لم تستطع Jetpacks في الخمسينيات من القرن الماضي التباهي بالأداء العالي. تلك المركبات التي لا تزال قادرة على الوصول إلى الهواء لديها استهلاك وقود مرتفع للغاية ، مما أثر سلبًا على أقصى مدة طيران ممكنة. بالإضافة إلى ذلك ، واجهت التصميمات المختلفة بعض المشكلات الأخرى. بمرور الوقت ، أصيب الجيش والمهندسون بخيبة أمل من هذه التكنولوجيا التي كانت تُعتبر سابقًا واعدة وواعدة. ومع ذلك ، لم يؤد هذا إلى توقف كامل عن العمل. في نهاية الخمسينيات ، أصبحت ناسا مهتمة بهذا الموضوع ، والتي كانت تأمل في تطبيق تكنولوجيا جديدة في برامج الفضاء.
في المستقبل المنظور ، كان خبراء ناسا يأملون ليس فقط في إرسال رجل إلى الفضاء ، ولكن أيضًا في حل العديد من المشكلات الأخرى. على وجه الخصوص ، تم النظر في إمكانية العمل في الفضاء المفتوح ، خارج السفينة. من أجل حل كامل للمشاكل في مثل هذه الظروف ، كان من الضروري وجود جهاز معين يمكن من خلاله لرائد الفضاء التحرك بحرية في الاتجاه المطلوب ، والمناورة ، وما إلى ذلك. في بداية الستينيات ، طلبت وكالة ناسا المساعدة من القوات الجوية ، التي تمكنت بحلول هذا الوقت من تنفيذ العديد من البرامج المماثلة. بالإضافة إلى ذلك ، اجتذبت العديد من شركات صناعة الطيران للعمل ، والتي تمت دعوتها لتطوير إصداراتها الخاصة من الطائرات الشخصية لبرنامج الفضاء. من بين أمور أخرى ، تم استلام هذا العرض من قبل Chance-Vought.
وفقًا للبيانات المتاحة ، حتى في مرحلة البحث الأولي ، توصل متخصصو ناسا إلى استنتاجات بشأن عامل الشكل الأمثل للتكنولوجيا الواعدة. اتضح أن أكثر وسائل النقل الشخصية ملاءمة ستكون حقيبة بها مجموعة من المحركات النفاثة منخفضة الطاقة. تم طلب هذه الأجهزة من قبل شركات المقاولات. وتجدر الإشارة إلى أنه تم أيضًا النظر في المتغيرات الأخرى للجهاز ، ومع ذلك ، فقد تم التعرف على الحقيبة التي يتم ارتداؤها على ظهر رائد الفضاء على أنها مثالية.
منظر عام لبدلة الفضاء Chance-Vought و SMU. الصورة من مجلة Popular Science
على مدى السنوات القليلة التالية ، أجرت Chance Vout سلسلة من الدراسات وشكلت مظهر مركبة للفضاء. تلقى المشروع تسمية SMU (وحدة المناورة الذاتية). في المراحل اللاحقة من تطوير المشروع وأثناء الاختبار ، تم استخدام تسمية جديدة. تمت إعادة تسمية الجهاز إلى AMU (وحدة مناورة رواد الفضاء - "جهاز لمناورة رائد فضاء").
ربما كان لدى مؤلفي مشروع SMU فكرة عن تطورات فريق Wendell Moore التابع لشركة Bell Aerosystems ، بالإضافة إلى معرفتهم بالتطورات الأخرى في هذا المجال. والحقيقة هي أن حزم بيل النفاثة والمركبة الفضائية التي ظهرت بعد ذلك بقليل يجب أن يكون لها نفس المحركات ، وإن كان ذلك بخصائص مختلفة. تم اقتراح تزويد منتج SMU بمحركات نفاثة تعمل على بيروكسيد الهيدروجين واستخدام التحلل التحفيزي.
