Os jetpacks dos anos cinquenta do século passado não podiam se orgulhar de alto desempenho. Os veículos que ainda conseguiram voar tiveram um consumo de combustível muito alto, o que afetou negativamente a duração máxima possível do voo. Além disso, os diferentes designs apresentavam alguns outros problemas. Com o tempo, militares e engenheiros ficaram desiludidos com essa tecnologia, que antes era considerada promissora. No entanto, isso não levou a uma parada total do trabalho. No final dos anos 50, a NASA se interessou pelo tema, que pretendia aplicar novas tecnologias em programas espaciais.
Em um futuro previsível, os especialistas da NASA esperavam não apenas enviar um homem ao espaço, mas também resolver vários outros problemas. Em particular, foi considerada a possibilidade de trabalhar em espaço aberto, fora da nave. Para uma solução completa de problemas em tais condições, um certo aparelho era necessário com a ajuda do qual o astronauta pudesse se mover livremente na direção desejada, manobra, etc. No início dos anos 60, a NASA solicitou ajuda da Força Aérea, que a essa altura já havia conseguido conduzir vários programas semelhantes. Além disso, atraiu para o trabalho várias empresas da indústria da aviação, que foram convidadas a desenvolver suas próprias versões de uma aeronave pessoal para o programa espacial. Entre outros, tal oferta foi recebida por Chance-Vought.
De acordo com os dados disponíveis, mesmo no estágio de pesquisa preliminar, os especialistas da NASA chegaram a conclusões sobre o fator de forma ideal de uma tecnologia promissora. Descobriu-se que o meio de transporte pessoal mais conveniente seria uma mochila com um conjunto de motores a jato de baixa potência. Esses dispositivos foram encomendados por empresas contratantes. Deve-se notar que outras variantes do aparelho também foram consideradas, no entanto, foi a mochila usada nas costas do astronauta que foi reconhecida como ideal.
Vista geral do traje espacial Chance-Vought e da SMU. Foto da revista Popular Science
Nos anos seguintes, Chance Vout conduziu uma série de estudos e moldou a aparência de um veículo para o espaço. O projeto recebeu a designação de SMU (Self-Maneuvering Unit). Nos estágios posteriores de desenvolvimento do projeto e durante os testes, uma nova designação foi usada. O dispositivo foi renomeado para AMU (Astronaut Maneuvering Unit - "Dispositivo para manobrar um astronauta").
Provavelmente os autores do projeto SMU tiveram uma ideia dos desenvolvimentos da equipe Wendell Moore da Bell Aerosystems, bem como conheceram outros desenvolvimentos nesta área. O fato é que os jetpacks Bell e a espaçonave que apareceu um pouco depois deveriam ter os mesmos motores, embora com características diferentes. Foi proposto equipar o produto SMU com motores a jato operando com peróxido de hidrogênio e utilizando sua decomposição catalítica.
O processo de decomposição catalítica do peróxido de hidrogênio nessa época foi usado ativamente em várias técnicas, incluindo em alguns dos primeiros jetpacks. A essência dessa ideia consiste em fornecer "combustível" a um catalisador especial que faz com que a substância se decomponha em água e oxigênio. A mistura vapor-gás resultante tem uma temperatura suficientemente elevada, e também se expande em alta velocidade, o que torna possível utilizá-la como fonte de energia, inclusive em motores a jato.
Deve-se notar que a decomposição do peróxido de hidrogênio não é a fonte de energia mais econômica no contexto dos jetpacks. É preciso muito "combustível" para gerar impulso suficiente para erguer uma pessoa no ar. Assim, nos projetos de Bell, um tanque de 20 litros permitia ao piloto ficar no ar por não mais que 25-30 segundos. No entanto, isso só era verdade para voos na Terra. No caso do espaço aberto ou da superfície da Lua, devido ao peso menor (ou ausente) do astronauta, foi possível fornecer as características exigidas do aparelho sem um consumo inaceitavelmente alto de peróxido de hidrogênio.
No decorrer do projeto SMU, vários problemas principais tiveram que ser resolvidos, o principal dos quais, é claro, era o tipo de motor a jato. Além disso, era necessário determinar o layout ideal de todo o dispositivo, a composição do equipamento necessário e uma série de outras características do projeto. Segundo relatos, o estudo dessas questões acabou levando ao design do traje espacial original, que foi proposto para ser usado com o produto SMU / AMU.
