SpaceX Raumanzug

Hallo,

man könnte Elon Musk ja mal bei Twitter nach den EVA Fähigkeiten der Anzüge fragen.

Nochmal ne Frage zur Temperaturregulierung: Das Weltall ist ja ein Vakuum also müsste es doch selbst schon gut thermisch regulieren, ähnlich wie bei einer Thermoskanne. Da sehe ich doch theoretisch nicht die Problematik beim Erfrieren sondern dass es den Leuten im Raumanzug zu warm wird, oder?

Primäre Aufgabe des Anzuges ist, die Astronauten am Leben zu halten, wenn die Kapsel ein Leck hat.
Hat sie ein Leck und ist Luftleer ist eine Kommunikation ohne Hilfsmittel nicht mehr möglich und wenn man bedenkt wie klein solche Hilfsmittel heutzutage sind ist sowas leicht im Helm untergebracht, auch mit Funk. Astronauten Nutzen ja jetzt schon Headsets mit Funk, also warum nicht.

Per Funk ist im Zweifel aber immer noch fehleranfälliger. Wenn der Anzug zur Versorgung mit Sauerstoff eh eine Verbindung zum Lebenserhaltungssystem hat, genügt auch eine Sprechverbindung per Kabel, wie das bei den bisherigen Advanced Crew Escape Suits gehandhabt wurde. Dieser Anzug dürfte eh nur für Start und Landung getragen werden, für EVAs ist er schon wegen des hohen Drucks von 1 Bar vollkommen ungeeignet.

Nochmal ne Frage zur Temperaturregulierung: Das Weltall ist ja ein Vakuum also müsste es doch selbst schon gut thermisch regulieren, ähnlich wie bei einer Thermoskanne. Da sehe ich doch theoretisch nicht die Problematik beim Erfrieren sondern dass es den Leuten im Raumanzug zu warm wird, oder?

Zu kalt wird es vor allem im Erdschatten den man im erdnahen Orbit leider etwa alle 90 Minuten betritt (je nach Umlaufbahn). Da fallen die Temperaturen schnell mal auf unter -100 Grad und auf der Tagseite geht es dann schnell genauso in die andere Richtung. Ein Raumanzug wie der den SpaceX gerade gezeigt hat wird damit auf keinen Fall fertig. Eine Thermoskanne haelt Waerme oder auch Kaelte gerade deswegen so gut auf einer Temperatur weil sie gerade KEIN Vakuum ist. Man hat ein Luftpolster in der auesseren Huelle welche den Inhalt umgibt. Im Vakuum wird es gerade durch das Fehlen einer Atmosphaere eher schlimmer weil die Strahlungsenergie der Sonne (oder das Fehlen genau dieser im Erdschatten) dann alleine und direkt wirkt.

Klar, man würde für so etwas lieber einen echten EVA Anzug nehmen.

Aber wenn sie Alternative ist sonst nicht umsteigen zu können sollte ein solcher Anzug auch für eine Not-EVA reichen

Warum möchte man bei der Dragon eine Not-EVA machen? Die Dragon ist nicht auf Reparatur von Außen ausgelegt. Da die Sauerstoffversorgung über eine Leitung erfolgt, kann man auch nicht die Kapsel sehr weit verlassen. Einzig der Umstieg in ein anderes Raumschiff oder die ISS ohne Docking wäre eine Möglichkeit. Da würde man aber zur Erde zurückkehren anstatt einem Harakiri-Umstieg.

Lichtschutz im Helm: Auf dem Bild sieht man, das das Glas getönt ist. PMMA (Plexiglas) filtert etwa UV-Strahlung.

Die Verwendung von PMMA wäre aufgrund der sehr niedrigen Glasübergangstemperatur des Materials sogar fast schon ein Ausschlusskriterium für einen Not-EVA. Normalerweise wird bei Raumanzugshelmen daher Polycarbonat beim Visier (auch bei IVA-Anzügen wie ACES oder Sokol) verwendet, da mechanisch und thermisch stabiler.

Ich darf nochmal was zum Sokol zitieren:

Though intended solely for IVA, it does have the capability and facilities to support an emergency EVA supported by a small portable backpack. Additional protective layers have to be added which are normally stored in the Soyuz.