تم استخدام عملية التحلل التحفيزي لبيروكسيد الهيدروجين بحلول هذا الوقت بنشاط في العديد من التقنيات ، بما في ذلك بعض حزم الطائرات النفاثة المبكرة. يتمثل جوهر هذه الفكرة في توفير "وقود" لمحفز خاص يتسبب في تحلل المادة إلى ماء وأكسجين.يحتوي خليط الغاز والبخار الناتج على درجة حرارة عالية بدرجة كافية ، ويتمدد أيضًا بسرعة عالية ، مما يجعل من الممكن استخدامه كمصدر للطاقة ، بما في ذلك المحركات النفاثة.
وتجدر الإشارة إلى أن تحلل بيروكسيد الهيدروجين ليس المصدر الأكثر اقتصادا للطاقة في سياق jetpacks. يتطلب الأمر الكثير من "الوقود" لتوليد قوة دفع كافية لرفع الشخص في الهواء. وهكذا ، في مشاريع بيل ، سمح خزان سعة 20 لترًا للطيار بالبقاء في الهواء لمدة لا تزيد عن 25-30 ثانية. ومع ذلك ، كان هذا صحيحًا فقط بالنسبة للرحلات الجوية على الأرض. في حالة الفضاء المفتوح أو سطح القمر ، بسبب انخفاض الوزن (أو غيابه) لرائد الفضاء ، كان من الممكن توفير الخصائص المطلوبة للجهاز دون استهلاك مرتفع بشكل غير مقبول لبيروكسيد الهيدروجين.
في سياق مشروع SMU ، كان لا بد من حل العديد من المشكلات الرئيسية ، كان أهمها بالطبع نوع المحرك النفاث. بالإضافة إلى ذلك ، كان من الضروري تحديد التخطيط الأمثل للجهاز بأكمله ، وتكوين المعدات اللازمة وعدد من الميزات الأخرى للمشروع. وفقًا للتقارير ، أدت دراسة هذه المشكلات في النهاية إلى تصميم بدلة الفضاء الأصلية ، والتي تم اقتراح استخدامها مع منتج SMU / AMU.
تم الانتهاء من أعمال التصميم الرئيسية في النصف الأول من عام 1962 ، بعد ذلك بوقت قصير ، أنتجت Chance-Vought نموذجًا أوليًا من Jetpack الفضائي. في خريف نفس العام ، تم عرض الجهاز لأول مرة للصحافة. نُشرت صور النظام المقترح لأول مرة في عدد نوفمبر من مجلة Popular Science. بالإضافة إلى ذلك ، قدمت المقالة في هذه المجلة مخططًا تخطيطيًا وبعض الخصائص الرئيسية.
أظهرت إحدى الصور التي نشرتها Popular Science رائد فضاء يرتدي بدلة فضاء جديدة مع SMU على ظهره. كان لبدلة الفضاء المقترحة خوذة كروية مع درع وجه منخفض وجزء سفلي مطور ، كان من المفترض أن يرتكز على أكتاف رائد الفضاء. كان هناك أيضًا العديد من الموصلات لربط بدلة الفضاء بأنظمة jetpack. كانت بدلة الفضاء من Chance-Vought مختلفة بشكل ملحوظ عن المنتجات الحديثة لهذا الغرض. لقد تم جعله خفيفًا قدر الإمكان ، ويبدو أنه لم يكن مزودًا بمجموعة من التدابير الوقائية اللازمة لتلبية المتطلبات الحالية.
كانت الحقيبة نفسها عبارة عن كتلة مستطيلة ذات جدار أمامي مقعر ومجموعة من الوسائل للتثبيت على ظهر رائد الفضاء. لذلك ، يوجد أعلى الجدار الأمامي "خطافان" مميزان استقرت بهما الحقيبة على أكتاف رائد الفضاء. في الجزء الأوسط كان هناك حزام خصر توجد عليه لوحة تحكم أسطوانية بعدة رافعات. كما تم توفير العديد من الكابلات وخطوط الأنابيب المرنة لتوصيل الحقيبة المحمولة ببدلة الفضاء.
