Viime vuosisadan 50 -luvun jetpackit eivät voineet ylpeillä korkealla suorituskyvyllään. Niiden ajoneuvojen, jotka onnistuivat pääsemään ilmaan, polttoaineen kulutus oli liian korkea, mikä vaikutti negatiivisesti lentokoneen enimmäiskestoon. Lisäksi eri malleissa oli joitain muita ongelmia. Ajan myötä armeija ja insinöörit pettyivät tällaiseen tekniikkaan, jota aiemmin pidettiin lupaavana ja lupaavana. Tämä ei kuitenkaan johtanut työn lopettamiseen kokonaan. 1950 -luvun lopulla NASA kiinnostui tästä aiheesta, ja se toivoi voivansa käyttää uutta tekniikkaa avaruusohjelmissa.
Lähitulevaisuudessa NASAn asiantuntijat toivoivat paitsi miehen lähettämistä avaruuteen, myös ratkaisemaan useita muita ongelmia. Erityisesti harkittiin mahdollisuutta työskennellä avoimessa tilassa, aluksen ulkopuolella. Täydelliseen ratkaisuun ongelmiin tällaisissa olosuhteissa vaadittiin tiettyä laitetta, jonka avulla astronautti voisi liikkua vapaasti haluttuun suuntaan, liikkua jne. Aivan 1960 -luvun alussa NASA pyysi apua ilmavoimilta, jotka olivat tähän mennessä onnistuneet toteuttamaan useita vastaavia ohjelmia. Lisäksi hän houkutteli töihin useita ilmailualan yrityksiä, jotka kutsuttiin kehittämään omia versioita henkilökohtaisesta lentokoneesta avaruusohjelmaa varten. Muun muassa tällaisen tarjouksen sai Chance-Vought.
Saatavilla olevien tietojen mukaan NASA: n asiantuntijat tekivät jo alustavan tutkimuksen vaiheessa johtopäätöksiä lupaavan tekniikan optimaalisesta muodosta. Kävi ilmi, että kätevin henkilökohtainen kuljetusväline olisi reppu, jossa on joukko pienitehoisia suihkumoottoreita. Tällaiset laitteet tilasivat urakoitsijat. On huomattava, että myös muita laitteiston variantteja otettiin huomioon, mutta astronautin selässä käytetty selkäreppu tunnistettiin optimaaliseksi.
Yleiskuva Chance-Vought-avaruuspuvusta ja SMU: sta. Kuva Popular Science -lehdestä
Chance Vout teki muutaman seuraavan vuoden aikana useita tutkimuksia ja muokkasi ajoneuvon ulkonäköä avaruuteen. Hanke sai nimityksen SMU (Self-Maneuvering Unit). Hankkeen kehittämisen myöhemmissä vaiheissa ja testauksen aikana käytettiin uutta nimitystä. Laite nimettiin uudelleen AMU: ksi (Astronaut Maneuvering Unit - "Laite astronautin ohjaamiseen").
Todennäköisesti SMU -hankkeen kirjoittajilla oli käsitys Bell Aerosystemsin Wendell Moore -ryhmän kehityksestä, ja he tiesivät myös muista tämän alan kehityksistä. Tosiasia on, että Bell -jetpack -laitteilla ja vähän myöhemmin ilmestyneellä avaruusaluksella oli oltava samat moottorit, vaikkakin erilaisilla ominaisuuksilla. SMU -tuote ehdotettiin varustamaan suihkumoottoreilla, jotka toimivat vetyperoksidilla ja käyttävät sen katalyyttistä hajoamista.
Vetyperoksidin katalyyttisen hajoamisen prosessia tähän mennessä käytettiin aktiivisesti eri tekniikoissa, mukaan lukien joissakin varhaisissa suihkupakkauksissa. Tämän ajatuksen ydin koostuu "polttoaineen" toimittamisesta erityiseen katalyyttiin, joka saa aineen hajoamaan veteen ja happea. Tuloksena olevan höyry-kaasuseoksen lämpötila on riittävän korkea ja se laajenee myös suurella nopeudella, mikä mahdollistaa sen käytön energialähteenä myös suihkumoottoreissa.
