Spacesuit: Rekayasa, Sejarah, dan Masa Depan Unit Mobilitas Ekstravehikular

Spacesuit adalah pakaian pressurized yang menyediakan kehidupan yang melindungi astronot dari vakum kasar ruang angkasa. Biasa disebut Extravehicular Mobility Unit (EMU), ia menyediakan oksigen, kontrol suhu, penghapusan CO₂, dan perlindungan dari radiasi dan mikrometeorit sambil memungkinkan mobilitas selama spacewalk. NASA merakit setiap suit dari puluhan komponen yang difabrikasi khusus yang disuplai dari lebih dari 80 produsen dan menyerahkan produk jadi ke kantor pusat di Houston. Badan angkasa kini memiliki 17 EMU operasional, masing-masing biaya lebih dari $10,4 juta untuk diproduksi.

Latar Belakang

Di Bumi, atmosfer menyediakan udara yang dapat bernapas, perlindungan radiasi matahari, regulasi termal, dan tekanan atmosfer. Di vakum ruang angkasa, tidak ada salah satu kualitas pelindung ini. Spacesuit harus mereplikasi kondisi mirip Bumi, menyediakan oksigen, mempertahankan tekanan sekitar 4,3 psi (1,95 kPa), mengatur suhu, dan menyaring CO₂ serta kelembaban. Ia juga melindungi pengguna dari radiasi matahari, mikrometeorit, dan rentang suhu ekstrim ruang angkasa, yang dapat mencapai –459,4 °F (–273 °C).

Di luar kelangsungan hidup, suit memungkinkan astronot untuk melakukan berbagai tugas: melepaskan beban, menyervis peralatan orbit, memeriksa dan memperbaiki pesawat antarik, dan menangkap gambar ilmiah.

Sejarah

Suit tekanan awal diadaptasi dari desain pesawat tempur tinggi United States Navy. Penerbangan suborbital Alan Shepard pada 1961 menggunakan suit dua lapis yang membatasi gerakan anggota badan. Iterasi selanjutnya menambahkan lima lapis: baju dalam kapas putih dengan peristiwa biomedis, nylon biram untuk kenyamanan, nylon berlapis neoprene hitam yang pressurized, lapisan penahan bentuk Teflon, dan lapisan nylon putih terakhir yang memantulkan sinar matahari.

Selama misi Gemini tahun 1965, suit tujuh lapis diperkenalkan, menggabungkan aluminized Mylar untuk perlindungan termal dan mikrometeor yang ditingkatkan. Berat 33 lb (15 kg), ia masih menderita kabut visor dan penyerapan panas-kelembaban yang tidak memadai.

Untuk eksplorasi bulan Apollo, astronot mengen suit tujuh lapis berat 57 lb (26 kg) dilengkapi dengan tas pendukung kehidupan. Era Space Shuttle memperkenalkan EMU, suit reusable multi-astronot yang, pada tahun 2000-an, memiliki 14 lapis pelindung dan berat lebih dari 275 lb (125 kg).

Bahan Baku

Lapisan suit terdiri dari campuran polimer sintetis: nylon tricot (lapisan dalam), spandex, nylon berlapis urethane, Dacron (penahan tekanan), neoprene, aluminized Mylar, Gortex, Kevlar, dan Nomex. Segmen keras menggunakan fiberglass dan logam, sementara filter lithium hydroxide menghapus CO₂ dan kelembaban. Baterai silver-zinc menyuplai daya suit, dan tabung plastik mengangkut cairan pendingin.

