les nouvelles combinaisons spatiales qui nous emmèneront sur la Lune

Au cours des 20 dernières années, à la NASA a développé de nouvelles technologies qui ont abouti à un nouveau prototype de combinaison spatiale appelé xEMU (Exploration Extravehicular Mobility Unit). xEMU est le point de départ de la conception des combinaisons spatiales AxEMU pour la mission Artemis III, dont le but est de ramener les humains à la surface de la Lune.

Ces nouvelles combinaisons sont développées par l’entreprise Espace Axiome (sous contrat avec la NASA), qui en octobre de l’année dernière a surpris en annonçant un accord de collaboration avec la célèbre marque de mode italienne Prada.

Une peau multicouche

Une combinaison spatiale ressemble à un vaisseau spatial conçu pour un seul utilisateur et équipé de mobilité. La structure de la combinaison spatiale peut être divisée en deux éléments principaux : le vêtement compressif et le système de survie.

Le vêtement compressif, composé jusqu’à 16 couches, constitue la partie de la combinaison spatiale en forme humaine qui protège le corps et permet la mobilité.

Dans l’espace, les astronautes sont exposés à un environnement très hostile où la chaleur se transmet principalement par rayonnement. Les couches extérieures des combinaisons atteignent des températures très extrêmes (entre +120 ºC et -180 ºC) lorsque l’astronaute reçoit le rayonnement solaire ou lorsqu’il est uniquement exposé à l’espace lointain, dont la température est de -270 ºC. Pour isoler thermiquement les astronautes de l’extérieur, un système composé de plusieurs couches d’un matériau connu sous le nom mylar aluminisé.

De plus, la couche la plus externe, en Ortho-Fabric, doit non seulement protéger l’astronaute contre divers risquescomme les rayonnements ionisants, les rayonnements ultraviolets, le plasma et les micrométéorites, mais joue également un rôle fondamental en absorbant et en émettant des rayonnements.

Ses propriétés thermo-optiques sont cruciales pour maintenir les astronautes à une température adéquate. La couleur blanche caractéristique des combinaisons reflète une grande partie du rayonnement solaire direct et celui qui lui parvient depuis la surface lunaire (albédo) en même temps qu’elles émettent une grande quantité de rayonnement.

La poussière de lune, le plus gros problème

Sur la surface lunaire, un défi de taille s’ajoute : la poussière abrasive qui ne doit pas pénétrer dans la combinaison. De plus, le régolithe lunaire possède des charges électrostatiques qui le font adhérer à la surface de la combinaison, rendant toute tâche considérablement plus difficile.

Le commandant d’Apollo 17, Gene Cernan, a exprimé la difficulté que représente la poussière lunaire lorsqu’il parle de son expérience sur la lune: “Je pense qu’on peut surmonter des problèmes physiologiques ou physiques ou mécaniques, sauf la poussière.”

Les xEMU actuels intègrent un pare-poussière électrodynamique. Ce système profite de ces charges électrostatiques pour déplacer la poussière lunaire des surfaces externes des combinaisons spatiales.

Les combinaisons spatiales transpirent aussi

Si l’on isole complètement l’astronaute de l’environnement extérieur, nous sommes confrontés à un défi considérable : l’organisme lui-même dissipe la chaleur par métabolisme, générant entre 200 et 400 W selon l’activité physique. Cela entraînerait une augmentation de la température à l’intérieur de la combinaison. Pour éviter ce problème, sous la couche qui maintient la pression et en contact avec la peau de l’astronaute se trouve le vêtement de ventilation et de refroidissement liquide. (LCVG).

Dans les années 1970, il a été constaté que le refroidissement par air n’était pas suffisant dans les combinaisons spatiales et le LCVG a commencé à être utilisé pour le refroidissement liquide via un circuit fermé.

Dans ce système, l’eau circule autour du corps entraînée par une pompe, absorbant la chaleur. Il est ensuite dirigé vers un échangeur de chaleur situé dans le système de survie. Dans cet appareil, l’eau d’un réservoir est exposée au vide et gèle, réduisant ainsi la température du circuit de refroidissement. Lorsque la glace en absorbe la chaleur, la sublimation se produit, elle se transforme directement en vapeur et est libérée dans l’espace à travers un système poreux.

