חליפת חלל עתידנית תתאים עצמה לעור האסטרונאוט

עבור האסטרונאוטים של העתיד תהליך לבישת חליפת החלל עשוי להיות כזה: במקום להידחק לתוך חליפת לחץ רגילה ומגושמת, האסטרונאוט יצטרך רק להיכנס לתוך חליפה קלת-משקל ונמתחת לפי ממדי גופו

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
עבור האסטרונאוטים של העתיד תהליך לבישת חליפת החלל עשוי להיות כזה: במקום להידחק לתוך חליפת לחץ רגילה ומגושמת, האסטרונאוט יצטרך רק להיכנס לתוך חליפה קלת-משקל ונמתחת המתוחמת ע”י חגורות זעירות דמויות סלילים. בשלב הבא החליפה תחובר למערכת החשמל של החללית והחגורות יתהדקו וילפפו את החליפה מסביב לגופו של האסטרונאוט.

החליפה המהודקת לגוף לא רק תתמוך באסטרונאוט, אלא שהיא גם תעניק לו הרבה יותר חופשיות לנוע במהלך ניסויי חלל. על מנת להסיר את החליפה, כל מה שצריך הוא להפעיל כוח מועט שמחזיר את החליפה למצבה הרפוי והמשוחרר.

כעת, חוקרים ממכון מסצ’וסטס לטכנולוגיה (MIT) קרובים צעד אחר נוסף לפיתוחה של חליפה פעילה שכזו, מעין “עור-שני” על הגוף: Dava Newman, פרופסור לאווירונאוטיקה ולאסטרונאוטיקה ומערכות הנדסיות במכון, ועמיתיה, הצליחו לפתח בגד מופעל-דחיסה הכולל בתוכו סלילים זעירים דמויי-קפיץ המתהדקים בתגובה לחום. הסלילים מורכבים מ”סגסוגות זוכרות” (או סגסוגות זוכרות-צורה או ניטינול או סגסוגות חכמות, וויקיפדיה) – סוג חומר “הזוכר” את צורתו המקורית ולאחר כיפופו או עיוות צורתו, יכול לקפוץ חזרה לצורתו המקורית בתגובה לחימום.

החוקרים כללו את הסלילים הללו בתוך חפת דמוי-חוסם עורקים מתנפח והפעילו מתח חשמלי לשם יצירת חום. בטמפרטורת יזימה מוגדרת הסלילים התכווצו חזרה לצורתם המקורית, כמו קפיצים החוזרים לאורכם המקורי, תוך הידוק החפת. בניסויים שבוצעו לאחר מכן, צוות המחקר מצא כי הלחץ הנוצר ע”י הסלילים משתווה לזה הנדרש לתמיכה מלאה באסטרונאוט בתנאי חלל.

“כאשר מדברים על חליפות חלל רגילות, האסטרונאוט נמצא למעשה בתוך בלון גז המספק שליש מהאטמוספירה הרגילה, כאשר זו הכמות הנחוצה לו לשרוד בריק של החלל,” אומרת החוקרת הראשית, העובדת בעשור האחרון על פיתוחה של חליפת-חלל מותאמת-צורה וגמישה עתידנית. “רצינו להשיג את אותו לחץ, אולם באמצעות מקבילות מכאניות – הפעלת לחץ ישיר על הגוף, מה שמייתר את הצורך בגז עבור הדחיסה. בפיתוח שלנו שילבנו חומרים אלסטיים סבילים יחד עם חומרים פעילים. בשורה התחתונה, היתרון העיקרי של המערכת שלנו טמון בניידות הגבוהה שלה ובהיותה חליפה קלת-משקל המתאימה לניסויים בחלל.”

על אף העובדה כי בעבר כבר הוצעו חליפות מהודקות-גוף, נותרה מאז מכשלת תכנון עקבית ועקשנית אחת: כיצד לדחוס ולהרפות חליפת-לחץ שתהיה גם קלת-משקל. בנקודה זו סגסוגות זוכרות עשויות לספק את הפתרון. חומרים מעין אלו מתכווצים רק בתגובה לחום, וניתן להרפות אותם בקלות לצורתם המקורית לאחר קירור. על מנת למצוא את החומר המתאים ביותר לשימושים בחלל, החוקרים בחנו 14 סוגים של חומרים זוכרים – החל מאלסטומרים דיאלקטריים וכלה בפולימרים זוכרים – עד שהם בחרו בסגסוגות זוכרות מסוג ניקל-טיטאניום. כאשר מעצבים את הסגסוגת הזו בצורת קפיצים הדוקים מאוד בעלי קוטר קטן, הם מתכווצים בחימום ויוצרים כוח משמעותי, ובהינתן המסה הנמוכה שלהם – הם אידיאליים לשימוש בלבוש מתהדק קל-משקל. החומר עצמו מיוצר בדר”כ בצורת סלילים של סיבים ישרים ודקים במיוחד. על מנת להפוך את הסיב לסלילים, החוקרים ניצלו שיטה אחרת שפותחה באותו המכון (MIT) ואשר ניצלה סלילי ניקל-טיטאניום על מנת לפתח תולעת רובוטית מופעלת-חום (סרטון).

