نحوه عملکرد کیسه خواب فضایی چگونه است؟

به گزارش ایسنا، نبود این نیرو همچنین باعث می‌شود وقتی چشم‌ها بسته شد، محل خوابیدن فرد، مشخص نباشد. بدن در این حالت، در هوا، به شکل شناور و یا معلق قرار می‌گیرد و هر آن ممکن است به طور ناخودآگاه و ناخواسته با در و دیوار سفینه برخورد کند. فرد در روی زمین می‌تواند بدن و یا هر یک از اعضا بدن خود را در خواب به راحتی حرکت دهد و هر زمان که روکش‌ها(لحاف، پتو یا هر چیز دیگری که در موقع خواب روی بدن قرار گیرد) کنار رود، کمبود آن حس می‌شود. استفاده از فشار ملایم در طول بدن، حالت آرام بخشی را در خواب به وجود می‌آورد. این حالت بدن در فضا، اهمیت خاصی دارد. فضانوردان اغلب خود را به در و دیوار می‌بندند، یا اینکه در گوشه‌ای چمباتمه می‌زنند، تا حالت آرام بخشی را برای خود به وجود آورند.

لزوم ایجاد شرایطی نظیر زمین، برای خواب فضانوردان، در سال ۱۹۸۳ راه را برای طراحی و ساخت اولین کیسه خواب فضایی گشود. فکر اصلی در ساخت کیسه خواب، بر این پایه بود که کیسه بتواند فشار فنر مانندی را در طول بدن و  اعضا آن، با توجه به تنگی جا و ایمنی، در مدار زمین به وجود آورد. اولین طرح‌ها بر مبنای ساخت تشک‌های بادی بود.

اصول طرحی که از مباحث اولیه در ساخت این وسیله به دست آمد، نشان می‌داد که باید کیسه از دو لایه پارچه‌ای با استفاده از یک سامانه داخلی ساخته شود؛ لایه‌ای مانند تیوپ لاستیک که بتواند حالت فشار را به وجود آورد. لایه‌ها باید به اندازه‌ای باشند که فضانورد بتواند راحت به درون آن برود و یا از آن خارج شود. از آن گذشته این لایه‌ها باید بتوانند فشار واکنشی متناسب با تغییرات وضعیت بدن را به وجود آورند. نمونه‌ای از این طرح که پیش‌بینی می‌شد بتواند با توجه به اندازه‌ها و شکل آن، فشار مناسب را در داخل کیسه به وجود آورد، در ۲۸ اکتبر سال ۱۹۸۴۴ روی کاغذ آمد. بعد از آماده شدن نقشه، نمونه ساخته شد و برش پارچه‌ها و دوخت آن نیز انجام گرفت. در این نمونه از نوعی  لاستیک به عنوان عامل ایجاد کننده فشار، استفاده شد. نتیجه نهایی کاملاً مایوس کننده بود و یکی از دلایل این شکست، انعطاف پذیری بیش از حد لاستیک بود، اما کار ادامه یافت.

برای رسیدن به نتیجه مثبت از مراکز تحقیقاتی نساجی و تولیدکنندگان این رشته، تقاضای کمک شد. آنها که قبلاً موفق شده بودند مواد نساجی مورد نیاز «آزمایشگاه فضایی اسکای لب» را بسازند، این بار نیز ظرف مدت کوتاهی، موفق شدند نمونه‌ای از طرح سفارش داده شده را بسازند. این اقدام آنها در موفقیت نهایی طرح، اثر بسزایی داشت. مشکلات کار با مواد چندبعدی و قابل انعطاف، برای بیشتر دست اندرکاران طرح، جدید و ناآشنا بود، زیرا مهندسان فضایی بیشتر با مواد سبک وزن مانند آلومینیوم، فیبرهای کربنی و... کار می‌کنند.

کیسه خواب و طرح آن، چندین بار مورد اصلاح قرار گرفت تا به شکل نهایی در آمد. از روزی که اولین طرح روی کاغذ کشیده شد، تا روزی که طرح نهایی و قابل قبول آماده گردید، شش ماه طول کشید. یکی از عمده‌ترین مشکلات، انتخاب قطعات و مواد مناسب بود. از همان ابتدا نوعی پارچه جهت روکش انتخاب گردید که توانایی تبادل هوا را داشت و ضمناً غیرقابل اشتعال بود. انتخاب دریچه‌ها و لوله هوا نیز مشکل می‌نمود. بعد از جستجو و آزمایش‌های بسیار، لوله پلاستیکی آتش نشانی با قطر ۹ سانتی‌متر، به علت سختی، قدرت و سهولت در تولید و ایجاد فشار مناسب، به عنوان لوله تامین کننده هوای داخل کیسه، انتخاب شد. یکی دیگر از مشکلات، یافتن چسب قابل انعطافی بود که در طول ماموریت و با توجه به باد شدن و خالی شدن کیسه دوام آورده، از هم باز نشود. انتخاب دریچه‌های ورودی و خروجی هوا نیز دشوار به نظر می‌رسید.

سخت افزارهایی که معمولاً در رشته فضانوردی مورد استفاده قرار می گیرند سنگین و پیچیده‌اند، به همین جهت طراحان کیسه خواب، به سراغ قطعات مورد مصرف در رشته پزشکی و آزمایشگاه‌های شیمی رفتند و معلوم شد دریچه هایی که در دستگاه اندازه‌گیری فشار خون به کار می‌روند، از لحاظ جرم و وزن بسیار مناسبند و گذشته از برخورداری از ویژگی‌های فنی، قیمت آنها نیز مناسب است.

