I jetpack degli anni Cinquanta del secolo scorso non potevano vantare prestazioni elevate. Quei veicoli che riuscivano ancora a prendere il volo avevano un consumo di carburante troppo elevato, che influiva negativamente sulla durata massima del volo possibile. Inoltre, i diversi design presentavano altri problemi. Nel corso del tempo, i militari e gli ingegneri sono rimasti delusi da tale tecnologia, che in precedenza era considerata promettente e promettente. Tuttavia, ciò non ha portato a un arresto completo del lavoro. Alla fine degli anni Cinquanta, la NASA si interessò a questo argomento, che sperava di applicare la nuova tecnologia nei programmi spaziali.
Nel prossimo futuro, gli specialisti della NASA speravano non solo di inviare un uomo nello spazio, ma anche di risolvere molti altri problemi. In particolare, è stata considerata la possibilità di lavorare in spazi aperti, all'esterno della nave. Per una soluzione completa dei problemi in tali condizioni, era necessario un certo apparato con l'aiuto del quale l'astronauta poteva muoversi liberamente nella direzione desiderata, manovrare, ecc. All'inizio degli anni Sessanta, la NASA chiese assistenza all'aeronautica, che a quel punto era riuscita a condurre diversi programmi simili. Inoltre, ha attirato al lavoro diverse imprese dell'industria aeronautica, che sono state invitate a sviluppare le proprie versioni di un aereo personale per il programma spaziale. Tra l'altro, tale offerta è stata ricevuta da Chance-Vought.
Secondo i dati disponibili, anche nella fase di ricerca preliminare, gli specialisti della NASA sono giunti a conclusioni sul fattore di forma ottimale della tecnologia promettente. Si è scoperto che il mezzo di trasporto personale più conveniente sarebbe uno zaino con una serie di motori a reazione a bassa potenza. Tali dispositivi sono stati ordinati da società appaltatrici. Va notato che sono state prese in considerazione anche altre varianti dell'apparato, tuttavia è stato riconosciuto come ottimale lo zaino indossato sulla schiena dell'astronauta.
Vista generale della tuta spaziale Chance-Vought e della SMU. Foto della rivista Popular Science
Negli anni successivi, Chance Vout ha condotto una serie di studi e ha modellato l'aspetto di un veicolo per lo spazio. Il progetto ha ricevuto la designazione SMU (Self-Maneuvering Unit). Nelle fasi successive dello sviluppo del progetto e durante i test, è stata utilizzata una nuova designazione. Il dispositivo è stato rinominato AMU (Unità di manovra degli astronauti - "Dispositivo per manovrare un astronauta").
Probabilmente gli autori del progetto SMU avevano un'idea degli sviluppi del team di Wendell Moore di Bell Aerosystems, oltre a conoscere altri sviluppi in questo settore. Il fatto è che i jetpack Bell e la navicella apparsa poco dopo dovevano avere gli stessi motori, seppur con caratteristiche diverse. È stato proposto di dotare il prodotto SMU di motori a reazione funzionanti con perossido di idrogeno e utilizzando la sua decomposizione catalitica.
Il processo di decomposizione catalitica del perossido di idrogeno a questo punto è stato utilizzato attivamente in varie tecniche, inclusi alcuni dei primi jetpack. L'essenza di questa idea consiste nel fornire "carburante" a uno speciale catalizzatore che provoca la decomposizione della sostanza in acqua e ossigeno. La miscela vapore-gas risultante ha una temperatura sufficientemente elevata e si espande anche ad alta velocità, il che rende possibile utilizzarla come fonte di energia, anche nei motori a reazione.
Va notato che la decomposizione del perossido di idrogeno non è la fonte di energia più economica nel contesto dei jetpack. Ci vuole troppo "carburante" per generare una spinta sufficiente per sollevare una persona in aria. Pertanto, nei progetti di Bell, un serbatoio da 20 litri consentiva al pilota di rimanere in aria per non più di 25-30 secondi. Tuttavia, questo era vero solo per i voli sulla Terra. Nel caso dello spazio aperto o della superficie della Luna, a causa del peso inferiore (o assente) dell'astronauta, è stato possibile fornire le caratteristiche richieste dell'apparato senza un consumo inaccettabilmente elevato di perossido di idrogeno.
