Η NASA επιλέγει την ZORTRAX!

Ο βιότοπος Υδροχόος είναι το μόνο λειτουργικό υποβρύχιο-εργαστήριο στον κόσμο που βρίσκεται 62 πόδια κάτω από το νερό, 3,5 χιλιόμετρα έξω από το Key Largo της Φλόριντα. Αυτή είναι η εγκατάσταση όπου οι επαναλαμβανόμενες αναλογικές αποστολές NEEMO της NASA πραγματοποιούνται, μετατρέποντας τους αστροναύτες σε υδροναύτες για κάποιο χρονικό διάστημα. Για να υποστηρίξει την NEEMO, μια ομάδα μηχανικών στο NASA Johnson Space Center στο Χιούστον συνεργάζεται με τους 3D εκτυπωτές  Zortrax M200 και M300 για την κατασκευή εξαρτημάτων τελικής χρήσης και πλήρως λειτουργικών εργαλείων αντί για πρωτότυπα που προορίζονται για την τελειοποίηση των σχεδίων στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης, όπως συμβαίνει στο έργο ISS. Το Modular Transport System (METS), ένα τετράτροχο καλάθι για τη μεταφορά εργαλείων σε αποστολές πλανητικών επιφανειών, ήταν ένα από τα σχέδια που χρησιμοποίησαν σε μεγάλο βαθμό το οικοσύστημα Zortrax νωρίς στο έργο τους και έπειτα χρησιμοποίησαν μερικά από τα τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη στη λειτουργική πρωτότυπου προοριζόμενο για πραγματικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στις 17-28 Ιουνίου 2017, κατά τη διάρκεια του NEEMO 22.

ΙΣΤΟΡΙΚΟ

Οι αναλογικές αποστολές NEEMO προσφέρουν την ευκαιρία να εκπαιδεύσουν το πλήρωμα στη διεξαγωγή συμπεριφορικών, φυσιολογικών και ψυχολογικών πειραμάτων. Δοκιμές υλικού δοκιμής. δοκιμαστικές διεργασίες εξερεύνησης, και να εκτελέσει μια σειρά από άλλες δραστηριότητες που σχετίζονται με την εξερεύνηση. Κατά τη διάρκεια μιας αποστολής NEEMO, οι υδροναύτες της NASA περνούν έως και τρεις εβδομάδες που ζουν και εργάζονται κάτω από την επιφάνεια του Ατλαντικού Ωκεανού.

Υδροχόος οικοτόπου. Πιστώσεις: NASA / JSC.

Ακριβώς όπως ένα διαπλανητικό διαστημόπλοιο ή ένα αρειανό φυλάκιο, ο βιότοπος του Υδροχόου παρέχει όλα όσα χρειάζεται το πλήρωμα NEEMO για να ζήσει, να εργαστεί και να επικοινωνήσει με τον έλεγχο της αποστολής. Τα κοστούμια καταδύσεων και οι δεξαμενές οξυγόνου αντικαθιστούν τα σωσίβια, και οι υποβρύχιοι δρομείς μιμούνται ρομποτικούς συμπαίκτες στις αποστολές πλανητικής εξερεύνησης. Παρέχετε επίσης στους υδροναύτες μια καλή προσέγγιση των δυσκολιών που θα συναντήσουν κατά τη διάρκεια μακροχρόνιων, βαθιά διαστημικών επιχειρήσεων.

Το πλήρωμα βρίσκεται στο βιότοπο του Υδροχόου. Συντελεστές NASA / JSC.

Ο Υδροχόος παρέχει μόνο 400 τετραγωνικά πόδια χώρου διαβίωσης και 6 κουκέτες. Τα στενά τετράγωνα έχουν σχεδιαστεί για να μοιάζουν πολύ με εκείνα που είναι διαθέσιμα στα σύγχρονα διαστημικά οχήματα. Για να βελτιωθεί περαιτέρω αυτή η ομοιότητα, ο βιότοπος διατηρεί την ίδια πίεση με το περιβάλλον του – περίπου 2,5 φορές μεγαλύτερη από αυτή που βρίσκεται στην επιφάνεια. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο κάθε μέλος του πληρώματος NEEMO μπορεί να εργάζεται υποβρύχια χωρίς χρονικούς περιορισμούς, αλλά όποιος ξοδεύει πάνω από λίγα λεπτά στο πλοίο, πρέπει να υποβληθεί σε αποσυμπίεση μέχρι και 17 ώρες πριν να επιστρέψει στην επιφάνεια. Η δυνατότητα άμεσης επιστροφής δεν συμβάλλει στην αίσθηση της απομόνωσης, αλλά είναι όλα μέρος του έργου NEEMO. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το πρόγραμμα πρόσφερε μια μεγάλη ευκαιρία να βάλει το METS μέσα από τους ρυθμούς του.