Aus "Space Rescue: Ensuring the Safety of Manned Spacecraft" von David Shayler

So einfach scheint das eben bei Not-EVAs auch nicht zu sein.
Die erste hochauflösende Darstellung des SpaceX-Anzugs sieht außerdem so aus, als handele es sich bei der Außenhaut um ein lederähnliches Material, was ja auch ok wäre. Wichtig ist ja primär die innere Druckhülle (pressure layer) bzw. die mechanische Eindämmungsschicht (restraint layer lässt sich doof übersetzen)
Dieser Look kann zwar auch lediglich beabsichtigt sein und über das tatsächlich verwendete Material hinwegtäuschen, aber ich glaube dennoch nicht, dass das gezeigte Material Temperaturen von −184.4° bis 149° Celsius aushält, wie das Ortho-Gewebe eines EMUs und zumindest die 149°C sind im direkten Sonnenlicht auf der Oberfläche der äußersten Schicht je nach Absorptionseigenschaften auch bei einem schnellen Not-EVA sicherlich schnell erreicht.

Zu kalt wird es vor allem im Erdschatten den man im erdnahen Orbit leider etwa alle 90 Minuten betritt (je nach Umlaufbahn). Da fallen die Temperaturen schnell mal auf unter -100 Grad und auf der Tagseite geht es dann schnell genauso in die andere Richtung. Ein Raumanzug wie der den SpaceX gerade gezeigt hat wird damit auf keinen Fall fertig. Eine Thermoskanne haelt Waerme oder auch Kaelte gerade deswegen so gut auf einer Temperatur weil sie gerade KEIN Vakuum ist. Man hat ein Luftpolster in der auesseren Huelle welche den Inhalt umgibt. Im Vakuum wird es gerade durch das Fehlen einer Atmosphaere eher schlimmer weil die Strahlungsenergie der Sonne (oder das Fehlen genau dieser im Erdschatten) dann alleine und direkt wirkt.

Hmm also Wikipedia sagt da was anderes: https://de.wikipedia.org/wiki/Isolierkanne. Und wo kommen die -100°C her? Es gibt im Weltraum keine Temperatur da kein (ok sagen wir im LEO kaum) Material vorhanden ist, was die Eigenschaft "Temperatur" haben könnte. Der Astronaut würde so Hitze nur über Wärmestrahlung abgeben.

OK, aber Wikipedia sagt (https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung#W.C3.A4rmestrahlung_des_Menschen) dass der Mensch die meiste Leistung über Wärmestrahlung verliert. Das sagt aber noch nichts über den Raumanzug aus, da müsste man betrachten wieviel Energie dieser über Wärmestrahlung aufnimmt oder abgibt.

Die Thermoskanne kann die Temperatur halten, weil keine Wärme abfließt wegen Vakuum und die Thermoskanne nicht von der Sonne gegrillt wird.

Im Weltall gibts auch Vakuum, nur wirst du durch die Sonne massiv aufgeheizt und die Wärme kann nur über Strahlung abgestrahlt werden. Die Strahlungsleistung ist proportional zu Temperatur^4. Also befindet sich der Raumanzug erst wieder im thermischen Gleichgewicht, wenn er sich ordentlich aufgeheizt hat.

Im Weltall gibts auch Vakuum, nur wirst du durch die Sonne massiv aufgeheizt und die Wärme kann nur über Strahlung abgestrahlt werden. Die Strahlungsleistung ist proportional zu Temperatur^4. Also befindet sich der Raumanzug erst wieder im thermischen Gleichgewicht, wenn er sich ordentlich aufgeheizt hat.

Jo meine Frage wäre jetzt wie das Gleichgewicht bei Dunkelheit ausschauen würde?

Zitat von: tobi am 24. August 2017, 10:21:28

Im Weltall gibts auch Vakuum, nur wirst du durch die Sonne massiv aufgeheizt und die Wärme kann nur über Strahlung abgestrahlt werden. Die Strahlungsleistung ist proportional zu Temperatur^4. Also befindet sich der Raumanzug erst wieder im thermischen Gleichgewicht, wenn er sich ordentlich aufgeheizt hat.

Jo meine Frage wäre jetzt wie das Gleichgewicht bei Dunkelheit ausschauen würde?

Im Vakuum bei totaler Dunkelheit ohne jegliche Strahlung kühlt ein Körper, der keine eigene Wärme erzeugt, auf den absoluten Nullpunkt runter.