أثرت الحاجة إلى ضمان التشغيل طويل الأمد خارج المركبة الفضائية ، وكذلك النقص في التقنيات في ذلك الوقت ، على تصميم المركبة الفضائية. في الجزء العلوي من SMU كانت وحدة نظام أكسجين كبيرة مغلقة الحلقة. كان الغرض من هذا الجهاز هو تزويد خوذة رائد الفضاء بخليط التنفس ، ثم ضخ غازات الزفير وإزالة ثاني أكسيد الكربون. على عكس خراطيم تزويد خليط التنفس من السفينة أو اسطوانات الغاز المضغوط ، فإن النظام المزود بامتصاص ثاني أكسيد الكربون لم يضعف قدرة رائد الفضاء على المناورة وجعل من الممكن البقاء في الفضاء المفتوح لفترة طويلة.
SMU بدون اللوحة الخلفية. الصورة من مجلة Popular Science
وفقًا للتقارير ، خلال المظاهرة للصحفيين ، لم يكن SMU مزودًا بنظام دعم الحياة العملية. لم يكن هذا الجهاز جاهزًا للتشغيل بعد ويحتاج إلى فحوصات إضافية ، ولهذا السبب تم استبداله في النموذج الأولي بمحاكاة من نفس الوزن والأبعاد. في هذا التكوين ، شارك الجهاز في الاختبارات الأولى.علاوة على ذلك ، تأخر العمل في هذا الاتجاه بشكل خطير ، ولهذا السبب تم اختبار نموذج أولي لاحق ، تم بناؤه في نهاية عام 1962 ، بدون نظام أكسجين وتم تجهيزه فقط بمحاكاة.
تم إعطاء الجزء الأيسر السفلي من الهيكل (بالنسبة للطيار) لوضع خزان بيروكسيد الهيدروجين. على يمينها كانت هناك مجموعة من المعدات الأخرى لأغراض مختلفة. في الجزء العلوي من الحجرة اليمنى السفلية كانت هناك محطة راديو توفر اتصالًا صوتيًا ثنائي الاتجاه ؛ تم تركيب بطاريات ووحدة إمداد طاقة للمعدات ، بالإضافة إلى أسطوانة نيتروجين مضغوطة لنظام إمداد الوقود ومنظم غاز.
على الوجوه الجانبية للسطح العلوي للحزمة النفاثة ، تم توفير أربعة محركات مصغرة بفوهات خاصة بها (اثنان على كل جانب). تم العثور على نفس المحركات على السطح السفلي للبدن. بالإضافة إلى ذلك ، تم وضع محركين من نفس التصميم في وسط السطح السفلي. في المجموع ، تم توفير 10 محركات لإطلاق الغازات النفاثة. تم تدوير فوهات جميع المحركات وإمالتها على جوانب مختلفة وكان يجب أن تكون مسؤولة عن خلق قوة دفع موجهة في الاتجاه المطلوب.
تم الإبلاغ عن أن كل محرك هو وحدة صغيرة مع محول حفاز للحث على تحلل الوقود. كان هناك صمام ذو ملف لولبي أمام المحفز. تم اقتراح توصيل جميع المحركات العشرة بخزان وقود ، والذي تم توصيله بدوره بأسطوانة غاز مضغوط.
كان مبدأ المحركات بسيطًا. تحت ضغط النيتروجين المضغوط ، كان من المفترض أن يدخل بيروكسيد الهيدروجين خطوط الأنابيب ويصل إلى المحركات. بناءً على أمر نظام التحكم ، كان على الملفات اللولبية للمحركات فتح الصمامات وتوفير وصول "الوقود" إلى المحفزات. تبع ذلك تفاعل التحلل مع إطلاق خليط بخار الغاز من خلال الفوهة وتشكيل قوة الدفع.
