Las mochilas propulsoras de los años cincuenta del siglo pasado no podían presumir de un alto rendimiento. Aquellos vehículos que aún lograron salir al aire tenían un consumo de combustible demasiado alto, lo que afectó negativamente la duración máxima posible del vuelo. Además, los diferentes diseños tenían algunos otros problemas. Con el tiempo, los militares y los ingenieros se desilusionaron con dicha tecnología, que anteriormente se consideraba prometedora y prometedora. Sin embargo, esto no provocó una interrupción completa del trabajo. A finales de los años cincuenta, la NASA se interesó por este tema, que esperaba aplicar la nueva tecnología en los programas espaciales.
En el futuro previsible, los especialistas de la NASA esperaban no solo enviar a un hombre al espacio, sino también resolver varios otros problemas. En particular, se consideró la posibilidad de trabajar en espacios abiertos, fuera del barco. Para una solución completa de los problemas en tales condiciones, se requería un cierto aparato con la ayuda del cual el astronauta podía moverse libremente en la dirección deseada, maniobrar, etc. A principios de los años sesenta, la NASA solicitó la ayuda de la fuerza aérea, que en ese momento había logrado llevar a cabo varios programas similares. Además, atrajo a trabajar a varias empresas de la industria de la aviación, que fueron invitadas a desarrollar sus propias versiones de un avión personal para el programa espacial. Entre otros, Chance-Vought recibió dicha oferta.
Según los datos disponibles, incluso en la etapa de investigación preliminar, los especialistas de la NASA llegaron a conclusiones sobre el factor de forma óptimo de la tecnología prometedora. Resultó que el medio de transporte personal más conveniente sería una mochila con un conjunto de motores a reacción de baja potencia. Dichos dispositivos fueron encargados por empresas contratistas. Cabe señalar que también se consideraron otras variantes del aparato, sin embargo, fue la mochila usada en la espalda del astronauta la que se reconoció como óptima.
Vista general del traje espacial Chance-Vought y el SMU. Foto de la revista Popular Science.
Durante los años siguientes, Chance Vout realizó una serie de estudios y dio forma a la apariencia de un vehículo para el espacio. El proyecto recibió la designación SMU (Unidad de Auto maniobra). En las últimas etapas del desarrollo del proyecto y durante las pruebas, se utilizó una nueva designación. El dispositivo pasó a llamarse AMU (Unidad de maniobra de astronauta - "Dispositivo para maniobrar un astronauta").
Probablemente los autores del proyecto SMU tenían una idea de los desarrollos del equipo de Wendell Moore de Bell Aerosystems, así como también conocían otros desarrollos en esta área. El caso es que los jetpacks Bell y la nave espacial que apareció un poco más tarde tenían que tener los mismos motores, aunque con características diferentes. Se propuso equipar el producto SMU con motores a reacción que funcionen con peróxido de hidrógeno y utilicen su descomposición catalítica.
El proceso de descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en este momento se utilizó activamente en varias técnicas, incluso en algunas de las primeras mochilas propulsoras. La esencia de esta idea consiste en suministrar "combustible" a un catalizador especial que hace que la sustancia se descomponga en agua y oxígeno. La mezcla de vapor y gas resultante tiene una temperatura suficientemente alta y también se expande a alta velocidad, lo que hace posible su uso como fuente de energía, incluso en motores a reacción.
Cabe señalar que la descomposición del peróxido de hidrógeno no es la fuente de energía más económica en el contexto de las mochilas propulsoras. Se necesita demasiado "combustible" para generar suficiente empuje para levantar a una persona en el aire. Así, en los proyectos de Bell, un tanque de 20 litros permitía al piloto permanecer en el aire por no más de 25-30 segundos. Sin embargo, esto solo fue cierto para los vuelos en la Tierra. En el caso del espacio abierto o la superficie de la Luna, debido al menor (o ausente) peso del astronauta, fue posible proporcionar las características requeridas del aparato sin un consumo inaceptablemente alto de peróxido de hidrógeno.
En el transcurso del proyecto SMU, se tuvieron que resolver varios problemas principales, el principal de los cuales, por supuesto, era el tipo de motor a reacción. Además, era necesario determinar el diseño óptimo de todo el dispositivo, la composición del equipo necesario y una serie de otras características del proyecto. Según los informes, el estudio de estos problemas finalmente condujo al diseño del traje espacial original, que se propuso para ser utilizado con el producto SMU / AMU.
