Свойства молотка для работы в космосе – Молоток для работы в космосе: основные качества и свойства
Свойства молотка для работы в космосе
Каковы специфические особенности ручных инструментов, которыми работают астронавты в условиях невесомости? В космосе простые и привычные вещи изменяются до неузнаваемости. Обычная пылинка может стать смертельно опасной. Каждый предмет необходимо фиксировать, иначе он «прячется» в самом неожиданном месте. Удар молотком отбрасывает вас назад. А при работе отверткой не вы вращаете винт, а винт вращает вас!
Казалось бы, что тут особенного – открутить винт? Тогда позвольте задать вопрос: знакома ли вам ситуация, когда туго закрученный винт не поддается с первой попытки и отвертка срывается, срезая с головки винта крохотную стружечку? В условиях невесомости, это представляет серьезную опасность: плавая в пространстве, кусочек стали может попасть в глаз или дыхательные пути. Поэтому инструменты необходимо модифицировать, чтобы ими можно было работать в космосе.
Как все начиналось
Июнь 1970 года был ознаменован беспрецедентно длительным на то время пребыванием человека в космосе (почти 18 суток) на борту запущенного в СССР «Союза-9». Члены экипажа Виталий Севастьянов и Андриян Николаев взяли с собой в полет небольшой комплект обычных инструментов. Но их использование оказалось довольно проблематичным. Рекомендации космонавтов послужили основой для разработки специнструмента, которую осуществлял Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Строительного Механизированного Инструмента. Позже на базе ВНИИСМИ было создано специализированное предприятие «Интерскол».
«Прирученная отвертка» Отвертка для работы в космосе снабжена цилиндрической насадкой, охватывающей головку винта, имеющей на боковой поверхности круглые углубления. В них попадают шарики, которые находятся внутри цилиндра. Такая фиксация очень надежна – настолько, что астронавты часто пользуются отверткой в качестве своеобразного якоря. Ведь все винты на космической станции стандартны. Ручка отвертки перпендикулярна ее оси, что дает возможность развивать большое усилие.
Молоток астронавтов при ударе не отскакивает, потому что внутри него находятся металлические шарики. Перемещаясь при ударе, они компенсируют энергию отдачи и молоток словно прилипает к поверхности, по которой наносится удар. Ручка у такого молотка эргономична – ее очень удобно держать даже в космической перчатке.
Плоскогубцы, они же – ножницы по металлу, они же – бокорезы: достаточно сменить насадки и у вас в руках уже другой инструмент. Специальная конструкция ручек позволяет развивать усилие до одной тонны, а их конфигурация идеально приспособлена для работы в перчатке скафандра.
Нож для резки листового металла напоминает консервный с тем отличием, что его лезвие выдвигается только в том случае, если надавить на особый рычаг. Такой нож безопасен – а это главное.
От простого к сложному
Инструментарий совершенствовался и в 2009 году для ремонта телескопа Хаббл астронавты взяли с собой на орбиту набор из 180 инструментов. Вот некоторые из них (фото Michael Soluri).
Для откручивания болтов крепежа служит специальный «пистолет» EVA Pistol Grip Tool с микропроцессором для управления крутящим моментом и скоростью вращения. На сегодняшний день этот инструмент – наиболее сложный и дорогой из используемых астронавтами.
А это — резак. Как известно, в космическом пространстве очень жесткое излучение, поэтому вся электроника экранирована проволочной сеткой. Чтобы устранить неисправность любого прибора, вначале нужно разрезать этот экран. Для этих целей служит специальное приспособление Grid Cutter Tool, имеющее лезвия, выдвигающиеся при повороте винтов.
Удалять шайбы из корпуса прибора и хранить их так, чтобы они не разлетались и в то же время были доступны, позволяет Washer Extraction Tool (WET). Шайбы нанизываются на иглу, изготовленную из алюминия.
«Дайте мне точку опоры!»
Инженеры NASA разработали крепления для ног, благодаря которым астронавт может найти точку опоры в любом месте внутри космической станции. Эта проблема дала о себе знать одной из первых – ведь что можно сделать руками, если ноги болтаются в пустоте? Крепления для ног могут быть как стационарными, так и переносными, которые астронавты берут с собой, если предстоит какой-либо ремонт. Мобильные фиксаторы бывают двух видов – жесткие и полужесткие. Их крепят к скафандру перед выходом в открытый космос. Безусловно, это бремя, но отнюдь не лишнее – лишенный опоры, астронавт может запутаться в кабелях и шлангах, потеряв равновесие. Неуправляемое вращение может привести даже к повреждению скафандра, а это – мгновенная гибель.
«Ты – робот?»
В принципе, робота можно рассматривать как инструмент. Понятно, что это целый комплекс сложнейших систем, однако их взаимодействие сводится к достаточно простым операциям. NASA отправило в космос первого робота-андроида. Его зовут Robonaut-2, а «папу» – The Lyndon B. Johnson Space Center (Космический центр имени Линдона Джонсона). Робонавт – именно тот парень, который должен стать сложным, многофункциональным и совершенным инструментом, фактически – руками астронавтов. Например, как все нормальные люди, живущие на земле, астронавты каждую субботу делают уборку внутренних помещений космической станции. Скоро эту работу за них будет выполнять Робби. У него есть специфически обезьянье свойство – умение хвататься пальцами ног за стены, чтобы использовать свободные руки. Главным его достижением должен стать выход в открытый космос. Не нуждаясь в скафандре, он сможет находится в вакууме продолжительное время, необходимое для выполнения особо сложных задач. А выйти в случае необходимости в открытый космос он может практически мгновенно. Всему этому Робонавту еще предстоит научиться. Благо для этого у него есть все возможности: трехмерное зрение, музыкальный слух и супер-компьютер в качестве мозгов. А в перспективе ему подарят реактивный рюкзак и он сможет летать!
Поэтому с развитием космонавтики, возник естественный вопрос: а почему бы не снабдить космонавтов специальным инструментом, который бы позволил устранять неисправности? Итак, для работы в условиях невесомости обычные земные инструменты либо малопригодны, либо вообще не годятся.
