Udvikling af fremtidens rumdragt

Forskere ved South Dakota School of Mines &Technology er gået ind i deres tredje år med udvikling af et bærbart og trådløst kropssensorsystem - med mulighed for at blive fjerndrevet - som vil revolutionere NASA-rumdragter.

NASA har sat et højt mål om menneskers rejse til Mars i 2030. For at nå dette mål, bedre rumdragter er afgørende, siger Dr. Sayan Roy, adjunkt i elektroteknik ved South Dakota Mines og medlem af forskerholdet. "Et af NASAs strategiske mål er at sende astronauter ud i det dybe rum til fremtidige udforskningsmissioner. Det farlige og uvenlige rummiljø påvirker dramatisk astronauternes sundhedsstatus. For at sikre astronauternes sundhed og sikkerhed, NASA tager tiltag for at minimere de negative virkninger af rumrejser på den menneskelige krop, " siger han. "Der er behov for innovation inden for design af rumdragter."

Roy siger, at forskningen "passer problemfrit med prioriteterne i NASA's Human Exploration and Operations Mission Directorate og Space Technology Mission Directorate. Dette projekt er tæt relevant for NASA's Technology Roadmap TA 6:Human Health, Livsstøtte- og beboelsessystemer."

Mens man er i rummet, astronauternes helbred overvåges nøje fra Jorden. Vital som puls, blodets iltniveau, blodtryk, vejrtrækningsvolumen og hudtemperatur spores, ligesom hver enkelt astronauts bevægelser. I øjeblikket, sundhedsoplysninger spores gennem kablede sensorer inde i rumdragter. Det kablede system gør rumdragter tunge og besværlige. Den nuværende teknologi er også svær at fejlfinde i tilfælde af fejlfunktion, siger Roy.

Sensorerne under udvikling hos Mines ville give mulighed for dragter, der er slankere og lettere med et trådløst netværk af sensorer, der vil fange og transmittere sundhedsdata for astronauter i realtid. Lavet af kulfibermateriale, de trådløse sensorer giver mulighed for meget mere fleksibilitet i design af rumdragter.

Dette tværfaglige og multi-institutionelle forskningsprojekt er finansieret gennem NASA EPSCoR, et finansieringsprogram, der tilskynder til partnerskaber mellem regeringen, videregående uddannelse og industri. $750, 000 tilskud begyndte i januar 2018 og slutter december i år.

Det trådløse sensorprojekt involverer også forskere fra to yderligere South Dakota-universiteter - University of South Dakota og South Dakota State University, samt samarbejdspartnere ved fire NASA-forskningscentre og tre industripartnere.

På Mines campus, Roy får følgeskab i projektet af Dr. Zhengtao Zhu, en lektor i kemi, biologi og sundhedsvidenskab; Dr. Edward Duke fra South Dakota Space Grant Consortium og en Mines professor i geologi og geologisk teknik; Dr. Hao Fong, professor i kemi, biologi og sundhedsvidenskab; og færdiguddannet forskningsassistent Ahsan Aqueeb.

Dr. Zhu siger, at det har været en udfordring at udvikle eller finde de rigtige materialer til sensorerne, da de skal være kompatible med menneskelig hud og tøj. "De skal være bærbare biomedicinske og belastningssensorer, der er lette, komfortabel, fleksibel og strækbar, " siger han. Mens nogle af sensorerne vil være inde i rumdragten, andre vil blive påført direkte på huden.

Mens sensorerne vil kommunikere kritiske fysiske sundhedsoplysninger til NASA-eksperterne på Jorden, sensorer kan også have evnen til at overvåge mental sundhed og endda "være i stand til at forstå adfærd." For eksempel, en astronauts fysiske adfærd kunne udløse en sensor til at genkende alt fra depression til en skade, videresende disse oplysninger til NASA-eksperter.

Sensorerne vil også kunne kommunikere med hinanden, siger Roy. Fordi nøjagtig sundhedsovervågning af astronauter er afgørende, systemet skal være fejlsikkert. Hvis en sensor svigter, systemet skal være designet på en måde, så den fejlbehæftede sensor kan identificeres af de andre sensorer og omgås, siger Aqueeb. "Lige meget hvad der sker, det kan ikke fejle, " sagde han. "Vi kan ikke miste nogen data."

Sensorerne skal også være sikre med korrekt kryptering for at forhindre interferens eller hacking, en del af projektet overvåget ved SDSU.

Måske mest udfordrende, de trådløse noder skal oplades uden fordel af en fysisk forbindelse til en strømkilde. Et trådløst strømoverførselssystem er designet til at overføre strøm fra et "elektrisk netværk til et andet" uden fordel af en ledning eller en fysisk forbindelse af nogen art. Selvom trådløse strømoverførsler ikke er nye, "fjernfelts"-overførsler såsom fra en centraliseret strømkilde placeret ved en nærliggende rumstation er en nyere og mere væsentlig udfordring. På samme tid, fjernfeltsoverførslerne skal også have et højere effektniveau end nogensinde krævet før.

"Hvordan fjerner vi den trådløse strøm på fri plads med højere effektivitet?" spørger Roy. Sensorerne skal være designet til at "fornemme" strømmen, når den overføres. Kraftoverførslen skal være sikker for den menneskelige krop, da sensorerne er tæt på kroppen og nogle gange påført huden. En sådan teknologi skal være konstant konsistent, godkendt af sådanne agenturer som FCC og sikkert for mennesker. "Vi har mange variabler, " siger Roy. "Dette er udfordringerne."

Når først udviklet, sådanne fjernfeltskraftoverførsler kunne bruges i andre områder uden for rumfart, fra præcisionslandbrug til at opretholde kontakten med underjordiske minearbejdere. Men for nu, fokus er på næste generation af rumdragter.