Jetpacky padesátých let minulého století se nemohly chlubit vysokým výkonem. Ta vozidla, která se ještě dokázala dostat do vzduchu, měla příliš vysokou spotřebu paliva, což negativně ovlivnilo maximální možnou dobu letu. Kromě toho měly různé designy další problémy. Postupem času byli vojáci a inženýři z takové technologie rozčarováni, což bylo dříve považováno za slibné a slibné. To však nevedlo k úplnému zastavení práce. Na samém konci padesátých let se o toto téma začala zajímat NASA, která doufala, že uplatní novou technologii ve vesmírných programech.
V dohledné budoucnosti specialisté NASA doufali, že nejen pošlou člověka do vesmíru, ale také vyřeší několik dalších problémů. Zvažovala se zejména možnost práce na otevřeném prostoru, mimo loď. Pro plnohodnotné řešení problémů za takových podmínek byl zapotřebí určitý aparát, pomocí kterého se astronaut mohl volně pohybovat požadovaným směrem, manévrem atd. Na začátku šedesátých let požádala NASA o pomoc letectvo, které do té doby stihlo provést několik podobných programů. Kromě toho přilákala do práce několik podniků leteckého průmyslu, které byly pozvány k vývoji vlastních verzí osobních letadel pro vesmírný program. Takovou nabídku obdržela mimo jiné společnost Chance-Vought.
Podle dostupných údajů dospěli specialisté NASA i ve fázi předběžného výzkumu k závěrům ohledně optimálního tvarového faktoru slibné technologie. Ukázalo se, že nejpohodlnějším osobním dopravním prostředkem bude batoh se sadou proudových motorů s nízkým výkonem. Taková zařízení byla objednána dodavatelskými společnostmi. Je třeba poznamenat, že byly brány v úvahu i jiné varianty zařízení, nicméně jako optimální byl uznán batoh na zádech astronauta.
Celkový pohled na skafandr Chance-Vought a SMU. Foto časopis Popular Science
Během několika příštích let provedla Chance Vout sérii studií a formovala vzhled vesmírného vozidla. Projekt získal označení SMU (Self-Maneuvering Unit). V pozdějších fázích vývoje projektu a během testování bylo použito nové označení. Zařízení bylo přejmenováno na AMU (Astronaut Maneuvering Unit - „Zařízení pro manévrování astronauta“).
Pravděpodobně autoři projektu SMU měli představu o vývoji týmu Wendell Moore společnosti Bell Aerosystems, stejně jako věděli o dalším vývoji v této oblasti. Faktem je, že jetpacky Bell a kosmická loď, která se objevila o něco později, musely mít stejné motory, i když s jinými charakteristikami. Bylo navrženo vybavit produkt SMU proudovými motory pracujícími na peroxidu vodíku a využívajícím jeho katalytický rozklad.
Proces katalytického rozkladu peroxidu vodíku do této doby byl aktivně používán v různých technikách, včetně některých raných jetpacků. Podstata této myšlenky spočívá v dodání „paliva“speciálnímu katalyzátoru, který způsobí rozklad látky na vodu a kyslík. Výsledná směs par a plynu má dostatečně vysokou teplotu a také expanduje vysokou rychlostí, což umožňuje její použití jako zdroje energie, a to i v proudových motorech.
Je třeba poznamenat, že rozklad peroxidu vodíku není v kontextu jetpacků nejekonomičtějším zdrojem energie. K vytvoření dostatečného tahu na to, aby se člověk dostal do vzduchu, je zapotřebí příliš mnoho „paliva“. V Bellových projektech tedy 20litrová nádrž umožňovala pilotovi zůstat ve vzduchu maximálně 25-30 sekund. To však platilo pouze pro lety na Zemi. V případě otevřeného prostoru nebo povrchu Měsíce bylo díky nižší (nebo chybějící) hmotnosti astronauta možné zajistit požadované vlastnosti aparátu bez nepřijatelně vysoké spotřeby peroxidu vodíku.
V průběhu projektu SMU bylo třeba vyřešit několik hlavních problémů, z nichž hlavní byl samozřejmě typ proudového motoru. Kromě toho bylo nutné určit optimální rozložení celého zařízení, složení potřebného vybavení a řadu dalších vlastností projektu. Podle zpráv nakonec studium těchto problémů vedlo k návrhu původního skafandru, který byl navržen pro použití s produktem SMU / AMU.
