Skafandr EMU znamenal pro Američany kvalitativní skok v porovnání s předchozími obleky. Umožňoval nezávislý pohyb v prostoru, jeho výdrž umožňovala provádět i komplikované výstupy, došlo dokonce i na manévrovací jednotku v podobě raketového křesla MMU. Ovšem současně se započetím plánů na kosmickou stanici, jež po mnoha peripetiích a porodních bolestech dodnes krouží nad našimi hlavami pod názvem ISS, bylo evidentní, že frekvenci výstupů, jež měla během montáže stanice skokově vzrůst, nebude možné s „Baseline“ EMU zajistit. Bylo třeba vylepšit systém zajištění životních podmínek a usnadnit jeho servis přímo na orbitu, bylo nutné také vylepšit pracovní podmínky nositelů skafandrů. Podle zkušeností s dosavadními výstupy bylo také evidentní, že dlouhodobá práce s nástroji a pomůckami klade velké nároky na fyzickou kondici astronautů a někdy je příliš namáhavá. Na pořadu dne tedy byl i vývoj pomůcek, jež by usnadňovaly vysilující práci s různými nástroji. Už na počátku osmdesátých let se tedy rozběhly u různých subjektů studie na nový skafandr, jenž by zajistil montáž stanice, tehdy ještě nazývané „Freedom“. V průběhu několika let se vynořilo pár zajímavých návrhů, nakonec však vše dopadlo úplně jinak…

Raketoplány a ISS – Enhanced EMU

Jedním z požadavků, který se objevil na počátku osmdesátých let, bylo zkrácení doby, kdy astronauti před výstupem vdechují čistý kyslík. Tato perioda, trvající až několik hodin, má za cíl vyplavit z krve a tkání astronautů pokud možno co nejvíce dusíku. Ve skafandrech totiž panuje nižší tlak, než na palubách raketoplánů, lodí a stanic. Pokud by astronaut vynechal tuto přípravu, po snížení tlaku by se u něj projevila kesonová nemoc (dnes známá spíše jako dekompresní nemoc), kdy se v krvi a tkáních tvoří bublinky dusíku. Tento stav může vést až ke křečím, ztrátě vědomí a smrti. Pokud by byly skafandry natlakovány na ekvivalent tlaku na palubě raketoplánu nebo stanice, byly by příliš tuhé a neohebné a tudíž nepoužitelné. Hodiny, které astronauti tráví předdýcháváním kyslíku lze z jistého pohledu považovat za ztracené, neboť astronauti jsou vázáni na jedno místo a nemohou se nijak výrazně podílet na práci na palubě. Současně se tím prodlužuje doba reakce v případě nutnosti nouzového výstupu.

V roce 1980 proto začalo několik center NASA pracovat na vývoji skafandru s označením ZPS („Zero Prebreathe Suit“ – skafandr s nulovou dobou „předdýchávání“ kyslíku). Do prací se zapojila také firma ILC a podařilo se vytvořit demonstrátor obleku, jenž fungoval při vnitřním tlaku 570 hPa. Tato hodnota zcela eliminuje nutnost předdýchávání kyslíku. Zůstalo však pouze u demonstrátoru, v roce 1983 byly práce ukončeny. Zkušenosti s tímto konceptem se přenesly i do dalších návrhů firmy ILC, mezi nimiž je zajímavý například oblek Mk.III, u něhož byl použit zadní vstup podobně, jako u skafandrů Orlan. Vývoj pak pokračoval ještě konceptem „Advanced EMU (pokročilá EMU)“, ten však byl zastaven zkraje roku 1990. Tehdy NASA rozhodla, že oblek pro budoucí stanici bude vycházet ze stávajícího skafandru EMU.

Vylepšení skafandru EMU však neměla vyústit v jednorázové nasazení definitivní inovované verze. Konstruktéři zvolili spíše evoluční postup s tím, že EMU bude vylepšován postupně. Vzhledem k modularitě komponentů EMU to nebyl nijak velký problém. Nová generace amerických skafandrů dostala název „Enhanced EMU (vylepšená EMU)“.

