Jetpacks der fünfziger Jahre des letzten Jahrhunderts konnten sich nicht mit hoher Leistung rühmen. Diejenigen Fahrzeuge, die noch in die Luft kamen, hatten einen zu hohen Treibstoffverbrauch, was sich negativ auf die maximal mögliche Flugdauer auswirkte. Darüber hinaus hatten die verschiedenen Designs einige andere Probleme. Im Laufe der Zeit wurden Militär und Ingenieure von einer solchen Technologie, die zuvor als vielversprechend und vielversprechend galt, desillusioniert. Dies führte jedoch nicht zu einem vollständigen Arbeitsstopp. Ende der fünfziger Jahre interessierte sich die NASA für dieses Thema, die neue Technologien in Raumfahrtprogrammen anwenden wollte.
In absehbarer Zeit hofften die NASA-Spezialisten, nicht nur einen Menschen ins All zu schicken, sondern auch mehrere andere Probleme zu lösen. Insbesondere wurde die Möglichkeit erwogen, im Freien außerhalb des Schiffes zu arbeiten. Für eine vollständige Lösung von Problemen unter solchen Bedingungen war eine bestimmte Apparatur erforderlich, mit deren Hilfe sich der Astronaut frei in die gewünschte Richtung bewegen, manövrieren usw. Ganz zu Beginn der sechziger Jahre bat die NASA die Luftwaffe um Hilfe, die zu diesem Zeitpunkt mehrere ähnliche Programme durchführen konnte. Darüber hinaus zog sie mehrere Unternehmen der Luftfahrtindustrie an, die eingeladen wurden, ihre eigenen Versionen eines persönlichen Flugzeugs für das Raumfahrtprogramm zu entwickeln. Ein solches Angebot ging unter anderem bei Chance-Vought ein.
Den verfügbaren Daten zufolge kamen die NASA-Spezialisten bereits im Stadium der Vorforschung zu Erkenntnissen über den optimalen Formfaktor der vielversprechenden Technologie. Es stellte sich heraus, dass das bequemste persönliche Transportmittel ein Rucksack mit einer Reihe von Düsentriebwerken mit geringer Leistung wäre. Solche Geräte wurden von Fremdfirmen bestellt. Anzumerken ist, dass auch andere Gerätevarianten in Betracht gezogen wurden, jedoch wurde der auf dem Rücken des Astronauten getragene Rucksack als optimal erkannt.
Gesamtansicht des Raumanzugs Chance-Vought und der SMU. Foto von der Zeitschrift Popular Science
In den nächsten Jahren führte Chance Vout eine Reihe von Studien durch und prägte das Erscheinungsbild eines Fahrzeugs für den Weltraum. Das Projekt erhielt die Bezeichnung SMU (Self-Maneuvering Unit). In den späteren Phasen der Projektentwicklung und während des Testens wurde eine neue Bezeichnung verwendet. Das Gerät wurde in AMU (Astronaut Maneuvering Unit – „Gerät zum Manövrieren eines Astronauten“) umbenannt.
Vermutlich hatten die Autoren des SMU-Projekts eine Vorstellung von den Entwicklungen des Wendell Moore-Teams von Bell Aerosystems, wussten aber auch über andere Entwicklungen auf diesem Gebiet Bescheid. Tatsache ist, dass die Bell-Jetpacks und das wenig später erscheinende Raumfahrzeug die gleichen Triebwerke haben mussten, wenn auch mit unterschiedlichen Eigenschaften. Es wurde vorgeschlagen, das SMU-Produkt mit Düsentriebwerken auszustatten, die mit Wasserstoffperoxid betrieben werden und dessen katalytische Zersetzung nutzen.
Der Prozess der katalytischen Zersetzung von Wasserstoffperoxid wurde zu dieser Zeit in verschiedenen Techniken aktiv eingesetzt, einschließlich in einigen frühen Jetpacks. Die Essenz dieser Idee besteht darin, einem speziellen Katalysator „Brennstoff“zuzuführen, der die Substanz in Wasser und Sauerstoff zersetzt. Das entstehende Dampf-Gas-Gemisch weist eine ausreichend hohe Temperatur auf und dehnt sich zudem mit hoher Geschwindigkeit aus, was eine Nutzung als Energiequelle auch in Strahltriebwerken ermöglicht.