Причин несколько, и главная беда – невесомость. На Земле большинство операций при ремонте производится обеими руками, например, одна рука держит винт, а другая – закручивает его отверткой. На орбите космонавт, пытаясь выполнить эту нехитрую операцию, сам начинает вращаться в обратном направлении! Следовательно, приходится одной рукой держаться за какую-нибудь поверхность, а другой вращать, поэтому работать может только одна рука. Кто же в это время будет удерживать винт на резьбе?
Если отвертка сорвется из паза винта, то может образоваться мельчайшая металлическая стружка. В условиях земного тяготения это ерунда, а в невесомости такие соринки будут летать по кораблю, угрожая при вдохе попасть в легкие космонавта. Таких неожиданных трудностей множество, поэтому для каждого обычного инструмента предстояло придумать модификацию, пригодную для работы в космосе.
В настоящее время, существует целая линейка специализированных безреактивных инструментов, приспособленных для работы не только внутри космических кораблей и орбитальных станций, но и в открытом космосе:
- специальные ножницы по металлу со сменными наконечниками – это одновременно и плоскогубцы, и кусачки. Кроме того, у них специальные ручки-рычаги, приспособленные для работы в перчатках скафандра, которые значительно увеличивают мощность рук. Мышечное усилие в 8–9 кг возрастает «на выходе», в рабочих плоскостях, почти до тонны.
- нож для вскрытия обшивки космического корабля, в чем-то подобный консервному. Лезвие его обнажено лишь до тех пор, пока рука давит на пластину-«курок», а снимешь пальцы, и снова спрячется в «ножны». Таким ножом невозможно невзначай распороть материал скафандра, нарушение герметичности которого в открытом космосе смерти подобно.
- специальный «космический винт» с отверстиями на боковой цилиндрической поверхности головки, и специальная так называемая анкерная отвертка с перпендикулярной ручкой. Приставишь такой инструмент к шлицу, нажмешь на рычаг, гильза надвинется, а в отверстия, расположенные по бокам головки винта, войдут металлические шарики, которые винт уже никуда не отпустят. Зафиксированный таким образом винт можно закручивать одной рукой, не опасаясь при этом, что может образоваться металлическая стружка, которая может начать плавать в кабине корабля.
- специальная электротехника. — паяльник «Пеликан», в «клюве» у которого постоянно – готовый расплав. С помощью «хитрости разума», остроумного использования законов механики, удалось нейтрализовать, казалось бы, неизбежную «отдачу», крайне неприятную в невесомости.
- космический безреактивный молоток, подобный безоткатному артиллерийскому орудию. Обычный молоток при ударе по металлу отскакивает назад, «отдача» может отбросить космонавта от рабочей поверхности, даже нанести травму. «Космический» собрат при ударе не отскакивает, а будто прилипает к «наковальне». Прообразом решения послужило простое остроумное изобретение – «земной» молоток, в полые каверны которого заливали ртуть.
Смотрите видео-ролик, посвященные некоторым космическим инструментам
Медиа
На днях НАСА провело операцию по выходу в открытый космос, чтобы заменить батареи на МКС. Двенадцать старых никель-водородных батарей были заменены на шесть новых литий-ионных аккумуляторов, для чего космонавтам потребовалось работать в два захода. Первая стадия операции, проведенная Шейном Кимброу и Пегги Уитсон, заняла 6,5 часов.
Если присмотреться, то можно увидеть, что астронавты работают с весьма необычным устройством. Это так называемая «pistol-grip tool», мощная аккумуляторная дрель, специально спроектированная инженерами Swales Aerospace Inc. для работ в открытом космосе. Этот инструмент помогал во время постройки самой МКС, телескопа Хаббл, а также сопровождал эти аппараты во время каждого профилактического осмотра. Разумеется, беспроводной дрели НАСА жизненно необходимо уметь делать такие вещи, на которую обычное «гаражное» сверло не способно.
С одной стороны, механизм должен выдерживать резкие перепады температуры на сотни градусов. МКС совершает оборот вокруг Земли каждые 90 минут, 16 раз в день, получая огромную дозу ультрафиолетового облучения. В таких условиях жидкостные смазочные материалы долго не протянут, а потому НАСА использует сухие смазочные пленки, которые испаряются при комнатной температуре. Кроме того, сам инструмент невероятно легкий — его корпус изготовлен из лексана, высокопрочной поликарбонатной смолы, и обернут алюминиевой лентой.
«Подвижность космонавта в скафандре весьма ограничена, так что из-за постоянной стесненности у них быстро устают руки», объясняет Джилл Макгвайр в статье НАСА, посвященной конструкции уникального инструмента. Она говорит, что из-за подобных ограничений инженерам приходится разрабатывать инструменты больших размеров, оснащенные удобными ручками, что позволяет без особого труда работать с ними даже в скафандрах.
Функциональный дизайн дрели не сильно отличается от обычного, однако в довесок ко всему она оснащена большим экраном, благодаря которому космонавты могут изменить скорость и крутящий момент (от менее чем 1 до 38 ньютон-метров и от 5 до 60 оборотов в минуту). В космосе опасно торопиться, а потому дрель вращается медленно и позволяет контролировать весь процесс.
Испытание минидрели в инженерном центре НАСА
Впрочем, этот инструмент не является универсальным. Для одной из самых известных операций по замене элемента питания телескопа Хаббл в открытом космосе инженерам пришлось спроектировать новую дрель. В результате на свет появилась мини-дрель, способная снять 111 креплений за достаточно короткий срок и обладающая весьма скромными габаритами, что позволило осуществить демонтаж в условиях ограниченного пространства. Дрель может совершать 210 оборотов в минуту и обладает магнитным захватом, который не позволяет запчастям разлетаться по всему космосу.
ostwest.su
Космический молоток
Изобретение относится к космической технике, в частности к инструментам, предназначенным для выполнения технологических операций космонавтом в скафандре вне гермоотсеков, в условиях невесомости. Молоток содержит боек, в котором образована полость, заполненная сыпучим наполнителем. Длина полости определена по следующему соотношению:
L=4(0,4÷0,5)Mπd2ρ(1,1÷1,2)
, где M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя. При этом масса сыпучего наполнителя составляет m=(0,4÷0,5)M, а степень заполнения полости сыпучим наполнителем — l=L/(1,1÷1,2). В результате исключается отскок молотка после удара. 4 ил.