První vlaštovkou se stal v roce 1994 systém SAFER („Simplified Aid For EVA Rescue“ – zjednodušená pomůcka pro záchranu během EVA). Tento přístroj v podobě krabice se dvěma rameny se připínal na spodní stranu batohu LSS a jeho úkolem bylo dostat zpět astronauta v případě, že by odlétnul od stanice. Zatímco u raketoplánů se mohli astronauti spolehnout na to, že pro ně v případě průšvihu orbiter doletí, plánovaná stanice tuto možnost neměla. SAFER funguje na stlačený dusík a zvládne udělit astronautovi impulz až 3,6 m/s. Poprvé jej otestoval Mark Lee při letu STS-64. Postupně se během misí raketoplánů na stávajících skafandrech začaly objevovat také vylepšené svítilny, kamera s lepším rozlišením, nové rukavice s možností elektrického vyhřívání, vylepšené baterie, radiostanice a další úpravy. Ovšem ty největší zásahy proběhly přímo na základních součástkách skafandru.

Základní premisou byla možnost obsluhy a servisních zásahů přímo posádkou a také dlouhodobé skladování skafandrů na stanici. Do té doby podstupovaly EMU relativně krátké mise a poté je k provedení servisních prací dostal do rukou pozemní personál. Na palubě plánované stanice však mělo být všechno jinak – stejně jako u ruských obleků měly vylepšené EMU setrvat na palubě stanice několik měsíců až let a jejich doprava na Zem kvůli výměně či opravě některého komponentu měla být mnohem složitější.

Vyvstala tak potřeba mít možnost vyměnit základní komponenty skafandru v improvizovaných podmínkách. Komponenty, jež bylo možné takto měnit, dostaly označení ORU („On-orbit Replaceable Unit“ – jednotka vyměnitelná na orbitu). Enhanced EMU tak dostala do vínku nový typ horního tuhého torza HUT. Původní torzo bylo projektováno na životnost 6 let. Nové HUT by mělo vydržet v provozu až 14 let. Krom modifikovaného uchycení rukávů také umožňuje výměnu zobrazovacího a ovládacího modulu DCM, výměnu rukávů a odepnutí batohu LSS. Pro rukávy byly použité materiály chemicky upraveny tak, aby se zvýšila jejich životnost.

V rámci batohu LSS také došlo k zásadním změnám. Jednou z nejdůležitější bylo zavedení kazet Metox pro pohlcování CO₂. Do té doby používané kazety na bázi hydroxidu lithného nebylo možné na orbitu repasovat. Kazety Metox využívají substanci, jejímž základem jsou kovové oxidy (odtud název Metox – zkratka Metal Oxide), zejména oxid stříbra. Po dosažení saturace lze kazetu vyjmout z batohu a ve speciální „troubě“ provést regeneraci. Ta trvá přibližně 10 hodin. Systém Metox byl poprvé ve výbavě astronautů v květnu 2000 během mise STS-101.

Byla také navýšena kapacita baterií. Zatímco u Baseline EMU měly svítilny a kamery samostatné napájení z dedikovaných baterií a vyhřívání rukavic bylo kvůli nedostatku energie vyloučeno, pro nové obleky byl vytvořen komponent s akronymem REBA („Rechargeable EVA Battery Assembly“ – dobíjecí bateriová sestava pro EVA). Ta nyní napájí všechny ostatní komponenty včetně vyhřívání rukavic. Zvýšila se také životnost baterií – u Baseline EMU aktivovaná baterie vydržela ve funkčním stavu 170 dní a šest nabíjecích cyklů. Enhanced EMU má v sestavě REBA k dispozici baterie ICB (Increased Capacity Battery – baterie se zvýšenou kapacitou) s životností až 425 dní a 32 nabíjecích cyklů.

Šťastlivec, jenž má před sebou vycházku do volného prostoru ve skafandru EMU, začíná přípravu několik hodin před výstupem. Protokol nařizuje začít dýchat čistý kyslík 2 hodiny a 20 minut před snížením tlaku ve skafandru na pracovní úroveň. Na začátku této periody, zvané „prebreathe (předdýchávání)“ astronauti mimo jiné zhruba 10 minut velmi intenzivně cvičí na staničním veloergometru. V průběhu předdýchávání je v přechodové komoře po etapách snižován tlak a zhruba hodinu a dvacet minut po začátku periody astronauti navlékají skafandry. Poté ještě hodinu dýchají kyslík ve svých skafandrech. Teprve po skončení těchto příprav je tlak ve skafandrech na nominální hodnotě 296 hPa. Až nyní se může konečně definitivně z přechodové komory vypustit zbytek atmosféry a astronauti mají zelenou ke svému výstupu.