El trabajo de diseño principal se completó en la primera mitad de 1962, poco después, Chance-Vought produjo un prototipo de jetpack espacial. En el otoño del mismo año, el dispositivo se mostró por primera vez a la prensa. Las imágenes del sistema propuesto se publicaron por primera vez en la edición de noviembre de Popular Science. Además, el artículo de esta revista proporcionó un diagrama de diseño y algunas características clave.
Una de las fotos publicadas por Popular Science mostraba a un astronauta con un nuevo traje espacial y un SMU en la espalda. El traje espacial propuesto tenía un casco esférico con un protector facial bajado y una parte inferior desarrollada, que se suponía que descansaba sobre los hombros del astronauta. También había varios conectores para conectar el traje espacial a los sistemas jetpack. El traje espacial de Chance-Vought era notablemente diferente de los productos modernos para este propósito. Se hizo lo más liviano posible y, aparentemente, no estaba equipado con un conjunto de medidas de protección que son necesarias para cumplir con los requisitos actuales.
La mochila en sí era un bloque rectangular con una pared frontal cóncava y un conjunto de medios para sujetar la espalda del astronauta. Entonces, en la parte superior de la pared frontal había dos "ganchos" característicos con los que la mochila descansaba sobre los hombros del astronauta. En la parte media había un cinturón en el que se ubicaba un panel de control cilíndrico con varias palancas. También se proporcionaron varios cables y tuberías flexibles para conectar la mochila al traje espacial.
La necesidad de asegurar una operación a largo plazo fuera de la nave espacial, así como la imperfección de las tecnologías de esa época, afectaron el diseño de la nave espacial. En la parte superior de la SMU había una gran unidad de sistema de oxígeno de circuito cerrado. Este dispositivo estaba destinado a suministrar la mezcla respiratoria al casco del astronauta, seguido de bombear los gases exhalados y eliminar el dióxido de carbono. A diferencia de las mangueras para suministrar la mezcla respiratoria de un barco o cilindros de gas comprimido, el sistema con absorbentes de dióxido de carbono no afectó la maniobrabilidad del astronauta y permitió permanecer en el espacio abierto durante mucho tiempo.
SMU sin panel trasero. Foto de la revista Popular Science.
Según los informes, durante la demostración a los periodistas, el SMU no estaba equipado con un sistema de soporte vital laboral. Este equipo aún no estaba listo para operar y necesitaba verificaciones adicionales, por lo que fue reemplazado en el prototipo por un simulador del mismo peso y dimensiones. Fue en esta configuración que el dispositivo participó en las primeras pruebas. Además, el trabajo en esta dirección se retrasó seriamente, por lo que incluso un prototipo posterior, construido a fines de 1962, se probó sin un sistema de oxígeno y se equipó solo con su simulador.
La parte inferior izquierda del casco (relativa al piloto) se proporcionó para la colocación del tanque de peróxido de hidrógeno. A su derecha había un conjunto de otros equipos para diversos fines. En la parte superior del compartimiento inferior derecho había una estación de radio que proporcionaba comunicación de voz bidireccional; debajo se instalaron baterías y una unidad de suministro de energía para el equipo, así como un cilindro de nitrógeno comprimido para el sistema de suministro de combustible y un regulador de gas..
En las caras laterales de la superficie superior del jetpack, se proporcionaron cuatro motores en miniatura con sus propias boquillas (dos en cada lado). Los mismos motores se encontraron en la superficie inferior del casco. Además, dos motores de diseño similar se ubicaron en el centro de la superficie inferior. En total, se dispuso de 10 motores para la liberación de gases de reacción. Las toberas de todos los motores se giraban e inclinaban en diferentes lados y tenían que ser responsables de crear empuje dirigido en la dirección deseada.
Se informó que cada motor era una unidad pequeña con un convertidor catalítico de placa para inducir la descomposición del combustible. Había una válvula controlada por solenoide frente al catalizador. Se propuso que los diez motores estuvieran conectados a un tanque de combustible, que, a su vez, estaba conectado a un cilindro de gas comprimido.
El principio de los motores era simple. Bajo la presión del nitrógeno comprimido, se suponía que el peróxido de hidrógeno ingresaba a las tuberías y llegaba a los motores. A la orden del sistema de control, los solenoides de los motores tenían que abrir las válvulas y proporcionar acceso de "combustible" a los catalizadores. A esto le siguió la reacción de descomposición con la liberación de la mezcla de vapor y gas a través de la boquilla y la formación de empuje.