Изобретение относится к космической технике, в частности к инструментам для выполнения технологических операций космонавтом в скафандре вне гермоотсеков, в условиях невесомости, вакуума и знакопеременных температур.
В процессе выполнения слесарно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ космонавты используют широкий спектр ручных инструментов, адаптированных к функциональным возможностям космонавта, облаченного в скафандр, и факторам окружающей среды. Наряду с другими инструментами используются молотки — ручной инструмент ударного действия с поступательным движением рабочей части — бойка.
Обязательным условием жизни и работы в невесомости является фиксация всех предметов или управление их перемещением, во избежание бесконтрольного дрейфа как внутри отсеков, так и за бортом космического объекта.
В 1970 г. была развернута программа по экспериментальному исследованию возможностей космонавта в скафандре выполнять технологические операции с использованием инструментов. В условиях моделированной невесомости при полете самолета по параболической траектории оценивался широкий спектр инструментов, в том числе и молоток. На режиме невесомости, при нанесении удара по металлической конструкции был зафиксирован отскок молотка от конструкции вместе с рукой испытателя по направлению к остеклению гермошлема скафандра, что представляло угрозу целостности остекления. Удерживание молотка в момент отскока при редукции усилия сжатия кисти в наддутой перчатке скафандра требует от космонавта большого напряжения с риском утери молотка. После многократного повторения данного эксперимента однозначно сформировалась необходимость исключить явление отскока молотка после удара. Безреактивность определена как обязательное свойство молотка для использования его в условиях невесомости.
В статье авторов Ц. Олегова1,(1Псевдоним автора данной заявки) Г. Сергеева «Инструменты для космонавта», опубликованной в 1976 г. [1], показан «неотскакивающий при ударе молоток, в полый корпус которого помещены металлические шарики, принимающие на себя энергию отдачи». В описании отсутствует указание о соотношении геометрических величин полости и той ее части, которая заполнена помещенным в нее сыпучим материалом. Однако произвольно назначенное соотношение этих величин не может обеспечить парирование отскока в условиях невесомости.
Известен молоток, отличающийся тем, что он имеет съемную головку в виде пустотелой каплевидной гальки [2], внутрь которой засыпается дробь. В конструкции отсутствуют признаки, которые могли бы способствовать устранению отскока, не указаны соотношения между геометрическими параметрами частей молотка. Кроме того, нанесение ударов молотком каплевидной формы по таким инструментам, как зубило, бородок, пробойник и др., является непродуктивным и опасным для исполнителя в скафандре в условиях невесомости при сниженной координации движений космонавта.
Известен молоток (полезная модель) [3], состоящий из ручки и бойка, имеющего полость, заполненную чугунными частицами полусферической формы и смазывающим веществом, отличающийся тем, что полость имеет форму цилиндра со сферическими поверхностями по концам при соотношении диаметр: длина цилиндра = 1:3-5, и которая заполнена чугунными частицами полусферической формы размером 1-3 мм и силиконовой смазкой, взятой в соотношении объемов чугунные частицы: силиконовое масло = 1:0,8-1,5.
В представленной конструкции нет данных о степени заполнения полости вязким силиконовым маслом и чугунными частицами. Кроме того, сопротивление вязкого силикона препятствует быстрому перемещению частиц, вызывает запаздывание воздействия наполнителя на боек и не исключает его отскока в условиях невесомости.
Известна деревянная киянка [4] с полостью 100×32×3 5 мм, в которую помещена свинцовая дробь №7 в объеме 40 мл и весом 300 г по общности признаков, принятая в качестве прототипа. Отскок при ударе деревянным бойком киянки поглощается нежестким материалом бойка, наполнителем и силой земного притяжения.
Удар металлом по металлу в условиях невесомости носит мгновенный упругий характер, воздействие сил, парирующих отскок, должно наступать в момент отскока. При указанных размерах полости и объеме дроби, последняя занимает 3,57 см по длине полости. Перемещение дроби на 2/3 длины полости вызовет в условиях невесомости запаздывание воздействия дроби на ударную часть бойка к моменту отскока, в результате чего отскок не парируется.
Задачей изобретения является обеспечение безопасности эксплуатации космического молотка в условиях невесомости космонавтом в скафандре.
Задача решается следующим образом.
Космический молоток, в бойке которого образована полость, заполненная сыпучим наполнителем, отличается тем, что длина полости определяется по следующему соотношению величин:
L=4(0,4÷0,5)Mπd2ρ(1,1÷1,2) , где:
M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя, при этом масса сыпучего наполнителя m=(0,4÷0,5)M, степень заполнения полости сыпучим наполнителем l=L/(1,1÷1,2).
На фигурах:
На фиг.1 — космический молоток.
На фиг.2 — окружность, вписанная в поперечное сечение бойка.
На фиг.3 — прозрачная модель бойка.
На фиг.4 — сравнение отскока космического и обычного молотка.
На фигурах:
1 — боек.
2 — сыпучий наполнитель.
По наблюдениям на режиме невесомости в полете самолета по параболической траектории, в экспериментах с использованием прозрачной модели бойка 1 (фиг.3) установлено, что оптимальная длина полости L (фиг.1) должна превышать длину части полости l, заполненную сыпучим наполнителем 2, в соотношении
L=(1,1÷1,2)l (1)
Данное соотношение, полученное экспериментально, обеспечивает необходимый свободный пробег сыпучего наполнителя и своевременный контакт сыпучего наполнителя с ударной частью бойка для парирования отскока космического молотка.
В результате экспериментов в условиях невесомости установлено, что масса сыпучего наполнителя m обеспечивает оптимальное парирование отскока космического молотка массой M при соотношении
m=(0,4÷0,5)M (2)
Тогда объем сыпучего наполнителя v при удельной плотности сыпучего наполнителя ρ определится
v=mρ (3)
В свою очередь, объем заполненной части полости v, равен
v=πd24l (4) ,
где d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка.