Nel corso del progetto SMU, dovevano essere risolti diversi problemi principali, il principale dei quali, ovviamente, era il tipo di motore a reazione. Inoltre, è stato necessario determinare il layout ottimale dell'intero dispositivo, la composizione dell'attrezzatura necessaria e una serie di altre caratteristiche del progetto. Secondo i rapporti, lo studio di questi problemi alla fine ha portato alla progettazione della tuta spaziale originale, che è stata proposta per essere utilizzata con il prodotto SMU / AMU.
Un importante lavoro di progettazione è stato completato nella prima metà del 1962, poco dopo, Chance-Vought ha prodotto un prototipo di jetpack spaziale. Nell'autunno dello stesso anno, il dispositivo è stato mostrato per la prima volta alla stampa. Le immagini del sistema proposto sono state pubblicate per la prima volta nel numero di novembre di Popular Science. Inoltre, l'articolo di questa rivista ha fornito un diagramma di layout e alcune caratteristiche chiave.
Una delle foto pubblicate da Popular Science mostrava un astronauta in una nuova tuta spaziale con una SMU sulla schiena. La tuta spaziale proposta aveva un elmetto sferico con una visiera abbassata e una parte inferiore sviluppata, che avrebbe dovuto poggiare sulle spalle dell'astronauta. C'erano anche diversi connettori per collegare la tuta spaziale ai sistemi jetpack. La tuta spaziale di Chance-Vought era notevolmente diversa dai prodotti moderni per questo scopo. È stato reso il più leggero possibile e, a quanto pare, non era dotato di una serie di misure protettive necessarie per soddisfare i requisiti attuali.
Lo zaino stesso era un blocco rettangolare con una parete frontale concava e una serie di mezzi per il fissaggio sulla schiena dell'astronauta. Quindi, in cima alla parete frontale c'erano due caratteristici "ganci" con i quali lo zaino poggiava sulle spalle dell'astronauta. Nella parte centrale c'era una cintura in vita su cui era posizionato un pannello di controllo cilindrico con diverse leve. Sono stati inoltre forniti diversi cavi e tubazioni flessibili per collegare lo zaino alla tuta spaziale.
La necessità di garantire un funzionamento a lungo termine al di fuori del veicolo spaziale, nonché l'imperfezione delle tecnologie dell'epoca, influirono sul layout del veicolo spaziale. Nella parte superiore della SMU c'era una grande unità di sistema di ossigeno a circuito chiuso. Questo dispositivo aveva lo scopo di fornire la miscela di respirazione al casco dell'astronauta, seguita dal pompaggio dei gas espirati e dalla rimozione dell'anidride carbonica. A differenza dei tubi per la fornitura di miscela respiratoria da una nave o bombole di gas compresso, il sistema con assorbitori di anidride carbonica non ha compromesso la manovrabilità dell'astronauta e ha permesso di rimanere a lungo nello spazio aperto.
SMU senza pannello posteriore. Foto della rivista Popular Science
Secondo i rapporti, durante la dimostrazione ai giornalisti, la SMU non era dotata di un sistema di supporto alla vita lavorativa. Questa apparecchiatura non era ancora pronta per il funzionamento e necessitava di ulteriori verifiche, motivo per cui è stata sostituita sul prototipo con un simulatore di pari peso e dimensioni. È in questa configurazione che il dispositivo ha preso parte ai primi test. Inoltre, il lavoro in questa direzione è stato gravemente ritardato, motivo per cui anche un prototipo successivo, costruito alla fine del 1962, è stato testato senza un sistema di ossigeno ed è stato dotato solo del suo simulatore.
