如果宇航员在月球上受伤,我们将如何营救他们

在月球紧急情况下,请使用滑轮。
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看来我们要重返月球了。上周,副总统迈克·彭斯宣布了一项新优先事项,要在1972年之后首次将美国人送上月球表面

如果我们真的能够返回我们的天然卫星——公告中没有公布预算或具体时间表——那么这次任务可能会比短暂的阿波罗任务持续更长时间,并且几乎肯定会涉及更长的月球行走。这意味着有更多的时间发生意外,并且需要有计划和设备随时应对紧急情况。

幸运的是,科学家和工程师们已经在努力研究如何在不依赖马克·沃特尼式的“麦克盖弗”式应急方法的情况下,帮助受伤的宇航员。

去年10月,欧洲空间局中性浮力设施运营主管Hervé Stevenin设计了一个名为月球撤离系统组件(LESA)的系统,未来的宇航员可以使用该系统在月球行走期间将失去行动能力的同事拖到安全地带。到了3月份,Stevenin——他的本职工作是培训欧洲宇航员进行太空行走——已经与团队合作生成了一个工作原型,并在6月底,佛罗里达海岸的一处海底基地里的水下宇航员在尽可能接近月球的条件下测试了这款救援装置。

可能会发生什么?

宇航员的健康状况会得到仔细监测和筛查,因此飞行工程师们不太担心心脏病发作或疾病,而是担心,例如,宇航服故障可能导致一个原本健康的宇航员失去行动能力。冷却系统故障可能导致宇航员过热,裂缝可能导致氧气水平下降,二氧化碳转化器可能无法足够快地将二氧化碳转化为氧气,等等。月球确实是一个严酷的环境。

“月球是一个极端环境,阳光直射区的温度高达100摄氏度,黑暗区域则低至零下150摄氏度,磨蚀性尘埃会附着在任何地方。你可能会摔倒撞到岩石,你不知道会发生什么,”Stevenin说。

如果一名宇航员摔倒在地无法站起来,问题会很快堆积。他的同伴——就像在国际空间站进行太空行走一样,月球宇航员很可能成对工作——也穿着笨重的宇航服,限制了行动,这意味着他们无法简单地弯下腰抱起他们的同伴。而且,与国际空间站不同的是,这不仅仅是给另一名宇航员系上绳索并将他们拖到安全地带的问题——月球的引力不如地球强,但足以让你很难抱起一个成年人。

“在宇航服里,活动受到限制,你的伸手能力也有限,”Stevenin说。“即使是新的宇航服,你也不能双膝跪地,这意味着你无法将他背在肩上带回安全区。”

过去的努力试图使用更传统的担架,但都失败了,而基于地球的技术也无法适应月球的限制。

“这非常困难,而且很明显这会影响到宇航服的活动,”Stevenin谈到担架测试时说。“我们知道,如果我们要在月球上进行舱外活动(EVA),我们就需要有能力营救失去行动能力的乘员。但今天这还不可能。”

这时,像三脚架一样的LESA就可以派上用场,提供一臂之力。

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Lindgren在NEEMO-22任务中展开月球撤离系统组件。NASA/ESA–H. Stevenin

它是如何工作的?

LESA目前的迭代版本看起来像一个大型三脚架(但有四条腿)和手推车的混合体。

如果一名宇航员注意到他的同伴不动了,他可以跑过去拿起LESA,并将其架设在倒下的受害者上方。LESA上的滑轮连接到宇航服上,救援者可以在不弯腰的情况下将他的同伴吊起站立,而无需在笨重的服装中弯腰。

然后,一个底部装有两轮的担架可以绑在受害者身上,使救援者能够将他的同伴拖到Stevenin所说的安全区,也就是基地或着陆器,在那里可以将遇险人员安全地脱下宇航服并进行治疗。

最好的部分是,它可以由一个人轻松操作,正如ESA宇航员Pedro Duque和NASA宇航员Kjell Lindgren在6月份的海底演示的那样。

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在去年6月的一次训练演习中,NASA宇航员Kjell Lindgren“营救”了ESA宇航员Pedro Duque。NASA/ESA–H. Stevenin

三个臭皮匠,赛过一个诸葛亮(此处意译为:两个人协作比一个人更有效)

“通常在救援时有多名救援人员,”Stevenin说。“在月球上,如果你派出三个人,就不会有(行动)问题。如果其中一人失去行动能力,你就让他们一人在前,一人在后,像在地球上一样抬着他。”

听起来很简单,对吧?但是,在一次舱外活动任务中增加一个人要比派出两个人贵得多。这意味着需要一套额外的(昂贵的)宇航服,并且会经常磨损,还需要更大的月球车来运载额外的人,并且每次额外宇航员进出月球栖息地时,都有可能损失更多的空气。从某些方面来说,这些都是小小的磨损,但随着时间的推移,它们会累积起来。

更简单的解决方案?拥有像LESA这样的设备,它可以轻松地固定在月球车上,或者在科学考察时拖行,而不会给表面上已有的两个人增加负担。

水下测试场地

LESA在NASA第22届极端环境任务操作(NEEMO-22)期间进行了测试,该任务在佛罗里达群岛的Aquarius研究基地举行。

Bill Todd负责NASA的NEEMO项目,协调为期10天的任务,这些任务在距离佛罗里达群岛海岸5英里、水下62英尺的栖息地进行。这个偏远的位置意味着研究人员和宇航员(在他们水下探险期间被称为水下宇航员)可以在不离开地球的情况下测试设备、进行地质和科学实验,并测试人类生理极限。

“你生活和工作在一种隔离的极端条件下。你无法离开。在完成减压之前,你都必须待在那里,这需要的时间和紧急脱轨所需的时间差不多,”Todd说。

在NEEMO-22任务中,为期10天的任务有一半时间模拟了火星任务的通信延迟,另一半时间模拟了月球任务的通信延迟。延迟意味着海底的团队可以得到一些来自地面的指导,但他们大部分时间都需要自己摸索——就像在地球外的任务中一样。

水下环境也意味着他们可以测试他们的设备,如LESA,在与月球或火星相似的重力条件下如何工作,使其成为一个宝贵的试验场,并且比陆地上通常用来测试设备的浮力池更坚固、更适合实地测试。

水下的未来

当我8月份与Stevenin交谈时,他希望在春季的NEEMO任务中测试LESA的下一代产品,并融入他在夏季测试中学到的东西。但这需要NEEMO所在的Aquarius栖息地处于工作状态。不幸的是,当飓风艾尔玛上个月袭击佛罗里达州时,它严重损坏了水下实验室。

在一个为修复风暴损坏的结构筹款的网站上,实验室的一份更新报告显示

生命支持浮标已于此后被找回并拖至附近的船厂进行维修,但修复浮标和生命支持系统的努力可能还需要时间。

与此同时,宇航员和水下宇航员将继续在地球上进行训练和开发新技术,为最安全的星际上升做准备。

更正:本文早期版本错误地将NASA水下实验室的深度描述为62英里。现已更正。

 

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