On huomattava, että vetyperoksidin hajoaminen ei ole jetpakkausten kannalta taloudellisin energialähde. Se vie liikaa "polttoainetta", jotta syntyy riittävä työntövoima, joka nostaa ihmisen ilmaan. Siten Bellin projekteissa 20 litran säiliö antoi lentäjälle mahdollisuuden pysyä ilmassa enintään 25-30 sekuntia. Tämä oli kuitenkin totta vain maapallon lennoille. Avoimen tilan tai kuun pinnan tapauksessa astronautin pienemmän (tai puuttuvan) painon vuoksi oli mahdollista tarjota vaaditut laitteen ominaisuudet ilman kohtuuttoman suurta vetyperoksidin kulutusta.
SMU -hankkeen aikana oli ratkaistava useita tärkeimpiä kysymyksiä, joista tärkein oli tietysti suihkumoottorin tyyppi. Lisäksi oli tarpeen määrittää koko laitteen optimaalinen asettelu, tarvittavien laitteiden koostumus ja joukko muita projektin ominaisuuksia. Raporttien mukaan näiden kysymysten tutkiminen johti lopulta alkuperäisen avaruuspuvun suunnitteluun, jota ehdotettiin käytettäväksi SMU / AMU -tuotteen kanssa.
Suuret suunnittelutyöt valmistuivat vuoden 1962 alkupuoliskolla, pian sen jälkeen, Chance-Vought tuotti avaruuslentokoneen prototyypin. Saman vuoden syksyllä laite esiteltiin ensimmäisen kerran lehdistölle. Kuvia ehdotetusta järjestelmästä julkaistiin ensimmäistä kertaa Popular Science -lehden marraskuun numerossa. Lisäksi tämän lehden artikkeli tarjosi asettelukaavion ja joitakin keskeisiä ominaisuuksia.
Yksi Popular Science -julkaisun valokuvista esitti astronautin uudessa avaruuspuvussa, jossa oli SMU selässä. Ehdotetussa avaruuspuvussa oli pallomainen kypärä, jossa oli alennettu kasvonsuoja ja kehitetty alaosa, jonka piti levätä astronautin hartioilla. Siellä oli myös useita liittimiä avaruuspuvun liittämiseksi jetpack -järjestelmiin. Chance-Voughtin avaruuspuku oli selvästi erilainen kuin nykyaikaiset tuotteet tätä tarkoitusta varten. Se tehtiin mahdollisimman kevyeksi eikä ilmeisesti ollut varustettu joukolla suojatoimenpiteitä, jotka ovat välttämättömiä nykyisten vaatimusten täyttämiseksi.
Reppu itse oli suorakulmainen lohko, jossa oli kovera etuseinä ja joukko kiinnitysvälineitä astronautin selässä. Joten etuseinän päällä oli kaksi tyypillistä "koukkua", joilla reppu lepää astronautin hartioilla. Keskellä oli vyötäröhihna, jolla oli lieriömäinen ohjauspaneeli, jossa oli useita vipuja. Mukana oli myös useita kaapeleita ja joustavia putkistoja reppun yhdistämiseksi avaruuspukuun.
Tarve varmistaa pitkäaikainen toiminta avaruusaluksen ulkopuolella sekä sen aikaisten tekniikoiden epätäydellisyys vaikuttivat avaruusaluksen ulkoasuun. SMU: n yläosassa oli suuri suljetun silmukan happijärjestelmäyksikkö. Tämä laite oli tarkoitettu syöttämään hengittävä seos astronautin kypärään, jota seurasi uloshengitettyjen kaasujen pumppaaminen ja hiilidioksidin poistaminen. Toisin kuin letkut hengitysseoksen syöttämiseksi aluksesta tai painekaasupulloista, hiilidioksidia absorboivat järjestelmät eivät heikentäneet astronautin ohjattavuutta ja mahdollistaneet pysymisen avoimessa tilassa pitkään.
SMU ilman takapaneelia. Kuva Popular Science -lehdestä
Raporttien mukaan toimittajille järjestetyssä mielenosoituksessa SMU: lla ei ollut työelämän tukijärjestelmää. Tämä laite ei ollut vielä käyttövalmis ja tarvitsi lisätarkastuksia, minkä vuoksi se korvattiin prototyypillä saman painon ja mitan simulaattorilla. Tässä kokoonpanossa laite osallistui ensimmäisiin testeihin. Lisäksi tämänsuuntainen työ viivästyi vakavasti, minkä vuoksi jopa myöhempi, vuoden 1962 lopussa rakennettu prototyyppi testattiin ilman happijärjestelmää ja varustettiin vain sen simulaattorilla.