Из выражений (3) и (4) получаем равенство
πd24l=(0,4÷0,5)Mρ, (5)
откуда длина части полости l, заполненная сыпучим наполнителем, равна
l=4(0,4÷0,5)Mπd2ρ (6)
Согласно полученной экспериментально зависимости (1)
L=4(0,4÷0,5)Mπd2ρ(1,1÷1,2) (7)
Разработка космического молотка осуществляется в следующем порядке.
Исходя из технологических задач, назначается масса космического молотка M, форма и размеры ударной части бойка, например, круг диаметром D. В поперечное сечение бойка вписывается, из конструктивных соображений, окружность диаметра d для цилиндрической полости (фиг.2).
Критериями выбора сыпучего наполнителя являются:
— фрагментированный материал, сохраняющий форму частиц;
— отсутствие адгезии между частицами;
— приемлемая удельная плотность материала; рационально использовать материал с удельной плотностью ρ, близкой к удельной плотности материала бойка, например, стальные шары диаметром 2 мм.
Определяют длину полости L (фиг.1) при заданных массе молотка M, удельной плотности сыпучего наполнителя ρ и диаметре полости d по полученной зависимости (7).
Ниже приведен численный пример.
Дано:
М=1000 г
d=3 см
ρ=7,8 г/см3
L=(0,4÷0,5)10003,14⋅32⋅7,8(1,1÷1,2)=(8÷11) см
Степень заполнения полости сыпучим наполнителем по ее длине определяется из соотношений (1) или (6)
l=1/(1,1÷1,2)=(7,2÷9) см
Парирование отскока при данной конструкции космического молотка в условиях невесомости реализуется следующим образом:
— при движении бойка на стадии замаха сыпучий наполнитель частично смещается в полости к задней части бойка, при этом образуются бесконтактные зазоры между частицами и разрежение в среде сыпучего наполнителя;
— при обратном движении — в направлении нанесения удара, корпус бойка опережает сыпучий наполнитель ввиду инерционного отставания последнего;
— в момент отскока бойка частицы сыпучего наполнителя вступают в контакт с ударной частью бойка, при этом кинетическая энергия сыпучего наполнителя, уплотнение частиц и трение между частицами обеспечивают парирование отскока.
Свойство безреактивности космического молотка наглядно проявляется в сравнении с обычным молотком при одновременном нанесении ударов (фиг.4).
Космические молотки описанной конструкции подтвердили соответствие назначению и свою эффективность при применении в реальных космических полетах, обеспечено безопасное применение молотка: исключен отскок и контактирование молотка с элементами скафандра при этом, облегчено удерживание космонавтом рукоятки молотка рукой в наддутой перчатке скафандра.
Литература
1. Ц. Олегов, Г. Сергеев. Инструменты для космонавта. Наука и жизнь, №9, 1976 г., с.27-32, цв. вкладка.
2. Патент RU 2418674 С2.
3. Патент RU 18508 U1.
4. http://www.master-forum.ru/hand-tools-master-classId=1192.
Молоток, используемый в условиях невесомости, в бойке которого образована полость, заполненная сыпучим наполнителем, отличающийся тем, что длина полости определена по следующему соотношению:
,
где: M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя, при этом масса сыпучего наполнителя составляет m=(0,4÷0,5)M, а степень заполнения полости сыпучим наполнителем — l=L/(1,1÷1,2).
Важное качество молотка при работе в космосе
Первый раз я его увидел давным-давно, и даже держал его в руках!
Это было жарким июлем 1985 года. Защитившись в институте, я уже точно знал, куда я попаду по распределению – в ПТУ-2 города Мытищи. Обычно, после защиты молодой специалист, перед выходом на работу, получает месяц отпуска. Но меня Директор училища, Владислав Палыч, уговорил сразу, в июле выйти, набрать учебную группу, а потом уже в августе, отдохнуть. Училище наше было не простое. Оно готовило рабочих для космических предприятий тогдашнего города Калининград, который нынче зовется Королёв, – ЦНИИмаш, КБ Химмаш, ЦНИИ МВ.
Готовило училище в основном станочников – токарей, фрезеровщиков, были и слесаря. А вот группу автослесарей, на которую меня и взяли, набирали в первый раз. Поэтому помочь мне с отбором особо было не кому. Хорошо хоть, выбирать было из кого – на автослесаря мальчишки шли гораздо охотнее, чем на станочника, и у меня был выбор — два человека на место.
Дали мне место и стол в комнате мастеров, дали стопку личных дел – отбирай себе тридцать человек!
И вот я сижу такой, новичок, в углу. Знакомлюсь с личными делами абитуриентов и заодно слушаю, о чем говорят окружающие новые коллеги. А тема тем летом была – Салют-7. Дело в том, что у некоторых сотрудников жёны-мужья работали в ЦУПе и все перипетии полета неуправляемой станции Салют-7 и восстановления её экипажем Союз-13 Джанибеков-Савиных, были известны в коллективе училища и воспринимались очень эмоционально. Это недавно об этом сняли художественный фильм, а тогда об этом мало говорили в советской прессе. А в училище информация была, так сказать, из первых рук.
Но это эмоциональный фон. А с молотком я познакомился так. Врывается в комнату мастеров мастер производственного обучения фрезеровщиков, с каким-то, необычным молотком в руке. И с порога заявляет:
«Что они себе думают? «Спустили» из базового предприятия заказ – изготовить партию таких молотков. А у меня всего один станок с ЧПУ. И кого я за него поставлю? Своих оболтусов? Придется самому всю партию точить!»
Народ заинтересовался необычной формы молотком. Мастер, кажется по фамилии Фролов, давал каждому желающему подержать молоток в руке и пояснял, что это молоток для работы в космосе, на орбитальной станции.
Подержал в руках этот молоток и я.
Ручка очень оригинальной формы – чуть изогнутая, полая внутри, с волнообразным профилем под пальцы. Очень ухватистая.
Очень понравился дизайн.
В магазинах наших, советских, такого тогда не встретишь.
