Brevet FR2630706A1 — publié le 19891103

La présente invention est relative à une combi- naison pressurisée pour astronaute équipée de gants à pression variable à dextérité améliorée. Il est connu de protéger les astronautes de l'en- vironnement hostile qui se trouve dans l'espace à l'aide de vêtements spéciaux connus sous le nom général de combi- naisons pressurisées. Ces combinaisons ont en commun la fonction de protéger un astronaute de l'influence des températures extrêmes, tout en rejetant la chaleur pro- duite par son métabolisme et en lui fournissant un débit d'air constant, nécessaire à sa respiration. Toutefois, ces combinaisons ont aussi en commun l'inconvénient de limiter très sévèrement l'habileté (dextérité) de l'as- tronaute à manier des objets et, en général, à interagir avec son environnement... Pour fournir à un astronaute un environnement confortable, on a suivi deux approches différentes. La première vise à réaliser des combinaisons pressurisées rigides, comprenant des cylindres rigides- destinés à contenir l'air - et des articulations permettant le mou- vement relatif des membres de l'astronaute, eux aussi enveloppés - comme leur corps - d'éléments sensiblement cylindriques rigides. La seconde approche vise à réaliser des combinaisons pressurisées souples consistant en une enveloppe étanche s'adaptant au corps de l'astronaute. Toutefois, les combinaisons rigides ou souples ont les inconvénients représentés par les exigences: - de réaliser des articulations dites à volume constant, en ce qui concerne les combinaisons rigides, de manière à éviter que l'astronaute effectue un travail thermodynamique de compression sur l'air contenu à l'in- térieur de la combinaison, chaque fois qu'il fait des mouvements, et - d'utiliser des cables et autres moyens équiva- lents pour limiter les mouvements des combinaisons pres- surisées souples,toujours dans le but d'éviter quel'astronaute effectue un travail thermodynamique sur l'air qui l'en- toure. Ces inconvénients sont particulièrement aigus en ce qui concerne les gants. A cet effet, il suffit de considérer qu'il est particulièrement difficile de réali- ser des articulations à volume constant aussi petites que les articulations des doigts d'une main, en sorte que pour un astronaute demeurent les difficultés d'accomplis- sement de tâches manuelles précises. Le besoin existe donc dans la technique concer- née de réaliser, en particulier, des gants pressurisés pour astronautes permettant une meilleure dextérité de ceux-ci, à savoir une meilleure sensibilité tactile éten- dant les possibilités de manipulations, ce qui implique de viser une conception légère - et donc d'usage facile - tout en étant économiquement valable. Pour développer un gant satisfaisant aux besoins évoqués plus haut, on a déjà utilisé le principe qui est à la base d'une combinaison pressurisée proposée vers la fin de la décennie 1960-1970. Ce principe consiste à équi- librer la pression interne des tissus du corps humain par des moyens mécaniques, a priori quelconques, en remplace- ment de la pression exercée par l'air, qu'il s'agisse de l'air à laquelle est normalement soumis le corps humain sur la terre ou de l'air existant dans une combinaison pressurisée. Le gant pour astronaute proposé dans l'Art anté- rieur à partir de ce principe est un gant élastique du genre "collant", à savoir adhérent à la peau de la main de l'astronaute (dit 'skinsuit glove" selon la terminolo- gie anglosaxonne), qui est conçu de manière à permettre l'application à chaque main d'un astronaute d'une pression due à l'action de serrage du gant élastique et sensible- ment égale à la pression qu'exercerait l'air dans une combinaison pressurisée classique. Ce gant de l'Art anté- rieur est donc basé sur le concept de"pressurisation élas- tiqueet permet la réalisation de combinaisons pressuri- sées hybrides, à savoir de combinaisons assurant la pres- surisation du corps d'un astronaute de manière classique et la pressurisation des mains à l'aide du gant élastique évoqué plus haut. A cet effet, une combinaison hybride comporte une interface entre le corps pressurisé normale- ment et chaque main pressurisée élastiquement (des infor- mations plus détaillées concernant la technique employée dans l'Art antérieur peuvent être appréciées à l'aide de l'Article scientifique "ADVANCED