באופן מעשי, ניתן “לאמן” סגסוגות זוכרות מסוג ניקל-טיטאניום על מנת שתחזורנה לצורתן המקורית בתגובה לטמפרטורה מוגדרת. בטמפרטורת החדר ניתן למתוח או לכופף את הסלילים, בדומה למהדק נייר. אולם, בטמפרטורת ייזום מוגדרת (במקרה זה 60 מעלות צלזיוס) הסיב מתחיל להימתח חזרה למצבו המקורי. החוקרים הוסיפו מערך של סלילים מעין אלו לחפת אלסטי, כאשר כל סליל נקשר בחוט זעיר לחפת. בשלב הבא הם חיברו זיזים מתכתיים לקצוות של הסלילים והפעילו מתח חשמלי ליצירת חום. בטווח טמפרטורות של 160-60 מעלות צלזיוס הסלילים התכווצו תוך שהם מושכים איתם את הסיבים הקשורים ומהדקים בכך את החפת. “אלו למעשה אבזמים הנסגרים בעצמם,” מסבירה החוקרת הראשית. “מרגע שלבשת את החליפה, אתה פשוט מעביר זרם חשמלי דרך כל הסלילים הזעירים הללו ואז החליפה תתהדק מסביב לגוף שלך ותגן עליו בשלמותו.”

השלב הבא של החוקרים היה למצוא דרך לשמור על אטימותה של החליפה. לשם כך, מסבירה החוקרת, יש שתי דרכים בלבד: או לשמור על החימום הקבוע או להטמיע מנגנון נעילה בתוך החליפה המונע מהסלילים מלהיפרם. הפתרון הראשון עלול לחמם יתר על המידה את האסטרונאוט ויחייב שימוש במארזים מגושמים של סוללות – עיצוב שיקשה משמעותית על הניידות וייתכן ואף יהיה חסר כל היתכנות בהינתן מקורות האנרגיה המוגבלים בתנאי חלל. החוקרים בוחנים כרגע את הפתרון השני ומנסים למצוא מנגנונים אפשריים לנעילת הסלילים במקומם.

באשר למיקומם המדויק של הסלילים בתוך החליפה, החוקרת מחמיאה למספר עיצובים אפשריים. לדוגמה, רשת של סלילים העוברת במרכז החליפה, כאשר כל סליל מחובר לפתיל המקיף את רוחב החליפה במספר נקודות לאורכה. כאשר מפעילים את הסלילים (בחום), הם מסוגלים למשוך את הפתילים המחוברים להם – בדומה לחוטים של מריונטה – המהדקים ולוחצים את החליפה על הגוף; או שניתן למקם רשתות של סלילים במיקומים אסטרטגיים בתוך החליפה לשם קבלת מתח ולחץ מקומיים, כתלות במקום האופטימלי בו הם נדרשים לשם שמירת לחץ אחיד על מלוא הגוף. הגם שהחוקרים מתמקדים בעיקר ביישומים המתאימים לתחום החלל, החוקרת הראשית טוענת כי העיצובים והחומרים הפעילים שיצאו תחת ידם יכולים לשמש גם למטרות אחרות, למשל בחליפות ספורט ובמדים צבאיים: “ניתן להשתמש בעיצוב שלנו בתור חוסם עורקים במקרים שבהם מישהו מאבד דם רב בשדה הקרב,” אומרת החוקרת. “אם לחליפה שלך יש חיישנים, היא תוכל להתהדק על הגוף שלך באופן אוטומטי אפילו מבלי שתחשוב על כך.”

“חליפת-גוף מותאמת היא רעיון מרתק עבור שיפור ביצועיו של האדם,” מוסיפה ואומרת החוקרת הראשית. “תפקידנו הוא לשמור על שרידותם, ביטחונם וניידותם של האסטרונאוטים שלנו, אולם העיצובים החדשים יוכלו להיות שימושיים לא רק בחלל.”

הידיעה על המחקר