Симулятор нейтральной плавучести - Neutral Buoyancy Simulator

Симулятор нейтральной плавучести
Танк-симулятор нейтральной плавучести снаружи.jpg
Симулятор нейтральной плавучести находится в Алабаме.
Симулятор нейтральной плавучести
Симулятор нейтральной плавучести находится в США.
Симулятор нейтральной плавучести
Место расположенияHuntsville, Алабама
Координаты34 ° 39′11 ″ с.ш. 86 ° 40′39 ″ з.д. / 34,65306 ° с.ш. 86,67750 ° з.д. / 34.65306; -86.67750Координаты: 34 ° 39′11 ″ с.ш. 86 ° 40′39 ″ з.д. / 34,65306 ° с. Ш. 86,67750 ° з. / 34.65306; -86.67750
Построен1968
АрхитекторНАСА
Ссылка NRHPНет.85002807
Знаменательные даты
Добавлено в NRHP3 октября 1985 г.[1]
Назначенный НХЛ3 октября 1985 г.[2]

В Симулятор нейтральной плавучести был бассейн нейтральной плавучести расположен в НАСА Центр космических полетов Джорджа К. Маршалла (MSFC). Инженеры и астронавты разработали оборудование и отработали процедуры в этом резервуаре с момента его завершения в 1968 году до вывода из эксплуатации в 1997 году. Маршалл признал необходимость подводного моделирования внекорабельная деятельность (EVA) и разработали для этой цели три последовательно больших танка. Симулятор нейтральной плавучести внес значительный вклад в американскую программу пилотируемых космических кораблей. Скайлаб, то Космический шатл, Космический телескоп Хаббла, а Международная космическая станция все воспользовались симулятором нейтральной плавучести. До того как Космический центр Джонсона построил испытательный центр в невесомой среде в середине 1970-х годов, MSFC имела единственное испытательное оборудование, принадлежащее НАСА, которое позволяло инженерам и астронавтам знакомиться с динамикой движения тела в условиях невесомости.[2][3]:1968–03 с.39[4]

Вода в симуляторе была контролируемая температура, непрерывно рециркулируют и фильтруют. В резервуар были интегрированы специальные системы для подводного аудио и видео, контроля окружающей среды с помощью скафандров, а также аварийно-спасательных работ и лечения. Эти системы одновременно обеспечивали жизнеобеспечение до четырех человек в скафандрах. Дополнительные системы включали сбор и запись данных, подводное освещение, специальные подводные пневматический и электрические операции двигателя, клапанов, органов управления и индикаторов, которые требуются для высокоточных и функциональных инженерных макетов и инструкторов.

Принцип работы

Нейтральная плавучесть имитирует невесомую среду космоса.[5] Первое оборудование опускается в бассейн с помощью мостовой кран. Затем космонавты в костюмах садятся в резервуар, а водолазы поддержки добавляют астронавтам вес, чтобы они не испытывали затруднений. жизнерадостный сила и нет вращающий момент о них центр массы.[5]

Один из недостатков использования нейтральной плавучести для моделирования микрогравитация значительное количество тащить представлен водой.[6] Как правило, эффекты перетаскивания минимизируются за счет медленного выполнения задач в воде. Еще одним недостатком моделирования нейтральной плавучести является то, что космонавты не являются невесомыми. в их костюмы, поэтому точный размер костюма имеет решающее значение.

Истоки и первый танк

Смотрите также: Моделирование нейтральной плавучести в качестве учебного пособия

НАСА уже много лет выполняет полеты в условиях невесомости на различных самолетах. В 1959 г. Проект Меркурий космонавты тренировались в C-131 Самаритянин самолет, получивший название "Рвота комета ". Невесомость самолета ограничена 25 секундами за раз, что затрудняет отработку выхода в открытый космос, который может длиться несколько часов.[7][8]