Las toberas se colocaron de tal manera que, mediante el encendido sincronizado o asimétrico de los motores, fuera posible moverse en la dirección deseada, hacer giros o corregir su posición. Por ejemplo, la inclusión simultánea de todos los motores dirigidos hacia atrás permitió avanzar, y el giro se realizó debido a la inclusión asimétrica de motores en diferentes lados.
La primera versión del SMU recibió un panel de control relativamente simple hecho en una caja cilíndrica y ubicado en un cinturón. En el lateral, debajo de la mano derecha, había una palanca de control para el movimiento hacia adelante o hacia atrás. Se colocó una palanca para el control de cabeceo y guiñada en la pared frontal. Arriba había otra palanca responsable del control de balanceo. Además, se proporcionaron interruptores de palanca para encender el motor, la estación de radio y el piloto automático. Con la ayuda de tales controles, el piloto podría suministrar peróxido de hidrógeno a los motores requeridos y así controlar sus movimientos.
Además del control manual, el SMU tenía una automatización diseñada para facilitar el trabajo del astronauta. Si era necesario, podía encender el piloto automático, que, usando un giroscopio y una electrónica relativamente simple, tenía que monitorear la posición del jetpack en el espacio, ajustándolo si era necesario. Se supuso que ese régimen se aplicaría durante el trabajo a largo plazo en un lugar, por ejemplo, al reparar instrumentos en la superficie exterior de la nave espacial. En este caso, el astronauta tuvo la oportunidad de realizar varios trabajos y la automatización tuvo que monitorear la preservación de la posición deseada.
La versión del jetpack SMU presentada a los periodistas pesaba alrededor de 160 libras (alrededor de 72 kg). Cuando se usó en la luna, el peso del dispositivo se redujo a 25 libras (11,5 kg), y cuando se trabaja en la órbita de la Tierra, el peso debería quedar completamente libre.
El diseño del jetpack SMU durante la prueba. Foto del informe
Según la publicación de Popular Science, la muestra SMU presentada se calculó para permitir que el astronauta vuele hasta 1000 pies (304 m) con un solo repostaje de peróxido de hidrógeno. El empuje del motor, según los desarrolladores, fue suficiente para mover cargas lo suficientemente grandes. Por ejemplo, se declaró la posibilidad de mover un objeto, por ejemplo una nave espacial, que pesara hasta 50 toneladas, en este caso el astronauta debía desarrollar una velocidad del orden de un pie por segundo.
Unos meses antes de la demostración del aparato SMU a los periodistas, a mediados de 1962, se entregó un prototipo a la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson (Ohio), donde se iba a probar. Para llevar a cabo todas las pruebas necesarias, en el proyecto participaron especialistas del Ministerio de Defensa, así como equipos especiales. Entonces, como plataforma de prueba, se eligió un avión especial KC-135 Zero G, que se utilizó para la investigación en condiciones de ingravidez a corto plazo.
El primer vuelo con "gravedad cero" tuvo lugar el 25 de junio del 62 y durante los meses siguientes se realizaron varias decenas de pruebas del funcionamiento del jetpack en gravedad cero. Durante este tiempo, fue posible establecer la posibilidad fundamental de utilizar tales sistemas en la práctica. Además, se confirmaron algunas características y datos básicos de vuelo. Entonces, el empuje de los motores fue suficiente para volar en una atmósfera de aire y realizar algunas maniobras simples.
Las pruebas exitosas del dispositivo SMU no detuvieron el trabajo de diseño. A fines de 1962, comenzó el desarrollo de una versión actualizada del jetpack para astronautas. En la versión modernizada del proyecto, se propuso cambiar el diseño del aparato, así como hacer algunos otros ajustes al diseño. Por todo ello, se suponía que iba a mejorar las características, principalmente el stock de “combustible” y los datos básicos de vuelo. Después del inicio de los trabajos en el proyecto actualizado, apareció un nuevo nombre AMU, que pronto comenzó a aplicarse en relación con el producto SMU anterior, por lo que es posible cierta confusión.
Según los datos disponibles, la AMU modernizada no difería mucho de la SMU básica en apariencia. El exterior del casco no ha sufrido cambios importantes y el sistema para sujetar el aparato a la espalda del astronauta sigue siendo el mismo. Al mismo tiempo, el diseño de las unidades internas ha cambiado radicalmente. El rango de vuelo al nivel de 300 m no se adaptaba a la NASA, por lo que se propuso usar un nuevo tanque de combustible. El jetpack AMU recibió un tanque de peróxido de hidrógeno grande y largo que ocupaba toda la parte central del casco. El volumen del nuevo tanque fue de 660 metros cúbicos. pulgadas (10,81 L). Otro equipo se colocó a los lados de este tanque.