تم وضع الفوهات بطريقة تجعل من الممكن ، عن طريق التبديل المتزامن أو غير المتماثل للمحركات ، التحرك في الاتجاه المطلوب ، أو الدوران أو تصحيح موضعها. على سبيل المثال ، أتاح التضمين المتزامن لجميع المحركات الموجهة للخلف إمكانية المضي قدمًا ، وتم تنفيذ الدوران بسبب التضمين غير المتماثل للمحركات على جوانب مختلفة.
تلقى الإصدار الأول من SMU لوحة تحكم بسيطة نسبيًا مصنوعة في علبة أسطوانية وموجودة على حزام الخصر. على الجانب ، تحت اليد اليمنى ، كان هناك ذراع تحكم للحركة إلى الأمام أو الخلف. تم وضع رافعة للتحكم في الانعراج والانحراف على الجدار الأمامي. أعلاه كانت رافعة أخرى مسؤولة عن التحكم في الانقلاب. بالإضافة إلى ذلك ، تم توفير مفاتيح تبديل لتشغيل المحرك ومحطة الراديو والطيار الآلي. بمساعدة مثل هذه الضوابط ، يمكن للطيار توفير بيروكسيد الهيدروجين للمحركات المطلوبة وبالتالي التحكم في تحركاته.
بالإضافة إلى التحكم اليدوي ، كان لدى SMU أتمتة مصممة لتسهيل عمل رائد الفضاء. إذا لزم الأمر ، يمكنه تشغيل الطيار الآلي ، الذي كان عليه ، باستخدام جيروسكوب وإلكترونيات بسيطة نسبيًا ، مراقبة موضع Jetpack في الفضاء ، وتعديله إذا لزم الأمر. كان من المفترض أن يتم تطبيق مثل هذا النظام أثناء العمل طويل الأجل في مكان واحد ، على سبيل المثال ، عند صيانة الأجهزة الموجودة على السطح الخارجي للمركبة الفضائية. في هذه الحالة ، أتيحت الفرصة لرائد الفضاء لأداء أعمال مختلفة ، وكان على الأتمتة مراقبة الحفاظ على الموضع المطلوب.
كانت نسخة SMU jetpack المقدمة للصحفيين تزن حوالي 160 رطلاً (حوالي 72 كجم). عند استخدامه على القمر ، تم تقليل وزن الجهاز إلى 25 رطلاً (11.5 كجم) ، وعند العمل في مدار حول الأرض ، يجب أن يكون الوزن مجانيًا تمامًا.
تخطيط SMU jetpack أثناء الاختبار. صورة من التقرير
وفقًا لمنشور Popular Science ، تم حساب عينة SMU المقدمة للسماح لرائد الفضاء بالتحليق لمسافة تصل إلى 1000 قدم (304 م) على إعادة التزود بالوقود ببيروكسيد الهيدروجين. كان دفع المحرك ، وفقًا للمطورين ، كافياً لنقل الأحمال الكبيرة بدرجة كافية. على سبيل المثال ، تم الإعلان عن إمكانية تحريك جسم ، على سبيل المثال مركبة فضائية يصل وزنها إلى 50 طناً ، وفي هذه الحالة ، كان على رائد الفضاء أن يطور سرعة تصل إلى قدم واحدة في الثانية.
قبل بضعة أشهر من عرض جهاز SMU للصحفيين ، في منتصف عام 1962 ، تم تسليم نموذج أولي إلى قاعدة رايت باترسون الجوية (أوهايو) ، حيث كان من المقرر اختباره. لإجراء جميع الاختبارات اللازمة ، شارك متخصصون من وزارة الدفاع في المشروع ، بالإضافة إلى معدات خاصة. لذلك ، كمنصة اختبار ، تم اختيار طائرة خاصة من طراز KC-135 Zero G ، والتي تم استخدامها للبحث في ظروف انعدام الوزن على المدى القصير.
