xEMU : la Nouvelle Combinaison de la NASA

La NASA a pour objectif de retourner sur la Lune en 2024.

Pour réussir ce projet gigantesque, ils ont besoin d’une fusée (la SLS), d’un atterisseur lunaire ainsi que des combinaisons spatiales.

Dans cet article de blog, nous allons vous présenter la future combinaison de la NASA, la xEMU.

Bonne exploration ! ?

L’ancêtre de la combinaison EMU :  l’A7L

L’actuelle combinaison spatiale de la Station spatiale internationale, conçue il y a 40 ans pour les activités extravéhiculaires de la navette spatiale, frustrerait tout moonwalker. Tom Jones, un vétéran de l’espace, examine comment la NASA va construire une combinaison lunaire à temps pour le retour lunaire prévu en 2024.?

Les combinaisons spatiales A7L de Neil Armstrong et de Buzz Aldrin ont permis la première marche sur la Lune, mais présentaient des lacunes importantes en termes de flexibilité, de confort interne, de la maniabilité des gants et de capacité de survie. Armstrong, lors d’un débriefing technique après son retour sur Terre, a déclaré : « Nous devrions améliorer cette combinaison pour que l’on puisse s’agenouiller et il faudrait travailler davantage sur la mobilité des gants afin de pouvoir faire plus de chose sur la surface de notre satellite ».

Si le programme Artemis de la NASA réussit à renvoyer des astronautes sur la Lune, ces explorateurs auront besoin d’une nouvelle combinaison performante, bénéficiant de l’expérience d’Apollo, de la navette spatiale et intégrant les fruits de plus de deux décennies d’investissement technologique de la NASA.

À gauche : la combinaison spatiale de Neil Armstrong pour Apollo 11.

À droite : Andrew Morgan dans une EMU lors d’une sortie extravéhiculaire depuis l’ISS.

Un passé enrichissant : l’EMU

L’actuelle unité de mobilité extravéhiculaire, ou EMU, a été conçue à la fin des années 1970 pour les sorties dans l’espace depuis la navette spatiale.

Tom Jones a porté une EMU lors de trois sorties dans l’espace depuis la Station spatiale internationale. Il explique que la combinaison est robuste, mais rigide et offre une mobilité limitée.

Un astronaute de 73 kg à l’intérieur pèse 145 kg. Cette masse est toujours présente dans l’espace, et l’astronaute doit se déplacer et ensuite s’arrêter. Les jambes du scaphandre n’ont pas été conçues pour la marche ; sur l’ISS, elles servent simplement d’ancrage pour les reposes-pieds.

De plus, le tissu extérieur et les systèmes de survie ont été conçus pour fonctionner dans le vide spatial, et non sur une Lune ou une surface planétaire poussiéreuse.?

Le premier prototype de l’xEMU : la série Z

En 2012, la NASA a commencé à developper la combinaison Z-1. La deuxième version (Z-2) est apparue quelques temps après. Ces premiers prototypes sont les ancêtres de la xEMU.

La nouvelle combinaison de la NASA : la xEMU

Voici une courte vidéo d’introduction sur la combinaison xEMU.

L’objectif de la NASA est donc de « développer une combinaison spatiale de type exploration« , explique par courriel Liana Rodriggs, responsable du projet xEMU du centre spatial Johnson. Des variantes de la conception permettront aux astronautes d’Artemis de marcher sur la lune ou de travailler à l’extérieur de la passerelle lunaire prévue ou de l’ISS actuelle. L’agence prévoit de construire trois combinaisons xEMU en interne chez Johnson, à temps pour les essais sur l’ISS et le retour lunaire en 2024.

Le xEMU tirera parti des leçons d’Apollo, des décennies d’expérience de l’EMU à bord de la navette spatiale et de l’ISS, et des essais en laboratoire et sur le terrain des concepts de combinaisons de surface remontant au moins à 1989. La nouvelle conception remédiera aux insuffisances de l’EMU de l’ISS, intégrera les progrès en matière de mobilité et de systèmes de survie et pourra être maintenue dans le vide spatial ou à un avant-poste lunaire.La conception de la phase I de l’xEMU sera destinée à l’ISS ou à la station lunaire.