ΣΤΟΧΟΙ 

Το κύριο ζήτημα που αντιμετώπισαν οι μηχανικοί της NASA JSC στο σχεδιασμό του METS ήταν να καταστήσει τη συσκευή ανθεκτική σε μια ποικιλία σκληρών συνθηκών που οι αστροναύτες μπορεί να συναντήσουν σε διαφορετικά φεγγάρια και πλανήτες. Επρόκειτο να λειτουργήσει ως χρήσιμη βοήθεια, εξαλείφοντας τους κινδύνους να καταστεί βαρύ. Το ιστορικό δείχνει ότι είναι πιο εύκολο να το πούμε παρά να το κάνουμε.

Άλαν Σέπαρντ που στέκεται δίπλα στο ΜΕΤ στη Σελήνη κατά τη διάρκεια της αποστολής του Απόλλωνα 14. Πιστώσεις: NASA.

Η κληρονομιά του METS μπορεί να ανιχνευθεί στον μεταφορέα Modular Equipment Transporter (MET) Ο Alan Shepard και ο Edgar Mitchell τραβούσαν το χέρι στην επιφάνεια του φεγγαριού κατά τη διάρκεια της αποστολής Apollo 14 το 1971. Το MET ήταν ένα δίτροχο καλάθι και εργάστηκε ως ένας φορητός πάγκος εργασίας με χώρο για τα εργαλεία χειρός και τον φορέα τους, κάμερες, εφεδρικά περιοδικά φωτογραφικών μηχανών, σάκους ροκ δείγματος, περιβλήματα περιβαλλοντικού δείγματος και φορητό μαγνητόμετρο με αισθητήρα και τρίποδο. Όλα φαίνονται καλά στο χαρτί, αλλά στον πραγματικό κόσμο, υπήρξαν προβλήματα.

ΜΕΤ στο Φεγγάρι κατά τη διάρκεια του Απόλλωνα 14. Credits: NASA.

Το ονομασμένο “the rickshaw”, το MET χρησιμοποιήθηκε μόνο μία φορά καθώς αντικαταστάθηκε σύντομα από ένα εικονικό, μηχανοκίνητο Lunar Roving Vehicle. Η απόδοσή του χαρακτηρίστηκε επισήμως ως “ακριβής”, αλλά τόσο η Shepard όσο και η Mitchell δεν ήταν ιδιαίτερα ευχαριστημένες με το σχέδιο. Κάποια στιγμή κατά τη διάρκεια του Απόλλωνα 14 έπρεπε να φέρουν το πράγμα στην πλάτη τους επειδή το τράβηγμα μέσα από το σεληνιακό έδαφος αποδείχθηκε αδύνατο. Ως εκ τούτου, οι σύγχρονοι μηχανικοί της NASA είχαν πολλά να βελτιώσουν .

METS, ο διάδοχος του ΚΟΑ που βρίσκεται υπό εξέλιξη στο JSC της NASA, υποβάλλονται σε δοκιμές για την αποστολή NEEMO. Πιστώσεις: NASA / JSC.

Ακριβώς όπως στις έξι επιφανειακές αποστολές του Απόλλωνα, εκείνες που αφορούσαν την αφύπνιση στο φεγγάρι, οι μελλοντικές πληρωμένες πτήσεις σε άλλους πλανήτες θα περιλάμβαναν και τις Extravehicular Activities (EVA’s) για να εξερευνήσουν την περιοχή του χώρου προσγείωσης. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά εργαλεία που χρειάζονται οι αστροναύτες για να ολοκληρώσουν τα καθήκοντά τους και όλα αυτά τα εργαλεία πρέπει να μεταφερθούν από και προς τα εργοτάξια με τον πλέον αποτελεσματικό τρόπο και χρόνο. Το καλάθι έπρεπε να είναι εύκολο να χρησιμοποιηθεί, παρέχοντας κατανόηση της κατάστασης τόσο για τους αστροναύτες που εκτελούν το EVA όσο και για την ομάδα ελέγχου αποστολής. Μια άλλη πρόκληση ήταν η πραγματοποίηση μιας ενσωματωμένης εργασίας δισκίων στο χώρο ή στα βάθη του ωκεανού που δεν ήταν καθόλου εύκολο. Επιπλέον, το METS έπρεπε να είναι εύκολο να φορτωθεί και να εκφορτωθεί για τους αστροναύτες που φορούσαν υποπίερα κοστούμια.Για να το απομακρύνουν, οι μηχανικοί πέρασαν από μια σειρά από πρωτότυπες 3D εκτυπώσεις και στα δύο Zortrax (M200 και M300) με το υλικό Z-ULTRAT .

