ชุดนักบินอวกาศ (Spacesuits)

แปลและเรียบเรียงโดย
ดร.บรรพต ไม้งาม
วารสารเทคโนโลยีวัสดุ (MTEC – สวทช.)


          เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า โลกที่มนุษย์เราอาศัยอยู่นี้ มีชั้นบรรยากาศห่อหุ้มอยู่ ตั้งแต่ระดับน้ำทะเล ไปจนถึงความสูง 75 ไมล์จากพื้นโลก โดยความดันบรรยากาศ มีค่าลดต่ำลง เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ที่ระดับความสูง 18,000 ฟุต บรรยากาศมีความหนาแน่นเหลือเพียง ครึ่งหนึ่งของพื้นโลก ขณะที่ระดับความสูง 40,000 ฟุต อากาศมีความเบาบางมาก และปริมาณออกซิเจนมีน้อย เมื่อความสูงมากกว่า 63,000 ฟุต มนุษย์ต้องการอุปกรณ์ที่ให้ออกซิเจนสำหรับหายใจ และรักษาความดันรอบข้าง เพื่อให้ของเหลวในร่างกายคงสภาพเดิม มิฉะนั้นของเหลวในร่างกาย จะเดือดเป็นฟอง อุปกรณ์นั้นก็คือชุดนักบินอวกาศ ที่เราคงจะเคยเห็นจากข่าว หรือภาพยนตร์หลายๆ เรื่องกันแล้ว

          ชุดนักบินอวกาศไม่ใช่สิ่งที่จำเป็น เมื่อนักบินยังคงอยู่ภายในยานอวกาศ หรือสถานีอวกาศเพราะว่า ภายในนั้นจะมีการควบคุมความดัน ให้พอเหมาะอยู่แล้ว แต่ภายนอกยานอวกาศนักบิน ต้องการอุปกรณ์พิเศษ ที่ช่วยให้ปฏิบัติหน้าที่ได้อย่างปลอดภัย เรามาลองสมมติกันเล่นๆ ว่า ถ้าเกิดมีนักบินอวกาศ ก้าวออกไปภายนอกยาน หรือลงจากยานไปบนพื้นผิวดวงดาว ที่ไม่มีบรรยากาศ เช่น ดวงจันทร์ หรือดาวอังคาร และไม่สวมชุดอวกาศ จะเป็นอย่างไร สิ่งต่อไปนี้จะเกิดกับนักบินผู้นั้น

          👨‍🚀 หมดสติภายในเวลาอันสั้น เพราะไม่มีออกซิเจนหายใจ
          👨‍🚀 เลือดและของเหลวในร่างกายจะเดือด เพราะไม่มีความดันบรรยากาศจากภายนอก
          👨‍🚀 เนื้อเยื่อจะแตกกระจายออก
          👨‍🚀 อันตรายจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว
          👨‍🚀 เนื่องจากบริเวณที่แสงจาก ดวงอาทิตย์ส่องถึง มีอุณหภูมิเพิ่มเป็น 120?C
          👨‍🚀 ในขณะที่บริเวณที่ไม่มีแสงจากดวงอาทิตย์ อุณหภูมิลดต่ำลงกว่าจุดเยือกแข็งถึง –120?C
          👨‍🚀 อันตรายจากรังสีต่างๆ
          👨‍🚀 อาจถูกกระแทก โดยอนุภาคฝุ่นหรือหินขนาดเล็ก ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง

          เพื่อป้องกันนักบินอวกาศ จากอันตรายเหล่านี้ อุปกรณ์พิเศษที่นักบินต้องการ คือชุดอวกาศ ซึ่งมีคุณสมบัติ
          ☑️ ให้ความดันที่เหมาะสม เพื่อป้องกันของเหลวในร่างกาย ไม่ให้เดือด
          ☑️ ให้ออกซิเจนสำหรับหายใจ
          ☑️ ขจัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้น
          ☑️ ควบคุมอุณหภูมิ
          ☑️ ป้องกันอันตรายจากรังสี และอนุภาคฝุ่น และหินที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง
          ☑️ มองเห็นภายนอกชัดเจน
          ☑️ เคลื่อนไหวไปมาได้สะดวก
          ☑️ ติดต่อสื่อสารกับทางยานอวกาศ หรือนักบินคนอื่นได้

ภาพจาก http://usspaceshuttle.com/history/astronauts/extravehicular-mobility-unit/

          ชุดนักบินอวกาศ มีชื่อเรียกเป็นภาษาอังกฤษว่า Extravehicular Mobility Unit (EMU) ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน มีการควบคุมความดันให้อยู่ประมาณ 1 ใน 3 ของความดันบรรยากาศ และใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์ ในการหายใจ แทนที่จะเป็นอากาศปกติที่มีออกซิเจน 20% ออกซิเจนในถัง มีเพียงพอ สำหรับให้นักบินใช้ได้ ประมาณ 6-8.5 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับอัตราการหายใจ ของแต่ละคน และมีถังออกซิเจนสำรอง ที่ให้ออกซิเจนได้อีกครึ่งชั่วโมง สำหรับกรณีฉุกเฉิน การลดความดันมีเหตุผล 2 อย่างคือ เพื่อเพิ่มอิสระในการเคลื่อนที่ของผู้สวม และลดแรง ที่กระทำต่อชุด อย่างไรก็ตาม นักบินต้องหายใจ เอาออกซิเจนบริสุทธิ์ เข้าไปในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ก่อนสวมใส่ชุด เพื่อลดปริมาณ ของไนโตรเจน ที่ละลายอยู่ในเนื้อเยื่อ มิฉะนั้นจะเกิดอันตราย ถ้าความเข้มข้นของ ออกซิเจนในปอด และเลือดต่ำเกินไป