Es ist zu beachten, dass die Zersetzung von Wasserstoffperoxid im Zusammenhang mit Jetpacks nicht die wirtschaftlichste Energiequelle ist. Es braucht zu viel "Treibstoff", um genug Schub zu erzeugen, um eine Person in die Luft zu heben. So konnte der Pilot in Bells Projekten mit einem 20-Liter-Tank nicht länger als 25-30 Sekunden in der Luft bleiben. Dies galt jedoch nur für Flüge auf der Erde. Im Fall des offenen Raums oder der Mondoberfläche war es aufgrund des geringeren (oder fehlenden) Gewichts des Astronauten möglich, die erforderlichen Eigenschaften der Apparatur ohne einen inakzeptabel hohen Verbrauch an Wasserstoffperoxid bereitzustellen.
Im Zuge des SMU-Projekts mussten mehrere Hauptfragen gelöst werden, von denen natürlich der Typ des Strahltriebwerks im Vordergrund stand. Darüber hinaus galt es, das optimale Layout des gesamten Geräts, die Zusammenstellung der erforderlichen Ausrüstung und eine Reihe weiterer Merkmale des Projekts zu bestimmen. Berichten zufolge führte die Untersuchung dieser Probleme schließlich zum Entwurf des ursprünglichen Raumanzugs, der für die Verwendung mit dem SMU / AMU-Produkt vorgeschlagen wurde.
Wichtige Designarbeiten wurden in der ersten Hälfte des Jahres 1962 abgeschlossen, kurz darauf produzierte Chance-Vought einen Prototyp eines Weltraum-Jetpacks. Im Herbst desselben Jahres wurde das Gerät erstmals der Presse vorgestellt. Bilder des vorgeschlagenen Systems wurden zum ersten Mal in der November-Ausgabe von Popular Science veröffentlicht. Darüber hinaus enthielt der Artikel in diesem Magazin ein Layout-Diagramm und einige wichtige Merkmale.
Eines der von Popular Science veröffentlichten Fotos zeigte einen Astronauten in einem neuen Raumanzug mit einer SMU auf dem Rücken. Der vorgeschlagene Raumanzug hatte einen kugelförmigen Helm mit abgesenktem Gesichtsschild und einem entwickelten Unterteil, das auf den Schultern des Astronauten ruhen sollte. Es gab auch mehrere Anschlüsse, um den Raumanzug mit den Jetpack-Systemen zu verbinden. Der Raumanzug von Chance-Vought unterschied sich für diesen Zweck deutlich von modernen Produkten. Es wurde so leicht wie möglich gemacht und war offenbar nicht mit einer Reihe von Schutzmaßnahmen ausgestattet, die für die aktuellen Anforderungen erforderlich sind.
Der Rucksack selbst war ein rechteckiger Block mit einer konkaven Vorderwand und einer Reihe von Befestigungsmitteln auf dem Rücken des Astronauten. Auf der Vorderwand befanden sich also zwei charakteristische "Haken", mit denen der Rucksack auf den Schultern des Astronauten ruhte. Im Mittelteil befand sich ein Hüftgurt, an dem sich ein zylindrisches Bedienfeld mit mehreren Hebeln befand. Zur Verbindung des Rucksacks mit dem Raumanzug wurden auch mehrere Kabel und flexible Rohrleitungen bereitgestellt.
Die Notwendigkeit, einen langfristigen Betrieb außerhalb des Raumfahrzeugs sicherzustellen, sowie die Unvollkommenheit der damaligen Technologien beeinflussten das Layout des Raumfahrzeugs. An der Spitze der SMU befand sich eine große Sauerstoffsystemeinheit mit geschlossenem Kreislauf. Dieses Gerät sollte dem Helm des Astronauten das Atemgemisch zuführen, anschließend die ausgeatmeten Gase abpumpen und Kohlendioxid entfernen. Anders als Schläuche zur Zufuhr von Atemgas aus einem Schiff oder Druckgasflaschen beeinträchtigte das System mit Kohlendioxid-Absorbern die Manövrierfähigkeit des Astronauten nicht und ermöglichte einen langen Aufenthalt im freien Raum.
SMU ohne Rückwand. Foto von der Zeitschrift Popular Science
Berichten zufolge war die SMU während der Demonstration vor Reportern nicht mit einem System zur Lebenserhaltung ausgestattet. Dieses Gerät war noch nicht betriebsbereit und benötigte zusätzliche Kontrollen, weshalb es beim Prototyp durch einen Simulator gleichen Gewichts und Abmessungen ersetzt wurde. In dieser Konfiguration nahm das Gerät an den ersten Tests teil. Darüber hinaus verzögerten sich die Arbeiten in diese Richtung stark, weshalb auch ein späterer Prototyp, gebaut Ende 1962, ohne Sauerstoffsystem getestet und nur mit seinem Simulator ausgestattet wurde.