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ

Η ιδέα ήταν πάλι να ομαδοποιήσουν το υλικό σε ανταλλάξιμες μονάδες. Για να κατανοήσουν πώς να το κάνουν αυτό, ήταν σημαντικό να καταλάβουν πρώτα τα προγραμματισμένα καθήκοντα EVA και όλο το υλικό που απαιτείται για την ολοκλήρωσή τους. Η διαδικασία σχεδιασμού ξεκίνησε έτσι με την κατάρτιση ενός εξαντλητικού καταλόγου όλων των πιθανών εργαλείων και καθηκόντων. Μόλις καταρτίστηκε μια πλήρης λίστα υλικού, τα αντικείμενα ομαδοποιήθηκαν με βάση τη συχνότητα χρήσης και τις απαιτήσεις της εργασίας EVA. Αυτές οι ομάδες ταξινομήθηκαν σε μέγεθος και σχήμα για να ταιριάζουν καλύτερα στη χρήση τους. Στην πραγματικότητα, μαζί με ένα καλάθι, η ομάδα έπρεπε να χτίσει ένα ολόκληρο σενάριο για το πώς πρόκειται να χρησιμοποιηθεί από αστροναύτες.

Ένα aquanaut που χρησιμοποιεί METS για την αποστολή NEEMO. Πιστώσεις: NASA / JSC.

Οι λειτουργίες του METS ξεκινούν με το πλήρωμα να εγκαταλείπει τον οικοτόπο και να μεταβεί σε μια περιοχή στάσης όπου όλες οι μονάδες στεγάζονται όταν δεν χρησιμοποιούνται. Με βάση τα προγραμματισμένα καθήκοντα EVA εκείνης της ημέρας, οι υδροναύτες φορτώνουν το METS μόνο με τις απαραίτητες μονάδες. Το πλήρωμα στη συνέχεια τραβά το καρότσι κατά μήκος της πορείας του EVA μέχρι να φτάσουν στον προορισμό τους και να σταθμεύσουν το καλάθι κοντά. Τα μέλη του πληρώματος μπορούν στη συνέχεια να βγάλουν τις ενότητες από το καλάθι METS που αντιστοιχούν στον τύπο δραστηριότητας που απαιτείται να εκτελέσουν σε εκείνο το σημείο. Αυτό μειώνει την ποσότητα των ταξιδιών που πρέπει να κάνουν τα μέλη του πληρώματος στο καλάθι METS, εξοικονομώντας χρόνο για το πλήρωμα και εμποδίζοντας το πλήρωμα να μετακινήσει το καροτσάκι απευθείας δίπλα στο εργοτάξιο, παρακάμπτοντας πιθανά ζητήματα πλοήγησης σε πιο δύσκολο έδαφος και αποτρέποντας πιθανή μόλυνση των δειγμάτων. Επί πλέον, οι ενότητες μπορούν να μεταφερθούν στις περιοχές που δεν μπορεί να φτάσει το μεγαλύτερο καροτσάκι και να επιτρέψει την εκτέλεση πολλαπλών δραστηριοτήτων ταυτόχρονα. Μόλις ολοκληρωθούν οι εργασίες, το πλήρωμα φορτώνει το METS και μεταβαίνει πίσω στην περιοχή σταδιοποίησης όπου εκφορτώνουν το METS και αποθηκεύουν δείγματα. Τέλος, εισέρχονται στο περιβάλλον, αφήνοντας το METS έξω.

Με αυτό το σενάριο, η ομάδα χρησιμοποίησε και τους δύο εκτυπωτές Zortrax 3D για να κατασκευάσει διάφορα μοντέλα εργασίας των πιθανών ενοτήτων                                                                       METS. Αρχικά σχεδιάστηκαν σε CAD, έπειτα μορφοποιήθηκαν σε Z-SUITE και και ως υλικό χρησιμοποιήθηκε το Z-ULTRAT. Η 3D εκτύπωση επέτρεψε                                                                         στην ομάδα να επαναλάβει διάφορα σχέδια, λαβές, τροχούς και πολλά άλλα.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Το προκύπτον σύστημα αποτελείται από πολλές μονάδες που είναι συσκευασμένες στο εσωτερικό του τετράτροχου μεταφορέα και από δύο ενότητες που φοριούνται από το πλήρωμα: το ένα στο εμπρόσθιο τμήμα και το ένα στο μηρό. Αυτά τα μικρά, ελαφριά, τυποποιημένα εργαλεία και η θέση τους έκαναν εύκολη την πρόσβαση. Για παράδειγμα, η Μονάδα Προσωρινής Ετικέτας, που χρησιμοποιείται για την ετικέτα των πιθανών σημείων δειγματοληψίας, είναι ένας θύλακας που μπορεί να μεταφερθεί ή να φορεθεί γύρω από τη μέση, ενώ το Module Drill είναι ένα άκαμπτο κιβώτιο με λαβές που κάθεται μέσα στο καλάθι METS.