Entre otras unidades, el nuevo aparato retiene un tanque de nitrógeno comprimido de un sistema de desplazamiento para el suministro de peróxido de hidrógeno. Según el proyecto, se suministraría nitrógeno al tanque de combustible a una presión de 3500 psi (238 atmósferas). Sin embargo, durante las pruebas, se utilizaron presiones más bajas: aproximadamente 200 psi (13,6 atm). El prototipo del aparato AMU estaba equipado con motores de varias potencias. Entonces, las boquillas responsables de moverse hacia adelante y hacia atrás desarrollaron un nivel de empuje de 20 libras, que solían moverse hacia arriba y hacia abajo: 10 libras.
El dispositivo AMU en el futuro podría recibir un sistema de soporte vital, pero incluso cuando comenzaron las pruebas, dicho equipo aún no estaba listo. Debido a esto, el experimentado AMU, al igual que su predecesor, recibió solo un modelo del sistema deseado con las mismas dimensiones y peso. Después de completar todo el trabajo de diseño y las pruebas necesarias, el sistema de oxígeno podría instalarse en el jetpack espacial.
Poco después del final del ensamblaje, a fines de 1962 o principios de 1963, la AMU se envió a la base de Wright-Patterson para su prueba. El avión KC-135 Zero G especialmente equipado volvió a convertirse en el "campo de pruebas" para sus comprobaciones. Varias comprobaciones continuaron al menos hasta finales de la primavera de 1963.
A mediados de mayo de 1963, los autores del proyecto elaboraron un informe sobre las pruebas realizadas. Para este momento, como se indica en el documento, se realizaron más de un centenar de vuelos en trayectoria parabólica, durante los cuales se probó el funcionamiento de las mochilas propulsoras en gravedad cero. Durante las pruebas, a pesar de la corta duración de los vuelos con gravedad cero, fue posible dominar el control de ambos vehículos, así como comprobar sus capacidades para transportar un piloto o carga.
Mochila AMU durante la prueba. Foto del informe
En la parte final del informe, se argumentó que el jetpack AMU en su forma actual tiene características satisfactorias y se puede utilizar para resolver las tareas que se le asignan. También se observó que el empuje del motor de hasta 20 libras es suficiente para un vuelo controlado en la dirección deseada y para realizar varias maniobras. La disposición elegida de las toberas de los motores proporcionó, tal como está escrito en el informe, un excelente control sobre el aparato debido a la ubicación a igual distancia del centro de gravedad del sistema "piloto + mochila".
El piloto automático en general funcionó bien, pero necesitaba mejoras y pruebas adicionales. En algunas situaciones, este dispositivo no pudo responder correctamente a un cambio en la posición de la mochila. Además, se propuso "enseñar" la automatización del control a ignorar pequeñas desviaciones (hasta 10 °) del aparato de la posición especificada. Este modo permitió reducir significativamente el consumo de peróxido de hidrógeno.
Los astronautas que iban a utilizar el producto AMU en el futuro tenían que someterse a un curso de formación especial, durante el cual no sólo podían dominar el control, sino también aprender a "sentir" el aparato. La necesidad de esto fue demostrada por varios vuelos de prueba bajo el control de un piloto con un nivel de entrenamiento insuficiente. En tales casos, el piloto actuó lentamente y no difirió en la precisión del control.
En general, los autores del informe apreciaron mucho la propia AMU y los resultados de sus pruebas. Se recomendó continuar trabajando en el proyecto, continuar mejorando toda la estructura y sus componentes individuales, así como prestar atención a algunos modos de vuelo. Todas estas medidas permitieron contar con la aparición de un jetpack viable para los astronautas, totalmente apto para resolver todas las tareas asignadas.
La NASA y Chance-Vought, así como una serie de organizaciones relacionadas, tuvieron en cuenta el informe de los probadores y continuaron trabajando en proyectos prometedores. A mediados de la década, sobre la base de los desarrollos en el proyecto SMU / AMU, se desarrolló un nuevo dispositivo, que incluso se planeó para ser probado en el espacio exterior.
El trabajo adicional en el campo de las mochilas propulsoras espaciales se vio coronado por el éxito. A principios de los años ochenta, las primeras MMU se enviaron al espacio, que se utilizaron como parte del equipo de la nave espacial Space Shuttle. Este equipo se utilizó activamente en varias misiones para resolver diversos problemas. Por lo tanto, la idea de un jetpack, a pesar de muchos fallos, se hizo realidad. Es cierto que comenzaron a usarlo no en la Tierra, sino en el espacio.
