Как улучшить скафандр для полёта человека на Марс | Аллисон Андерсон | TEDxMileHigh

Космический скафандр — одно из величайших инженерных достижений в истории. Но известно ли вам, что он может вызывать серьёзные травмы у астронавтов? Синяки, растяжения суставов,
ущемления нервов, потеря ногтей и даже порванные мышцы плеч. Если мы хотим послать астронавтов на Марс и обеспечить их безопасность и успешную работу, мы должны сначала переконструировать традиционный космический скафандр. Космический инженер Аллисон Андерсон покажет нам, как это сделать.

Доктор Аллисон Андерсон — доцент кафедры Смид (Smead) авиационно-космической инженерии Университета штата Колорадо в Боулдере и адъюнкт-профессор интеграционной физиологии. Она специализируется на авиационно-космической и биокосмической инженерии и физиологии человека в экстремальных условиях с целью обеспечения полёта человека на Марс. Она получила степень доктора в MIT и закончила постдокторат в Национальном институте космических киомедицинских исследований. Она выросла на ферме в штате Миссури и была четвёртым ребёнком из пяти в семье. Сейчас она пилотирует частные самолёты.

Это выступление записано на мероприятии TEDx, независимо организованном местным сообществом с использованием формата конференций TED. Подробнее: http://ted.com/tedx

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)