До мая 1960 года НАСА признало возможность моделирования подводной нейтральной плавучести и начало тестирование его эффективности. НАСА привлекло Ассоциацию экологических исследований Балтимор сначала попробовать моделирование нейтральной плавучести в бассейне рядом с Исследовательский центр Лэнгли. Посетители и другие проблемы мешали этим усилиям, и они перенесли операцию в McDonogh School, дневная куда Скотт Карпентер был первым космонавтом в костюмах. Затем после сложных выходов в открытый космос Близнецы 11 в середине сентября 1966 года Центр пилотируемых космических аппаратов полностью осознал важность проведения испытаний под водой и отправил Близнецы 12 экипаж для тренировки в МакДоног.[9][10][11][12]

Между тем, MSFC с нетерпением ждала Программа приложений Apollo что потребовало бы EVA для преобразования почти пустого S-IVB ступень ракеты в космическую станцию, и людям, разрабатывающим оборудование, нужно было досконально понимать проблемы невесомости. Чарли Купер из MSFC предположил, что упражнения на нейтральную плавучесть могут помочь в планировании выхода в открытый космос, пока он просматривал фильм о Близнецы 4 EVA. Он и Чарльз Д. Стокс преследовали эту идею с парой представителей НАСА. подводное плавание костюмы и бассейн диаметром 8 футов (2,4 м) и глубиной 8 футов (2,4 м), который ранее использовался для взрывное формирование металлических деталей. В ноябре 1965 г. испытания включали удаление СТ-124 и J-2 клапан утилизации топлива двигателя - первые шаги в зарождающемся Скайлаб миссия, тогда называемая орбитальной мастерской S-IVB.[3]:1965–11 с. 18[13]:п. 189

Второй танк

После того, как полезность этого метода была продемонстрирована, в январе 1966 года рабочие перепрофилировали резервуар для формирования взрывчатого вещества большего размера для испытаний на нейтральную плавучесть. Более крупный бассейн имел диаметр 25 футов (7,6 м) и глубину 15 футов (4,6 м). Поврежден объект высотой 10 футов (3,0 м) и диаметром 35 футов (11 м). Сатурн V рифленая секция с конической крышей наверху закрывала отапливаемый объект с достаточным освещением и большим пространством для оборудования большего размера, чем первоначальный резервуар.

Бюджет на второй танк был особенно ограничен. В комплект входит фильтр для бассейна от Sears и кран в соседний паропровод для водяного тепла. Водоросли увлеченный химики в течение почти года, чтобы найти подходящий баланс химикатов для уникальной конструкции.[13]:п. 190

Первоначальные испытания снова были сосредоточены на мастерской S-IVB: вход и выход из шлюза, а также снятие крышки люка S-IVB.[3]:1966–01 с. 35 год[13]:стр. 189–90

График производственного инжиниринга демонстрировал высокую активность с начала 1967 года и до следующего года.

На втором танке космонавт тренировался в скафандрах, начиная с ВМФ Марк IV. Лаборатория MSFC Manufacturing Engineering (ME) разработала клапан постоянного давления, который «позволял поддерживать нейтральную плавучесть на любой глубине». Водолазы впервые опробовали Mark IV в танке в июле 1966 года, и Алан Бин 6 сентября 1966 года провел два часа, «выполняя типичные действия космонавта» в танке. Бин был «с большим энтузиазмом и откровенно высказывался по поводу нейтральной плавучести как одного из обязательных методов моделирования для всех экспериментов S-IVB Workshop», согласно данным Manufacturing Engineering Режиссер В. Р. Куэрс. Стокс, диспетчер этого учения, сообщил, что погружение Бина началось с протекающей перчатки, после чего его костюм Mark IV порвался под мышкой и потребовал эвакуации с помощью водолаза. Бин приступил к упражнениям в обычном акваланге.[3]:1966–07 с. 79[13]:п. 190

14 ноября 1967 г. Вернер фон Браун (на фото) нырнул в космическом костюме. Находясь под водой, он осмотрел оборудование S-IVB Aft Dome и установил заглушки. На следующий день космонавты Гордон Купер, Джек Лусма, и Брюс МакКэндлесс выполнил ту же задачу с аквалангом. Узнав об этом, фон Браун прокомментировал это так: «Вводит в заблуждение! С аквалангом это несложно. Гидрокостюм - вот что усложняет задачу!»[3]:1967–11 с. 72