Die kosmische Hintergrundstrahlung entspricht aber einer Temperatur von 2,7 Kelvin. Kälter geht es also im freien Weltall nicht.

Hmm also Wikipedia sagt da was anderes: https://de.wikipedia.org/wiki/Isolierkanne. Und wo kommen die -100°C her? Es gibt im Weltraum keine Temperatur da kein (ok sagen wir im LEO kaum) Material vorhanden ist, was die Eigenschaft "Temperatur" haben könnte. Der Astronaut würde so Hitze nur über Wärmestrahlung abgeben.

Ups, da hab ich glatt was verdreht, sorry.

Die -100 Grad hab ich aus einem Dokument ueber die NASA EMUs, sprich damit meinte ich die Temperatur welche die Oberflaeche des Raumanzugs waehrend der Zeit im Erdschatten hat.

Zitat von: tnt am 24. August 2017, 10:27:07

Zitat von: tobi am 24. August 2017, 10:21:28

Im Weltall gibts auch Vakuum, nur wirst du durch die Sonne massiv aufgeheizt und die Wärme kann nur über Strahlung abgestrahlt werden. Die Strahlungsleistung ist proportional zu Temperatur^4. Also befindet sich der Raumanzug erst wieder im thermischen Gleichgewicht, wenn er sich ordentlich aufgeheizt hat.

Jo meine Frage wäre jetzt wie das Gleichgewicht bei Dunkelheit ausschauen würde?

Im Vakuum bei totaler Dunkelheit ohne jegliche Strahlung kühlt ein Körper, der keine eigene Wärme erzeugt, auf den absoluten Nullpunkt runter.

Die kosmische Hintergrundstrahlung entspricht aber einer Temperatur von 2,7 Kelvin. Kälter geht es also im freien Weltall nicht.

Die Frage ist wie lange dauert es im Schatten, bis die Körpertemperatur auf eine kritische Temperatur abgesunken ist.



Ein ideal schwarzer Mensch sollte (ohne Kleidung) bei 38°C Körpertemperatur und 24°C Hauttemperatur, 2m² Haut etwa  2,3kJ/min abstrahlen.(Korrigiert mich wenn ich mich verrechnet hab)

In nem Mediziner-Test steht die Zahl 180kJ/K bei nem Menschen(Kein Plan wie richtig die ist). Mal 5°C Temperaturverlust sind das  900KJ die er abstrahlen müsste .
Also würde ich auf ersticken tippen.


https://www.karteikarte.com/card/161736/ein-mensch-mit-der-w-rmekapazit-t-180kj-k-gibt-100

Meine neueste Überlegung:
Eigentlich darf er im Schatten gar nicht auskühlen (oder zumindest schneller als in 1h auskühlen) sonst würde der Anzug im Vakuum grundsätzlich nicht funktionieren. Sobald der Astronaut im Vakuum ist (wegen Hüllenbruch zB) wären erstmal nur noch die Oberflächenwärmestrahlung der umgebenden Kapsel und die Luftversorgung die einzigen externen Systeme zur Wärmezufuhr. Also darf er auch da nicht einfach so erfrieren. Wenn er sich ausserhalb der Kapsel im Schatten aufhält ändert sich da meiner Meinung nach nicht viel dran. Von daher würde ich kühn behaupten, dass ein Not-EVA im Schatten möglich sein müsste ;-)

Meine neueste Überlegung:
Eigentlich darf er im Schatten gar nicht auskühlen (oder zumindest schneller als in 1h auskühlen) sonst würde der Anzug im Vakuum grundsätzlich nicht funktionieren. Sobald der Astronaut im Vakuum ist (wegen Hüllenbruch zB) wären erstmal nur noch die Oberflächenwärmestrahlung der umgebenden Kapsel und die Luftversorgung die einzigen externen Systeme zur Wärmezufuhr. Also darf er auch da nicht einfach so erfrieren. Wenn er sich ausserhalb der Kapsel im Schatten aufhält ändert sich da meiner Meinung nach nicht viel dran. Von daher würde ich kühn behaupten, dass ein Not-EVA im Schatten möglich sein müsste ;-)

Natürlich kühlt der Anzug im Erdschatten aus. Wie lange das dauert ist natürlich eine andere Frage. Je kälter der Anzug wird, desto langsamer kühlt er ab. In der Kapsel hat die Kapsel selbst natürlich auch eine Temperatur und strahlt auf den Anzug. Daher wird erst das Raumschiff kälter, dann der Anzug, dann der Mensch etc..