Rungon vasen alaosa (suhteessa pilottiin) annettiin vetyperoksidisäiliön sijoittamista varten. Sen oikealla puolella oli joukko muita laitteita eri tarkoituksiin. Oikean alakulman yläosassa oli radioasema, joka tarjosi kaksisuuntaisen ääniviestinnän; sen alle oli asennettu paristot ja laitteiden virtalähde sekä paineistettu typpipullo polttoaineen syöttöjärjestelmää varten ja kaasusäädin.
Suihkupussin yläpinnan sivupinnoille asennettiin neljä pienoismoottoria, joissa oli omat suuttimet (kaksi kummallakin puolella). Samat moottorit löytyivät rungon alapinnalta. Lisäksi kaksi samankaltaista moottoria sijaitsi alapinnan keskellä. Suihkukaasujen vapauttamiseen oli käytettävissä yhteensä 10 moottoria. Kaikkien moottoreiden suuttimia pyöritettiin ja kallistettiin eri puolilta, ja niiden oli oltava vastuussa halutun suunnan suunnatun työntövoiman luomisesta.
Jokainen moottori ilmoitettiin olevan pieni yksikkö, jossa oli levykatalysaattori polttoaineen hajoamisen aikaansaamiseksi. Katalysaattorin edessä oli solenoidiohjattu venttiili. Kaikki kymmenen moottoria ehdotettiin liitettäväksi polttoainesäiliöön, joka puolestaan liitettiin painekaasupulloon.
Moottorien periaate oli yksinkertainen. Puristetun typen paineessa vetyperoksidin piti päästä putkilinjoihin ja saavuttaa moottorit. Ohjausjärjestelmän käskystä moottorien solenoidien oli avattava venttiilit ja annettava "polttoaine" pääsy katalysaattoreihin. Tätä seurasi hajoamisreaktio, jossa höyry-kaasuseos vapautui suuttimen läpi ja työntövoima muodostui.
Suuttimet on sijoitettu siten, että moottorit synkronisesti tai epäsymmetrisesti kytkettäessä on mahdollista liikkua haluttuun suuntaan, tehdä käännöksiä tai korjata niiden asentoa. Esimerkiksi kaikkien taaksepäin suunnattujen moottoreiden samanaikainen sisällyttäminen mahdollisti eteenpäin siirtymisen, ja käännös tehtiin moottorien epäsymmetrisen sisällyttämisen vuoksi eri puolille.
SMU: n ensimmäinen versio sai suhteellisen yksinkertaisen ohjauspaneelin, joka oli valmistettu lieriömäisessä kotelossa ja joka oli vyötäröhihnalla. Sivulla, oikean käden alla, oli ohjausvipu eteen- tai taaksepäin suuntautuvaa liikettä varten. Etuseinään asetettiin vipu nousun ja kääntymisen hallintaan. Yllä oli toinen vipu, joka vastasi rullan ohjauksesta. Lisäksi moottoriin, radioasemaan ja autopilottiin kytkettiin kytkimet. Tällaisten säätimien avulla lentäjä voisi toimittaa vetyperoksidia vaadittuihin moottoreihin ja siten hallita liikkeitäan.
Manuaalisen ohjauksen lisäksi SMU: ssa oli automaatio, joka on suunniteltu helpottamaan astronautin työtä. Tarvittaessa hän saattoi käynnistää automaattiohjauksen, joka gyroskoopin ja suhteellisen yksinkertaisen elektroniikan avulla joutui seuraamaan jetpakkauksen sijaintia avaruudessa ja säätämään sitä tarvittaessa. Oletettiin, että tällaista järjestelmää sovellettaisiin pitkäaikaisen työskentelyn aikana yhdessä paikassa, esimerkiksi kun huolletaan välineitä avaruusaluksen ulkopinnalla. Tässä tapauksessa astronautille annettiin mahdollisuus suorittaa erilaisia töitä, ja automaation oli seurattava halutun asennon säilymistä.
Toimittajille esitetty SMU -jetpack -versio painoi noin 160 kiloa (noin 72 kg). Kuussa käytettäessä laitteen paino pieneni 25 kiloon (11,5 kg), ja kun työskentelet maapallon kiertoradalla, painon pitäisi olla täysin vapaa.