تمت الرحلة الأولى بـ "انعدام الجاذبية" في 25 يونيو ، 62 ، وعلى مدى الأشهر التالية ، تم إجراء عدة عشرات من الاختبارات لتشغيل الحزمة النفاثة في حالة انعدام الجاذبية. خلال هذا الوقت ، كان من الممكن تحديد الإمكانية الأساسية لاستخدام مثل هذه الأنظمة في الممارسة. بالإضافة إلى ذلك ، تم تأكيد بعض الخصائص وبيانات الرحلة الأساسية. لذلك ، كان دفع المحركات كافياً للطيران في جو جوي وإجراء بعض المناورات البسيطة.
لم يؤد الاختبار الناجح لجهاز SMU إلى توقف أعمال التصميم. بحلول نهاية عام 1962 ، بدأ تطوير نسخة محدثة من jetpack لرواد الفضاء. في النسخة المحدثة من المشروع ، تم اقتراح تغيير تصميم الجهاز ، وكذلك إجراء بعض التعديلات الأخرى على التصميم. بسبب كل هذا ، كان من المفترض تحسين الخصائص ، في المقام الأول مخزون "الوقود" وبيانات الرحلة الأساسية. بعد بدء العمل في المشروع المحدث ، ظهر اسم جديد AMU ، والذي سرعان ما بدأ تطبيقه فيما يتعلق بمنتج SMU السابق ، وهذا هو سبب حدوث بعض الالتباس.
وفقًا للبيانات المتاحة ، لم يختلف AMU الحديث كثيرًا عن SMU الأساسي في المظهر. لم يخضع الجزء الخارجي من الهيكل لتغييرات كبيرة ، وظل نظام ربط الجهاز بظهر رائد الفضاء كما هو. في الوقت نفسه ، تغير تصميم الوحدات الداخلية بشكل جذري. لم يكن نطاق الطيران عند مستوى 300 متر مناسبًا لوكالة ناسا ، ولهذا السبب تم اقتراح استخدام خزان وقود جديد. استقبلت حزمة AMU jetpack خزان كبير وطويل من بيروكسيد الهيدروجين احتل الجزء المركزي بأكمله من الهيكل. كان حجم الخزان الجديد 660 متر مكعب. بوصة (10.81 لتر). تم وضع معدات أخرى على جوانب هذا الخزان.
من بين الوحدات الأخرى ، يحتفظ الجهاز الجديد بخزان للنيتروجين المضغوط لنظام الإزاحة لتزويد بيروكسيد الهيدروجين. وفقًا للمشروع ، كان من المقرر توفير النيتروجين لخزان الوقود عند ضغط 3500 رطل / بوصة مربعة (238 ضغط جوي). ومع ذلك ، أثناء الاختبارات ، تم استخدام ضغوط أقل: حوالي 200 رطل / بوصة مربعة (13.6 ضغط جوي). تم تجهيز النموذج الأولي لجهاز AMU بمحركات ذات قوى مختلفة. لذلك ، طورت الفوهات المسؤولة عن التحرك للأمام والخلف مستوى دفع يبلغ 20 رطلاً ، تستخدم للتحرك لأعلى ولأسفل - 10 أرطال.
يمكن أن يتلقى جهاز AMU في المستقبل نظام دعم الحياة ، ولكن حتى مع بدء الاختبار ، لم تكن هذه المعدات جاهزة بعد. وبسبب هذا ، فإن AMU ذات الخبرة ، مثل سابقتها ، تلقت فقط نموذجًا من النظام المطلوب بنفس الأبعاد والوزن. بعد الانتهاء من جميع أعمال التصميم والاختبار اللازمة ، يمكن تثبيت نظام الأكسجين على jetpack الفضائي.
بعد وقت قصير من نهاية التجميع ، في نهاية عام 1962 أو أوائل عام 1963 ، تم إرسال AMU إلى قاعدة رايت باترسون للاختبار. أصبحت طائرة KC-135 Zero G المجهزة خصيصًا "ساحة اختبار" لفحصه ، واستمرت عمليات الفحص المختلفة على الأقل حتى نهاية ربيع عام 1963.