Der linke untere Teil des Rumpfes (bezogen auf den Piloten) war für die Platzierung des Wasserstoffperoxidtanks vorgesehen. Rechts davon befand sich eine Reihe anderer Geräte für verschiedene Zwecke. Oben im unteren rechten Fach befand sich eine Funkstation, die eine Zwei-Wege-Sprachkommunikation ermöglichte; darunter befanden sich Batterien und ein Netzteil für die Ausrüstung sowie eine Druckstickstoffflasche für die Kraftstoffversorgung und ein Gasregler.
An den Seitenflächen der Oberseite des Jetpacks waren vier Miniaturtriebwerke mit eigenen Düsen (zwei auf jeder Seite) vorgesehen. Dieselben Motoren wurden auf der Unterseite des Rumpfes gefunden. Außerdem befanden sich in der Mitte der unteren Fläche zwei Motoren ähnlicher Anordnung. Insgesamt standen 10 Triebwerke für die Freisetzung von Strahlgasen zur Verfügung. Die Düsen aller Triebwerke wurden auf verschiedenen Seiten gedreht und gekippt und mussten dafür verantwortlich sein, Schub in die gewünschte Richtung zu erzeugen.
Es wurde berichtet, dass jeder Motor eine kleine Einheit mit einem Plattenkatalysator war, um eine Zersetzung des Kraftstoffs zu bewirken. Vor dem Katalysator befand sich ein magnetgesteuertes Ventil. Alle zehn Motoren sollten an einen Kraftstofftank angeschlossen werden, der wiederum an eine Druckgasflasche angeschlossen war.
Das Prinzip der Motoren war einfach. Unter dem Druck von komprimiertem Stickstoff sollte Wasserstoffperoxid in die Pipelines gelangen und die Motoren erreichen. Auf Befehl des Steuersystems mussten die Magnetspulen der Motoren die Ventile öffnen und den "Kraftstoff"-Zugang zu den Katalysatoren ermöglichen. Es folgte die Zersetzungsreaktion mit Freisetzung des Dampf-Gas-Gemisches durch die Düse und Schubbildung.
Die Düsen wurden so positioniert, dass durch synchrones oder asymmetrisches Einschalten der Motoren eine Bewegung in die gewünschte Richtung, Drehungen oder eine Positionskorrektur möglich war. Beispielsweise ermöglichte die gleichzeitige Aufnahme aller nach hinten gerichteten Motoren eine Vorwärtsbewegung, und die Wende wurde aufgrund der asymmetrischen Aufnahme von Motoren auf verschiedenen Seiten durchgeführt.
Die erste Version der SMU erhielt ein relativ einfaches Bedienfeld in einem zylindrischen Gehäuse, das sich an einem Hüftgurt befand. An der Seite, unter der rechten Hand, befand sich ein Steuerhebel für die Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung. An der Vorderwand wurde ein Hebel zur Nick- und Giersteuerung angebracht. Oben war ein weiterer Hebel für die Rollkontrolle zuständig. Darüber hinaus wurden Kippschalter zum Einschalten des Motors, der Funkstation und des Autopiloten bereitgestellt. Mit Hilfe solcher Steuerungen könnte der Pilot die benötigten Triebwerke mit Wasserstoffperoxid versorgen und so seine Bewegungen kontrollieren.
Neben der manuellen Steuerung verfügte die SMU über eine Automatisierung, die die Arbeit des Astronauten erleichtern sollte. Bei Bedarf konnte er den Autopiloten einschalten, der mit Hilfe eines Gyroskops und einer relativ einfachen Elektronik die Position des Jetpacks im Raum überwachen und gegebenenfalls anpassen musste. Es wurde davon ausgegangen, dass ein solches Regime bei langfristigen Arbeiten an einem Ort angewendet wird, beispielsweise bei der Wartung von Instrumenten an der Außenfläche des Raumfahrzeugs. In diesem Fall erhielt der Astronaut die Möglichkeit, verschiedene Arbeiten durchzuführen, und die Automatisierung musste die Erhaltung der gewünschten Position überwachen.
Die den Reportern präsentierte Version des SMU-Jetpacks wog etwa 160 Pfund (etwa 72 kg). Beim Einsatz auf dem Mond wurde das Gewicht des Geräts auf 25 Pfund (11,5 kg) reduziert und bei Arbeiten in der Erdumlaufbahn sollte das Gewicht völlig frei sein.
