslı bir uzay giysisinin çözümünün,
ilk kez Dr.Paul Webb tarafından 1960'larda önerildiği gibi
dapdar bir elastik kavrama dayandığına inanıyorum.
Mekanik karşı basınç denilen bir kavram kullanıyor.
Bu, şişirilmiş bir giysi kullanmaktansa
vücudu saran bir giysinin
basıncı cilde uygulaması anlamına geliyor.
Ne yazık ki bu giysiler hiç ilgi çekmedi
çünkü koltuk altı gibi
vücudun karmaşık şekilleri üzerine basınç uygulamak çok zor.
Yüksek lisans öğrencisiyken danışmanım, motosiklet yarış tulumu tasarlayan
bir şirket olan Dainese ile çalışmak üzere beni İtalya'ya gönderdi.
David bana şöyle söyledi:
"Bu insanlar hayatında tanışabileceğin en iyi tasarımcılar.
Mühendislik yeteneklerini, onların tasarım yetenekleriyle birleştirmeni
ve mekanik karşı basınç uzay giysisi prototipleri tasarlamanı istiyorum."
Böylece İtalya'ya gittim.
O yaz bir mühendis olarak
en yaratıcı ve ilham verici deneyimleri edindiğim yaz oldu.
Her gün, Stefano ile birlikte yeni bir uzay giysisi prototipi yapıverir,
test eder ve sonra tasarımını değiştirirdik.
Mekanik karşı basınçlı uzay giysisine sürekli yaklaşıyoruz
ama uzay uçuşuna hazır olacak bir şey için hâlâ kat edilecek uzun bir yol var.
O zamandan beri
MIT, Minnesota Üniversitesi,
Avustralya Royal Melbourne Teknoloji Enstitüsü,
David Clark şirketi ve NASA'daki arkadaşlardan oluşan bir ekiple çalışmaya
ve bu tasarım sorunlarıyla ilgilenmeye devam ettim.
Şimdi laboratuvarımda, mekanik karşı basıncı
uzay giysilerinde kullanacağımız yollar hakkında uğraşıyoruz.
Mekanik karşı basınç ile gaz basıncı arasında
şeçim yapmak yerine
neden ikisini de seçemeyelim?
Eğer tasarım problemini ikiye bölecek olursak,
diyelim ki basıncın %50'sini sıkı elastik bir giysi katmanıyla,
%50'sini de şuan kullandığımız geleneksel gaz basınçlı giysiyle uygularsak
astronotlarımızı daha az katı ve bükülebilir olan
ama ayrıca fazlalıklardan dolayı daha güvenli olan giysilerle koruyabileceğiz.
Böyle bir giysi de
insanlı Mars görevini mümkün kılar.
Ölmeden önce insanların Mars'ta yürüdüğünü görecek kadar
şanslı olacağıma inanıyorum.
Ancak bu büyüklükte bir görevi yapmak için
astronotlarımızın güvenliğinden emin olmalıyız.
Günlerce keşfedip, bilim icra edebildiklerinden
emin olmak zorundayız.
İkonik uzay giysimiz için yeni bir tasarım hayal etmenin vakti geldi.
Teşekkürler.
(Alkış)