Hlavní konstrukční práce byly dokončeny v první polovině roku 1962, krátce poté Chance-Vought vyrobil prototyp vesmírného jetpacku. Na podzim téhož roku bylo zařízení poprvé ukázáno tisku. Obrázky navrhovaného systému byly poprvé publikovány v listopadovém čísle Popular Science. Článek v tomto časopise navíc poskytl schéma rozvržení a některé klíčové charakteristiky.
Jedna z fotografií zveřejněných Popular Science ukázala astronauta v novém skafandru se SMU na zádech. Navrhovaný skafandr měl sférickou helmu se sníženým obličejovým štítem a rozvinutou spodní částí, která měla spočívat na ramenou astronauta. Existovalo také několik konektorů pro připojení skafandru k systémům jetpack. Skafandr od Chance-Vought se pro tento účel výrazně lišil od moderních produktů. Byl vyroben co nejlehčí a zjevně nebyl vybaven sadou ochranných opatření, která jsou nezbytná pro splnění současných požadavků.
Samotný batoh byl obdélníkový blok s konkávní přední stěnou a sadou prostředků pro upevnění na zádech astronauta. Na přední stěně tedy byly dva charakteristické „háčky“, kterými batoh spočíval na bedrech astronauta. Ve střední části byl bederní pás, na kterém byl umístěn válcový ovládací panel s několika páčkami. Bylo také poskytnuto několik kabelů a flexibilních potrubí pro připojení batohu ke skafandru.
Potřeba zajistit dlouhodobý provoz mimo kosmickou loď, stejně jako nedokonalost tehdejších technologií, ovlivnily uspořádání kosmické lodi. Na vrcholu SMU byla velká jednotka kyslíkového systému s uzavřenou smyčkou. Toto zařízení mělo dodávat dýchací směs do helmy astronauta, následovalo odčerpání vydechovaných plynů a odstranění oxidu uhličitého. Na rozdíl od hadic pro přívod dýchací směsi z lodi nebo tlakových plynových lahví systém s absorbéry oxidu uhličitého nezhoršil manévrovací schopnosti astronauta a umožnil zůstat na dlouhém otevřeném prostoru.
SMU bez zadního panelu. Foto časopis Popular Science
Podle zpráv nebyla během demonstrace novinářům SMU vybavena systémem podpory pracovního života. Toto zařízení ještě nebylo připraveno k provozu a vyžadovalo dodatečné kontroly, proto bylo na prototypu nahrazeno simulátorem stejné hmotnosti a rozměrů. Právě v této konfiguraci se zařízení zúčastnilo prvních testů. Práce v tomto směru byly navíc vážně zpožděny, a proto byl i pozdější prototyp, postavený na konci roku 1962, testován bez kyslíkového systému a byl vybaven pouze jeho simulátorem.
Dolní levá část trupu (vzhledem k pilotovi) byla dána pro umístění nádrže s peroxidem vodíku. Napravo od něj byla sada dalšího vybavení pro různé účely. V horní části pravého dolního oddílu byla rozhlasová stanice, která zajišťovala obousměrnou hlasovou komunikaci; pod ní byly instalovány baterie a napájecí zdroj pro zařízení, jakož i stlačený dusíkový válec pro systém přívodu paliva a regulátor plynu.
Na bočních plochách horního povrchu jetpacku byly k dispozici čtyři miniaturní motory s vlastními tryskami (dva na každé straně). Stejné motory byly nalezeny na spodním povrchu trupu. Ve středu spodní plochy byly navíc umístěny dva motory podobného uspořádání. Celkem bylo k dispozici 10 motorů pro uvolňování proudových plynů. Trysky všech motorů byly otočeny a nakloněny na různých stranách a musely být zodpovědné za vytváření tahu směřujícího v požadovaném směru.
Každý motor byl hlášen jako malá jednotka s deskovým katalyzátorem k vyvolání rozkladu paliva. Před katalyzátorem byl elektromagneticky ovládaný ventil. Všech deset motorů bylo navrženo pro připojení k palivové nádrži, která byla zase připojena k tlakovému válci.
Princip motorů byl jednoduchý. Pod tlakem stlačeného dusíku se měl do potrubí dostat peroxid vodíku a dostat se k motorům. Na povel řídicího systému musely solenoidy motorů otevřít ventily a zajistit přístup „paliva“ke katalyzátorům. Následovala rozkladná reakce s uvolněním směsi par a plynů tryskou a vytvořením tahu.