Das Layout des SMU-Jetpacks während des Tests. Foto aus dem Bericht
Laut der Popular Science-Publikation wurde die vorgestellte SMU-Probe so berechnet, dass der Astronaut mit einer einzigen Wasserstoffperoxid-Betankung bis zu 1000 Fuß (304 m) fliegen kann. Der Triebwerksschub reichte nach Angaben der Entwickler aus, um ausreichend große Lasten zu bewegen. Deklariert wurde beispielsweise die Möglichkeit, ein bis zu 50 Tonnen schweres Objekt, beispielsweise ein Raumfahrzeug, zu bewegen, wobei der Astronaut eine Geschwindigkeit in der Größenordnung von einem Fuß pro Sekunde entwickeln musste.
Einige Monate vor der Demonstration des SMU-Apparats vor Journalisten, Mitte 1962, wurde ein Prototyp an die Wright-Patterson Air Force Base (Ohio) geliefert, wo er getestet werden sollte. Um alle notwendigen Tests durchzuführen, wurden Spezialisten des Verteidigungsministeriums sowie spezielle Ausrüstung an dem Projekt beteiligt. Als Testplattform wurde daher ein spezielles KC-135 Zero G-Flugzeug ausgewählt, das für die Forschung unter Bedingungen der kurzfristigen Schwerelosigkeit eingesetzt wurde.
Der Erstflug mit "Schwerelosigkeit" fand am 25. Juni 62 statt, und in den folgenden Monaten wurden mehrere Dutzend Tests zum Betrieb des Jetpacks in der Schwerelosigkeit durchgeführt. In dieser Zeit konnte die grundsätzliche Einsatzmöglichkeit solcher Systeme in der Praxis etabliert werden. Außerdem wurden einige Eigenschaften und grundlegende Flugdaten bestätigt. Der Schub der Triebwerke reichte also aus, um in einer Luftatmosphäre zu fliegen und einige einfache Manöver durchzuführen.
Der erfolgreiche Test des SMU-Geräts führte nicht zu einem Stillstand der Designarbeiten. Ende 1962 begann die Entwicklung einer aktualisierten Version des Jetpacks für Astronauten. In der modernisierten Version des Projekts wurde vorgeschlagen, das Layout des Apparats zu ändern sowie einige andere Anpassungen am Design vorzunehmen. Aus diesem Grund sollten die Eigenschaften verbessert werden, vor allem der „Treibstoff“-Bestand und die grundlegenden Flugdaten. Nach Beginn der Arbeiten an dem aktualisierten Projekt erschien ein neuer Name AMU, der bald in Bezug auf das vorherige SMU-Produkt verwendet wurde, weshalb einige Verwirrung möglich ist.
Nach den vorliegenden Daten unterschied sich die modernisierte AMU im Aussehen nicht wesentlich von der Basis-SMU. Das Äußere des Rumpfes hat sich nicht wesentlich verändert, und das System zur Befestigung des Geräts am Rücken des Astronauten ist gleich geblieben. Gleichzeitig hat sich die Anordnung der Inneneinheiten radikal verändert. Die Flugreichweite in Höhe von 300 m passte der NASA nicht, weshalb vorgeschlagen wurde, einen neuen Treibstofftank zu verwenden. Das AMU-Jetpack erhielt einen großen, langen Wasserstoffperoxidtank, der den gesamten zentralen Teil des Rumpfes einnahm. Das Volumen des neuen Tanks betrug 660 Kubikmeter. Zoll (10,81 l). Andere Ausrüstung wurde an den Seiten dieses Tanks platziert.
Die neue Apparatur enthält unter anderem einen Tank für komprimierten Stickstoff eines Verdrängersystems zur Zufuhr von Wasserstoffperoxid. Gemäß dem Projekt sollte Stickstoff mit einem Druck von 3500 psi (238 Atmosphären) in den Kraftstofftank geleitet werden. Während der Tests wurden jedoch niedrigere Drücke verwendet: etwa 200 psi (13,6 atm). Der Prototyp des AMU-Geräts war mit Motoren unterschiedlicher Leistung ausgestattet. Die Düsen, die für die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung verantwortlich sind, entwickelten also einen Schub von 20 Pfund, der verwendet wurde, um sich nach oben und unten zu bewegen - 10 Pfund.
Das AMU-Gerät in der Zukunft könnte ein Lebenserhaltungssystem erhalten, aber selbst als die Tests begannen, war eine solche Ausrüstung noch nicht fertig. Aus diesem Grund erhielt der erfahrene AMU wie sein Vorgänger nur ein Modell des gewünschten Systems mit den gleichen Abmessungen und dem gleichen Gewicht. Nach Abschluss aller notwendigen Konstruktionsarbeiten und Tests konnte das Sauerstoffsystem auf dem Weltraum-Jetpack installiert werden.