La parte inferiore sinistra dello scafo (relativa al pilota) era destinata al posizionamento del serbatoio del perossido di idrogeno. A destra c'era una serie di altre attrezzature per vari scopi. Nella parte superiore del vano in basso a destra c'era una stazione radio che forniva la comunicazione vocale bidirezionale; sotto di essa erano installate batterie e un'unità di alimentazione per l'apparecchiatura, nonché una bombola di azoto compresso per il sistema di alimentazione del carburante e un regolatore del gas.
Sulle facce laterali della superficie superiore del jetpack sono stati forniti quattro motori in miniatura con i propri ugelli (due per lato). Gli stessi motori sono stati trovati sulla superficie inferiore dello scafo. Inoltre, al centro della superficie inferiore erano posizionati due motori di layout simile. In totale, erano disponibili 10 motori per il rilascio di gas a getto. Gli ugelli di tutti i motori erano ruotati e inclinati su diversi lati e dovevano essere responsabili della creazione della spinta diretta nella direzione desiderata.
Ogni motore è stato segnalato per essere una piccola unità con un convertitore catalitico a piastre per indurre la decomposizione del carburante. C'era una valvola a solenoide davanti al catalizzatore. Tutti e dieci i motori sono stati proposti per essere collegati a un serbatoio del carburante, che a sua volta era collegato a una bombola di gas compresso.
Il principio dei motori era semplice. Sotto la pressione dell'azoto compresso, il perossido di idrogeno avrebbe dovuto entrare nelle condutture e raggiungere i motori. Al comando del sistema di controllo, i solenoidi dei motori dovevano aprire le valvole e fornire l'accesso "carburante" ai catalizzatori. Questa è stata seguita dalla reazione di decomposizione con il rilascio della miscela vapore-gas attraverso l'ugello e la formazione di spinta.
Gli ugelli sono stati posizionati in modo tale che, mediante l'accensione sincrona o asimmetrica dei motori, fosse possibile spostarsi nella direzione desiderata, effettuare delle virate o correggerne la posizione. Ad esempio, l'inclusione simultanea di tutti i motori diretti all'indietro ha permesso di andare avanti e la svolta è stata eseguita a causa dell'inclusione asimmetrica di motori su lati diversi.
La prima versione della SMU ha ricevuto un pannello di controllo relativamente semplice realizzato in una custodia cilindrica e situato su una cintura in vita. Sul lato, sotto la mano destra, c'era una leva di comando per il movimento in avanti o indietro. Sulla parete anteriore è stata posizionata una leva per il controllo del beccheggio e dell'imbardata. Sopra c'era un'altra leva responsabile del controllo del rollio. Inoltre, sono stati forniti interruttori a levetta per accendere il motore, la stazione radio e il pilota automatico. Con l'aiuto di tali controlli, il pilota potrebbe fornire perossido di idrogeno ai motori richiesti e quindi controllare i suoi movimenti.
Oltre al controllo manuale, la SMU aveva un'automazione progettata per facilitare il lavoro dell'astronauta. Se necessario, poteva attivare il pilota automatico, che, utilizzando un giroscopio e un'elettronica relativamente semplice, doveva monitorare la posizione del jetpack nello spazio, regolandolo se necessario. Si presumeva che tale regime sarebbe stato applicato durante il lavoro a lungo termine in un luogo, ad esempio durante la manutenzione degli strumenti sulla superficie esterna del veicolo spaziale. In questo caso, all'astronauta è stata data l'opportunità di svolgere vari lavori e l'automazione ha dovuto monitorare la conservazione della posizione desiderata.
La versione del jetpack SMU presentata ai giornalisti pesava circa 160 libbre (circa 72 kg). Quando utilizzato sulla luna, il peso del dispositivo è stato ridotto a 25 libbre (11,5 kg) e quando si lavora in orbita terrestre, il peso dovrebbe essere completamente libero.