Классным и эстетичным мне показалось ушко под ремешок.
Не знаю, кто разрабатывал этот молоток, но с точки зрения технической эстетики, он был хорош!
Только тогда мне показалось, что он был сделан одной деталью – ручка вместе с молотком. А сейчас, увидев его в музее космонавтики, обратил внимание, что они разъёмные. Ну, может быть, это уже чуть поздняя модель. А ведь до сих пор такие молотки используются в космосе!
Если кто смотрел фильм «Салют-7», то обратил внимание, что в кульминационный момент космонавты срубают непослушный колпак с датчика совсем другим молотком.
И это так. Тот молоток, о котором я рассказал, он для работы внутри станции. А для наружных работ совсем другой набор инструментов, и там свой молоток, более увесистый. Этот набор также представлен в музее.
Но кто разрабатывал и изготавливал эти молотки мне не известно.
Как должен храниться инструмент на станции, я не знал. Только в музее увидел эти аккуратные, продуманные панели для инструментов. Отдельно для работы внутри станции, отдельно для наружных работ.
Что можно ещё сказать? Дай Бог каждому мужику, чтобы у него инструмент в домашней мастерской хранился также аккуратно, как на космической станции!
Мне лично, в своей домашней мастерской, космического порядка пока достичь не удалось…
Автор Aleksandr on Янв 4th, 2017 в рубрике Приборы. Вы можете следить за комментариями к записи через RSS 2.0. Вы можете оставить комментарий или отправить трекбек на эту запись
Кадры о работе на космической станции мы часто видим по телевизору. Космонавты праздно летают по кораблю, развлекаются в условиях невесомости, да кушают деликатесы замысловатыми способами. Со стороны можно подумать, что они летают туда на отдых, хотя это конечно только со стороны.
Космонавтам постоянно приходится выполнять сложные и трудоемкие операции, по поддержанию в космосе жизнеспособности станции. Вот например пробило солнечную батарею и вся МКС осталась на какое то время без электропитания. Нужно срочно приступать к ремонту.
У каждого земного мастера есть обязательный набор инструментов: молоток, гаечный ключ, пила и какие ни будь кусачки, вот только в космосе свои законы. В космосе если ударить молотком о корабль космонавт отскочит от него как мячик. Ведь он намного легче корабля. Та же ситуация и с закручиванием болта, корабль тяжелее и вокруг болта придется крутиться космонавту. Поэту для работы в космосе нужны специальные инструменты.
Самое первое правило в космосе – зафиксироваться. Для этого на станции есть стремена, которые фиксируют, да и упереться в них можно. Космический молоток на первый взгляд ничем не отличается от своего земного собрата, но ударная часть космического молотка полая. Внутри неё приблизительно до половины объёма засыпана металлическая дробь. В момент удара шарики стремительно перемещаются вниз и гасят энергию отдачи. Поэтому космический молоток не отскакивает при ударе.
Все инструменты сделаны с учетом того, что космонавт работает в скафандре. Попробуйте в толстых рукавицах вставить нитку в иголку – мучительное занятие. Точно так же и космонавт должен постоянно мирится с неудобствами. Каждым движением приходится преодолевать сопротивление много килограммовой конструкции и давления воздуха внутри скафандра. Поэтому инструмент в космосе должен: быть простым в обращении и экономить силы.
Гаечный ключ космонавта намертво сцепляется с головкой болта и никуда не денется. Можно вращать и крутить даже с какими ни будь передышками или занять рабочую позу. Так и инструмент не улетит и болт не выпадет.
Кусачки тоже сконструированы удобно. Их ручки играют роль рычага. Чем больше длина ручки, тем меньше нужно приложить сил чтоб перекусить толстую стальную проволоку.
Даже на Земле работая с инструментами нужно проявлять осторожность. У хорошего плотника пила наточена как скальпель. Представляете, что будет если в открытом космосе повредить скафандр. Поэтому конструкторы снабдили космическую пилу хитроумным защитным кожухом. У такой пилы мелкие зубчики. Их высота меньше, чем толщина защитного слоя скафандра.
Прогресс не стоит на месте. Ремонтировать в космосе научились, пора строить. А значит, потребуется новый инструмент и новые рабочие руки!
5. Можно ли в космическом корабле пользоваться молотком?
Почему обычным молотком пользоваться в космосе сложнее?
Вакуум–это среда, где есть какие-то молекулы, но их так мало, что они никогда не сталкиваются.
В космосе не то что сложно, а практически невозможно пользоваться обычным молотком. Это происходит, потому что на земле и в космосе разные условия.
Конструкция молотка на земле сделана по принципу получения большей кинетической энергии, то есть, чем больше скорость замаха и масса самого молотка, тем сильнее удар.
На земле мы работаем молотком, используя точку опоры — пол. В космосе нет точки опоры, нет низа, и все имеют нулевой вес, когда космонавт ударит молотком, это будет выглядеть как столкновение двух тел, у которых есть кинетическая энергия, космонавта просто начнёт крутить из стороны в сторону, а то почему он ударил, отлетит в сторону, потому что они сами по себе они ни к чему «не привязаны». По этому нужно работать молотком относительно чего-то, например можно закрепить молоток на корпусе того, почему надо ударить, так что бы молоток был не сам по себе, а имел точку опоры.
В недавнее время создали молоток для работы в космосе, по форме он не сильно отличается от молотка, каким работают на стройке, но всё же есть отличие, которое позволяет гасить отдачу при ударе. Его особенность заключается в полом строении бойка, в котором находится дробь. Особая ребристая рукоять не даёт выскользнуть молотку из руки.
mytooling.ru
Космический молоток
Изобретение относится к космической технике, в частности к инструментам для выполнения технологических операций космонавтом в скафандре вне гермоотсеков, в условиях невесомости, вакуума и знакопеременных температур.
В процессе выполнения слесарно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ космонавты используют широкий спектр ручных инструментов, адаптированных к функциональным возможностям космонавта, облаченного в скафандр, и факторам окружающей среды. Наряду с другими инструментами используются молотки — ручной инструмент ударного действия с поступательным движением рабочей части — бойка.