Le torse de la combinaison sera une coque en aluminium avec une trappe d’entrée par l’arrière, comme celle de la combinaison russe Orlan. L’entrée par l’arrière réduit les contorsions nécessaires pour enfiler la combinaison, et les épaules sont inclinées vers l’avant, s’alignant ainsi plus naturellement avec les bras et les épaules de l’astronaute. En revanche, l’EMU d’aujourd’hui doit être enfilée en se tortillant par le bas, ce qui oblige les épaules à être tournées davantage vers la gauche et la droite, une orientation qui a contribué aux blessures à long terme des épaules des astronautes.?‍?

La phase I de la combinaison des astronautes de la NASA introduira un casque redessiné avec une meilleure visibilité vers le bas et un système intégré de micro et de haut-parleurs, éliminant la « casquette Snoopy » transpirante qui semblait toujours glisser sur les yeux des astronautes. Pour les missions loin de la Terre, le casque pourra également intégrer des infographies projetées affichant les paramètres des systèmes de survie, les procédures et le matériel de référence.

Amy Ross, responsable du sous-système de pression de la xEMU, a dit que la combinaison de la phase I sera testée pour la première fois à l’extérieur de l’ISS au milieu de l’année 2023. Cette combinaison de test sera un hybride, intégrant le nouveau torse et le système de survie, mais avec des gants, des jambes et des bottes transférés des EMU actuels. Un astronaute de l’unité xEMU mettra la nouvelle combinaison à l’épreuve alors qu’il sera accompagné d’un membre d’équipage de l’unité EMU standard de l’ISS.

Un équipement mis à niveau

Les astronautes ne peuvent pas survivre et travailler efficacement à l’extérieur d’un vaisseau spatial sans un système de survie portable pour fournir de l’oxygène, alimenter les batteries, refroidir et éliminer le CO2 contenu dans la combinaison.

Le sac à dos PLSS d’aujourd’hui, piège le CO2 en faisant circuler l’air dans une boîte de particules d’oxyde d’argent. Cette boîte peut éliminer le CO2 pendant huit heures. De retour à l’intérieur de l’ISS, une chambre de chauffage force les cartouches réutilisables à libérer leur CO2, qui est évacué par-dessus bord. En revanche, le nouveau PLSS sera doté d’un absorbeur, constamment renouvelable, composé d’amines (composés organiques contenant de l’azote).

Un système de refroidissement amélioré

Ensuite, il y a la question du refroidissement. Le PLSS de l’EMU d’aujourd’hui pompe l’eau de refroidissement à travers d’un revêtement intérieur composé de fins tubes. L’eau qui circule autour du torse et des membres absorbe la chaleur générée par le travail de l’astronaute et le métabolisme cellulaire. Cette eau chauffée circule dans un sublimateur situé dans le sac à dos, où la source d’eau séparée s’écoule dans un bloc de métal poreux, où elle refroidit et gèle en se sublimant directement en vapeur dans le vide spatial. Cette glace formée par sublimation refroidit l’eau chauffée de la combinaison, qui recircule ensuite pour refroidir l’astronaute.?

Cependant, les minuscules pores de ce sublimateur et le séparateur air-eau sont sensibles aux impuretés de l’eau ; l’obstruction peut entraîner une perte de refroidissement et même forcer l’eau à pénétrer dans le casque.

Le xEMU PLSS résout ce problème et évite d’avoir recours à une alimentation en eau séparée en laissant une partie de l’eau du revêtement de refroidissement s’évaporer directement dans l’espace à travers une membrane perméable. Ce dispositif est appelé « SWME« . Le SWME « a déjà passé des centaines d’heures en tests et n’est pas aussi sensible à la qualité de l’eau », explique M. Ross.

Si son équipe peut atteindre la qualité de fabrication requise, le SWME devrait être un refroidisseur fiable et robuste qui fonctionne dans l’espace et dans la fine atmosphère de Mars.

Direction Lune pour la combinaison xEMU

Voici la présentation complète de la nouvelle combinaison spatiale de la NASA.

