Костюм современного космонавта смотрится со стороны прекрасно, но надевать и носить его неудобно. Громоздкие конструкции в ближайшем будущем могут заменить гибкие обтекаемые одежды, если новая концепция инженеров из Массачусетского технологического института дойдёт до стадии коммерческого продукта.

Согласно идее разработчиков, лёгкая эластичная ткань костюма будет выложена по всей площади крошечными катушками. Подключенный к источнику питания на космическом корабле скафандр заставит катушки сократиться и обтянуть тело космонавта плотным коконом.

В таком защитном облачении люди смогут с лёгкостью передвигаться по поверхности других планет, а если скафандр вдруг понадобится снять, для этого потребуется лишь небольшое физическое усилие.

Рис. 1. Возможный внешний вид скафандра будущего. (здесь и далее иллюстрации Jose-Luis Olivares/MIT).

Разработка концепции принадлежит команде, работающей под руководством Давы Ньюман (Dava Newman), профессора аэронавтики, астронавтики и инженерных систем.

Учёные уже изготовили прототип ткани «второй кожи», усеянной пружинообразными катушками, которые сокращаются, реагируя на тепло. Катушки изготовлены из сплава с памятью формы: если однажды ткань примет определённую форму, материал её повторит при нагревании.

Инженеры также вживили катушки в жгутообразные манжеты и подали электрический ток для создания тепла. При определенной температуре катушки «вспоминали» свою прежнюю форму и сжимали ткань вокруг тела человека. В ходе последующих испытаний группа обнаружила, что давление, генерируемое катушками, равно требуемой величине для полной поддержки астронавта в космосе.

Рис. 2. Ученые протестировали технологию на манжете.

«Надевая обычный скафандр, человек оказывается в воздушном шаре газа, который обеспечивает необходимое для жизни давление в одну треть атмосферного. Мы хотим достичь той же степени, но посредством механического противодавления, прикладывая силу непосредственно к коже и избегая применения газа. В нашей концепции мы объединяем пассивые эластичные ткани и активные материалы, создавая удобный костюм для передвижения по другим планетам и в открытом космосе», — рассказывает Ньюман.

Чтобы найти активный материал, который был бы наиболее пригоден для использования в космосе, учёные протестировали 14 видов изменяющих форму материалов, начиная от диэлектрических эластомеров и заканчивая полимерами с памятью формы. Так они подобрали никель-титановые сплавы с памятью формы.

Из этого материала были изготовлены пружины-катушки малого диаметра, которые смогли производить значительное количество силы при нагреве. Весь материал при этом обладал небольшой массой.

Рис. 3. Пружинообразные катушки из сплава никеля и титана в растянутом и сжатом состоянии.

Технологию создания катушкообразных волокон для ткани Ньюман и её команда позаимствовали у коллег-робототехников, также работающих в MIT. Сплавы с памятью формы можно «научить» возвращаться к первоначальной форме в ответ на определённую температуру.

Для «обучения» материала учёные сначала плотно смотали никель-титановые волокна в пружины с миллиметровым диаметром, после чего нагрели их до 450 градусов по Цельсию. При комнатной температуре, катушки могут быть растянуты или согнуты, словно скрепки, но перевалив за порог в 60 градусов по Цельсию, система начнёт меняться, и волокна вновь плотно свернутся в пружины.

Собрав из катушек и эластичного материала манжет, Ньюман и её коллеги успешно протестировали систему. При нагреве от 60 до 160°С катушки тянули на себя волокна и манжет затягивался, плотно облегая любое жёсткое тело.

«Как только космонавт наденет костюм, ему просто нужно будет подключить его к источнику питания, и он сам плотно прильнёт к телу», — поясняет Ньюман в пресс-релизе.

Рис. 4. Массив катушек на каркасе, напечатанном на 3D-принтере.

Теперь учёным предстоит найти способ зафиксировать материал в облегающем тело состоянии.

• Первый способ — это поддерживать постоянную высокую температуру, что невозможно, учитывая что это может быть болезненным для астронавта и слишком затратным по электроэнергии.
• Второй способ более реален: нужно будет понять, как можно заблокировать катушки от расслабления при снижении температур.

Разработчики отмечают, что

такой костюм может быть полезен далеко не только в космосе. Его могут носить солдаты, спасатели или спортсмены. Более того, система сжатия при повышении температур может мгновенно реагировать на возникшее огнестрельное ранение и затянуть рану покрепче, предотвратив чрезмерную потерю крови.