Malgré l’efficacité de ce sublimateur, la quantité d’eau qu’il consomme est trop élevée (près d’un demi-litre par heure), ce qui est inabordable dans les combinaisons xEMU actuelles. Pour cette raison, le sublimateur a été remplacé par un système appelé SWME, basé sur l’utilisation d’une membrane exposée sous vide composée de fibres de polypropylène à petits pores. Cette membrane empêche l’eau liquide du système de refroidissement de la traverser, tout en laissant passer la vapeur d’eau. La chute de pression qui se produit dans le SWME provoque l’évaporation d’une partie de l’eau et son rejet dans l’espace, absorbant une grande partie de la chaleur métabolique du circuit.

Filtres régénérateurs de CO₂ et d’eau

Une exigence fondamentale pour les combinaisons spatiales est la nécessité d’éliminer le CO₂ et la vapeur d’eau de l’intérieur. L’excès d’humidité, en plus de ne pas être confortable pour l’activité des astronautes, peut entraîner de la condensation d’eau à l’intérieur de la combinaison.

Contrairement aux anciennes combinaisons EMU, qui utilisaient un filtre à oxyde d’argent remplaçable après certaines heures d’utilisation, les combinaisons xEMU intègrent une amélioration significative grâce au système. « Amine à cycle rapide ». Une fois le CO₂ et H₂O absorbés par un lit absorbant, celui-ci est exposé au vide permettant la libération des molécules dans l’espace, tandis qu’un autre lit poursuit le processus d’absorption. Ce cycle d’auto-guérison augmente l’autonomie des combinaisons spatiales.

Comment le vide nous affecte-t-il ?

Un défi auquel nous sommes confrontés lorsque nous devons travailler dans l’espace est le « vide ». Lorsque la pression de l’air diminue, la quantité d’oxygène devient insuffisante pour la survie des astronautes.

Un problème lié à la pression Elle est associée au point d’ébullition de l’eau. À une pression de 3,5 kPa, au-dessus de 19 km d’altitude (connue sous le nom de limite d’Armstrong), l’eau commence à bouillir à température ambiante. Étant donné qu’environ 60 % de notre corps est constitué d’eau, un problème sérieux se profile dans ces conditions.

L’eau de notre corps commencerait à sortir par les pores de notre peau. Lors de l’évaporation, l’eau absorberait la chaleur de notre corps, provoquant un gel progressif du nez et de la bouche. Même si la raideur de notre peau et le pompage continu de notre système circulatoire empêcheraient le sang de bouillir, il faudrait malheureusement environ une minute pour que le cœur s’arrête.

Il est évident que les combinaisons spatiales doivent être pressurisées, même si une pression excessive nuirait à la mobilité de l’astronaute. Pour cette raison, lors des activités extravéhiculaires, les combinaisons spatiales sont généralement pressurisées à 30 kPa (un tiers de la pression ambiante) avec de l’oxygène pur.

L’une des améliorations notables apportées aux combinaisons xEMU est un système de pressurisation variable ce qui réduit le temps dont les astronautes ont besoin pour adapter leur respiration aux basses pressions avec de l’oxygène pur. Si cela se fait brutalement, l’azote présent dans le sang peut former des bulles dangereuses et mortelles pour les astronautes, tout comme ce qui arrive aux plongeurs lorsqu’ils font surface ou tout comme des bulles de CO₂ se forment lors de l’ouverture d’une boisson gazeuse.

Con apenas 60 años de historia, los trajes espaciales han demostrado ser nuestro escudo ante las condiciones más adversas a las que nos hemos enfrentado más allá de la Tierra y prometen ser nuestro aliado en la exploración no solo de la Luna, sino de otros planetas del système solaire. Il est possible que nous ne soyons pas si loin de ce qui était jusqu’à récemment de la science-fiction.