SPACESUIT GLOVE DESIGN" publié en 1985 par le MASSACHUSSETS INSTITUTE OF TECHNO- LOGY, pages 469 à 488). Toutefois, bien que la dextérité des mains d'un astronaute soit nettement améliorée à l'aide de gants élastiques par rapport aux combilnaisons pressurisées clas- siques, il est clair que cette dextérité est loin d'être comparable à celle que l'astronaute aurait avec les mains libres, ce qui correspond évidemment à une condition idéale. La présente invention s'est donc donné pour but de pourvoir à une combinaison pressurisée équipée de gants élastiques qui permettent de conférer une meilleure dextérité aux mains d'un astronaute et qui constituent un compromis acceptable entre les deux conditions extrêmes représentées par les mains de l'astronaute soumises à une pression égale à celle du reste du corps et par les mains libres. La solution apportée à cet effet par la présente invention est basée sur les connaissances physiologiques actuelles selon lesquelles les astronautes peuvent travail- ler relativement longtemps en ayant leurs mains à une pression inférieure par rapport au reste de leur corps et tient aussi compte du fait'que les astronautes nécessitent une dextérité améliorée seulement lors de l'accomplisse- ment de tâches particulières ayant trait, par exemple, à la manipulation d'objets de petites dimensions,tels que des pinces, tournevis ou autres, ou à des interventions sur appareils électriques, telles que réalisation de connexions électriques et en général manipulation de câbles électriques. Au contraire, une telle dextérité minutieuse n'est'pas requise lors de l'accomplissement d'opérations concernantdesstructuresdegrandes dimensions. La présente invention a pour objet un-procédé pour augmenter la dextérité d'un astronaute équipé d'une combinaison pressurisée,notamment pour augmenter sa dextérité manuelle,cette combinaison étant pourvue de gants pressurisés communiquant,en conditions normales, avec la partie restante de la combinaison,lequel procédé est caractérisé en ce qu'on réduit la pression dans chaque gant par rapport à la pression existant dans la partie restante de la combinaison, - et ce pour une pé- riode de temps pendant laquelle la dextérité manuelle de l'astronaute doit être augmentée -, après avoir séparé les gants de la partie restante de la combinaison. La présente invention a également pour objet une combinaison pressurisée équipée de gants élastiques communiquant, en conditions normales, avec l'intérieur de la partie restante de la combinaison, qui est remplie d'air à une pression égale à celle qui doit agir sur le corps d'un astronaute en conditions d'équilibre physiologique,laquelle combinaison est caractérisée en ce que chaque gant coopère avec un dispositif de réduction de la pression dans le gant par rapport à la pression de la combi- naison pour augmenter la dextérité des mains de l'astro- naute, lequel dispositif est interposé entre chaque gant et la partie restante de la combinaison. Selon un mode de réalisation préféré de la combi- naison conforme à l'invention, chaque dispositif de réduc- tion de la pression dans le gant comprend: - un joint élastique gonflable, qui est disposé entre le gant et la partie restante de la combinai- son, autour d'une zone annulaire correspondant à un poignet de l'astronaute, et qui est fixé à ce gant ainsi qu'à cette partie restante de la combinaison, lequel joint est constitué par une chambre à air annulaire (toroidale) déformable, un jeu fonctionnel existant en conditions normales entre la paroi interne du joint et le poignet,qui sont en regard l'une de l'autre,de manière à permettre l'inter- communication entre le gant et la partie restante de la combinaison(dans ces conditions); - un moyen de pressurisation du joint,qui est constitué par une micro-pompe qui aspire l'air existant dans le gant pour le refouler dans la chambre déformable du joint, et - une valve de contrôle de la pression du joint. Selon une disposition préférée de ce mode de réalisation, le dispositif précité comporte également une valve de commande de la micro-pompe, qui est actionnée lorsque la pression dans le gant dépasse une valeur mini- male préfixée correspondant à la dextérité souhaitée, tandis que la pompe est arrêtée lorsque cette valeur mini- male est atteinte. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions, qui ressorti- ront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés r dans lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation du dispositif de réduction de la pression d'un gant faisant partie d'une combinaison pressurisée pour astronaute; - - la figure 2 illustre une variante delafigure 1; - la figure 3 illustre une autre variante, cor- respondant à un mode de réalisation préféré. La référence numérique 1 se rapporte à un gant pour combinaison pressurisée, réalisé en un matériau élastique et présentant une pa roi 3 qui délimite conjointement avec la peau 2 de la main M d'un astronaute un espace aplati 4 rempli d'air dont la pression est normalement égale à la valeur de pressurisation physiologiquescdu corps de l'astronaute (non représenté). A cet effet, l'espace 4 communique avec la partie restante de la combinaison pressurisée 10 (dont seulement une petite portion - à l'interface avec le gant - est représentée), o l'air se trouve à la pression PC' La référence numérique 20 se rapporte à un dis- positif de variation de la pression dans le gant, à savoir de 1.5 la pression existant dans l'espace {ou chambre) 4, et - notamment destiné à la réduction de la pression du gant à une valeur PM inférieure à la valeur PC précitée. De cette manière, il est possible de satisfaire aux deux exigences opposées suivantes, à savoir: i) nécessité de disposer d'une pression relati- vement élevée dans la combinaison pressurisée pour des questions physiologiques, et ii) nécessité d'une pression réduite, notamment dans les gants de la combinaison, pour améliorer la dex- térité manuelle de l'astronaute. A cet effet, le dispositif 20 de réglage de la pression du gant 1 comporte un joint gonflable 30, constitué par une chambre à air toroldale 31 délimitée par une paroi déformable 32. Ce joint est fixé à la paroi 2 du gant 1 ainsi qu'à la partie restante de la combinai- son pressurisée 10 et est disposé en reqard du Doignet P de l'astronaute. En conditions normales, le joint 30 présente un jeu fonctionnel par rapport au poignet P de l'astronaute, en sorte que la pression PM existant à l'intérieur de celui-ci est égale à la pression PC existant àl'intérieur de la combinaison pressurisée 10. Ce jeu fonctionnel peut être annulé pour créer une barrière entre la chambre 4 du gant 1 et l'intérieur de la partie restante de la combinaison 10.A ceteffet, le joint coopère avec une pompe miniaturisée (micro-pompe,notamment actionnée par un moteur électrique, lui aussi également miniaturisé:micro-moteur électrique), indiquée par la référence numérique 40. Cette. pompe aspire l'air existant à l'intérieur de la chambre 4 du gant 1 pour le refouler dans la chambre toroldale 31 du joint 30, à l'intérieur de laquelle s'établit une pression Pj supérieure à la pression PC' Il est facile de comprendre le fonctionnement du dispositif de réglage 20. Au fur et à mesure que la pompe aspire l'air de la chambre 4 du gant 1 (en conditions normales, cette chambre communique avec la partie restan- te de la combinaison pressurisée 10, à l'intérieur de laquelle existe la pression PC: cela signifie que dans ces conditions PM = Pc) la pression PJ existant dans la chambre déformable 31 augmente, et ce jusqu'au moment o le joint 30 ainsi pressurisé commence à serrer le poignet de l'astronaute. Cela revient à dire qu'à ce moment le gant 1 est séparé de la partie restante de la combinaison 10. Lorsque cette condition est remplie, la pression PM dans le gant commence à diminuer sous l'effet d'aspiration de la pompe 40, qui communique, d'une part, - par l'inter- médiaire de la conduite 41 -, avec le gant 1 et, d'autre part, - par l'intermédiaire de la conduite 42 -, avec la chambre déformable 31 du joint 30. Etant donné que l'adhérence qui s'établit entre la paroi interne du joint 30 et le poignet de l'astronaute n'est pas parfaite lorsqu'ils viennent en contact mutuel, sous l'action de la pression P8, le jeu fonctionnel n'est pas exactement nul dans ces conditions. Ceci signifie qu'un débit d'air de fuite commence à s'établir, sous l'action d'aspiration de la pompe, en direction de la chambre 4 du gant 1 (ce débit et cette direction sont illustrés par la flèche DF: pour des raisons d'illustration du fonction- nement du dispositif, les dimensions du faible jeu respon- sable de l'établissement du débit de fuite