Solosuits, Uzay Giysisi Tasarımını İlerletiyor

Uzay giysisi tasarımı, ürün geliştiricilerinden nadiren istenen bir şeydir. Mekanik sistemlerin, insan değişkenlerinin ve yaşam destek kısıtlamalarının tek bir işlevsel birime entegre edilmesini gerektirir. Her bileşen, arızanın anında ve potansiyel olarak ciddi sonuçlar doğurabileceği bir ortamda güvenilir bir şekilde çalışmalıdır.

Houston merkezli uzay giysisi geliştiricisi Solosuits, yeni nesil giysileri mühendislik tasarımı açısından mükemmel hale getirmek için çalışıyor. Startup'ın amacı; katı performans, güvenlik ve kullanılabilirlik gereksinimlerini karşılamak için her bileşeni sürekli olarak geliştirirken çalışır durumda bir giysi oluşturmak. Bu amaç kapsamında uzay eldiveni, uzay giysisi tasarımındaki en büyük zorluğu oluşturuyor.

Uzay eldivenleri, rekabet halindeki mühendislik gerekliliklerinin birleştiği noktadır. Eldivenler, tasarlanması en zor bileşenlerden biridir çünkü insan elinin becerilerini kullanmayı mümkün kılarken aynı zamanda kapalı bir basınçlı sistemin bir parçası olarak çalışmaları gerekir. Solosuits'in baş tasarımcısı Nik Moiseev'e göre, birçok eklem ve hareket mekanizmasının yanı sıra uzay eldiveni, tüm elbise için geçerli olan çok sayıda performans gereksinimini de karşılamalıdır. "Eldivenler uzay elbiselerinin en zor kısmı," diyor.

İşlevsel seviyede eldiven, astronotun eli ile dış ortam arasında basınçlı bir arayüz görevi görür ve iç basıncı korurken kapalı bir sistem içinde hareket sağlar. Bu, temel bir kısıtlama oluşturur: İç basınç, eklemlerin hareketine karşı direnç gösteren kuvvetler oluşturur. Bu,  NASA'nın araştırmalarına göre EVA eldiven tasarımında ayrıntılı olarak belgelenmiş bir zorluktur. Bu durum hareket için gereken çabayı artırarak el yorgunluğuna katkıda bulunur. Bu nedenle eldivenin, eklem torkunu azaltıp tekrarlanabilir, hassas el hareketlerini mümkün kılarken basıncı koruyacak, sızıntıyı önleyecek ve yapısal bütünlüğü koruyacak şekilde tasarlanması gerekir.

Bu zorluk, insan elinin vücuttaki mekanik olarak en karmaşık ve kabiliyetli yapılarından biri olması nedeniyle daha da büyür. Uzay Giysisi Mühendisi ve Teknisyen Artem Kozhemyakin, "Eldivenler, küçük parça sayısı en fazla olan kısım," diyor. Eldiven aynı zamanda rulmanlar, ayırma elemanları ve yapısal öğeler dahil olmak üzere, hareket kabiliyeti ve kullanılabilirliği etkileyen çevresindeki donanım sistemleriyle entegre olmalıdır.

İnsanlardaki değişkenlik, bir zorluk katmanı daha ekler. Tasarım, uzun süreli kullanım altında uyum, erişim ve termal ve konfor gereksinimlerinde tutarlı performans sağlarken farklı astronot bedenlerine uygun olmalıdır. Bu kısıtlamalar tasarım zorluğunu tanımlar: ödün vermeden basıncı koruyan ve insan vücuduna uyum sağlarken hareketi mümkün kılan bir sistem oluşturmak.

Performansı değerlendirmek için dijital yinelemeyi kullanma

Solosuits bu zorlukların üstesinden gelmek için 3D modelleme yazılımından yararlanıyor ve yapılandırılmış bir dijital iş akışı aracılığıyla uzay bileşenleri geliştirmek için SOLIDWORKS® Design'ı kullanıyor. Becerikli 3D modelleme araçlarına erişim, küçük ölçekli startup şirketinin ekibinin, yinelenen fiziksel üretimin neden olduğu maliyet ve gecikmeler olmadan modelleri hızla oluşturmasını ve yinelemesini sağlıyor. "Startup'lar İçin SOLIDWORKS programı, [üst düzey mekanik CAD'den kaynaklanan] maliyet engelleri olmadan hızlı bir şekilde model ve prototip üretmemizi sağlıyor," diyor Kozhemyakin coşkuyla. Bu da üretilebilirlik için tasarımın doğrudan sürece dahil edilmesini sağlayarak daha sürdürülebilir ürün geliştirme için zaman ve malzeme israfını azaltıyor.