Co se samotného oblékání skafandrů týče, tato procedura začíná, jako je tomu i u ruských Orlanů, poměrně nedůstojným oděvním doplňkem. Pod akronymem MAG („Maximum Absorbent Garment“ – maximálně absorpční prádlo) se skrývá plena pro dospělé, nezbytná při dlouhých, až osm hodin trvajících výstupech. Na MAG astronauti navlékají dvoudílné termální bavlněné prádlo. Pak už přichází řada na LCVG („Liquid Cooling Ventilation Garment“ – vodou chlazené prádlo). To je dodáváno v sedmi velikostech a lze jej ještě dodatečně upravit tak, aby maximálně vyhovovalo každému astronautovi. V prádle je všita síť přibližně 100 metrů trubiček, jimiž protéká voda. Její teplotu je možné regulovat a tím vytvářet tepelný komfort odpovídající téměř jakékoli fyzické zátěži.

Pak konečně přichází čas na skafandr samotný. Nejprve se astronaut nasouká do „kalhot“ LTA. Jsou složeny ze tří částí – jedna část sahá od pasu přibližně po horní část stehen, druhá od horní části stehen po oblast nad kotníky a poslední částí jsou integrované boty od kotníků dolů. Mezi tyto části je možné vkládat speciální kroužky, pomocí nichž lze přizpůsobit délku nohavic. Integrované boty jsou k dispozici ve dvou velikostech, je možné je vybavit speciálními vložkami pro přizpůsobení velikosti chodidla. Horní i prostřední část LTA je také možno přizpůsobit pomocí soustavy lanek a závlaček. Je zajímavé, že nohavice nemají žádné klouby, nohy jsou totiž během EVA víceméně bez využití – jejich jedinou funkcí je přichycení astronauta k pracovnímu místu. Jak podotkl astronaut Paul Weitz: „Pokud byste byli profesionálním EVA-erem, asi byste si nechali nohy amputovat, protože jsou k ničemu.“

Po nasazení LTA přijde zajímavá fáze, během níž astronaut připomíná červa. Musí se totiž zespodu nasoukat do sestavy HUT. Ta je přichycena na speciálním rámu a je k ní již připevněn batoh LSS. Torzo HUT samotné je k dispozici ve třech velikostech a je celkově těsnější, než obdobná část ruského Orlanu. K HUT jsou připevněny rukávy, sestávající ze dvou částí –paže a předloktí. Mezi ně je opět možno vložit kroužek pro přizpůsobení délky. Navíc je předloktí vyráběno v devíti velikostech, takže je možné přizpůsobit rukávy skutečně komukoli. Zatímco v lokti a v zápěstí může astronaut využít dobrodiní ložisek, spoj mezi HUT a rukávy je oproti Baseline EMU zjednodušen, nepříjemnou cenou je však omezení hybnosti ramen. Dovnitř HUT je zavěšován vak s pitím, jenž obsahuje cca 0,95 l vody. Je vybaven brčkem s „kousacím“ ventilem. Ten zabraňuje nechtěnému úniku obsahu v beztíži.

Tlakovou obálku skafandru tvoří vrstva nylonu, pokrytého uretanem. Bobtnání pak zabraňuje vrstva Dakronu. Pro optimální tepelný komfort a ochranu proti mikrometeoroidům slouží TMG („Thermal Micrometeoroid Garment“ – termální proimikrometeoroidní návlek). Ten pokrývá jak skafandr, tak batoh LSS. Vnitřní vrstvu tvoří pogumovaný nylon a sedm vrstev mylaru pokrytého vrstvičkou hliníku. Vnější vrstva je vyrobena z tkaniny zvané „orthofabric“, což je směs Goretexu, Kevlaru a Nomexu. Má za úkol odrážet sluneční paprsky, chránit před impakty mikrometeorodů, před ohněm a termálními extrémy.

Když je skafandr navlečen, přichází na řadu rukavice. Jsou dodávány v mnoha velikostech (v některých případech se vyrábějí na míru) a pomocí zabudovaných prvků je lze dále přizpůsobit individuálním potřebám astronautů. Rukavice mohou být elektricky vyhřívány. Pod rukavice může astronaut navléci bavlněné bílé rukavičky pro lepší odvod potu a potítka, jež zabraňují podráždění kůže v oblasti zápěstí.

