几十年来,美国国家航空航天局 (NASA) 开发并完善了许多技术,以推进舱外活动 (EVA) 系统。在过去 15 年中,德克萨斯州休斯顿约翰逊航天中心 (JSC) 的探索舱外机动装置 (xEMU) 政府参考设计在推进该技术方面迈出了重大一步。xEMU 借鉴了阿波罗、航天飞机和国际空间站 (ISS) EMU 的经验教训,改进了该技术以提高在极端环境下的性能。随着 NASA 设定其登陆月球和火星的目标,需要一种能够耐受重力和灰尘的宇航服设计来应对这些恶劣环境。NASA 已使用路线图作为记录可行计划的手段,以制定实现 NASA 使命和目标所需的技术发展战略。为了帮助登陆月球并在月球上建立持续存在,NASA 通过探索舱外活动服务 (xEVAS) 合同从行业采购了舱外活动服务。这些服务包括经过认证的承包商提供的宇航服、工具、设备、车辆接口以及对培训和实时操作的支持。NASA 现在将专注于火星任务。NASA 领导层已制定了与该机构的愿景和月球到火星 (M2M) 战略相关的目标和目的。本文介绍了一个组织框架,以深入了解 NASA 的愿景是如何实现的。此外,本文还介绍了宇航服技术的成熟和发展,并揭示了 M2M 计划的 EVA 技术路线图。这些 EVA 路线图可视化了火星探索所需的 EVA 能力的可行路径。
舱外活动和人类表面机动性技术 新的合作机会 编号:80JSC022EHP 目的:NASA 舱外活动(EVA)和人类表面机动性(HSM)计划(EHP)寻求与合作伙伴合作,推进与人类表面机动性相关的技术,以支持 NASA 的 Artemis 任务。EHP 的愿景是提供安全、可靠和有效的 EVA 和 HSM 能力,使宇航员能够在月球上和月球周围的航天器范围之外生存和工作。Artemis 任务将使用创新技术将人类返回月球表面,探索比以往更多的月球表面。我们将与商业和国际合作伙伴合作,建立第一个长期月球存在。然后,我们将利用在月球上和月球周围学到的知识来实现下一个巨大的飞跃:将第一批宇航员送上火星。 EHP 飞行项目包括探索舱外航天服 (xEVA 航天服) 和工具、月球地形车 (LTV) 和加压探测车 (PR)。有关更多信息,请参阅此处的 EHP 网站:舱外活动和人类表面机动性 - NASA。EHP 及其合作伙伴将合作开发月球表面能力,以降低风险并提高 Artemis 任务期间 EHP 飞行项目的生产力。重点将放在减轻月球表面系统风险的技术上,这些技术将为任务规划者提供更多选择,从而提高任务成功率。在追求这些类型的能力时,NASA 和潜在合作伙伴将开发新的和改进的技术,为多个行业的地面应用提供更多选择。附加信息:EHP 可能会定期在本公告的附录中发布,确定目前正在开发的特定技术,以进一步提供潜在的合作机会。附录 A - 月球尘埃水平传感器及其对表面的影响 (LDES) 中描述了一种正在开发的此类技术的示例。要访问此出口管制文件,请发送电子邮件至以下联系人。(文件可在 Sam.gov 上找到。) EHP 定期将与月球人类表面流动性相关的信息参考文件放在 EHP 技术库中,供业界查阅。访问技术库需要 Login.gov 访问权限。按照提示获取访问权限。一旦获得访问权限,与此公告相关的信息文件将位于“EHP 技术集成”文件夹中,您将在其中找到以下信息(技术库内容的重大更新也将在此处更新):
背景:舱外活动 (EVA) 是宇航员执行的对认知要求最高的任务之一,与国际空间站进行的微重力舱外活动相比,月球和火星上的部分重力舱外活动对认知的要求预计会更高。目前没有足够的数据来描述舱外活动之前、期间和之后的认知表现。利用现有模拟研究中的舱外活动有可能有效地模拟未来的月球和火星表面任务舱外活动,同时提供可行的研究环境来描述舱外活动对认知表现的影响。为了实现这一目标,美国宇航局约翰逊航天中心的行为健康和表现 (BHP) 实验室与人体生理学、表现、保护和操作实验室 (H-3PO) 合作,将认知表现评估整合到舱外活动研究中。
