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一次（またはポータブルまたはパーソナル）生命維持システム（またはサブシステム）（PLSS）は、宇宙飛行士の宇宙服に接続された装置であり、宇宙船の生命維持システムから独立して、最大限の自由度で船外活動を可能にします。PLSSは通常、バックパックのように着用されます。PLSSによって実行される機能は次のとおりです。
- スーツの圧力の調整
- 呼吸可能な酸素を供給する
- 呼吸する酸素から二酸化炭素、湿気、臭気、汚染物質を除去する
- 加圧衣服を通して酸素を冷却して再循環させ、液体冷却換気衣服または液体冷却衣服を通して水を冷却して再循環させます。
- 双方向音声通信
- スーツの健康状態パラメータの表示または遠隔測定
- 着用者の現在の健康状態を示す指標の遠隔測定（心拍数など）
PLSS の空気処理機能は、吐き出されたガスが閉ループ内で呼吸ガスにリサイクルされる点で、 ダイビングリブリーザーの機能に似ています。
微小重力環境で使用する場合、宇宙船との物理的な接続がないため、通常は安全性と制御のために別の推進システムが必要になります。
アポロPLSS
アポロ月面着陸ミッションで使用されたポータブル生命維持システムは、呼吸する空気から二酸化炭素を除去するために水酸化リチウムを使用し、液体冷却衣服を通してオープンループで水を循環させ、水を宇宙空間に排出して氷の結晶に変えた。水の一部は宇宙飛行士の呼吸する空気から余分な熱を取り除くためにも使用され、 EVA後に宇宙船の廃水タンクに捨てるために集められた。PLSSには通信用の無線トランシーバーとアンテナも含まれており、宇宙船の通信システムを介して地球に中継された。PLSSの制御は、宇宙飛行士の胸に取り付けられたリモートコントロールユニット（RCU）で提供された。酸素と水は、宇宙船の環境制御システムから複数回のEVAに備えて再充電可能であった。
最初の4回のミッション（アポロ11号から14号）における月面船外活動時間は4時間に制限されており、酸素は1平方インチあたり1,020ポンド（7.0 MPa）、水酸化リチウムは3.0ポンド（1.4 kg）、冷却水は8.5ポンド（3.9リットル）、バッテリーは279ワット時であった。アポロ15号から17号の延長ミッションでは、酸素を1平方インチあたり1,430ポンド（9.9 MPa）、水酸化リチウムを3.12ポンド（1.42 kg）、冷却水を11.5ポンド（5.2リットル）、バッテリー容量を390ワット時に増やすことで、船外活動滞在時間が2倍の8時間に延長された。[1]
メインシステムが故障した場合に備えて、酸素パージシステム (OPS) と呼ばれる別のユニットが宇宙飛行士のヘルメットのすぐ後ろの PLSS の上に取り付けられ、緊急バックアップが提供されました。OPS は宇宙服の圧力を維持し、二酸化炭素、熱、水蒸気を宇宙に放出する一方向の連続気流を通して除去しました。作動すると、OPS は圧力服の別の入口に酸素を供給し、別の宇宙服の出口にある通気弁を手動で開きます。OPS は呼吸と冷却のために最大約 30 分間の緊急酸素を供給しました。[2]これは、他の宇宙飛行士の機能している PLSS を冷却 (のみ) に使用する「バディ システム」ホースを使用して 75 分から 90 分まで延長できます。これにより、通気弁を部分的に閉じて酸素の流量を減らすことができました。[1]
PLSSは高さ26インチ (66 cm)、幅18インチ (46 cm)、奥行き10インチ (25 cm)であった。ヒューストン飛行センターでハミルトン・スタンダード社のジェームズ・P・ルーカスによってテストされ、ダラスでは中性浮力タンクで様々な宇宙飛行士によってテストされた。宇宙で初めてテストされたのは、アポロ9号の地球軌道上での立ったままの船外活動でラスティ・シュワイカートによって行われた。彼のPLSSは地球上で84ポンド (38 kg)の重さがあったが、月面ではわずか14ポンド (地球の重さ6.4 kgに相当) だった。OPSは地球上で41ポンド (19 kg)、月面では6.8ポンド (地球の重さ3.1 kgに相当) の重さだった。[3]