Kurz nach dem Ende der Montage, Ende 1962 oder Anfang 1963, wurde die AMU zum Testen in die Wright-Patterson-Basis geschickt. Das speziell ausgerüstete Flugzeug KC-135 Zero G wurde erneut zum "Testgelände" für seine Kontrollen, diverse Kontrollen dauerten mindestens bis Ende Frühjahr 1963.
Mitte Mai 1963 erstellten die Autoren des Projekts einen Bericht über die durchgeführten Tests. Zu diesem Zeitpunkt wurden, wie in dem Dokument angegeben, mehr als hundert Flüge auf einer parabolischen Flugbahn durchgeführt, bei denen der Betrieb von Jetpacks in der Schwerelosigkeit getestet wurde. Während der Tests war es trotz der kurzen Dauer der Flüge in der Schwerelosigkeit möglich, die Kontrolle über beide Fahrzeuge zu beherrschen und ihre Fähigkeiten zum Transport eines Piloten oder einer Fracht zu überprüfen.
AMU Rucksack während des Tests. Foto aus dem Bericht
Im letzten Teil des Berichts wurde argumentiert, dass das AMU-Jetpack in seiner jetzigen Form zufriedenstellende Eigenschaften aufweist und zur Lösung der ihm übertragenen Aufgaben eingesetzt werden kann. Es wurde auch festgestellt, dass ein Triebwerksschub von bis zu 20 Pfund für einen kontrollierten Flug in die gewünschte Richtung und für die Durchführung verschiedener Manöver ausreicht. Die gewählte Anordnung der Düsen der Triebwerke ermöglichte, wie im Bericht beschrieben, eine hervorragende Kontrolle über das Gerät aufgrund der Anordnung in gleichem Abstand zum Schwerpunkt des Systems "Pilot + Rucksack".
Der Autopilot schnitt im Allgemeinen gut ab, benötigte jedoch Verbesserungen und zusätzliche Tests. In einigen Situationen konnte dieses Gerät nicht richtig auf eine Positionsänderung des Rucksacks reagieren. Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, der Steuerungsautomatisierung "beizubringen", kleine (bis zu 10°) Abweichungen der Vorrichtung von der vorgegebenen Position zu ignorieren. Dieser Modus ermöglichte es, den Verbrauch von Wasserstoffperoxid deutlich zu reduzieren.
Astronauten, die das AMU-Produkt künftig einsetzen sollten, mussten eine spezielle Schulung absolvieren, bei der sie nicht nur die Steuerung beherrschen, sondern auch das „Fühlen“des Gerätes erlernen konnten. Die Notwendigkeit dafür wurde durch mehrere Testflüge unter der Kontrolle eines Piloten mit unzureichender Ausbildung nachgewiesen. In solchen Fällen handelte der Pilot langsam und unterschied sich nicht in der Kontrollgenauigkeit.
Im Allgemeinen haben die Autoren des Berichts die AMU selbst und die Ergebnisse ihrer Tests sehr geschätzt. Es wurde empfohlen, an dem Projekt weiterzuarbeiten, die gesamte Struktur und ihre einzelnen Komponenten weiter zu verbessern sowie auf einige Flugmodi zu achten. All diese Maßnahmen ermöglichten es, auf das Erscheinen eines praktikablen Jetpacks für Astronauten zu zählen, das für die Lösung aller zugewiesenen Aufgaben voll geeignet ist.
NASA und Chance-Vought sowie eine Reihe verwandter Organisationen berücksichtigten den Bericht der Tester und setzten die Arbeit an vielversprechenden Projekten fort. Bis Mitte des Jahrzehnts wurde basierend auf den Entwicklungen im SMU/AMU-Projekt ein neues Gerät entwickelt, das sogar im Weltraum getestet werden sollte.
Die weitere Arbeit auf dem Gebiet der Weltraum-Jetpacks war von Erfolg gekrönt. Anfang der achtziger Jahre wurden die ersten MMUs ins All geschickt, die als Teil der Ausrüstung der Raumsonde Space Shuttle verwendet wurden. Diese Ausrüstung wurde in verschiedenen Missionen aktiv eingesetzt, um verschiedene Probleme zu lösen. So kam die Idee eines Jetpacks trotz vieler Misserfolge zur praktischen Anwendung. Es stimmt, sie begannen, es nicht auf der Erde, sondern im Weltraum zu verwenden.