Desain

Setiap EMU terdiri dari 18 komponen terpisah, dirakit dari bagian yang berkisar dari pelat 1/8 inci hingga tangki air 30 inci. Elemen kunci meliputi:

• Tas Pendukung Kehidupan: Menyimpan hingga tujuh jam oksigen, filter penghapusan CO₂, kipas ventilasi, dan tas oksigen darurat sekunder 30 menit.
• Helm: Kubel pressurized policarbonat dengan visor, katup purge, straw minum, lampu visor, dan kamera terintegrasi.
• MSOR “Snoopy Cap”: Aksesori helm yang dapat dilekatkan dengan headphone, mic, empat lampu kepala, dan mekanisme penyesuaian visor.
• Pakaian Pendingin: Spandex-nylon satu potong dengan lebih dari 300 kaki tab pendingin yang membawa air 40–50 °F (4,4–9,9 °C), dipertahankan melalui katup pada panel kontrol.
• Badan Bawah: Termasuk celana, sepatu, sendi lutut/kaki, dan kantong tekanan dari nylon berlapis urethane dengan lapisan Dacron dan neoprene, plus wadah simpan urine 950 mL (sekarang pamper disposable).
• Sarung Tangan: Memiliki pemanas mini di setiap jari, bantal, dan lapis pelindung luar.
• Badan Atas Keras: Cangkang fiberglass/logam yang menempatkan helm, lengan, tas pendukung kehidupan, dan modul kontrol; berisi botol oksigen, tangki air, sublimator, sensor, dan baterai silver-zinc rechargeable 17-V.
• Modul Kontrol: Dipasang di dada dengan layar digital, antarmuka perintah suara, dan sistem peringatan terintegrasi.

Suit bersifat modular, memungkinkan helm, badan atas, lengan, dan badan bawah yang dapat ditukar untuk cocok dengan lebih dari 95 % astronot. Penyesuaian ukuran hingga satu inci untuk lengan dan tiga inci untuk kaki memungkinkan.

Mengenai suit memakan waktu sekitar 15 menit: pakaian pendingin pertama kali dikenakan, diikuti oleh badan bawah, lalu badan atas dan tas pendukung kehidupan, dan akhirnya sarung tangan dan helm.

Proses Manufaktur

Rakit Helm & Visor

• Pellet policarbonat diinjik ke dalam cetakan untuk membentuk cangkang helm. Pad ventilasi, katup purge, dan visor ditambahkan, lalu helm dicap dan dikirim.
• Rakit visor mencakup lampu kepala dan hardware komunikasi.

Sistem Pendukung Kehidupan

• Tangki oksigen diisi, dicap, dan dipasang. Filter CO₂ (lithium hydroxide) dihubungkan. Tas menerima kipas ventilasi, suplai daya, radio, sistem peringatan, dan peralatan pendingin.
• Setelah selesai, tas dilekatkan ke badan atas keras.

Modul Kontrol

• Kontrol elektronik, layar digital, dan katup purge dibangun dalam unit terpisah lalu diintegrasikan ke dalam modul yang dipasang di dada.

Pakaian Pendingin

• Lapisan kain (nylon tricot, spandex) dijahit bersama, tab pendingin diiris, dan unit dilengkapi dengan zipper depan dan konektor.

Badan Atas & Bawah, Lengan, dan Sarung Tangan

• Lapisan sintetis diani, dipotong, dan dirakit dengan cincang penyambung. Sarung tangan menerima pemanas dan bantal.
• Badan atas keras dipancarkan dari fiberglass dan logam, menyediakan titik penyambung untuk semua modul.

Rakit Akhir

• Semua komponen dikirim ke NASA untuk rakit akhir dan pengujian tanah yang ketat sebelum penerbangan.

Kontrol Kualitas

Pemasok melakukan pemeriksaan kualitas di setiap tahap manufaktur. NASA melakukan tes komprehensif pada suit yang dirakit, memeriksa kebocoran udara, depresurisasi, dan fungsionalitas pendukung kehidupan. Kegagalan dalam tes apa pun mengarah pada perbaikan atau penggantian segera untuk melindungi keselamatan astronot.

Masa Depan

EMU masa depan mungkin beroperasi pada tekanan lebih tinggi, mengurangi waktu pre-breathing, dan memiliki desain sendi yang ditingkatkan untuk ukuran ulang yang lebih cepat di orbit. Elektronik canggih dapat mengganti kode perintah yang kompleks dengan kontrol satu tombol. Penelitian terus berlanjut ke bahan yang lebih ringan dan lebih fleksibel dan sistem diagnostik otonom.