スペースシャトル/国際宇宙ステーション PLSS
同様のシステムはスペースシャトルの宇宙飛行士によって使用されており、現在は国際宇宙ステーションの乗組員によって使用されています。
スペースシャトルや国際宇宙ステーションで使用されるEMUスーツの主な生命維持システムは、ハミルトン サンドストランド社によって製造されています。このシステムは、ハード アッパー トルソ(HUT) アセンブリの背面に取り付けられています。
酸素(O 2 )、二酸化炭素(CO 2 )、水蒸気は、液体冷却換気服 ( LCVG)によってスーツの末端から引き出され、ガスが PLSS に送られます。ガスが PLSS に入ると、活性炭が臭気を取り除き、水酸化リチウム(LiOH) が二酸化炭素を取り除きます。次に、ガスはファンを通過し、毎分約 6 立方フィートの流量を維持します。次に、昇華器が水蒸気を凝縮し、これは「スラーパー」と回転式分離器によって除去されます。除去された水は保存され、LCVG で使用される給水補給に使用されます。昇華器は、残りの酸素を約 55 °F (13 °C) に冷却します。流量は フロー センサーによって監視されます。
必要に応じて、流量センサーの下流にある貯蔵タンクからの流れに酸素が追加されます。酸素はその後、後頭部から宇宙服に戻り、宇宙飛行士の顔に流れ落ちます。酸素をヘルメットに送り、四肢からガスを取り込むことで、宇宙服の着用者が可能な限り新鮮な酸素を呼吸できるように設計されています。
宇宙服の動作圧力 は、船外活動中は4.3 psi (30 kPa ) (0.3 atm ~ 地球の大気圧の3分の1 )に維持され、船内モード (つまり、加圧された宇宙船内) 中は外部圧力に対して0.7 psi (4.8 kPa) に維持されます。
技術開発
将来のPLSSへの適用が検討されている技術には、圧力スイング吸着（PSA）が含まれます。これは、使用するたびに飽和し、約8時間に制限されている現在のLiOHキャニスターとは対照的に、 CO2をガスからより効率的に分離し、繰り返し実行できるプロセスです。[4] EVA中に吸着剤を再生することで、吸着剤キャニスターのサイズと重量を大幅に削減できます。PSAは、CO2と水蒸気を宇宙に放出することでこれを実現します。 [ 5]
参照
- バイオ再生生命維持システム - 人工生態系
- 二酸化炭素スクラバー – 循環ガスから二酸化炭素を吸収する装置
- Cis-Lunar – スキューバダイビング用の電子制御式閉回路リブリーザーのメーカー
- ガス分離 – 複数の製品を提供したり、製品を精製したりする技術
- リブリーザー – 呼吸ガスをリサイクルする携帯型装置
- スポメ – 物質閉鎖型、エネルギー開放型の仮想生命維持システム
参考文献
- ^ ab Jones, Eric M. (2006 年 1 月 3 日)。「PLSS 技術情報」。アポロ月面ジャーナル。NASA。2006年 11 月 3 日閲覧。
- ^ 「Primary Life Support Subsystem」（PDF） . nasa.gov . Hamilton Sundstrand . 2016年1月5日閲覧。2014-10-03にWayback Machineにアーカイブされました
- ^ ウィルフォード、ジョン・ノーブル（1969年7月）。『We Reach the Moon』ニューヨーク：バンタムブックス。pp.221-222。
- ^ Alptekin, Gokhan (2005-08-01). 「PLSS 用の高度な高速サイクリング CO2 および H2O 制御システム」NASA . 2007-02-24閲覧。
- ^ Heather, Paul; Alptekin, Goekhan; Cates, Matthew; Bernal, Casey; Dubovik, Margarita; Gershanovich, Yevgenia (2007)。「急速循環CO2およびH2O除去吸着剤の開発」。第37回国際環境システム会議。シカゴ：NASA 。2007年2月24日閲覧。