Обязательным условием жизни и работы в невесомости является фиксация всех предметов или управление их перемещением, во избежание бесконтрольного дрейфа как внутри отсеков, так и за бортом космического объекта.
В 1970 г. была развернута программа по экспериментальному исследованию возможностей космонавта в скафандре выполнять технологические операции с использованием инструментов. В условиях моделированной невесомости при полете самолета по параболической траектории оценивался широкий спектр инструментов, в том числе и молоток. На режиме невесомости, при нанесении удара по металлической конструкции был зафиксирован отскок молотка от конструкции вместе с рукой испытателя по направлению к остеклению гермошлема скафандра, что представляло угрозу целостности остекления. Удерживание молотка в момент отскока при редукции усилия сжатия кисти в наддутой перчатке скафандра требует от космонавта большого напряжения с риском утери молотка. После многократного повторения данного эксперимента однозначно сформировалась необходимость исключить явление отскока молотка после удара. Безреактивность определена как обязательное свойство молотка для использования его в условиях невесомости.
В статье авторов Ц. Олегова1,(1Псевдоним автора данной заявки) Г. Сергеева «Инструменты для космонавта», опубликованной в 1976 г. [1], показан «неотскакивающий при ударе молоток, в полый корпус которого помещены металлические шарики, принимающие на себя энергию отдачи». В описании отсутствует указание о соотношении геометрических величин полости и той ее части, которая заполнена помещенным в нее сыпучим материалом. Однако произвольно назначенное соотношение этих величин не может обеспечить парирование отскока в условиях невесомости.
Известен молоток, отличающийся тем, что он имеет съемную головку в виде пустотелой каплевидной гальки [2], внутрь которой засыпается дробь. В конструкции отсутствуют признаки, которые могли бы способствовать устранению отскока, не указаны соотношения между геометрическими параметрами частей молотка. Кроме того, нанесение ударов молотком каплевидной формы по таким инструментам, как зубило, бородок, пробойник и др., является непродуктивным и опасным для исполнителя в скафандре в условиях невесомости при сниженной координации движений космонавта.
Известен молоток (полезная модель) [3], состоящий из ручки и бойка, имеющего полость, заполненную чугунными частицами полусферической формы и смазывающим веществом, отличающийся тем, что полость имеет форму цилиндра со сферическими поверхностями по концам при соотношении диаметр: длина цилиндра = 1:3-5, и которая заполнена чугунными частицами полусферической формы размером 1-3 мм и силиконовой смазкой, взятой в соотношении объемов чугунные частицы: силиконовое масло = 1:0,8-1,5.
В представленной конструкции нет данных о степени заполнения полости вязким силиконовым маслом и чугунными частицами. Кроме того, сопротивление вязкого силикона препятствует быстрому перемещению частиц, вызывает запаздывание воздействия наполнителя на боек и не исключает его отскока в условиях невесомости.
Известна деревянная киянка [4] с полостью 100×32×3 5 мм, в которую помещена свинцовая дробь №7 в объеме 40 мл и весом 300 г по общности признаков, принятая в качестве прототипа. Отскок при ударе деревянным бойком киянки поглощается нежестким материалом бойка, наполнителем и силой земного притяжения.
Удар металлом по металлу в условиях невесомости носит мгновенный упругий характер, воздействие сил, парирующих отскок, должно наступать в момент отскока. При указанных размерах полости и объеме дроби, последняя занимает 3,57 см по длине полости. Перемещение дроби на 2/3 длины полости вызовет в условиях невесомости запаздывание воздействия дроби на ударную часть бойка к моменту отскока, в результате чего отскок не парируется.
Задачей изобретения является обеспечение безопасности эксплуатации космического молотка в условиях невесомости космонавтом в скафандре.
Задача решается следующим образом.
Космический молоток, в бойке которого образована полость, заполненная сыпучим наполнителем, отличается тем, что длина полости определяется по следующему соотношению величин:
, где:
M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя, при этом масса сыпучего наполнителя m=(0,4÷0,5)M, степень заполнения полости сыпучим наполнителем l=L/(1,1÷1,2).
На фигурах:
На фиг.1 — космический молоток.
На фиг.2 — окружность, вписанная в поперечное сечение бойка.
На фиг.3 — прозрачная модель бойка.
На фиг.4 — сравнение отскока космического и обычного молотка.
На фигурах:
1 — боек.
2 — сыпучий наполнитель.
По наблюдениям на режиме невесомости в полете самолета по параболической траектории, в экспериментах с использованием прозрачной модели бойка 1 (фиг.3) установлено, что оптимальная длина полости L (фиг.1) должна превышать длину части полости l, заполненную сыпучим наполнителем 2, в соотношении
Данное соотношение, полученное экспериментально, обеспечивает необходимый свободный пробег сыпучего наполнителя и своевременный контакт сыпучего наполнителя с ударной частью бойка для парирования отскока космического молотка.
В результате экспериментов в условиях невесомости установлено, что масса сыпучего наполнителя m обеспечивает оптимальное парирование отскока космического молотка массой M при соотношении
Тогда объем сыпучего наполнителя v при удельной плотности сыпучего наполнителя ρ определится
В свою очередь, объем заполненной части полости v, равен
,
где d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка.
Из выражений (3) и (4) получаем равенство
откуда длина части полости l, заполненная сыпучим наполнителем, равна
Согласно полученной экспериментально зависимости (1)
Разработка космического молотка осуществляется в следующем порядке.
Исходя из технологических задач, назначается масса космического молотка M, форма и размеры ударной части бойка, например, круг диаметром D. В поперечное сечение бойка вписывается, из конструктивных соображений, окружность диаметра d для цилиндрической полости (фиг.2).
Критериями выбора сыпучего наполнителя являются:
— фрагментированный материал, сохраняющий форму частиц;
— отсутствие адгезии между частицами;
— приемлемая удельная плотность материала; рационально использовать материал с удельной плотностью ρ, близкой к удельной плотности материала бойка, например, стальные шары диаметром 2 мм.