La combinaison de la phase II (pour la surface lunaire) est développée en parallèle avec la phase I. L’équipe industrielle de la NASA prévoit d’adapter la conception de la phase I pour la surface de la Lune en ajoutant un revêtement sur la partie inférieure du corps qui offrira une mobilité de surface beaucoup plus grande que la conception d’Apollo. « Nous travaillons sur des prototypes de combinaisons depuis au moins 1989, ce qui nous donne une bonne idée de la manière dont ces composants peuvent être assemblés. Nous nous baserons sur ce que nous avons – probablement une hanche à deux roulements avec des matériaux souples entre les deux roulements qui vous permettront de marcher comme vous le souhaitez », explique M. Ross.

Les moonwalkers devraient être capables de marcher, sauter, s’accroupir, se pencher et même de s’agenouiller sur la surface lunaire. Mais Ross dit que « mettre une coquille sur un humain et lui demander de se déplacer comme un humain est un grand défi. Nous ne serons probablement jamais capables de faire des sauts périlleux en arrière« .?

Bloquer la poussière lunaire

En plus des protections au niveau des jambes, la nouvelle combinaison de la NASA aura besoin d’un revêtement de protection environnementale, une couche externe pour protéger le porteur des extrêmes thermiques, des micrométéorites et de l’intrusion de la poussière. Les combinaisons Apollo ont été rapidement dégradées par des grains de poussière microscopiques s’infiltrant dans les mécanismes de leurs articulations.

La couche de protection extérieure blanche de l’EMU actuelle est constituée d’un tissu orthopédique, un mélange de Gore-Tex, de Kevlar et de Nomex. Selon M. Ross, l' »Ortho-Fabric » est un matériau tissé plein de trous – ce n’est pas ce que vous voulez pour repousser la poussière. Son équipe cherche des revêtements texturés et bio-inspirés, comme les petits poils autonettoyants des pieds de geckos, pour aider à repousser la poussière.

Gants et bottes renforcés

Les gants de la phase VI de l’ISS EMU, comme ceux que portait Tom Jones à la Station spatiale internationale, ne sont pas parfaits, mais ils ont assez de dextérité pour les premières missions lunaires.?‍?

Pour les transférer sur les nouvelles combinaisons, il faut ajouter une couche extérieure supplémentaire pour les missions scientifiques lunaire. Quant aux bottes, des années d’essais sur le terrain sur des prototypes de combinaisons ont donné à l’équipe un coup de pouce pour leur conception.

Un calendrier serré pour le projet xEMU

En 2023, le projet xEMU doit livrer trois unités de vol : deux pour le premier alunissage d’Artemis en 2024 et une pour la démonstration de la nouvelle combinaison sur l’ISS. Rodriggs, le chef de projet, affirme que les essais de l’ISS en 2023 pourraient « s’étendre jusqu’à un an afin de prouver les capacités du xEMU ». Elle précise que les deux combinaisons xEMU pour le retour sur la Lune seront terminées au début de l’année 2023.?

Pour respecter ce calendrier, Mme Rodriggs a sous sa direction 45 employés et 170 entrepreneurs, une équipe qui continuera de s’agrandir au fil des mois pour intégrer les nouvelles capacités des combinaisons et respecter l’échéance d’Artemis.

Il y a déja des dizaines d’entreprises réparties dans tout les USA qui développent des composants pour l’xEMU. Après les tests en orbite et la mission initiale de retour sur la Lune, la NASA prévoit de rechercher un ou plusieurs partenaires industriels au sein de cette équipe pour construire plusieurs combinaisons et les entretenir sur l’ISS et lors de futures expéditions lunaires et sur Mars.

La combinaison xEMU a un belle avenir

Concept d’un artist, Nasa.

La NASA tente depuis une vingtaine d’années de mettre en place une nouvelle combinaison spatiale, efforts qui ont été bloqués par manque de financement (pour des raisons majoritairement politiques). L’argent est toujours le facteur critique dans l’industrie spatiale. Cependant, dit Ross, « Aujourd’hui, notre situation financière a changé. La boîte budgétaire s’ouvre, et nous avons suffisamment de ressources pour donner la confiance nécessaire afin de respecter le calendrier. La NASA est sérieuse et veut le faire – et le faire à temps ».?

En espérant que vous avez appris tout ce qu’il fallait savoir sur la combinaison spatiale xEMU.

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