Il layout del jetpack SMU durante i test. Foto dal rapporto
Secondo la pubblicazione Popular Science, il campione SMU presentato è stato calcolato per consentire all'astronauta di volare fino a 1000 piedi (304 m) con un singolo rifornimento di perossido di idrogeno. La spinta del motore, secondo gli sviluppatori, era sufficiente per spostare carichi abbastanza grandi. Ad esempio, è stata dichiarata la possibilità di spostare un oggetto, ad esempio un veicolo spaziale, del peso di 50 tonnellate, in questo caso l'astronauta doveva sviluppare una velocità dell'ordine di un piede al secondo.
Pochi mesi prima della dimostrazione dell'apparato SMU ai giornalisti, a metà del 1962, un prototipo fu consegnato alla base aeronautica di Wright-Patterson (Ohio), dove doveva essere testato. Per eseguire tutti i test necessari, sono stati coinvolti nel progetto specialisti del Ministero della Difesa e attrezzature speciali. Quindi, come piattaforma di prova, è stato scelto uno speciale aereo KC-135 Zero G, che è stato utilizzato per la ricerca in condizioni di assenza di gravità a breve termine.
Il primo volo a "gravità zero" ebbe luogo il 25 giugno 62, e nei mesi successivi furono effettuate diverse decine di test del funzionamento del jetpack a gravità zero. Durante questo periodo, è stato possibile stabilire la possibilità fondamentale di utilizzare tali sistemi nella pratica. Inoltre, sono state confermate alcune caratteristiche e dati di volo di base. Quindi, la spinta dei motori era sufficiente per volare in un'atmosfera aerea ed eseguire alcune semplici manovre.
Il successo del test del dispositivo SMU non ha portato a un'interruzione del lavoro di progettazione. Alla fine del 1962 iniziò lo sviluppo di una versione aggiornata del jetpack per astronauti. Nella versione modernizzata del progetto, è stato proposto di modificare il layout dell'apparato, nonché di apportare alcune altre modifiche al design. A causa di tutto ciò, avrebbe dovuto migliorare le caratteristiche, principalmente lo stock di "carburante" e i dati di volo di base. Dopo l'inizio dei lavori sul progetto aggiornato, è apparso un nuovo nome AMU, che presto ha iniziato ad essere applicato in relazione al precedente prodotto SMU, motivo per cui è possibile una certa confusione.
Secondo i dati disponibili, l'AMU modernizzata non differiva molto dall'SMU di base nell'aspetto. L'esterno dello scafo non ha subito grandi modifiche e il sistema di fissaggio dell'apparato alla schiena dell'astronauta è rimasto lo stesso. Allo stesso tempo, la disposizione delle unità interne è cambiata radicalmente. Il raggio di volo a livello di 300 m non era adatto alla NASA, motivo per cui è stato proposto di utilizzare un nuovo serbatoio di carburante. Il jetpack AMU ha ricevuto un grande e lungo serbatoio di perossido di idrogeno che occupava l'intera parte centrale dello scafo. Il volume del nuovo serbatoio era di 660 metri cubi. pollici (10,81 litri). Altre attrezzature sono state posizionate sui lati di questo serbatoio.
Tra le altre unità, il nuovo apparato contiene un serbatoio per l'azoto compresso di un sistema di spostamento per la fornitura di perossido di idrogeno. Secondo il progetto, l'azoto doveva essere fornito al serbatoio del carburante a una pressione di 3500 psi (238 atmosfere). Tuttavia, durante le prove sono state utilizzate pressioni inferiori: circa 200 psi (13,6 atm). Il prototipo dell'apparato AMU era dotato di motori di varie potenze. Quindi, gli ugelli responsabili dello spostamento in avanti e indietro hanno sviluppato un livello di spinta di 20 libbre, utilizzato per spostarsi su e giù - 10 libbre.
Il dispositivo AMU in futuro potrebbe ricevere un sistema di supporto vitale, ma anche quando sono iniziati i test, tale apparecchiatura non era ancora pronta. Per questo motivo, l'esperto AMU, come il suo predecessore, ha ricevuto solo un modello del sistema desiderato con le stesse dimensioni e peso. Dopo aver completato tutto il lavoro di progettazione e i test necessari, il sistema di ossigeno potrebbe essere installato sul jetpack spaziale.