Bei Apollo 13 hat sich das Raumschiff ohne Heizung auch abgekühlt und die Astronauten haben gefroren.

Tatsächlich glaube ich, dass eher die Sonne das Problem ist und der Anzug sich sehr schnell erwärmt in der Sonne.

Die Menschen im EVA Anzug haben  Kühlkanäle in der Kleidung, die den Menschen kühlen.
https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_Cooling_and_Ventilation_Garment

Ein ideal schwarzer Mensch sollte (ohne Kleidung) bei 38°C Körpertemperatur und 24°C Hauttemperatur, 2m² Haut etwa  2,3kJ/min abstrahlen.(Korrigiert mich wenn ich mich verrechnet hab)

In nem Mediziner-Test steht die Zahl 180kJ/K bei nem Menschen(Kein Plan wie richtig die ist). Mal 5°C Temperaturverlust sind das  900KJ die er abstrahlen müsste .
Also würde ich auf ersticken tippen.


https://www.karteikarte.com/card/161736/ein-mensch-mit-der-w-rmekapazit-t-180kj-k-gibt-100

Das schöne an Wärmestrahlung ist, dass sie soooo viel einfacher zu berechnen ist als Wärmeleitung oder -Konvektion (zwei Semester TD + zwei Semster Wärme- und Stoffübertragung...).

Ich komme auf 794 W, nicht 38 W (aka 2,3 kJ/min), bei 24ºC, 2m², e=0.9 und der Annahme, dass der Weltraum 4K kalt ist (sprich: quasi nichts zurückstrahlt) - falls der EVA Anzug 24ºC an der Oberfläche warm bleibt.
Falls nicht (wovon ich ausgehe), kühlt die Anzugoberfläche aus, schützt aber dank guter Isolierung den Mensch. Behaupten wir mal, Abstrahlleistung sei max. 100W: Oberflächentemperatur des EVA Anzugs sei* dann 177K oder -96ºC. Das muss der Anzug also insolieren - der Anzug in der Kapsel nicht, denn die ist selbst isoliert und daher warm (zumindest für ein Weilchen) und strahlt statt mit 4K mit eher 20ºC zurueck. Das ergibt eine Wärmestrahlung von 42 Watt.

*das gilt für einen Emissionsgrad von 0.9. Ist die Anzugoberfläche entsprechend behandelt, kann das auf unter 0.1 gehen - und die Anzugoberflächentemperatur kann angenehme 24ºC bleiben und trotzdem nur ca. 100 Watt emitieren.

Zitat von: der_Keek am 24. August 2017, 13:34:03

Das schöne an Wärmestrahlung ist, dass sie soooo viel einfacher zu berechnen ist als Wärmeleitung oder -Konvektion (zwei Semester TD + zwei Semster Wärme- und Stoffübertragung...).

Bei mir hats offensichtlich nicht gereicht. Muss wohl auf die schnelle °C und nicht °K eingegeben haben und hab deswegen n paar Größenordnungen verhauen....

Die Oberfläche des Anzugs wird im Schatten kalt, da die Wärmeenergie abgestrahlt wird, und von innen dank Isolation wenig Qärme nachgeliefert wird. Würde man von außen also durch die Anzugwandung anch innen messen würde die Temperatur steigen, je näher man dem Astronauten kommt.
Ist die Isolation zu gut könnte es sogar passieren, das dem Astronauten zu heiß wird, vor allem, wenn er Körperlich anstrengendes macht.

Die Maximalwerte, wenn man in der Sonne ist, entsprechen der Temperatur, bei der die Schwarz Strahlung (Strahlungsenergieabgabe eines Körpers) gleich hoch, der Energie, die von der Sonne auf den Körper scheint, ist.
Hacken hierbei ist wie vorher schon erwähnt die Farbe, die das Albedo beeinflust. Wenn die meiste eingehende Strahlung nicht absorbiert wird, sondern reflecktiert, so kann der Anzug gar nicht so weit aufgeheizt werden. Und selbst wenn der Anzug außen 100°C heiß wird, diese Energie muss auch erstmal durch die Isolation wandern. allerdings die Kühlung des Astronauten wird dann etwas problematisch.