O principal trabalho de design foi concluído na primeira metade de 1962, logo depois disso, Chance-Vought produziu um protótipo de jetpack espacial. No outono do mesmo ano, o dispositivo foi mostrado pela primeira vez à imprensa. Imagens do sistema proposto foram publicadas pela primeira vez na edição de novembro da Popular Science. Além disso, o artigo desta revista forneceu um diagrama de layout e algumas características principais.
Uma das fotos publicadas pela Popular Science mostrou um astronauta em um novo traje espacial com uma SMU nas costas. O traje espacial proposto tinha um capacete esférico com um protetor facial rebaixado e uma parte inferior desenvolvida, que deveria repousar sobre os ombros do astronauta. Havia também vários conectores para conectar o traje espacial aos sistemas de jetpack. O traje espacial da Chance-Vought era visivelmente diferente dos produtos modernos para esse fim. Foi feito o mais leve possível e, aparentemente, não estava equipado com um conjunto de medidas de proteção necessárias para atender aos requisitos atuais.
A mochila em si era um bloco retangular com uma parede frontal côncava e um conjunto de meios de fixação nas costas do astronauta. Portanto, no topo da parede frontal havia dois "ganchos" característicos com os quais a mochila ficava apoiada nos ombros do astronauta. Na parte central havia um cinto no qual um painel de controle cilíndrico com várias alavancas estava localizado. Vários cabos e dutos flexíveis também foram fornecidos para conectar a mochila ao traje espacial.
A necessidade de garantir a operação de longo prazo fora da espaçonave, bem como a imperfeição das tecnologias da época, afetaram o layout da espaçonave. No topo da SMU havia uma grande unidade de sistema de oxigênio em circuito fechado. O objetivo desse dispositivo era fornecer a mistura respiratória para o capacete do astronauta, depois bombear os gases exalados e remover o dióxido de carbono. Ao contrário das mangueiras para fornecer mistura respiratória de uma nave ou cilindros de gás comprimido, o sistema com absorvedores de dióxido de carbono não prejudicou a manobrabilidade do astronauta e possibilitou a permanência prolongada em espaço aberto.
SMU sem painel traseiro. Foto da revista Popular Science
Segundo relatos, durante a manifestação aos repórteres, a SMU não estava equipada com um sistema de suporte de vida no trabalho. Este equipamento ainda não estava pronto para operar e precisava de verificações adicionais, por isso foi substituído no protótipo por um simulador de mesmo peso e dimensões. Foi nessa configuração que o aparelho participou dos primeiros testes. Além disso, o trabalho nessa direção foi seriamente atrasado, razão pela qual mesmo um protótipo posterior, construído no final de 1962, foi testado sem sistema de oxigênio e foi equipado apenas com seu simulador.
A parte inferior esquerda do casco (em relação ao piloto) foi indicada para a colocação do tanque de peróxido de hidrogênio. À direita estava um conjunto de outros equipamentos para diversos fins. No topo do compartimento inferior direito estava uma estação de rádio que fornecia comunicação de voz bidirecional; embaixo dela foram instaladas baterias e uma fonte de alimentação para o equipamento, bem como um cilindro de nitrogênio comprimido para o sistema de abastecimento de combustível e um regulador de gás.
Nas faces laterais da superfície superior do jetpack, quatro motores em miniatura com seus próprios bicos (dois de cada lado) foram fornecidos. Os mesmos motores foram encontrados na superfície inferior do casco. Além disso, dois motores de layout semelhante foram localizados no centro da superfície inferior. No total, 10 motores estavam disponíveis para a liberação de gases de jato. Os bicos de todos os motores eram girados e inclinados em lados diferentes e deviam ser responsáveis por criar o empuxo direcionado na direção desejada.
Cada motor foi relatado como uma pequena unidade com um conversor catalítico de placas para induzir a decomposição do combustível. Havia uma válvula controlada por solenóide na frente do catalisador. Foi proposto que todos os dez motores fossem conectados a um tanque de combustível, que, por sua vez, era conectado a um cilindro de gás comprimido.
O princípio dos motores era simples. Sob a pressão do nitrogênio comprimido, o peróxido de hidrogênio deveria entrar nos oleodutos e atingir os motores. Ao comando do sistema de controle, os solenóides dos motores tinham que abrir as válvulas e fornecer acesso de "combustível" aos catalisadores. Seguiu-se a reação de decomposição com a liberação da mistura vapor-gás através do bico e a formação do impulso.