Na hlavu astronauta pak zamíří komunikační čepička „Snoopy Cap“. Obsahuje sluchátka a mikrofony. Posledním dílem garderoby je helma. Jedná se o důvěrně známou „bublinu“ z polykarbonátu, dodávanou v jediné unifikované velikosti. Je vybavena opěrkou hlavy, za jejíž základnou bychom našli výdech ventilace, u levého ucha se nachází ventil, používaný spolu se systémem SOP (viz. níže). Na helmu je nasazován návlek EVVA („Extravehicular Visor Assembly“). Ten obsahuje sluneční filtr a stínítka. Oblek samostatně váží přibližně 55,3 kg.

Na zádech HUT je předem připevněn batoh LSS, jehož systémy je možno kontrolovat a ovládat pomocí jednotky DCM („Display and Control Module“ – zobrazovací a ovládací modul). DCM má podobu jakési „krabice“ na hrudi astronauta a na jeho horní straně se nachází displej, zobrazující nejdůležitější informace o provozu, případně poruchách. Pokud si to astronaut přeje, je možné displej vybavit Fresnelovou čočkou pro lepší čitelnost. Popisky ovládacích prvků na přední straně DCM jsou zrcadlově obráceny, aby bylo možné je lépe přečíst s pomocí zrcátka na rukávu.

Batoh LSS v sobě skrývá systémy, nutné k udržení životních pochodů a práceschopnosti astronauta. Jedním z nejdůležitějších komponentů jsou dvě primární nádrže celkem s 0,5 kg kyslíku. Ten je uchováván pod tlakem 6,2 MPa a podle potřeby je doplňován do uzavřené ventilační smyčky. V případě nutnosti je možné využít nouzové zásoby kyslíku ve dvou lahvích SOP („Secondary Oxygen Pack“ – sekundární kyslíková sestava). Zhruba 1,2 kg kyslíku, uchovávaného pod tlakem 41 MPa zvládne v otevřené ventilační smyčce (jeden ventil je umístěn na helmě, druhý na DCM – není je však možno otevřít současně – průtok kyslíku by byl příliš vysoký a skafandr by nedokázal udržet tlak) udržet astronauta naživu zhruba po dobu 30 minut. Chlazení organismu je zajištěno prostřednictvím 4,5 kg vody, jejíž část cirkuluje oblekem LCVG. Celý batoh má včetně náplní hmotnost zhruba 85 kg, k tomu je třeba připočíst ještě 19,6 kg vážící systém SAFER.

První oblek v kompletním standardu Enhanced EMU (tedy se všemi vylepšeními a změnami) podstoupil svou premiéru v prosinci 1998 v rámci mise STS-88. Shodou okolností se jednalo o první misi k zárodku stanice ISS. Od té doby skafandry EEMU provedly desítky výstupů, z nichž většina proběhla k plné spokojenosti zúčastněných. EEMU dokonce vytvořily rekord v délce výstupu, když 11. března 2001 James Voss a Susan Helms strávili ve vakuu neuvěřitelných 8 hodin a 56 minut. Řídicí středisko velmi pečlivě dohlíželo na stav zásob v batozích LSS i na fyzický stav obou astronautů. Téměř devítihodinová výdrž při zachování práceschopnosti je výbornou vizitkou pro ILC Dover i Hamilton Sundstrand (firma vznikla v roce 1999 spojením Hamilton Standard a Sundstrand Corp.), tedy výrobce obleku, respektive batohu LSS.

Ne vždy však šly věci podle plánu. I skafandr EMU má svá slabá místa. Jednou z nejporuchovějších součástek je infračervený senzor CO₂, který dlouhodobě vykazuje přílišnou citlivost na přítomnost vlhkosti. Senzor selhal mnohokrát během testů, ovšem horší jsou poruchy během ostrého použití, jejichž počet se momentálně vyšplhal na šest případů. Ani zdaleka se však neblíží nejvíce „zlobivému“ komponentu skafandru EMU. Tím je modul DCM, jenž má na kontě 14 selhání při letu. Bez problémů nejsou ani baterie. V roce 2014 byl u jedné z nich objeven problém, který se teoreticky mohl týkat všech kusů, jež v té době byly na stanici ISS. Situace si vyžádala urychlenou dopravu náhradních kusů na stanici.

