Schuhkarton

Es mag winzig sein, aber es ist entscheidend.

SEATTLE – Ähnlich wie die Rauch- und Kohlenmonoxidmelder, die Ihr Zuhause bewachen, überwacht ein schuhkartongroßes Gerät ständig die Luft, die Astronauten während der bemannten Artemis-Missionen der NASA zum Mond atmen.

Der Zweck der Maschine besteht darin, Echtzeitdaten über die Konzentrationen von Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf in der Raumsonde Orion bereitzustellen, die das bevorzugte Fahrzeug der Agentur für ihr Artemis-Programm ist. Der Luftqualitätsdetektor ist außerdem mit einem Drucksensor ausgestattet, der Astronauten warnt, bevor der Luftdruck in der Kapsel gefährliche Werte erreicht. Dies kann durch Anomalien wie Gaslecks verursacht werden.

„Es gibt verschiedene Kontrollen, die sicherstellen, dass die Leute wissen, wenn etwas nicht stimmt“, sagte Heather Woods, stellvertretende Programmmanagerin für das Luftüberwachungssystem bei Dynetics, gegenüber Space.com.

Im Jahr 2018 beauftragte die NASA das in Alabama ansässige Unternehmen mit der Entwicklung und Herstellung eines Luftqualitätsdetektors für die bemannte Mission Artemis 2. Nachdem der Detektor die strengsten Anforderungen der NASA an Hardware und Software für die bemannte Raumfahrt erfüllt hatte, wurde er 2020 zu einem der ersten Instrumente, die im Orion-Raumschiff der Mission installiert wurden. Monica Wuhrer, Projektingenieurin des Luftüberwachungssystems, sagte gegenüber Space.com.

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Neben der kontinuierlichen Überwachung der Luft in der Orion-Kabine soll dieser Detektor auch die Luftqualität in den Artemis-2-Astronauten-Raumanzügen während der achttägigen Reise der Besatzungsmitglieder um den Mond Ende nächsten Jahres messen.

Eine verbesserte Version des ursprünglichen Detektors befindet sich auch in einem anderen Orion-Raumschiff, das für die Artemis-3-Mission verwendet wird, die für 2025 geplante Mondlandung der NASA. Dieser Detektor ist jedoch nicht tragbar und wird daher nicht im Extra Vehicular installiert Aktivitätsanzüge (EVA), die die Astronauten dieser Mission tragen werden, wenn sie auf dem Mond laufen, teilte Trista Niemann, Programmmanagerin für das Luftüberwachungssystem, Space.com in einer E-Mail mit. Das Team untersuche tragbare Einheiten, die bei zukünftigen Missionen eingesetzt werden könnten, fügte sie hinzu.

Eines von vier identischen Teilen, die das Laser-Luftüberwachungssystem (LAMS) vervollständigen – ein „LAM-Chop“, wie das Team es nennt – wurde letzte Woche auf der International Space Station Research and Development Conference (ISSRDC) in Seattle vorgestellt. Bei dem vorgestellten Segment handelte es sich um ein 6 Pfund (2,7 Kilogramm) schweres Instrument, das mit komplexer Elektronik ausgestattet war und in einer durchsichtigen rechteckigen Hülle untergebracht war, mit einem trompetenförmigen Rohr, das für Tests kontinuierlich Luft ins Innere lässt.

Wenn man auch nur den kleinsten Atemzug in das trompetenartige Blasloch blasen würde, wie ich es getan habe, würde man auf einem winzigen Bildschirm in der Nähe Spitzen bemerken, die denen eines Herzschlagmonitors nicht unähnlich sind. Kurz darauf verkürzen sich diese Spitzen auf Standardwerte, da die Luft im Raum passiv eindringt.

Die Hauptaufgabe des Geräts, die Messung der Gaskonzentrationen in der Luft, die in das Gerät eintritt, wird von einem Spektrometer übernommen, das an einem Ende angebracht ist. In diesem Spektrometer befinden sich Laser, die Infrarotlicht aussenden und Strahlen zum anderen Ende des Systems schießen. Währenddessen absorbieren etwaige Gasmoleküle in der Luft bestimmte Wellenlängen dieses Lichts und hinterlassen deutliche Abdrücke in den Laserstrahlen. Diese Abdrücke können als elektrische Signale gemessen werden, und diese Signale sind mit der Gesamtkonzentration jedes Moleküls verbunden.

Das Luftqualitätsüberwachungssystem misst den Wasser-, Kohlendioxid- und Sauerstoffgehalt. Letzteres ist ein schwacher Absorber für Infrarotlicht und erfordert, dass ein Laser 31 Mal zwischen zwei Spiegeln reflektiert wird, wie aus dem Dokument mit den Gerätespezifikationen hervorgeht, das von Leidos bereitgestellt und von Space.com eingesehen wurde. Die hohe Anzahl an Sprüngen verlängert effektiv die Länge des Laserstrahls und ermöglicht eine ausreichende Auflösung zur Messung seiner Konzentration.

Das Luftüberwachungssystem für Artemis 3 wurde für insgesamt 18 Millionen US-Dollar gebaut, während zukünftige Versionen für die Missionen Artemis 4 und Artemis 5 „Built-to-Print“-Einheiten sein werden, deren Preis etwa halb so hoch ist wie die Stückkosten des Artemis-3-Detektors , sagte Niemann gegenüber Space.com.

Die Melder sind für eine Betriebsdauer von 13 Jahren ausgelegt. Aufgrund der entscheidenden lebenserhaltenden Natur des Geräts habe die NASA „sehr, sehr strenge Anforderungen“, sagte Woods gegenüber Space.com, „und genau das haben wir mit diesen verschiedenen Iterationen wirklich versucht zu erreichen.“

„Wir hatten keine Ausfälle“, fügte sie hinzu. „Wir haben alle unsere Tests durchgeführt und sie haben mit Bravour bestanden.“

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Die Hardware und Software dieser Detektoren, einschließlich des in Artemis 3 installierten, haben laut Missionsspezifikationsdokument die höchste Sicherheitsbewertung der NASA erhalten. Die Hardware des Systems wird als „Kritikalität-1R“ eingestuft, was bedeutet, dass der Ausfall der Komponente zum „Verlust von Menschenleben oder Fahrzeug“ führen könnte. Als Referenz wurde die gleiche Bewertung für die O-Ringe in den Feststoffraketen-Boostern des Space Shuttles vergeben.

Die Software des Systems, die die Algorithmen zur Messung der Gaskonzentrationen ausführt, ist als „Klasse A“ eingestuft, was bedeutet, dass neben anderen Anforderungen jede Codezeile von Grund auf neu geschrieben werden musste, heißt es in einem Papier, in dem der Aufbau und die Testergebnisse des Detektors beschrieben werden.

Obwohl der Detektor die Atemluft der Astronauten kontinuierlich überwachen muss, hängt seine Leistung nicht von der Anzahl der Besatzungsmitglieder ab – eine Eigenschaft, die ihn für zukünftige Missionen zum Mond und vielleicht sogar zum Mars sehr nützlich macht.

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Sharmila ist eine in Seattle ansässige Wissenschaftsjournalistin. Ihre Liebe zur Astronomie entdeckte sie in Carl Sagans „The Pale Blue Dot“ und ist seitdem begeistert. Sie hat einen MA in Journalismus von der Northeastern University und ist seit 2017 Autorin für das Astronomy Magazine. Folgen Sie ihr auf Twitter unter @Sharmilakg.

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