          ในการเดินทางสู่อวกาศแต่ละครั้ง นักบินมักใช้ชุดมากกว่า 1 ชุด เช่น ในระหว่างเครื่องขึ้น และกลับสู่พื้นโลก จะใช้ชุดที่มีการควบคุมความดัน และมีร่มชูชีพติดอยู่ ในกรณีที่ต้องการสละเครื่อง หากเครื่องเกิดเหตุขัดข้อง นอกจากนี้ยังมีหมวกครอบ ถุงมือ และรองเท้าบู๊ต แต่เมื่อยานอวกาศ อยู่ในวงโคจรเรียบร้อยแล้ว นักบินจะเปลี่ยนมาสวมชุด ที่สะดวกสบายมากขึ้น คือเหมือนกับ เสื้อกางเกงทั่วไป และเมื่อต้องออกไปนอกยานอวกาศ นักบินจะสวมชุดอวกาศ หรือ EMU
ชุดอวกาศในยุคเริ่มแรกกับยุคปัจจุบัน มีความแตกต่างกันมาก ซึ่งต่อไปจะกล่าวถึง พัฒนาการของชุดอวกาศ จากอดีตจนถึงปัจจุบัน

ประวัติการพัฒนาของชุดนักบินอวกาศ
          ชุดอวกาศมีพัฒนาการมาจากชุดที่ใช้ในเครื่องบินที่มีความเร็วสูงอย่างเครื่องบินเจ็ต ที่ต้องใช้ชุด ควบคุมความดัน เนื่องจากที่ความสูงในระดับนั้นจะมีความดันบรรยากาศต่ำ และมีปริมาณออกซิเจน ไม่พอเพียง จึงได้ออกแบบชุดมาใช้ฉุกเฉิน ในกรณีที่ความดันในห้องควบคุม ไม่ทำงาน ชุดของนักบินเครื่องเจ็ต ประกอบด้วย ผ้าไนลอนเคลือบด้วยยาง (neoprene) ที่เป่าลมเหมือนบอลลูน มีผ้าที่แข็งซ้อนทับอยู่ เพื่อรักษารูปทรงของชุด และเป็นการให้ความดัน กระทำต่อนักบิน มีท่อต่อจาก เครื่องบินไปที่ชุด เพื่อให้ออกซิเจนในการหายใจ

ชุดอวกาศโครงการเมอร์คิวรี (Mercury Spacesuit)

Mercury Spacesuit
ภาพจาก https://www.pinterest.cl/pin/483292603759020304/

          เป็นโครงการแรกของสหรัฐอเมริกาที่ส่งมนุษย์ขึ้นสู่อวกาศ เริ่มต้นเมื่อปีค.ศ. 1958 เสร็จสมบูรณ์ ในปีค.ศ. 1963 พัฒนามาจาก ชุดของนักบินเครื่องเจ็ต มีความคล้ายคลึงกับ ชุดที่ใช้ในเครื่องบินเจ็ต แต่มีชั้นของไมล่าร์ เคลือบอะลูมิเนียม (aluminized mylar) ทับชั้นของยางนีโอพรีน ชุดนี้มีการระบายความร้อน โดยใช้พัดลม รับออกซิเจนจากยานอวกาศผ่านทางท่อ เช่นเดียวกับ เครื่องบินเจ็ต คือมีการให้ความดัน ในกรณีที่ความดันห้องคอบคุมขัดข้องเท่านั้น

ชุดอวกาศโครงการเจมิไน (Gemini Spacesuit)

Gemini Spacesuit
ภาพจาก https://www.youtube.com/watch?v=8VXZDlsWxMQ

          เมื่อเริ่มโครงการเจมิไน ชุดนักบินได้ออกแบบมา ไม่เพียงแต่ใช้ในกรณีฉุกเฉินเท่านั้น แต่ใช้สำหรับ ออกปฏิบัติงาน ภายนอกยานอวกาศด้วย จึงมีการเปลี่ยนแปลง ให้ข้อต่อของชุด มีอิสระในการ เคลื่อนที่ได้ดี กว่าแบบเดิม และมีการเพิ่มชั้นของไนลอน เคลือบด้วยเทฟลอน (Teflon) เพื่อปกป้องจากอันตราย จากอนุภาคฝุ่นหรือหิน แต่ยังคงรับออกซิเจน ผ่านทางท่อที่ต่อกับ ตัวยานอวกาศ ระบบการควบคุมอุณหภูมิของชุด ยังใช้การเป่าอากาศ เหมือนกับโครงการเมอร์คิวรี ซึ่งภายหลังพบว่า ได้ผลไม่ดี ทำให้เกิดความร้อน สะสมภายในชุด และทำให้นักบิน รู้สึกอ่อนเพลีย ได้ง่าย ต่อมาจึงได้มีการเปลี่ยนแปลง ระบบการควบคุมอุณหภูมิ ในชุดอวกาศของ โครงการอพอลโล