Trysky byly umístěny tak, aby bylo možné synchronním nebo asymetrickým zapínáním motorů pohybovat požadovaným směrem, otáčet se nebo korigovat jejich polohu. Například souběžné zařazení všech motorů směřujících dozadu umožnilo pohyb vpřed a zatáčka byla provedena kvůli asymetrickému začlenění motorů na různých stranách.
První verze SMU obdržela poměrně jednoduchý ovládací panel vyrobený ve válcovém pouzdře a umístěný na bederním pásu. Na boku, pod pravou rukou, byla ovládací páka pro pohyb vpřed nebo vzad. Na přední stěně byla umístěna páka ovládání stoupání a zatáčení. Nahoře byla další páka zodpovědná za ovládání náklonu. Kromě toho byly k dispozici přepínače pro zapnutí motoru, rozhlasové stanice a autopilota. S pomocí takových ovládacích prvků mohl pilot dodávat peroxid vodíku do požadovaných motorů a tím ovládat své pohyby.
Kromě ručního ovládání měla SMU automatizaci navrženou tak, aby usnadnila práci astronauta. V případě potřeby mohl zapnout autopilota, který pomocí gyroskopu a relativně jednoduché elektroniky musel sledovat polohu jetpacku v prostoru, v případě potřeby jej upravovat. Předpokládalo se, že takový režim bude aplikován při dlouhodobé práci na jednom místě, například při obsluze přístrojů na vnějším povrchu kosmické lodi. V tomto případě dostal astronaut příležitost vykonávat různé práce a automatizace musela sledovat zachování požadované polohy.
Verze jetpacku SMU představená reportérům vážila asi 160 liber (asi 72 kg). Při použití na Měsíci byla hmotnost zařízení snížena na 25 liber (11,5 kg) a při práci na oběžné dráze Země by měla být hmotnost zcela volná.
Rozložení jetpacku SMU během testování. Foto ze zprávy
Podle publikace Popular Science byl předložený vzorek SMU vypočítán tak, aby umožnil astronautovi létat až 304 m na jedno tankování peroxidu vodíku. Tah motoru podle vývojářů stačil na přesun dostatečně velkých nákladů. Například byla deklarována možnost pohybu předmětu, například kosmické lodi, o hmotnosti až 50 tun. V tomto případě musel astronaut vyvinout rychlost řádově jednu stopu za sekundu.
Několik měsíců před demonstrací aparátu SMU novinářům, v polovině roku 1962, byl prototyp dodán na leteckou základnu Wright-Patterson (Ohio), kde měl být testován. K provedení všech potřebných testů byli do projektu zapojeni specialisté z ministerstva obrany a speciální vybavení. Jako testovací platforma byl tedy vybrán speciální letoun KC-135 Zero G, který byl použit pro výzkum v podmínkách krátkodobé beztíže.
První let s „nulovou gravitací“se uskutečnil 25. června 62 a během následujících měsíců bylo provedeno několik desítek testů provozu jetpacku v nulové gravitaci. Během této doby bylo možné stanovit základní možnost využití takových systémů v praxi. Kromě toho byly potvrzeny některé charakteristiky a základní údaje o letu. Tah motorů stačil na létání ve vzdušné atmosféře a provádění několika jednoduchých manévrů.
Úspěšné testování zařízení SMU nevedlo k zastavení projekčních prací. Do konce roku 1962 byl zahájen vývoj aktualizované verze jetpacku pro astronauty. V modernizované verzi projektu bylo navrženo změnit rozložení zařízení a také provést další úpravy designu. Kvůli tomu všemu měl zlepšit vlastnosti, především zásoby „paliva“a základní letová data. Po zahájení prací na aktualizovaném projektu se objevil nový název AMU, který se brzy začal uplatňovat ve vztahu k předchozímu produktu SMU, a proto je možný určitý zmatek.
Podle dostupných údajů se modernizovaná AMU vzhledově od základní SMU příliš nelišila. Vnější část trupu neprošla zásadními změnami a systém pro připevnění aparátu na záda astronauta zůstal stejný. Současně se radikálně změnilo rozložení vnitřních jednotek. Dosah letu na úrovni 300 m nevyhovoval NASA, proto bylo navrženo použít novou palivovou nádrž. Jetpack AMU obdržel velkou, dlouhou nádrž s peroxidem vodíku, která zabírala celou střední část trupu. Objem nové nádrže byl 660 metrů krychlových. palce (10,81 L). Další vybavení bylo umístěno po stranách tohoto tanku.