في منتصف مايو 1963 ، أعد مؤلفو المشروع تقريرًا عن الاختبارات التي تم إجراؤها. بحلول هذا الوقت ، كما هو مذكور في الوثيقة ، تم تنفيذ أكثر من مائة رحلة على مسار مكافئ ، تم خلالها اختبار تشغيل jetpacks في انعدام الجاذبية. خلال الاختبارات ، على الرغم من قصر مدة الرحلات بدون جاذبية ، كان من الممكن السيطرة على كلتا المركبتين ، وكذلك التحقق من قدراتهما على نقل طيار أو حمولة.
حقيبة ظهر AMU أثناء الاختبار. صورة من التقرير
في الجزء الأخير من التقرير ، قيل إن حزمة AMU jetpack في شكلها الحالي لها خصائص مرضية ويمكن استخدامها لحل المهام الموكلة إليها. ولوحظ أيضًا أن دفع المحرك حتى 20 رطلاً كافٍ للطيران المتحكم فيه في الاتجاه المطلوب ولأداء مختلف المناورات. يوفر الترتيب المختار لفوهات المحركات ، كما هو مكتوب في التقرير ، تحكمًا ممتازًا في الجهاز نظرًا لوضعه على مسافة متساوية من مركز ثقل نظام "الطيار + حقيبة الظهر".
كان أداء الطيار الآلي جيدًا بشكل عام ، لكنه احتاج إلى تحسينات واختبارات إضافية. في بعض الحالات ، لا يستطيع هذا الجهاز الاستجابة بشكل صحيح لتغيير موضع الحقيبة. بالإضافة إلى ذلك ، تم اقتراح "تعليم" أتمتة التحكم لتجاهل الانحرافات الصغيرة (حتى 10 درجات) للجهاز عن الموضع المحدد. جعل هذا الوضع من الممكن تقليل استهلاك بيروكسيد الهيدروجين بشكل كبير.
كان على رواد الفضاء الذين كانوا سيستخدمون منتج AMU في المستقبل الخضوع لدورة تدريبية خاصة ، حيث لم يتمكنوا من التحكم فقط في التحكم ، ولكن أيضًا تعلم "الشعور" بالجهاز. تم إثبات الحاجة إلى ذلك من خلال العديد من الرحلات التجريبية تحت سيطرة طيار بمستوى تدريب غير كافٍ. في مثل هذه الحالات ، تصرف الطيار ببطء ولم يختلف في دقة التحكم.
بشكل عام ، أعرب مؤلفو التقرير عن تقديرهم الكبير لاتحاد المغرب العربي نفسه ونتائج اختباراته. تمت التوصية بمواصلة العمل في المشروع ، لمواصلة تحسين الهيكل بأكمله ومكوناته الفردية ، وكذلك الانتباه إلى بعض أوضاع الطيران. كل هذه التدابير جعلت من الممكن الاعتماد على مظهر Jetpack عملي لرواد الفضاء ، وهو مناسب تمامًا لحل جميع المهام الموكلة إليهم.
أخذت وكالة ناسا وتشانس فوغت ، بالإضافة إلى عدد من المنظمات ذات الصلة في الاعتبار تقرير المختبرين واستمرار العمل في المشاريع الواعدة. بحلول منتصف العقد ، بناءً على التطورات في مشروع SMU / AMU ، تم تطوير جهاز جديد ، والذي تم التخطيط لاختباره في الفضاء الخارجي.
توج العمل الإضافي في مجال الطائرات النفاثة الفضائية بالنجاح. في أوائل الثمانينيات ، تم إرسال أولى وحدات MMU إلى الفضاء ، والتي تم استخدامها كجزء من معدات مركبة الفضاء المكوك الفضائي. تم استخدام هذه المعدات بنشاط في مهام مختلفة لحل المشكلات المختلفة. وهكذا ، فإن فكرة Jetpack ، على الرغم من الكثير من الإخفاقات ، جاءت إلى التطبيق العملي. صحيح أنهم بدأوا في استخدامه ليس على الأرض ، ولكن في الفضاء.