Warum man einen Not-EVA machen will und nicht einfach zur Erde zurückfliegt? Vielleicht aus dem selben Grund, warum man zu Shuttle-Zeiten immer ein zweites Shuttle Startbereit hielt.
Für den Fall, dass das erste eben nicht mehr alleine sicher zurück kann.
Nur ein Beispiel

PS.: Plexiglas war nur ein spontanner Gedanke als Beispiel. Sicher gibts genug passende Materialien.

Grüße aus dem Schnee

bei einem schwarzen Körper habe ich mal 120°C auf der Erdbahn im prallen Sonnenlicht berechnet, so ein weiser Anzug reflektiert sicher über 80% , da wird es dann mit -2°C schon ziemlich kalt. Aber ich vermute das dies sogar gewünscht ist, anderes als hier schon geschildert isoliert Luft nämlich immer schlechter als Vakuum, den Vakuum überträgt keine Energie durch Konvektion, sondern nur durch Strahlung und diese steigt mit T^4. (Strahlungsgesetz).

Ich hab mal n Weilchen gesucht, aber es ist nunmal so. Eine Gleichung, bei der eine Konstante einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann und die frei angenommen werden muss, lässt höchstens den Oberwert (e=1) berechnen. Aber wir wissen nicht, wie reflektiv der Anzug ist. Alufolie "spiegelt" mit e=0.03 so extrem gut. Textilien oder Papier liegen bei 0.95.
Problemtatisch ist auch, das kleine Teile sich massiv aufwärmen können. Z.B. der schwarze Garn, mit dem die reflektiven, außenliegenden Textilen vernäht werden, der zu heiß wird und schmilzt / sich im UV Licht zersetzt.

Warum man einen Not-EVA machen will und nicht einfach zur Erde zurückfliegt? Vielleicht aus dem selben Grund, warum man zu Shuttle-Zeiten immer ein zweites Shuttle Startbereit hielt.
Für den Fall, dass das erste eben nicht mehr alleine sicher zurück kann.

Das war aber erst nach der Columbia-Katastrophe der Fall. Davor wurde nie ein zweites Shuttle bereit gehalten. Man hat sich darauf verlassen, das der Hitzeschild ausreichend fehlertolerant ist und einzelne fehlende Kacheln kein Versagen des Gesamtsystems bewirken können. Bei STS-27 hat es funktioniert, bei STS-107 nicht!

Auf der anderen Seite kann ich mir bei einer Kapsel nichts vorstellen, was eine Not-EVA notwendig machen würde. Selbst wenn bei einer Explosion im Versorgungsteil der Hitzeschild beschädigt würde (wie man das bei Apollo 13 befürchtet hatte), ließe sich da mit einer Not-EVA nichts machen. Zudem hat eine Kapsel keinen Manipulatorarm wie früher der Shuttle. Was sollen die Astronauten da bei einer Not-EVA machen? Unmotiviert herumschweben? Reparieren dürften sie ohne weitere Hilfe nichts können.

Elektronikausfall? Ausfall der Steuerung? ect pp.

Als Laie kann ich mir da schon ein paar Sachen vorstellen, die es nötig machen könnten eine LEO Kapsel per Not-EVA zu verlassen und sich mit einem anderen Raumfahrzeug zu retten.

Das ist alles nicht sonderlich wahrschienlich/häufig, aber durchaus denkbar.
(aber das Thema 'Not-EVAs' wurde ja auch von der anderen Seite eingebracht )

EM hat ein neues Bild gepostet:

Hallo,

ist bei dem Bild die Kapsel dahinter echt oder wurde die in das Bild gerendert?

Na zumindest mit dem Computer bearbeitet. Das schwarz dieses Podestes bzw. dieser Blende im Landebeinbereich sieht irgendwie zu einheitlich aus.

Ist das ein Reisverschluss an der Innenseite der Beine? Zieht man so gar den Anzug an (von unten über den Beinbereich)? Stiefel scheinen auch in den Anzug integriert zu sein und weisen auch den Reisverschluss auf. Kann übrigens außerdem immer noch keine Anschlüsse erkennen. Wird Zeit, dass man mal eine Aufnahme von hinten sieht. Das würde zumindest mal zwei offene Fragen klären.
Vielleicht gibt es ja in 2-3 Wochen das nächste Bild.... .

Was ist das rechts hinter der Dragon?