阿尔忒弥斯任务信息图 29 舱外活动和载人地面机动计划 (EHP) 31 舱外活动和载人地面机动计划 (EHP) – 舱外活动 (EVA) 开发项目(阿尔忒弥斯航天服) 33 舱外活动和载人地面机动计划 (EHP) – 舱外活动 (EVA) 开发项目(国际空间站 (ISS) 航天服) 35 舱外活动和载人地面机动计划 (EHP) – 月球地形车 (LTV) 37 载人着陆系统 (HLS) – 持续月球开发 (SLD) 39 移动发射器 2 (ML2) 41 实施阶段的阿尔忒弥斯主要项目评估 43 门户 45 门户 – 居住和后勤前哨 (HALO) 47 门户 – 动力和推进元件 (PPE) 49 载人着陆系统 (HLS) – 初始能力 51 猎户座多用途机组人员运载火箭(Orion) 53 太阳能电力推进系统(SEP) 55 太空发射系统(SLS)Block 1B 57 挥发物调查极地探测车(VIPER) 59 制定阶段非阿尔忒弥斯重大项目评估 61 蜻蜓计划 63 电动动力系统飞行演示(EPFD) 65 火星样品返回(MSR) 67 实施阶段非阿尔忒弥斯重大项目评估 69
本文讨论了 NASA 先进太空服压力服技术开发团队当前工作的重点、工作状态以及长期技术开发重点和活动的总结。探索舱外活动机动装置 (xEMU) 是该团队过去几年的主要工作。2022 年的 ICES 论文详细介绍了 xEMU 压力服组件的设计。本文概述了自那时以来对 xPGS 的设计更新。更值得注意的是,本文记录了使用 xPGS 执行的各种测试,以评估其在微重力和月球任务中的性能、耐用性和可接受性。概述了正在进行和计划中的 xEMU 测试和培训。讨论了 PGS 团队从 xEMU 开发和测试到支持探索舱外活动服务 (xEVAS) 供应商的过渡。此外,还将讨论与舱外活动和人类表面机动计划 (EHP)、NASA 工程安全委员会 (NESC) 和小企业创新研究 (SBIR) 计划协调开展的技术开发工作,以支持未来十年在月球表面持续开展舱外活动。最后,将简要回顾长期压力服面临的挑战和技术差距,以便了解先进压力服团队的技术投资重点和需求。
评估了它们是否适合让穿着宇航服的宇航员操作无人机。ASG 有望解决太空服的灵活性和态势感知限制问题,它允许宇航员单手操作,在适合舱外活动手动操作的保守工作范围内,通过一只手的低幅度、直观手势操作无人机,以及在平视模式下通过直接视觉接触无人机和/或使用 AR 显示器的第一人称视角 (FPV)。虽然 ASG 有望在未来的人类探索中实现广泛的机器人操作,但需要进一步研究以更好地了解系统的潜在局限性,特别是使用增压服进行高保真度测试,以及端到端舱外活动表面科学和探索操作的现场演示。
门户是美国宇航局计划在月球和深空旅行的基础设施的基础要素,其他基础设施还包括猎户座飞船、太空发射系统火箭、载人着陆系统以及舱外活动和人类地面机动计划。
首先,我要感谢我的论文指导老师 Josep Oriol Lizandra Dalmases 在整个论文写作过程中给予的宝贵指导和支持。Oriol 给了我在他的指导下工作的机会,尽管他的学术责任非常繁重,但他还是设法抽出一些时间来处理我在论文中遇到的问题。当我提出这篇论文的主题时,他信任我,并很有代表性地回答我说,在整个过程中,他将和我一起学习新东西。对我来说,感受到有人信任我非常重要,尤其是在像太空推进这样具有挑战性的科学领域。我们一起克服了舱外活动 (EVA) 期间使用的推进装置的氮喷射推进器信息和参考书目的缺乏问题,并为舱外活动验证并产生了一些相当有趣的结果。Oriol 投入了大量时间来支持我的努力并最大限度地提高我们结果的可信度。因此,我很荣幸能在他的模范指导下工作。
经验教训:• 压力服限制了机组人员的行动。• 不受限制的舱外活动可行但不切实际。使用脚部约束装置• 机械化地将宇航员和设备转移到工作地点、装配线程序和易于组装的部件减少了工作量并提高了生产率• 最大直径为 2 英寸(5 厘米)的接头便于操作