Voor langere tijd in de ruimte wonen en werken is hard werken. Niet alleen eisen de effecten van gewichtloos een fysieke tol, maar het uitvoeren van ruimtewandelingen is een uitdaging op zich. Tijdens een ruimtewandeling kunnen astronauten gedesoriënteerd, verward en misselijk worden, wat het moeilijk maakt om thuis te komen. En hoewel ruimtewandelingen al tientallen jaren worden uitgevoerd, zijn ze bijzonder belangrijk aan boord van het International Space Station (ISS).
Daarom ontwerpt het Charles Stark Draper Laboratory (ook bekend als Draper Inc.), een in Massachusetts gevestigd onderzoek- en ontwikkelingsbedrijf zonder winstoogmerk, met steun van NASA een nieuw ruimtepak. Naast gyroscopen, autonome systemen en andere geavanceerde technologie, zal dit ruimtepak van de volgende generatie een "Take Me Home" -knop hebben die veel verwarring en giswerk van ruimtewandelingen zal wegnemen.
Ruimtewandelingen, ook wel bekend als "Extra-Vehicular Activity" (EVA), zijn een integraal onderdeel van ruimtevaart en ruimteverkenning. Aan boord van het ISS duren ruimtewandelingen meestal tussen de vijf en acht uur, afhankelijk van de aard van het werk dat wordt uitgevoerd. Tijdens een ruimtewandeling gebruiken astronauten verankeringen om vast te blijven zitten aan het station en te voorkomen dat hun gereedschap wegdrijft.
Een andere veiligheidsfunctie die in het spel komt, is de vereenvoudigde hulp voor EVA-redding (SAFER), een apparaat dat door astronauten wordt gedragen als een rugzak. Dit apparaat is afhankelijk van straaljagers die worden bestuurd door een kleine joystick, zodat astronauten in de ruimte kunnen bewegen in het geval dat ze losraken en wegdrijven. Dit apparaat werd veel gebruikt tijdens de bouw van het ISS, dat meer dan 150 ruimtewandelingen omvatte.
Maar zelfs met een SAFER aan is het niet moeilijk voor een astronaut om tijdens en EVA gedesoriënteerd te raken en zijn positie te verliezen. Of zoals Draper-ingenieur Kevin Duda in een persverklaring van Draper aangaf: "Zonder een faalveilige manier om terug te keren naar het ruimtevaartuig, loopt een astronaut het risico van het worstcasescenario: verdwaald in de ruimte." Als ruimtevaartsysteemingenieur heeft Duda al geruime tijd astronauten en hun leefomgeving aan boord van het internationale ruimtestation bestudeerd.
Hij en zijn collega's hebben onlangs een octrooi aangevraagd voor de technologie, die ze een 'assisted extravehicular activity self-return' systeem noemen. Zoals ze het concept in het octrooi beschreven:
'Het systeem schat de navigatiestatus van een bemanningslid ten opzichte van een vaste locatie, bijvoorbeeld op een begeleidend ruimtevaartuig, en berekent een begeleidingstraject om het bemanningslid terug te brengen naar die vaste locatie. Het systeem houdt mogelijk rekening met de vereisten voor veiligheid en klaring tijdens het berekenen van het begeleidingstraject.
In één configuratie bestuurt het systeem het SAFER-pakket van het bemanningslid en volgt het een voorgeschreven traject terug naar een locatie die is aangeduid als 'thuis'. In een andere zal het systeem aanwijzingen geven in de vorm van visuele, auditieve of tactiele aanwijzingen om het bemanningslid terug te leiden naar hun startpunt. Het bemanningslid kan het systeem zelf activeren, maar een afstandsbediening kan het indien nodig ook inschakelen.
Volgens Séamus Tuohy, Draper's directeur van ruimtesystemen, is dit type terugkeertechnologie een vooruitgang in ruimtepaktechnologie die al lang had moeten komen. “Het huidige ruimtepak heeft geen automatische navigatie-oplossing - het is puur handmatig - en dat zou een uitdaging kunnen zijn voor onze astronauten als ze zich in een noodgeval bevinden, ”zei hij.
Zo'n systeem biedt meerdere uitdagingen, niet in de laatste plaats te maken met Global Positioning Systems (GPS), die simpelweg niet beschikbaar zijn in de ruimte. Het systeem moet ook een optimaal retourtraject berekenen dat rekening houdt met tijd, zuurstofverbruik, veiligheid en vrije ruimte. Ten slotte moet het een gedesoriënteerde (of zelfs bewusteloze astronaut) effectief terug kunnen leiden naar hun luchtsluis. Zoals Duda uitlegde:
“Astronauten een gevoel van richting en oriëntatie geven in de ruimte is een uitdaging omdat er geen zwaartekracht is en er geen gemakkelijke manier is om te bepalen welke weg omhoog en omlaag gaat. Onze technologie verbetert het succes van missies in de ruimte door de bemanning veilig te houden. ”
De oplossing, wat Duda en zijn collega's betreft, is om toekomstige ruimtepakken uit te rusten met sensoren die de beweging, acceleratie en relatieve positie van de drager kunnen volgen ten opzichte van een vast object. Volgens het octrooi zou dit waarschijnlijk een begeleidend ruimtevaartuig zijn. De navigatie-, begeleidings- en controlemodules zullen ook worden geprogrammeerd om verschillende scenario's te accommoderen, variërend van GPS tot vision-gestuurde navigatie of ster-tracking.
Draper heeft ook eigen software ontwikkeld voor het systeem dat gegevens combineert van vision-gebaseerde en traagheidsnavigatiesystemen. Het systeem zal verder profiteren van het uitgebreide werk van het bedrijf in draagbare technologie, dat ook uitgebreide commerciële toepassingen heeft. Door ruimtepakken te ontwikkelen waarmee de drager meer gegevens uit zijn omgeving kan halen, brengen ze effectief augmented reality-technologie de ruimte in.
Naast ruimteverkenning, voorziet het bedrijf ook thuis toepassingen voor hun navigatiesysteem. Dit zijn onder meer first responders en brandweerlieden die door met rook gevulde kamers moeten navigeren, parachutisten die naar de aarde vallen en duikers die gedesoriënteerd kunnen raken in diep water. Letterlijk elke situatie waarin leven en dood afhangen van het niet verdwalen, kan baat hebben bij deze technologie.