Birden çok tasarım konfigürasyonu oluşturma ve değerlendirme özelliği, temel SOLIDWORKS unsurlarının ve özelliklerinin bir parçasıdır. Moiseev'e göre, CAD yazılımının en değerli özelliklerinden biri "hızlı bir şekilde kombinasyon oluşturma ve seçenekleri arama" becerisidir. Küçük geometrik değişikliklerinin hareketliliği, sızdırmazlık bütünlüğünü ve genel kullanılabilirlik ile performansı etkileyebileceği eldiven tasarımında bu özellikle önemlidir.

Solosuits, ürün geliştirme döngüsü içinde donanım üretilmeden önce performansın değerlendirilmesi için SOLIDWORKS Simulation'ı kullanıyor. Tasarımları sanal olarak değerlendiren ekip, potansiyel sorunları erkenden belirler ve üretim öncesinde bileşenleri iyileştirir; bu da atıkları azaltıp daha sürdürülebilir ürün geliştirmeyi destekler.

Yenilikçi bir mühendislik tasarımı elde etmek için de aynı derecede önemli olan bir başka nokta, antropometrik verilere dayanan dijital insan modellerinin kullanılmasıdır. (SOLIDWORKS, Zygote ile iş birliği yapıyor.) Bu modeller, ekibin farklı gövde tiplerinin bir uzay giysisiyle nasıl etkileşime girdiğini değerlendirmesine olanak tanır. Basınç uygulanması insan mobilitesini sınırlarken sanal olarak basınçlandırılmış bir sistem, Solosuits mühendislerinin canlı insanlara veya fiziksel prototiplere gerek olmadan uyum, erişim ve eklem hareketini değerlendirmesine olanak tanır.

İlk olarak dijitalde ve daha sonra gerçek modellerde yapılandırma tabanlı tasarım, simülasyon ve insan merkezli değerlendirme kombinasyonu, Solosuits'in karmaşık gereksinimleri hem işlevsel hem de üretim için hazırlanmış tasarımlara dönüştürmesini sağlar.

Fiziksel prototipleri azaltmak zaman ve para tasarrufu sağlıyor

Solosuits, ürün geliştirme yaşam döngüsünün önemli bir kısmını dijital ortama geçirerek yalnızca fiziksel prototip oluşturmaya olan bağımlılığı azalttı. Kozhemyakin, ekibin birden fazla tasarımı, "fiziksel olarak yapıp bizzat test etmek" yerine sanal olarak ve eş zamanlı olarak doğrulayabilmesi sayesinde ürün geliştirme süresini kısalttıklarını anlatıyor.

Paralel olarak birden çok konfigürasyonu değerlendirme özelliği yinelemeyi hızlandırır. Eldiven performansı birçok küçük bileşenin ve eklemin etkileşimine bağlı olduğundan bu, tekrarlanan yeniden oluşturmalar olmadan hareket kabiliyeti ve sızdırmazlık özelliklerinin daha verimli bir şekilde iyileştirilmesine olanak tanır.

Ayrıca, antropometrik tabanlı insan modellerinin kullanılması, tasarım sürecinin başlarında ergonomik doğrulamayı iyileştirir. Ekibin tek bir nominal boyuta güvenmek yerine tasarımın çeşitli bedenler genelinde nasıl performans gösterdiğini değerlendirebilmesi, fiziksel prototipler üretilmeden önce uyum, erişim ve mobilite kısıtlamalarını belirlemeye yardımcı oluyor.

Bu yaklaşım, aynı zamanda tasarımların zaman içinde daha tutarlı bir şekilde ilerlemesini de destekliyor. Moiseev'in vurguladığı gibi, her yeni tasarım nesli "daha güvenilir, daha güçlü ve daha konforlu" hale geliyor ve simülasyon, konfigürasyon testi ve insan merkezli değerlendirmeye dayalı yinelemeli iyileştirmeyi içeren bir ürün geliştirme yaşam döngüsünü yansıtıyor.

Zorlu ortamlarda insan merkezli tasarımı geliştirme

Solosuits için uzay elbiseleri tasarlamak temelde, hayal edebileceğiniz en zorlu ortamlardan birinde insan performansını mümkün kılma meselesidir. Zorluk yalnızca yaşam destek koşullarını korumakta değil, bunu aynı zamanda hareketi, konforu veya kullanılabilirliği kısıtlamadan yapabilmektedir.

Tasarımları dijital olarak modellemek, simüle etmek ve değerlendirmek için SOLIDWORKS Design'dan yararlanan ekip, mühendislik tasarımında mükemmellik hedefine ulaşmak için zorluklara daha fazla hassasiyet ve verimlilikle yaklaşabilir. Sonuç; sürekli gelişimi destekleyen, fiziksel testlere olan bağımlılığı azaltan ve her tasarım tekrarında daha fazla güven veren bir geliştirme sürecidir.

Ticari uzay etkinliği arttıkça, güvenlik ve mobiliteyi dengeleyen ve üretilebilirlik için tasarlanan sistemleri tasarlayabilme yeteneği de giderek daha önemli hale gelecek.