Nové zařízení mimo jiné uchovává nádrž na stlačený dusík vytlačovacího systému pro dodávání peroxidu vodíku. Podle projektu měl být dusík dodáván do palivové nádrže pod tlakem 3500 psi (238 atmosfér). Během testů však byly použity nižší tlaky: asi 200 psi (13,6 atm). Prototyp aparátu AMU byl vybaven motory různých výkonů. Trysky zodpovědné za pohyb vpřed a vzad vyvinuly sílu tahu 20 liber, která se používá k pohybu nahoru a dolů - 10 liber.
Zařízení AMU v budoucnu mohlo získat systém podpory života, ale ani v době, kdy testování začalo, takové zařízení ještě nebylo připraveno. Z tohoto důvodu zkušená AMU, stejně jako její předchůdce, obdržela pouze model požadovaného systému se stejnými rozměry a hmotností. Po dokončení všech nezbytných projekčních prací a testování mohl být kyslíkový systém nainstalován na vesmírný jetpack.
Krátce po skončení montáže, na samém konci roku 1962 nebo začátkem roku 1963, byla AMU poslána na základnu Wright-Patterson k testování. Speciálně vybavený letoun KC-135 Zero G se opět stal „zkušebním místem“jeho kontrol. Různé kontroly pokračovaly minimálně do konce jara 1963.
V polovině května 1963 připravili autoři projektu zprávu o provedených testech. Do této doby, jak je uvedeno v dokumentu, bylo provedeno více než sto letů na parabolické trajektorii, během nichž byla testována činnost jetpacků s nulovou gravitací. Během testů bylo navzdory krátkému trvání letů s nulovou gravitací možné zvládnout ovládání obou vozidel a také ověřit jejich schopnosti pro přepravu pilota nebo nákladu.
Batoh AMU během testování. Foto ze zprávy
V závěrečné části zprávy bylo uvedeno, že jetpack AMU ve své současné podobě má uspokojivé vlastnosti a lze jej použít k řešení úkolů, které mu byly přiděleny. Bylo také poznamenáno, že tah motoru až 20 liber je dostatečný pro řízený let v požadovaném směru a pro provádění různých manévrů. Zvolené uspořádání trysek motorů poskytovalo, jak je napsáno ve zprávě, vynikající kontrolu nad aparátem díky umístění ve stejné vzdálenosti od těžiště systému „pilot + batoh“.
Autopilot obecně fungoval dobře, ale potřeboval vylepšení a další testy. V některých situacích toto zařízení nemohlo správně reagovat na změnu polohy batohu. Kromě toho bylo navrženo „naučit“automatizaci řízení ignorovat malé (až 10 °) odchylky zařízení od určené polohy. Tento režim umožnil výrazně snížit spotřebu peroxidu vodíku.
Astronauti, kteří měli v budoucnu používat produkt AMU, museli absolvovat speciální výcvikový kurz, během kterého mohli nejen ovládat ovládání, ale také se naučit „cítit“aparát. Jeho potřeba byla prokázána několika zkušebními lety pod kontrolou pilota s nedostatečnou úrovní výcviku. V takových případech jednal pilot pomalu a nelišil se v přesnosti ovládání.
Obecně autoři zprávy velmi ocenili samotnou AMU a výsledky jejích testů. Bylo doporučeno pokračovat v práci na projektu, pokračovat ve zlepšování celé konstrukce a jejích jednotlivých komponent a také věnovat pozornost některým letovým režimům. Všechna tato opatření umožnila počítat s tím, že se pro astronauty objeví funkční jetpack, plně vhodný pro řešení všech přidělených úkolů.
NASA a Chance-Vought, stejně jako řada souvisejících organizací, vzaly v úvahu zprávu testerů a pokračovaly v práci na slibných projektech. V polovině dekády bylo na základě vývoje v projektu SMU / AMU vyvinuto nové zařízení, které bylo dokonce plánováno na testování ve vesmíru.
Další práce v oblasti vesmírných jetpacků byla korunována úspěchem. Počátkem osmdesátých let byly do vesmíru vyslány první MMU, které byly použity jako součást vybavení kosmické lodi Space Shuttle. Toto vybavení bylo aktivně používáno v různých misích k řešení různých problémů. Myšlenka jetpacku se tak navzdory spoustě neúspěchů dostala do praktického využití. Je pravda, že jej začali používat ne na Zemi, ale ve vesmíru.