SMU -jetpackin asettelu testauksen aikana. Kuva raportista
Popular Science -julkaisun mukaan esitetty SMU -näyte laskettiin siten, että astronautti pystyi lentämään jopa 304 metriä yhdellä vetyperoksiditankkauksella. Kehittäjien mukaan moottorin työntövoima riitti riittävän suurten kuormien siirtämiseen. Esimerkiksi mahdollisuus siirtää kohteen, esimerkiksi avaruusaluksen, joka painaa enintään 50 tonnia, siirrettiin, ja tässä tapauksessa astronautin oli kehitettävä nopeus noin jalka sekunnissa.
Muutama kuukausi ennen SMU-laitteen esittelyä toimittajille, vuoden 1962 puolivälissä, prototyyppi toimitettiin Wright-Pattersonin ilmavoimien tukikohtaan (Ohio), missä se piti testata. Kaikkien tarvittavien testien suorittamiseksi hankkeeseen osallistui puolustusministeriön asiantuntijoita sekä erikoislaitteita. Niinpä testialustaksi valittiin erityinen KC-135 Zero G -lentokone, jota käytettiin tutkimukseen lyhytaikaisen painottomuuden olosuhteissa.
Ensimmäinen "nollapainovoimainen" lento tehtiin 25., 62. Kesäkuuta, ja seuraavien kuukausien aikana suoritettiin useita kymmeniä testejä jetpackin toiminnasta nollapainossa. Tänä aikana oli mahdollista luoda perusmahdollisuus käyttää tällaisia järjestelmiä käytännössä. Lisäksi joitakin ominaisuuksia ja lentotietoja vahvistettiin. Joten moottorien työntövoima riitti lentämiseen ilmailmakehässä ja yksinkertaisten liikkeiden suorittamiseen.
SMU -laitteen onnistunut testaus ei pysäyttänyt suunnittelutyötä. Vuoden 1962 loppuun mennessä kehitettiin astronautille suunnatun jetpakkauksen päivitetty versio. Hankkeen modernisoidussa versiossa ehdotettiin laitteen asettelun muuttamista sekä muita muutoksia suunnitteluun. Kaiken tämän vuoksi sen piti parantaa ominaisuuksia, pääasiassa polttoainevarastoa ja lentotietoja. Päivitetyn projektin työn aloittamisen jälkeen ilmestyi uusi nimi AMU, jota alettiin pian käyttää suhteessa edelliseen SMU -tuotteeseen, minkä vuoksi sekaannukset ovat mahdollisia.
Käytettävissä olevien tietojen mukaan modernisoitu AMU ei ulkonäöltään eronnut juurikaan perus SMU: sta. Rungon ulkopinnalle ei ole tehty suuria muutoksia, ja järjestelmä, jolla laite kiinnitetään astronautin selkään, on pysynyt samana. Samaan aikaan sisäisten yksiköiden asettelu on muuttunut radikaalisti. Lentoetäisyys 300 metrin tasolla ei sopinut NASAlle, minkä vuoksi ehdotettiin uuden polttoainesäiliön käyttöä. AMU -jetpack sai suuren, pitkän vetyperoksidisäiliön, joka oli koko rungon keskiosassa. Uuden säiliön tilavuus oli 660 kuutiometriä. 10,81 litraa. Muita laitteita sijoitettiin tämän säiliön sivuille.
Muiden laitteiden joukossa uudessa laitteessa on säiliö paineistettua typpeä varten syrjäytysjärjestelmässä vetyperoksidin syöttämiseksi. Projektin mukaan typpeä oli määrä syöttää polttoainesäiliöön paineessa 3500 psi (238 ilmakehää). Testien aikana käytettiin kuitenkin alempia paineita: noin 200 psi (13,6 atm). AMU -laitteen prototyyppi oli varustettu eri tehoisilla moottoreilla. Joten eteenpäin ja taaksepäin suuntautuvat suuttimet kehittivät 20 kilon työntövoiman, jota käytettiin ylös ja alas - 10 kiloa.