Poco dopo la fine dell'assemblaggio, alla fine del 1962 o all'inizio del 1963, l'AMU fu inviato alla base di Wright-Patterson per i test. Il velivolo KC-135 Zero G, appositamente equipaggiato, divenne nuovamente il "campo di prova" per i suoi controlli, vari controlli continuarono almeno fino alla fine della primavera del 1963.
A metà maggio 1963 gli autori del progetto prepararono un rapporto sui test effettuati. A questo punto, come indicato nel documento, sono stati effettuati più di cento voli su una traiettoria parabolica, durante i quali è stato testato il funzionamento dei jetpack a gravità zero. Durante i test, nonostante la breve durata dei voli a gravità zero, è stato possibile padroneggiare il controllo di entrambi i veicoli, nonché verificarne le capacità per il trasporto di un pilota o di un carico.
Zaino AMU durante il test. Foto dal rapporto
Nella parte finale del rapporto si è sostenuto che il jetpack dell'AMU nella sua forma attuale ha caratteristiche soddisfacenti e può essere utilizzato per risolvere i compiti ad esso assegnati. È stato anche notato che una spinta del motore fino a 20 libbre è sufficiente per il volo controllato nella direzione desiderata e per eseguire varie manovre. La disposizione prescelta degli ugelli dei motori forniva, come scritto nella relazione, un ottimo controllo sull'apparato dovuto al posizionamento ad eguale distanza dal baricentro del sistema "pilota + zaino".
L'autopilota ha generalmente funzionato bene, ma necessitava di miglioramenti e test aggiuntivi. In alcune situazioni, questo dispositivo potrebbe non rispondere correttamente a un cambiamento nella posizione dello zaino. Inoltre, è stato proposto di "insegnare" all'automazione del controllo di ignorare piccole deviazioni (fino a 10 °) dell'apparato dalla posizione specificata. Questa modalità ha permesso di ridurre significativamente il consumo di perossido di idrogeno.
Gli astronauti che avrebbero dovuto utilizzare il prodotto AMU in futuro dovevano seguire uno speciale corso di formazione, durante il quale potevano non solo padroneggiare il controllo, ma anche imparare a "sentire" l'apparato. La necessità di ciò è stata dimostrata da diversi voli di prova sotto il controllo di un pilota con un livello di addestramento insufficiente. In tali casi, il pilota ha agito lentamente e non ha differito nell'accuratezza del controllo.
In generale, gli autori del rapporto hanno molto apprezzato l'AMU stessa ei risultati dei suoi test. È stato raccomandato di continuare a lavorare sul progetto, di continuare a migliorare l'intera struttura e i suoi singoli componenti, nonché di prestare attenzione ad alcune modalità di volo. Tutte queste misure hanno permesso di contare sull'aspetto di un jetpack funzionante per gli astronauti, pienamente adatto a risolvere tutti i compiti assegnati.
La NASA e Chance-Vought, così come una serie di organizzazioni collegate, hanno tenuto conto del rapporto dei tester e hanno continuato a lavorare su progetti promettenti. Entro la metà del decennio, sulla base degli sviluppi del progetto SMU / AMU, è stato sviluppato un nuovo dispositivo, che è stato persino pianificato per essere testato nello spazio.
Ulteriori lavori nel campo dei jetpack spaziali sono stati coronati da successo. All'inizio degli anni ottanta furono inviati nello spazio i primi MMU, che furono utilizzati come parte dell'equipaggiamento della navicella spaziale Space Shuttle. Questa attrezzatura è stata utilizzata attivamente in varie missioni per risolvere vari problemi. Pertanto, l'idea di un jetpack, nonostante molti fallimenti, è diventata pratica. È vero, hanno iniziato a usarlo non sulla Terra, ma nello spazio.