Os bicos foram posicionados de forma que, através do acionamento síncrono ou assimétrico dos motores, fosse possível movimentar-se no sentido desejado, fazer giros ou corrigir sua posição. Por exemplo, a inclusão simultânea de todos os motores voltados para trás possibilitou o avanço, e a virada foi realizada devido à inclusão assimétrica de motores em lados diferentes.
A primeira versão da SMU recebeu um painel de controle relativamente simples feito em uma caixa cilíndrica e localizado em um cinto. Na lateral, abaixo da mão direita, havia uma alavanca de controle para movimento para frente ou para trás. Uma alavanca para controle de inclinação e guinada foi colocada na parede frontal. Acima estava outra alavanca responsável pelo controle de rotação. Além disso, foram fornecidos interruptores para ligar o motor, a estação de rádio e o piloto automático. Com a ajuda de tais controles, o piloto poderia fornecer peróxido de hidrogênio aos motores necessários e, assim, controlar seus movimentos.
Além do controle manual, a SMU possuía uma automação projetada para facilitar o trabalho do astronauta. Se necessário, ele poderia ligar o piloto automático, que, usando um giroscópio e uma eletrônica relativamente simples, tinha que monitorar a posição do jetpack no espaço, ajustando-o se necessário. Foi assumido que tal regime seria aplicado durante o trabalho de longo prazo em um lugar, por exemplo, ao fazer a manutenção de instrumentos na superfície externa da espaçonave. Nesse caso, o astronauta teve a oportunidade de realizar diversos trabalhos, e a automação teve que monitorar a preservação da posição desejada.
A versão do jetpack SMU apresentada aos repórteres pesava cerca de 160 libras (cerca de 72 kg). Quando usado na lua, o peso do dispositivo foi reduzido para 25 libras (11,5 kg) e, ao trabalhar na órbita da Terra, o peso deve ser totalmente livre.
O layout do jetpack SMU durante o teste. Foto do relatório
De acordo com a publicação da Popular Science, a amostra SMU apresentada foi calculada para permitir ao astronauta voar até 1000 pés (304 m) em um único reabastecimento de peróxido de hidrogênio. O empuxo do motor, de acordo com os desenvolvedores, foi suficiente para mover cargas grandes o suficiente. Por exemplo, foi declarada a possibilidade de mover um objeto, por exemplo uma espaçonave, com peso de até 50 toneladas, neste caso, o astronauta deveria desenvolver uma velocidade da ordem de um pé por segundo.
Poucos meses antes da demonstração do aparelho SMU a jornalistas, em meados de 1962, um protótipo foi entregue na Base Aérea de Wright-Patterson (Ohio), onde seria testado. Para a realização de todos os testes necessários, especialistas do Ministério da Defesa estiveram envolvidos no projeto, além de equipamentos especiais. Assim, como plataforma de teste, foi escolhida uma aeronave especial KC-135 Zero G, que foi utilizada para pesquisas em condições de ausência de peso de curto prazo.
O primeiro voo com "gravidade zero" ocorreu em 25 de junho de 62 e, nos meses seguintes, várias dezenas de testes do funcionamento do jetpack em gravidade zero foram realizados. Durante esse tempo, foi possível estabelecer a possibilidade fundamental de utilização de tais sistemas na prática. Além disso, algumas características e dados básicos de voo foram confirmados. Assim, o empuxo dos motores foi suficiente para voar em uma atmosfera de ar e realizar algumas manobras simples.
O teste bem-sucedido do dispositivo SMU não levou à interrupção do trabalho de design. No final de 1962, começou o desenvolvimento de uma versão atualizada do jetpack para astronautas. Na versão modernizada do projeto, foi proposta a alteração do layout do aparelho, bem como a realização de alguns outros ajustes no design. Por tudo isso, pretendia-se melhorar as características, principalmente o estoque de “combustível” e os dados básicos de voo. Após o início dos trabalhos no projeto atualizado, surgiu um novo nome AMU, que logo começou a ser aplicado em relação ao produto SMU anterior, razão pela qual algumas confusões são possíveis.
De acordo com os dados disponíveis, o AMU modernizado não diferia muito do SMU básico na aparência. O exterior do casco não sofreu grandes alterações, e o sistema para prender o aparelho às costas do astronauta permaneceu o mesmo. Ao mesmo tempo, o layout das unidades internas mudou radicalmente. A autonomia de vôo na cota de 300 m não era adequada para a NASA, por isso foi proposta a utilização de um novo tanque de combustível. O jetpack AMU recebeu um grande tanque de peróxido de hidrogênio que ocupava toda a parte central do casco. O volume do novo tanque era de 660 metros cúbicos. polegadas (10,81 L). Outro equipamento foi colocado nas laterais deste tanque.