Определяют длину полости L (фиг.1) при заданных массе молотка M, удельной плотности сыпучего наполнителя ρ и диаметре полости d по полученной зависимости (7).
Ниже приведен численный пример.
Дано:
М=1000 г
d=3 см
ρ=7,8 г/см3
Степень заполнения полости сыпучим наполнителем по ее длине определяется из соотношений (1) или (6)
l=1/(1,1÷1,2)=(7,2÷9) см
Парирование отскока при данной конструкции космического молотка в условиях невесомости реализуется следующим образом:
— при движении бойка на стадии замаха сыпучий наполнитель частично смещается в полости к задней части бойка, при этом образуются бесконтактные зазоры между частицами и разрежение в среде сыпучего наполнителя;
— при обратном движении — в направлении нанесения удара, корпус бойка опережает сыпучий наполнитель ввиду инерционного отставания последнего;
— в момент отскока бойка частицы сыпучего наполнителя вступают в контакт с ударной частью бойка, при этом кинетическая энергия сыпучего наполнителя, уплотнение частиц и трение между частицами обеспечивают парирование отскока.
Свойство безреактивности космического молотка наглядно проявляется в сравнении с обычным молотком при одновременном нанесении ударов (фиг.4).
Космические молотки описанной конструкции подтвердили соответствие назначению и свою эффективность при применении в реальных космических полетах, обеспечено безопасное применение молотка: исключен отскок и контактирование молотка с элементами скафандра при этом, облегчено удерживание космонавтом рукоятки молотка рукой в наддутой перчатке скафандра.
Литература
1. Ц. Олегов, Г. Сергеев. Инструменты для космонавта. Наука и жизнь, №9, 1976 г., с.27-32, цв. вкладка.
2. Патент RU 2418674 С2.
3. Патент RU 18508 U1.
4. http://www.master-forum.ru/hand-tools-master-classId=1192.
Молоток, используемый в условиях невесомости, в бойке которого образована полость, заполненная сыпучим наполнителем, отличающийся тем, что длина полости определена по следующему соотношению: ,где: M — заданная масса молотка, d — диаметр окружности, вписанной в поперечное сечение бойка, ρ — удельная плотность сыпучего наполнителя, при этом масса сыпучего наполнителя составляет m=(0,4÷0,5)M, а степень заполнения полости сыпучим наполнителем — l=L/(1,1÷1,2).edrid.ru
Как работают привычные ручные инструменты в космосе. Видео
Нормальная работа космического аппарата – транспортного или пассажирского корабля, орбитальной станции, а также безопасность космонавтов зависят от каждой детали, даже от малейшего винтика. При этом, если возникает необходимость в устранении каких-то поломок, традиционные инструменты в условиях невесомости абсолютно непригодны к работе.
Поэтому с развитием космонавтики, возник естественный вопрос: а почему бы не снабдить космонавтов специальным инструментом, который бы позволил устранять неисправности? Итак, для работы в условиях невесомости обычные земные инструменты либо малопригодны, либо вообще не годятся.
Причин несколько, и главная беда – невесомость. На Земле большинство операций при ремонте производится обеими руками, например, одна рука держит винт, а другая – закручивает его отверткой. На орбите космонавт, пытаясь выполнить эту нехитрую операцию, сам начинает вращаться в обратном направлении! Следовательно, приходится одной рукой держаться за какую-нибудь поверхность, а другой вращать, поэтому работать может только одна рука. Кто же в это время будет удерживать винт на резьбе?
Если отвертка сорвется из паза винта, то может образоваться мельчайшая металлическая стружка. В условиях земного тяготения это ерунда, а в невесомости такие соринки будут летать по кораблю, угрожая при вдохе попасть в легкие космонавта. Таких неожиданных трудностей множество, поэтому для каждого обычного инструмента предстояло придумать модификацию, пригодную для работы в космосе.
В настоящее время, существует целая линейка специализированных безреактивных инструментов, приспособленных для работы не только внутри космических кораблей и орбитальных станций, но и в открытом космосе:
- специальные ножницы по металлу со сменными наконечниками – это одновременно и плоскогубцы, и кусачки. Кроме того, у них специальные ручки-рычаги, приспособленные для работы в перчатках скафандра, которые значительно увеличивают мощность рук. Мышечное усилие в 8–9 кг возрастает «на выходе», в рабочих плоскостях, почти до тонны.
- нож для вскрытия обшивки космического корабля, в чем-то подобный консервному. Лезвие его обнажено лишь до тех пор, пока рука давит на пластину-«курок», а снимешь пальцы, и снова спрячется в «ножны». Таким ножом невозможно невзначай распороть материал скафандра, нарушение герметичности которого в открытом космосе смерти подобно.
- специальный «космический винт» с отверстиями на боковой цилиндрической поверхности головки, и специальная так называемая анкерная отвертка с перпендикулярной ручкой. Приставишь такой инструмент к шлицу, нажмешь на рычаг, гильза надвинется, а в отверстия, расположенные по бокам головки винта, войдут металлические шарики, которые винт уже никуда не отпустят. Зафиксированный таким образом винт можно закручивать одной рукой, не опасаясь при этом, что может образоваться металлическая стружка, которая может начать плавать в кабине корабля.
- специальная электротехника. — паяльник «Пеликан», в «клюве» у которого постоянно – готовый расплав. С помощью «хитрости разума», остроумного использования законов механики, удалось нейтрализовать, казалось бы, неизбежную «отдачу», крайне неприятную в невесомости.
- космический безреактивный молоток, подобный безоткатному артиллерийскому орудию. Обычный молоток при ударе по металлу отскакивает назад, «отдача» может отбросить космонавта от рабочей поверхности, даже нанести травму. «Космический» собрат при ударе не отскакивает, а будто прилипает к «наковальне». Прообразом решения послужило простое остроумное изобретение – «земной» молоток, в полые каверны которого заливали ртуть.
Смотрите видео-ролик, посвященные некоторым космическим инструментам
profidom.com.ua
Непростой рихтовочный молоток. Космический!
Приветствую всех любителей мастерить что то из ничего своими руками.
