Construire une meilleure combinaison spatiale

Cela fait 50 ans que l’homme a marché pour la première fois sur la lune. Depuis lors, les astronautes ont principalement exploré l’orbite terrestre basse. Maintenant que la NASA se prépare à retourner sur la Lune, les experts réévaluent l’aspect pratique de la combinaison spatiale.

Ana Diaz Artiles, professeure adjointe au Département d’ingénierie aérospatiale de l’Université Texas A&M, et l’étudiant diplômé Logan Kluis ont travaillé sur les développements du SmartSuit, une nouvelle architecture de combinaison spatiale qui créerait un environnement de combinaison spatiale plus sûr et meilleur pour l’activité extravéhiculaire (EVA) sur les surfaces planétaires.

Le SmartSuit est une architecture de combinaison spatiale proposée par Diaz Artiles qui se concentre sur trois améliorations clés de la conception actuelle de la combinaison ; une mobilité accrue, une sécurité accrue et une interaction éclairée entre l’environnement et l’astronaute. Plus récemment, Diaz Artiles et Kluis, en collaboration avec Robert Shepherd, professeur agrégé à l’Université Cornell, ont développé des prototypes d’actionneurs d’assistance en robotique douce pour les articulations du genou.

« La combinaison spatiale actuelle a été conçue pour des conditions de microgravité ; dans ces conditions, les astronautes n’ont pas besoin de marcher ou de se déplacer en utilisant le bas du corps, ils se traduisent généralement en utilisant le haut du corps », a déclaré Diaz Artiles. « Maintenant, lorsque vous êtes sur une surface planétaire, les astronautes vont devoir marcher, se pencher, s’agenouiller, ramasser des pierres et bien d’autres activités similaires qui nécessitent une meilleure mobilité du bas du corps. »

Les prototypes de genou robotique souple qu’ils ont développés fonctionnent en utilisant la pression du gaz pour élargir les chambres internes afin qu’elles se poussent les unes contre les autres. Au fur et à mesure que chacun se dilate, l’actionneur se plie. Et en utilisant un matériau souple, l’actionneur s’adapte au corps humain, créant un ajustement plus confortable et réduisant potentiellement le risque de blessure.

« La robotique douce permettrait aux actionneurs de se conformer au corps de l’astronaute, augmentant considérablement leur confort par rapport aux actionneurs à surface dure plus rigides », a déclaré Kluis.

Être à l’intérieur de la combinaison spatiale actuelle, c’est comme être à l’intérieur d’un ballon pressurisé. L’astronaute doit lutter contre la combinaison, ce qui est non seulement difficile, mais dépense de l’énergie que les astronautes voudront conserver lors de missions EVA. Cette énergie dépensée à se déplacer contre la combinaison contribue au coût métabolique, que les actionneurs robotiques d’assistance pourraient réduire de 15 %, sur la base de simulations spécifiquement développées pour étudier les effets de ces actionneurs.

« Si vous êtes en train de collecter des échantillons et de faire des tests, vous dépensez beaucoup d’énergie », a déclaré Kluis. « Donc, lorsque nous partons pour des missions comme la lune et Mars, nous allons soit devoir apporter toute cette nourriture, soit nous allons devoir la cultiver, donc toute sorte d’économies que vous pouvez avoir sur cette énergie serait très utile. »

Leurs travaux récents se sont concentrés sur les actionneurs pour les articulations du genou, mais en fin de compte, leur objectif est d’intégrer des actionneurs dans une couche de tout le corps, améliorant le mouvement de plusieurs articulations du corps. Cette couche appuierait relativement fort contre l’astronaute, fournissant une contre-pression mécanique supplémentaire (MCP), ce qui augmente la mobilité.

« La pression et la mobilité ont une relation inverse », a déclaré Diaz Artiles. « Plus vous avez de pression dans la combinaison spatiale, plus la mobilité est faible. Moins vous avez de pression, plus il est facile de se déplacer. »

Cette pression fait référence à la pression de gaz fournie par la combinaison spatiale pour protéger le porteur. La pression de l’atmosphère est d’environ 14,7 livres par pouce carré (psi). La combinaison spatiale actuelle fournit environ 4,3 psi, ce qui pousse contre le corps de l’astronaute et contribue à l’effet de ballon. Mais si une couche robotique souple sur tout le corps pouvait fournir 1,0 psi, par exemple, cela réduirait la quantité nécessaire pour la combinaison à seulement 3,3 psi : moins de pression et plus de mobilité.

« Imaginez porter des Under Armour très serrés ou des leggings très serrés. Cette pression exercée sur votre corps remplacerait ou s’ajouterait à la pression du gaz », a déclaré Kluis. « Donc, l’idée avec le SmartSuit est qu’il utiliserait à la fois la pression mécanique et la pression du gaz. »

Un autre avantage de l’utilisation du MCP est qu’il pourrait également réduire le risque d’accident de décompression (DCS). Le DCS peut se produire lorsque la pression du gaz qui nous entoure diminue relativement rapidement, de sorte que l’azote dans notre corps émerge sous forme de bulles à l’intérieur de nos tissus corporels. La solution actuelle pour éviter le DCS dans la combinaison spatiale consiste à respirer de l’oxygène pur jusqu’à quatre heures avant de procéder à une EVA. En mettant en œuvre le MCP, les astronautes peuvent passer moins de temps sur les exigences de pré-respiration et plus de temps sur l’exploration sans se soucier davantage du DCS.

Diaz Artiles et son équipe continuent de travailler sur l’architecture SmartSuit, et les prototypes d’actionneurs sont un développement prometteur dans la création d’une combinaison spatiale plus accommodante et ingénieuse pour les futures missions planétaires. Leur objectif final serait de donner l’impression que le porteur bouge sans la combinaison spatiale et sans trop transpirer.

« Les combinaisons spatiales sont directement liées aux voyages dans l’espace, ce qui est passionnant, et elles sont à l’avant-garde de cela », a déclaré Kluis. « Il est donc toujours amusant de travailler sur de nouvelles technologies qui peuvent être mises en œuvre ou faire partie de cette évolution dans la prochaine combinaison spatiale »,

Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans npj Microgravité, Médecine aérospatiale et performance humaineet présenté à la 50e Conférence internationale des systèmes environnementaux.