Entre outras unidades, o novo aparelho mantém um tanque para nitrogênio comprimido de um sistema de deslocamento para fornecimento de peróxido de hidrogênio. De acordo com o projeto, o nitrogênio deveria ser fornecido ao tanque de combustível a uma pressão de 3500 psi (238 atmosferas). No entanto, durante os testes, foram utilizadas pressões mais baixas: cerca de 200 psi (13,6 atm). O protótipo do aparelho AMU foi equipado com motores de várias potências. Assim, os bicos responsáveis pelo movimento para frente e para trás desenvolveram um nível de empuxo de 20 libras, usado para mover para cima e para baixo - 10 libras.
O dispositivo AMU no futuro poderia receber um sistema de suporte de vida, mas mesmo quando os testes começaram, esse equipamento ainda não estava pronto. Por isso, o experiente AMU, como seu antecessor, recebeu apenas um modelo do sistema desejado com as mesmas dimensões e peso. Depois de concluir todo o trabalho de design e testes necessários, o sistema de oxigênio pode ser instalado no jetpack espacial.
Pouco depois do final da montagem, no final de 1962 ou início de 1963, o AMU foi enviado para a base de Wright-Patterson para testes. A aeronave KC-135 Zero G, especialmente equipada, tornou-se novamente o "campo de provas" para suas verificações. Várias verificações continuaram pelo menos até o final da primavera de 1963.
Em meados de maio de 1963, os autores do projeto elaboraram um relatório das provas realizadas. Nessa época, conforme consta do documento, foram realizados mais de uma centena de voos em trajetória parabólica, durante os quais foi testada a operação de jetpacks em gravidade zero. Durante os testes, apesar da curta duração dos voos com gravidade zero, foi possível dominar o controle de ambos os veículos, bem como verificar sua capacidade para transportar piloto ou carga.
Mochila AMU durante o teste. Foto do relatório
Na parte final do relatório, foi argumentado que o jetpack AMU em sua forma atual possui características satisfatórias e pode ser utilizado para resolver as tarefas que lhe são atribuídas. Também foi observado que o empuxo do motor de até 20 libras é suficiente para o vôo controlado na direção desejada e para a realização de várias manobras. A disposição escolhida dos bicos dos motores proporcionou, conforme consta do relatório, excelente controle do aparelho devido à colocação a igual distância do centro de gravidade do sistema “piloto + mochila”.
O piloto automático geralmente teve um bom desempenho, mas precisava de melhorias e testes adicionais. Em algumas situações, este dispositivo não pode responder corretamente a uma mudança na posição da mochila. Além disso, foi proposto "ensinar" a automação de controle a ignorar pequenos desvios (até 10 °) do aparelho em relação à posição especificada. Este modo permitiu reduzir significativamente o consumo de peróxido de hidrogênio.
Os astronautas que iriam usar o produto AMU no futuro tiveram que passar por um curso de treinamento especial, durante o qual eles puderam não apenas dominar o controle, mas também aprender a "sentir" o aparelho. A necessidade disso foi comprovada por vários voos de teste sob o controle de um piloto com nível insuficiente de treinamento. Nesses casos, o piloto agiu lentamente e não diferiu na precisão do controle.
Em geral, os autores do relatório apreciaram muito o próprio AMU e os resultados de seus testes. Foi recomendado continuar a trabalhar no projeto, continuar melhorando toda a estrutura e seus componentes individuais, bem como prestar atenção a alguns modos de voo. Todas essas medidas possibilitaram contar com o surgimento de um jetpack funcional para os astronautas, totalmente adequado para resolver todas as tarefas atribuídas.
A NASA e a Chance-Vought, bem como várias organizações relacionadas, levaram em consideração o relatório dos testadores e continuaram o trabalho em projetos promissores. Em meados da década, com base nos desdobramentos do projeto SMU / AMU, foi desenvolvido um novo dispositivo, que estava até previsto para ser testado no espaço sideral.
O trabalho posterior no campo dos jetpacks espaciais foi coroado de sucesso. No início dos anos 80, os primeiros MMUs foram enviados ao espaço, usados como parte do equipamento da espaçonave do Ônibus Espacial. Este equipamento foi usado ativamente em várias missões para resolver vários problemas. Assim, a ideia de um jetpack, apesar de muitos fracassos, chegou ao uso prático. É verdade que eles começaram a usá-lo não na Terra, mas no espaço.