К началу 1967 года график симулятора был заполнен. Хотя Алан Бин посетил и проконсультировался по проекту, целью симулятора была не подготовка космонавтов, а проверка того, что «оборудование, разработанное MSFC, безопасно, просто в обращении, доступно и безотказно», - писал Ф. Белью в своей статье. 13 марта рапорт фон Брауну. В то время основное внимание уделялось ранней разработке процедур для Программа приложений Apollo. Во многом благодаря энтузиазму Бина к проекту, Центр пилотируемых космических аппаратов скоординировано с MSFC для предоставления двух космонавтов по мере необходимости, медицинской поддержки, помещения экипажа и консультаций по безопасности для моделирования.[3]:1967–03 с. 26

В том же отчете Белью сказал, что люди сочли необходимым использовать обе руки для большинства задач - одну для выполнения работы, а другую для обеспечения ее работы. Он также рассказал о планах установки третьего резервуара в здании 4706.[3]:1967–03 с. 26

Фундамент под третий резервуар

С самого начала было ясно, что для процедур тестирования с Скайлаб (6,61 м в диаметре и 7,4 м в высоту) и другое оборудование в трубопроводе. Было также ясно, что его строительство потребует творческого финансирования и политического маневра. В своей служебной записке от 12 сентября 1966 г. Вернер фон Браун Куэрс сообщил: «[Бину], по-видимому, рассказали о наших планах относительно нового большого симулятора нейтральной плавучести, и в ответ на его категорические вопросы по этому поводу ответственные сотрудники МЭ откровенно показали ему проектные чертежи. Следовательно, Хьюстон теперь знает."[3]:1966–07 с. 79

Бюджета на дополнительные помещения не было, поэтому менеджеры решили модифицировать существующее, построив в нем резервуар, используя инструменты и собственных производителей. Стокс объяснил: «Все, что у нас было, это доступные в то время дискреционные фонды директоров. Нам не разрешили построить новое здание для резервуара, поэтому утечка была обнаружена под зданием модели и прототипа. Эта утечка потребовала около [8 футов (8 футов) 2,4 м)] бетона под полом для ремонта ». Таким образом, в июле 1967 года был подготовлен фундамент здания 4706 для поддержки резервуара, вмещающего 1 300 000 галлонов США (4 900 000 л) воды.[3]:1967–01 с. 107, 1967–07 с. 56[13]:стр.55, 190

Эд Бакби писал, что нарушения финансирования "спровоцировали GAO (Счетная палата правительства) аудит и выговор, но способствовали творчеству и прагматизму Маршалла в выполнении работы ».[13]:п. 55

Третий танк

Сварка нового резервуара проводилась в октябре и ноябре 1967 года, после чего бассейн глубиной 40 футов (12 м) и диаметром 75 футов (23 м) был почти готов. Остальные работы, согласно отчету Куэрса от 20 ноября, включали установку «двухтонного подъемника, системы подачи воздуха для дыхания, системы наполнения баллонов с аквалангом, новой камеры повторного сжатия, а также установку контрольно-измерительных приборов в трейлере, который будет расположен между зданиями. 4706 и 4705, закупка и установка водолазного колокола и шлюза, а также проектирование, закупка и установка лифта, который будет работать между первым этажом и верхней платформой и будет использоваться для передвижения людей и оборудования ».[3]:1967–11 с. 72

Верхняя часть третьего резервуара располагалась так близко к крыше, что создавало проблемы для установки большого испытательного оборудования.

Окончательная подготовка к испытаниям заняла еще несколько месяцев. Инженеры решили наполнять резервуар медленно, чтобы иметь возможность устранить любые утечки, обнаруженные по пути, и они заполнили его, обнаружив и устранив несколько утечек, между 29 февраля и 11 марта 1968 года. Подготовленные таким образом рабочие начали установку испытательного оборудования. Рабочим пришлось разработать новые методы сборки деталей под водой из-за малого зазора между верхом резервуара и крышей ограждающего здания.