Ovšem zřejmě největší negativní publicity se podařilo docílit součástce, označované jako Item 123 F/P/S. Pod nicneříkajícím názvem se skrývá sestava ventilátoru, vodní pumpy a separátoru, jež je umístěna ve ventilační smyčce a má za úkol mimo jiné separovat vlhkost ve vydechovaném vzduchu od plynné složky. Vinou kontaminace separátoru se v červenci 2013 objevila voda v helmě skafandru Lucy Parmitana v natolik velkém objemu, že reálně ohrozila Itala na životě. Kontaminace pocházela z jednotky, jež mezi jednotlivými výstupy pročišťuje ultračistou vodu v chladicím okruhu batohu LSS. Po této děsivé epizodě byly provedeny změny v procedurách a do skafandru přibyly dvě nové součástky. První je houbička u výdechu ventilační soustavy za hlavou astronauta. Ta má za úkol případnou vodu v helmě absorbovat a astronauti se během výcviku učí pohybem hlavy občas houbičku kontrolovat. Kapacita houbičky se pohybuje okolo 600-800 ml. Druhou součástkou je „šnorchl“, tedy asi 50 cm dlouhá trubička, jejíž jeden konec ústí do helmy a druhý zhruba v oblasti astronautova břicha. V případě výskytu v helmě má voda podle zkušeností, nechtěně získaných Parmitanem, tendenci ulpívat na obličeji včetně nosu a úst. Šnorchl tak má napomoci dýchání astronauta do doby, než bude moci sejmout helmu.

Přes veškeré úsilí specialistů se však problém s výskytem vody ve skafandru nepodařilo zatím zcela vyřešit. Zatím poslední EVA, která proběhla letos 15. ledna. Během ní Tim Kopra zjistil ve své helmě přítomnost vody a vycházka musela být po necelých pěti hodinách předčasně ukončena. Odkud se voda v helmě vzala, to je zatím předmětem vyšetřování, nicméně pikantní na celé záležitosti je fakt, že Kopra měl na sobě komplet EEMU s číslem 3011, tedy stejnou sestavu, jakou oblékl v červenci 2013 Luca Parmitano. Zda se chyba skrývá v tomto konkrétním kusu skafandru je těžké odhadnout (ucpaný separátor byl po Parmitanově anabázi vyměněn). Je také možné, že chladicí okruh skafandru obsahuje nějakou systémovou vadu, kterou není možné odhalit v laboratorních podmínkách. Koneckonců – o tom, jak věci fungují ve stavu beztíže, ještě zdaleka nevíme vše…

Přes výše zmíněné problémy je skafandr EEMU důležitým faktorem, zajišťujícím přítomnost lidí ve vesmíru. Spolu s ruskými Orlany je nenahraditelný při údržbě a rozšiřování stanice ISS. Nicméně ani EEMU nemůže sloužit věčně. Od roku 2008 probíhá v rámci NASA studie a vývoj komponentů nového skafandru, zvaného Advanced EMU (stejný název měla i studie, zastavená v roce 1990). Nástupce stávajících skafandru by měl zachovat některé v současnosti používané komponenty (například primární kyslíkové nádrže, TMG nebo ventilátor). Více než 80% součástí a komponentů by však mělo být pro Advanced EMU nově vyvinuto. Za zmínku stojí například membránový evaporátor, jenž má nahradit stávající sublimátor, nebo systém RCA (Rapid Cycle Amine), tedy komponent, jenž nahradí kazety METOX a jehož úkolem bude zachycovat z vydechovaného vzduchu CO₂ a současně i vlhkost. Zajímavostí je také integrovaná helma a přístupová dvířka na zádech po vzoru Orlanů.

Zatím je však nasazení AEMU ještě daleko. S vyřazením stávajícího modelu se rozhodně nepočítá minimálně do dvacátých let tohoto století. Podle všeho se tak zdá, že skafandry EMU mají po zásluze své jisté místo nejen v dějinách kosmonautiky, ale také minimálně v blízké budoucnosti…

(článek má pokračování)

Zdroje obrázků:

http://images.mentalfloss.com/sites/default/files/styles/insert_main_wide_image/public/emu.jpg
ILC Space Suits & Related Products,0000-712731, Rev. A (kredit: W. Airey)
http://d2rormqr1qwzpz.cloudfront.net/photos/2015/06/10/76988-maxresdefault.jpg (kredit: tested.com)
https://c2.staticflickr.com/6/5483/9206205137_4c6a7bec56_b.jpg (kredit: NASA)
https://en.wikipedia.org/wiki/File:STS-118_EVA_EMU_Suit.jpg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Emu_spacesuit_control_module.jpg