Tulevaisuudessa AMU -laite voisi saada elämän tukijärjestelmän, mutta jopa testauksen alkaessa tällaiset laitteet eivät olleet vielä valmiita. Tämän vuoksi kokenut AMU sai edeltäjänsä tavoin vain halutun järjestelmän mallin, jolla on samat mitat ja paino. Kun kaikki tarvittavat suunnittelutyöt ja testit on suoritettu, happijärjestelmä voidaan asentaa avaruussuihkupakkaukseen.
Pian kokoonpanon päätyttyä, vuoden 1962 lopussa tai vuoden 1963 alussa, AMU lähetettiin Wright-Pattersonin tukikohtaan testausta varten. Erityisesti varusteltu KC-135 Zero G -lentokone tuli jälleen "todisteeksi" hänen suorittamilleen tarkastuksille.
Toukokuun puolivälissä 1963 hankkeen laatijat laativat raportin suoritetuista testeistä. Tähän mennessä, kuten asiakirjassa todetaan, suoritettiin yli sata lentoa parabolisella liikeradalla, jonka aikana testattiin suihkukoneiden toimintaa nollapainossa. Testien aikana, huolimatta lentojen lyhyestä kestosta ilman painovoimaa, oli mahdollista hallita molempien ajoneuvojen hallintaa ja tarkistaa niiden kyvyt kuljettaa lentäjä tai rahti.
AMU -reppu testin aikana. Kuva raportista
Raportin viimeisessä osassa väitettiin, että AMU -suihkupaketilla on nykyisessä muodossaan tyydyttävät ominaisuudet ja sitä voidaan käyttää sille annettujen tehtävien ratkaisemiseen. Huomattiin myös, että moottorin työntövoima jopa 20 kiloon riittää hallittuun lentoon haluttuun suuntaan ja erilaisten liikkeiden suorittamiseen. Valittu moottorien suuttimien järjestely tarjosi raportissa kirjoitetulla tavalla erinomaisen hallinnan laitteesta johtuen siitä, että se oli sijoitettu tasaiselle etäisyydelle "pilot + reppu" -järjestelmän painopisteestä.
Autopilotti toimi yleensä hyvin, mutta tarvitsi parannuksia ja lisätestejä. Joissakin tilanteissa tämä laite ei voinut reagoida oikein reppun asennon muutokseen. Lisäksi ehdotettiin ohjaavan automaation "opettamista" jättämään huomiotta laitteen pienet (enintään 10 °) poikkeamat määritetystä asennosta. Tämä tila mahdollisti vetyperoksidin kulutuksen huomattavan vähentämisen.
Astronautit, jotka aikoivat tulevaisuudessa käyttää AMU -tuotetta, joutuivat käymään erityiskoulutuksen, jonka aikana he eivät vain voineet hallita hallintaa vaan myös oppia "tuntemaan" laitteen. Sen tarve osoitettiin useilla koelennoilla, joiden ohjaaja oli riittämätön. Tällaisissa tapauksissa lentäjä toimi hitaasti eikä eronnut ohjauksen tarkkuudesta.
Yleensä raportin laatijat arvostivat AMU: ta itse ja sen testien tuloksia. On suositeltavaa jatkaa työtä projektin parissa, jatkaa koko rakenteen ja sen yksittäisten osien parantamista sekä kiinnittää huomiota joihinkin lentotiloihin. Kaikki nämä toimenpiteet mahdollistivat astronautille toimivan vesipaketin ulkonäön, joka soveltuu täysin kaikkien annettujen tehtävien ratkaisemiseen.
NASA ja Chance-Vought sekä monet siihen liittyvät organisaatiot ottivat huomioon testaajien raportin ja jatkoivat työtä lupaavien projektien parissa. Vuosikymmenen puoliväliin mennessä SMU / AMU -projektin kehityksen perusteella kehitettiin uusi laite, joka oli jopa tarkoitus testata avaruudessa.
Jatkotyö avaruuslentokoneiden alalla kruunattiin menestyksellä. Kahdeksankymmentäluvun alussa ensimmäiset MMU: t lähetettiin avaruuteen, joita käytettiin osana avaruusaluksen avaruusaluksen varusteita. Tätä laitetta käytettiin aktiivisesti eri tehtävissä erilaisten ongelmien ratkaisemiseksi. Niinpä ajatus jetpackista tuli monista epäonnistumisista huolimatta käytännön käyttöön. Totta, he alkoivat käyttää sitä ei maan päällä, vaan avaruudessa.