METS κατά τη διάρκεια δοκιμών σε αποστολή NEEMO. Πιστώσεις: NASA / JSC.

Το καλάθι κινείται με μια λαβή και εξοπλίζεται με πρόσθετα χαρακτηριστικά για να βοηθήσει τους αστροναύτες στην αποστολή. Μία θήκη κάμερας χτίστηκε στη μια άκρη του καλαθιού METS για να κρατήσει μια κάμερα κατανόησης της κατάστασης, η οποία έδωσε στην ομάδα ελέγχου της αποστολής και στο μέλος του πληρώματος της Intravehicular Activity (IVA) μια επιπλέον εικόνα της λειτουργίας.

METS για την αποστολή NEEMO. Συντελεστές NASA / JSC.

Ένα άλλο στήριγμα κατασκευάστηκε για να κρατήσει ένα δισκίο σε ένα υποβρύχιο περίβλημα που σχεδιάστηκε αρκετά παρόμοια με εκείνη που είχε χρησιμοποιήσει η ομάδα για τα περιβλήματα EVA GoPro που προορίζονταν για διαστημικές περιπλανήσεις γύρω από το ISS. Το δισκίο παρουσιάζει διαδρομές διαδρομής, διαδικασίες, δεδομένα σχετικά με πιθανά δείγματα και άλλες πληροφορίες για το πλήρωμα. Το στήριγμα έχει έναν εύκαμπτο βραχίονα για τη μεταβλητή τοποθέτηση και επιτρέπει την αφαίρεση του δισκίου αν χρειαστεί. Το καλάθι METS έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να μην πέσει η λαβή στο έδαφος όταν δεν χρησιμοποιείται, μειώνοντας την προσπάθεια που απαιτείται σε ένα κοστούμι όταν πιάσετε τη λαβή.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Ενώ οι εκτυπωτές 3D της Zortrax επέτρεψαν να κυκλοφορήσουν με σχεδίαση διαφόρων τμημάτων σχετικά γρήγορα, η εργασία στο METS απέχει πολύ από το να γίνει. Η δοκιμή της έννοιας στη NEEMO επέτρεψε την πολύτιμη ανατροφοδότηση από τους αστροναύτες, τους επιστήμονες και τους μηχανικούς. Διαπιστώθηκε ότι η ιδέα METS για την τοποθέτηση εργαλείων σε δομοστοιχεία έχει τη δυνατότητα να παρέχει αποτελεσματικότητα και δυνατότητες κατά τη διάρκεια των EVA, αλλά θα μπορούσε να γίνει υπερβολικά περιοριστική εάν δεν είναι καλά μελετημένη. Απαιτεί στενή συνεργασία μεταξύ των μηχανικών υλικού της EVA, των πλανητικών επιστημόνων, των εμπειρογνωμόνων των επιχειρήσεων EVA και όλων των άλλων που εμπλέκονται σε EVAs για να διασφαλιστεί ότι όλα τα κομμάτια εξοπλισμού υπολογίζονται κατά τον πληθυσμό και την οργάνωση των ενοτήτων.

Το πλήρωμα NEEMO που πραγματοποίησε δοκιμές με METS. Πιστώσεις: NASA / JSC.

Αυτό καθιστά δύσκολη την ενσωμάτωση τεμαχίων εξοπλισμού που προστίθενται τελευταία στιγμή και ελαχιστοποιεί την ικανότητα των πληρωμάτων να προσαρμόζουν τα περιεχόμενα κάθε μονάδας στη μέση της λειτουργίας, καθώς κάθε μονάδα είναι στενά περιορισμένη. Είναι επίσης σημαντικό να σκεφτούμε τα πιθανά περιστατικά και να διασφαλίσουμε την λειτουργική ευελιξία. Μικρά, ελαφριά, γενικά εργαλεία θα μπορούσαν να μεταφερθούν στον βραχίονα, τον κορμό και σε άλλες θέσεις για να παρέχουν εύκολη πρόσβαση – αυτό το pary της METS δούλεψε θαυμάσια. Αλλά η μεταφορά εργαλείων στον μηρό (ή σε άλλες περιοχές που δεν ήταν εύκολα ορατές) ήταν προκλητική λόγω έλλειψης ορατότητας. Η ανατροφοδότηση από τις αξιολογήσεις στο NEEMO θα οδηγήσει σε περαιτέρω επαναλήψεις πρωτοτύπων. Η μετακίνηση της έννοιας πιο κοντά σε ένα σχεδιασμό πτήσης θα συνεχίσει να παίρνει πολλή δουλειά και τρισδιάστατα τυπωμένα μοντέλα.