این دریچه‌ها با استفاده از یک ساچمه لاستیکی، به فضانوردان این امکان را می‌دهد که با تنظیم فشارهای مختلف، بهترین حالت را انتخاب کنند. تنها مشکلی که در راه استفاده از این دریچه‌ها وجود داشت، تنظیم میزان عبور جریان هوا و به دست آوردن زمان مناسبی برای پر و خالی شدن آن بود. این مشکل نیز با استفاده از یک فنر که با برق کار می‌کرد، حل شد. نمونه نهایی را در مه ۱۹۸۵ آزمایش کردند. این کیسه خواب با همه ملحقات آن از قبیل پمپ‌ها، بندها و محفظه مخصوص سر، وزنی برابر با دو کیلوگرم پیدا کرد. این کیسه خواب بدیع و جالب فضایی در ۱۰ فوریه ۱۹۸۷ با درخواست اسا به نام طراحان آن به ثبت رسید. امتیاز به ثبت رسیده، شامل طیف وسیعی از انواع کیسه خواب «با فشار برگردان» و «نیروی جاذبه صفر» است.

آزمایش کیسه خواب در فضا

کیسه خواب فضانوردان محصول اسا در دو ماموریت فضایی مورد آزمایش قرار گرفت: ماموریت آزمایشگاه فضایی آلمان به نام «دی-۱» از ۳۰ اکتبر تا ۶ نوامبر سال ۱۹۸۵ و ماموریت ایستگاه میر شوروی از ۲۲ ژوئیه تا ۲۹ دسامبر ۱۹۸۷. ووب اوکلز یکی از دانشمندان فضانورد عضو گروه خدمه دی-۱۱ یکی از کیسه خواب‌ها را به عنوان وسیله  شخصی همراه خود به فضا برد و آن را در یکی از کمدهای فوقانی آزمایشگاه فضایی جای داد. (فضانوردان مجاز بودند در وقت‌های اضافی خود آزمایش های دلخواهی را انجام دهند) اگر چه کیسه خواب به عنوان یک تجربه شخصی به فضا برده شد، اما همین کیسه خواب در طول ماموریت دی-۱ که فضانوردان گرفتار مشکل کمبود جای خواب شده بودند، به کمک آنها آمد.

در سفینه برای گروه هشت نفره، فقط چهار محل خواب بود. شش نفر از اعضای گروه در دو تیم سه نفره و در نوبت‌های دوازده ساعته کار می‌کردند و سومین دانشمند فضانورد در یک نوبت چرخشی کار می‌کرد. از آنجا که یکی از محل های خواب بطور دائمی برای فرمانده شاتل در نظر گرفته می‌شود، سه فضانورد دانشمند مجبور بودند یک محل خواب را بین خود تقسیم کنند. در این جا بود که کیسه خواب اسا، محل خواب اضافی را در طول پرواز فراهم ساخت.

ووب اوکلز در گزارش‌های پرواز دی-۱ چنین می‌نویسد: «بعد از پایان یک روز طولانی و پر کار، تصمیم به استراحت گرفتم. در عین حال باید محل کار خود را برای جلوگیری از تداخل با نوبت بعدی، ترک می‌کردم. کیسه خواب را برداشتم و در جستجوی محلی برای خواب بر آمدم. اطاقک مخصوص ورود به بخش باربری، محل تاریک و نسبتاً ساکتی است. باد کردن کیسه خواب کار ساده‌ای بود. بعد از باد کردن، آن را به دیوار جلویی بستم و سرم را نزدیک دریچه بالایی قرار دادم و شش ساعت به راحتی خوابیدم. کیسه بسیار عالی بود و می‌توانستم به راحتی درون آن حرکت کنم. سرم را روی لوله لاستیکی گذاشتم، درست مثل اینکه بالشی زیر سر گذاشته باشم.  قبل از شروع پرواز من و «راینهارد فورد» موافقت کرده بودیم که به طور نوبتی کیسه و تختخواب را با هم عوض کنیم اما من در سومین شب، فقط یک بار از محل خواب سفینه استفاده کردم.«

دیگر فضانوردان نیز آن را آزمایش کردند. نتیجه بسیار موفقیت آمیز بود. براساس تجربیات فضانوردان، چند پیشنهاد اصلاحی مطرح شد، مانند: سوراخ تهویه بالای لوله هوایی و یک بند که هر دو لوله هوا را برای ایجاد فشار، در زیر به هم وصل کند.

کیسه خواب فضایی بعداً به یک هیئت روسی نیز نشان داده شد.  در این هیئت «الکساندر الکساندروف» فضانورد شوروی نیز حضور داشت و علاقه خاصی نسبت به کیسه خواب ابراز کرد. متعاقباً یک نمونه از کیسه خواب به مسکو فرستاده شد. بعدها قرار شد کیسه خواب در ایستگاه فضایی میر مورد استفاده و آزمایش قرار بگیرد.

الکساندروف، در طول اقامت خود در ایستگاه میر، ۱۲ ژوئیه تا ۲۹ دسامبر ۱۹۸۶ کیسه خواب را مورد آزمایش قرار داد. نتیجه مثبت بود. طی این آزمایش مشخص شد که روکش سفت کیسه خواب گرمای بدن را به خوبی حفظ می‌کند و انسان احساس می‌کند در خانه خودش خوابیده است و در مجموع به اثبات رسیدن کیسه خواب می‌تواند در ایستگاه‌های فضایی مورد استفاده قرار گیرد.

آزمایش‌هایی که روی کیسه خواب اسا به عمل آمد و نتایجی که در طول ماموریت‌های میر و دی-۱ به دست آمد، بسیار امیدوار کننده بود و به روشنی نشان داد که با تکمیل آن می‌توان در ماموریت‌های فضایی یک کیسه خواب بسیار مناسب همراه داشت.