С перспективой того, что астронавты будут нырять в скафандрах, Центр пилотируемых космических аппаратов (ныне Космический центр Джонсона) представил MSFC новый уровень безопасности в форме комитета по проверке оперативной готовности (ORI), который оценил объект с точки зрения безопасности. Комитет был сформирован в декабре 1967 года. Они проводили инспекции и наблюдали за учениями, чтобы продемонстрировать готовность к различным непредвиденным обстоятельствам. После почти года полного бака процедуры были готовы для космонавтов в костюмах.[3]:1967–12 с. 37; 1968–03 с. 15, 39; 1968–04 с. 82; 1968–07 с. 91; 1969–03 с. 69

Первое погружение космонавта в новом танке было разработкой учений. Крепление для телескопа Apollo методы поиска фильмов. Пол Вайц и Джозеф Кервин надевал костюмы Apollo A5L (предшественник Аполлон / Скайлаб A7L ) и практиковал извлечение пленки как по параллельным рельсам, так и по системе тележек, пока Эдвард Гибсон наблюдался в акваланге 4 марта 1969 года. Их опыты привели к созданию системы удержания страховочного троса, теплообменника в системе подачи воздуха в скафандр, регулировки шлангокабеля таким образом, чтобы он был нейтральной плавучести, корректировки системы взвешивания костюма A5L и новый дизайн подножки.[3]:1969–03 с. 69, 91

С добавлением трейлеров для диспетчерских и раздевалок между зданиями 4705 и 4706 эта комбинация стала называться домом 4705.

1969 к 1997

Инженеры использовали симулятор нейтральной плавучести для отработки перегибов в конструкции, а астронавты предоставили отзывы о своем опыте в симуляторе. Например, 6 и 7 августа 1969 года космонавты Оуэн Гэрриотт, Уолтер Каннингем, и Расти Швейкарт оценили систему поиска пленки EVA на телескопе Apollo.[3]:1969-08 с. 27

Барокамера тренажера впервые использовалась по прямому назначению в ночь с 24 на 25 сентября 1969 г., когда TVA страдания рабочего декомпрессионная болезнь возле Knoxville был доставлен самолетом в MSFC для лечения и прибыл около полуночи. Врачи NASA и TVA прошли курс лечения. Первый курс лечения дал водолазу некоторое улучшение, но 20 октября выздоровление было медленным. У пациента было повреждение позвоночника и последующий паралич ниже пояса. Вернулось чувственное восприятие, но не двигательная функция.[3]:1969–09 с. 125; 1969–10 с. 71

Космонавтов выполнили Скайлаб обучение на симуляторе нейтральной плавучести в начале 1970-х годов.[14] Космонавтов Конрад и Кервин подготовлен к их Скайлаб 2 Миссии в открытый космос моделирование их требования в симуляторе нейтральной плавучести, прежде чем приступить к ремонту в космосе.[15]

Экипаж космического корабля "Шаттл" СТС-41-С потратил месяцы на обучение захвату, ремонту и выпуску Solar Max спутник, включая отработку использования Пилотируемая группа маневрирования.[16]

Симулятор нейтральной плавучести был объявлен Национальный исторический памятник в 1985 г.[2][17]

Инженеры продолжали разрабатывать процедуры, а космонавты продолжали тренироваться на тренажере для Космический телескоп Хаббла миссии и Международная космическая станция сборка в связи с выводом танка из эксплуатации в 1997 году.

Галерея

  • Астронавты практикуют установку защитного экрана на Скайлаб в симуляторе, 1972 г.

  • Космонавты занимаются сборкой Международная космическая станция, 1985

  • Ученые занимаются на тренажере, чтобы понять сложности работы в космосе, 1974 г.