Недавно, в кои то веки, понадобился для работы рихтовочный молоток. В нашем не маленьком арсенале, молотка с круглым бойком не оказалось. Можно конечно пойти по знакомым, но клянчить инструмент не наш метод. Сделали свой молоток, и не простой а космический.
Понадобившиеся инструменты.
1. Сварочный инвертор.
2. Угловая шлифовальная машина.
3. Заточной станок.
4. Тиски.
5. Метчик.
6. Электродрель.
7. Напильник.
Понадобившиеся материалы.
1. Две сломанные шаровые опоры.
2. Стальная труба Ø 20 мм.
3. Стальная труба Ø 15 мм.
4. Стальной прут Ø 10 мм.
5. Шпилька Ø 8 мм.
6. Стальные шарики для пневматики.
7. Листовая пластмасса.
8. Текстолит.
9. Эпоксидная смола.
10. Паста ГОИ.
11. Краска.
12. Наждачная бумага.
Бойки будущего молотка сделали из шаровых опор, причем один боек оставили круглым, а для второго срезали половину шара и боек получился плоским.
От трубы Ø20 мм.отрезаем необходимый отрезок для корпуса молотка. Сознательно не пишу размеры, поскольку молоток а в частности длина ручки, должны высчитываться индивидуально, для удобства использования.
К торцам отрезка трубы Ø20 мм. привариваем бойки.
Сварочный шов зачищаем на заточном станке.
Срез на плоском бойке зачищаем болгаркой, с использованием лепесткового диска.
Зачищаем стальной пруток от ржавчины, он нам попался немного совсем не новый.
Для основы ручки молотка отрезаем пруток и шпильку. От трубы Ø 15 мм. отрезаем два отрезка по 10-15 мм.
Привариваем шпильку к прутку.
Шов, естественно, зачищаем.
Привариваем основу ручки к корпусу молотка, ну и куда же без зачистки.
Отрезками трубы Ø15 мм.усиливаем сварочные швы, для подстраховки так сказать.
В итоге имеем вот такой полуфабрикат.
Для того чтобы из обычного рихтовочного молотка сделать космический надо добавить секретный ингредиент. Для этого сверлим в корпусе молотка отверстие.
И засыпаем внутрь металлические шарики для пневматики.
Отверстие разумеется завариваем.
Для изготовления ручки молотка используем листовую пластмассу. Нарезаем квадраты 3 на 3 см. и сверлим по центру отверстия.
Навершие делаем из текстолита, поскольку он прочнее пластмассы. Сверлим глухое отверстие и нарезаем резьбу для шпильки.
Собираем ручку молотка. Пластмассовые квадраты склеиваем на эпоксидную смолу. Мы еще поставили две резиновые прокладки, они скроют возможные дефекты сборки.
Форму ручке придаем сначала на заточном станке, потом напильником, в конце зачищаем молоток наждачной бумагой.
Полируем ручку и бойки молотка на войлочном круге с применением пасты ГОИ.
Осталось только покрасить.
Космический рихтовочный молоток готов.
А космический он потому что, если верить интернету, такая конструкция молотка была изобретена специально для работы в невесомости. Так это или нет не знаю, но то что этот молоток при ударе не отскакивает от поверхности проверено лично.
Всем добра и удачи в работе!!!
Видео о изготовлении молотка можно посмотреть здесь.
Доставка новых самоделок на почтуПолучайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.usamodelkina.ru
Космический инструмент | Любопытно знать
Кадры о работе на космической станции мы часто видим по телевизору. Космонавты праздно летают по кораблю, развлекаются в условиях невесомости, да кушают деликатесы замысловатыми способами. Со стороны можно подумать, что они летают туда на отдых, хотя это конечно только со стороны.
Космонавтам постоянно приходится выполнять сложные и трудоемкие операции, по поддержанию в космосе жизнеспособности станции. Вот например пробило солнечную батарею и вся МКС осталась на какое то время без электропитания. Нужно срочно приступать к ремонту.
У каждого земного мастера есть обязательный набор инструментов: молоток, гаечный ключ, пила и какие ни будь кусачки, вот только в космосе свои законы. В космосе если ударить молотком о корабль космонавт отскочит от него как мячик. Ведь он намного легче корабля. Та же ситуация и с закручиванием болта, корабль тяжелее и вокруг болта придется крутиться космонавту. Поэту для работы в космосе нужны специальные инструменты.
Самое первое правило в космосе – зафиксироваться. Для этого на станции есть стремена, которые фиксируют, да и упереться в них можно. Космический молоток на первый взгляд ничем не отличается от своего земного собрата, но ударная часть космического молотка полая. Внутри неё приблизительно до половины объёма засыпана металлическая дробь. В момент удара шарики стремительно перемещаются вниз и гасят энергию отдачи. Поэтому космический молоток не отскакивает при ударе.
Все инструменты сделаны с учетом того, что космонавт работает в скафандре. Попробуйте в толстых рукавицах вставить нитку в иголку – мучительное занятие. Точно так же и космонавт должен постоянно мирится с неудобствами. Каждым движением приходится преодолевать сопротивление много килограммовой конструкции и давления воздуха внутри скафандра. Поэтому инструмент в космосе должен: быть простым в обращении и экономить силы.
Гаечный ключ космонавта намертво сцепляется с головкой болта и никуда не денется. Можно вращать и крутить даже с какими ни будь передышками или занять рабочую позу. Так и инструмент не улетит и болт не выпадет.
Кусачки тоже сконструированы удобно. Их ручки играют роль рычага. Чем больше длина ручки, тем меньше нужно приложить сил чтоб перекусить толстую стальную проволоку.
Даже на Земле работая с инструментами нужно проявлять осторожность. У хорошего плотника пила наточена как скальпель. Представляете, что будет если в открытом космосе повредить скафандр. Поэтому конструкторы снабдили космическую пилу хитроумным защитным кожухом. У такой пилы мелкие зубчики. Их высота меньше, чем толщина защитного слоя скафандра.
Прогресс не стоит на месте. Ремонтировать в космосе научились, пора строить. А значит, потребуется новый инструмент и новые рабочие руки!
liubopishka.ru