  • Ученые Кэролайн Гринер, который позже станет директором MSFC, и тренируется Энн Уитакер.

  • Выделены основные компоненты.

  • Космонавты тренируются на космическом телескопе Хаббл

  • Астронавты практикуют замену широкоугольной планетарной камеры космического телескопа Хаббл.

Рекомендации

  1. ^ «Информационная система Национального реестра». Национальный реестр исторических мест. Служба национальных парков. 23 января 2007 г.
  2. ^ а б c "Космический симулятор нейтральной плавучести". Сводный список национальных исторических достопримечательностей. Служба национальных парков. Архивировано из оригинал на 2008-01-11. Получено 2007-10-28.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п фон Браун, Вернер (2010), Бакби, Эд (ред.), Человек-ракета: Вернер фон Браун: Человек, который доставил Америку на Луну: его еженедельные заметки: 1961–1969 (DVD), Steward & Wise Music Publishing, ISBN  978-1-935001-27-0
  4. ^ «По США: новости из каждого штата». USA Today. 10 июля 1997 г.. Получено 19 февраля, 2012. ... для космонавтов в Центре космических полетов им. Маршалла объявлен неактивным. Танк, построенный в 1968 году, был первым симулятором нейтральной плавучести НАСА.
  5. ^ а б Штраус С (июль 2008 г.). «Космическая медицина в НАСА-АО, лаборатория нейтральной плавучести». Aviat Space Environ Med. 79 (7): 732–33. PMID  18619137.
  6. ^ Пендергаст Д., Моллендорф Дж., Зампаро П., Термин А, Бушнелл Д., Пашке Д. (2005). «Влияние сопротивления на передвижение человека в воде». Подводный гиперболт. 32 (1): 45–57. PMID  15796314. Получено 2008-08-27.
  7. ^ "Меркурийские космонавты в полете в невесомости на самолете C-131". Архивировано из оригинал на 2011-11-13. Получено 2012-02-20.
  8. ^ Голайтли, Глен (20 октября 1999 г.). «Полет Кометы Рвоты имеет свои взлеты и падения». space.com. Архивировано из оригинал 10 марта 2006 г.
  9. ^ Левин, Рафаэль Б .: Моделирование нулевой гравитации. Документ, представленный на 3-м ежегодном собрании Ассоциации аэрокосмической медицины 9–11 мая 1960 г.
  10. ^ Форель, Отто Ф .; Loats, Harry L .; Маттингли, Дж. Самуэль (январь 1966 г.). «Метод погружения в воду для исследования подвижности человека в скафандре в условиях сбалансированной гравитации. NASA TN D-3054» (PDF). Представитель НАСА по контракту НАСА CR. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-10-25.
  11. ^ Отто Ф. Траут-младший, Гарри Л. Лоатс-младший и Дж. Сэмюэл Маттингли [«Контракт NASA NAS1-4059 с дополнительными соглашениями»], январь 1966 г.
  12. ^ Ройланс, Фрэнк Д. (19 июля 2009 г.). «Исторический знак». Балтимор Сан. Получено 25 февраля, 2012.
  13. ^ а б c d е ж Бакби, Эд (2009). 50 лет ракет и космических кораблей. Морли, Миссури: Acclaim Press. п. 224. ISBN  978-1-935001-17-1.
  14. ^ «Симулятор нейтральной плавучести - тренировка в Skylab». НАСА. Получено 26 февраля, 2012.
  15. ^ Дэвид Дж. Шейлер, FBIS, Прогулка в космосе, 2004, с. 213, Praxis Publishing Ltd.
  16. ^ «Имитатор нейтральной плавучести - испытание на максимальное солнечное излучение». НАСА. Получено 26 февраля, 2012.
  17. ^ Бутовски, Гарри А. (15 мая 1984 г.). «Национальный реестр исторических мест, инвентаризация-номинация: космический симулятор нейтральной плавучести» (pdf). Служба национальных парков. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь) и Сопровождающие 7 фотографий 1984 и 1980 годов.  (1,42 МБ)