DF ont été exa- gérées, de même que celles de la chambre 4). Cela revient à dire que, pendant que la pression PM diminue, le débit DF augmente, et ce jusqu'à ce que la pression PM se stabilise en une certaine valeur, inférieure à PC. Etant donné que le débit de fuite est fonction de la pression Pj, il est possible de régler la pression P en agissant sur Pj, dont la valeur peut être contrôlée M à l'aide d'une valve 50 permettant de refouler, en partie, l'air aspiré du gant 1 vers la partie restante de la combi- naison pressurisée 10. A cet effet, la valve est disposée sur une conduite de refoulement auxiliaire 43 reliant la conduite de refoulement principale 42 à la combinaison pressurisée 10. La valve de contrôle de la pression du joint 30 ainsi pressurisé peut être disposée à l'intérieur de la combinaison (cf. la référence 50a à la figure 2) ou à l'extérieur de celle-ci (cf. la référence 50b àla figure 1). Cette valve de contrôle peut être commandée manuellement par l'astronaute en agissant sur l'élément de commande 51. La figure 3 diffère par rapport aux figures 1 et 2 en ce que le dispositif de réglage 20 comporte une valve de commande 60 de la pompe. Celle-ci est équipée d'un cla- pet de commande qui interrompt le fonctionnement de la pompe lorsque la pression PM dans le gant atteint une valeur minimale préfixée, fonction du degré de dextérité souhaité par l'astronaute. Lorsque la pression PM dépasse cette valeur minimale, à cause du débit de fuite DF, le clapet de commande autorise l'activation de la pompe 40. Il est ainsi possible d'éviter que cette pompe fonctionne continuellement. La présente invention propose donc une combinai- son pressurisée ayant les avantages suivants: 1 ) elle permet l'utilisation de pressions PC au moins égales à 0,7 bar, ce qui évite la nécessité de la "respiration préalable", dite "prebreathing" suivant la terminologie anglo-saxone: il s'agit de la respi- ration d'oxygène pur de la part d'un astronaute, pen- dant une certaine période de temps, avant d'entre- prendre une quelconque activité à l'extérieur d'un engin spatial, (abrégée parEVA - Extra-Vehicular Activity - dans la terminologie anglo- saxone), de manière à éviter le mal de décompression, c'est-à-dire les effets pathologiques dus à un désiquilibre de pression, 2 ) elle confère à un astronaute, lors de l'exécution des EVA, une dextérité manuelle améliorée grâce à l'uti- lisation de pressions PM inférieures par rapport à PC, et notamment de l'ordre 'd'environ-0,5 bar. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- - vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée de la présente invention. En parti- culier, il y a lieu de souligner que la représentation et l'emplacement de la micro-pompe sont purement schématiques et visent essentiellement à illustrer le fonctionnement du dispositif de variation de la pression dans le gant;en outre, la disposition et les dimensions réelles de tels disposi- tifs et, en particulier, de la pompe, ainsi que la fixa- tion de ce dispositif au gant et à la partie restante de la combinaison, correspondent à des aspects de conception à la portée de tout homme du métier. REVENDICATIONS 1. Combinaison pressurisée (10) équipée de gants élastiques(1)' communiquant, en conditions normales,avec l'intérieur de la partie restante de la combinaison (10), qui est remplie d'air à une pression(P) C égale à celle qui doit agir sur le corps d'un astronaute en conditions d'équilibre physiologique,laquelle combinai- son est caractérisée ence que chaque gant (1j coopère avec un dispositif (20) de réduction de lapression (PM) du gant par rap- port à la pression (Pc) de la combinaison (10), pour aug- menter la dextérité des mains (M) de l'astronaute, lequel dispositif est interposé entre chaque gant (1) et la partie restante de la combinaison (10). 2. Combinaison selon la revendication 1, carac- térisée en ce que chaque dispositif (20) de réduction de la pression (PM) du gant correspondant (1) comprend: - un joint élastique gonflable (30), qui est disposé entre le gant (1) et la partie restante de la combinaison (10),autour d'une zone a n n u l a i r e cor- respondant à un poignet (P) de l'astronaute, et qui est fixé au g a n t a in s i qu ' à la partie restante de la combinaison, lequel joint est constitué par une chambre à air annu- laire (toroïdale) déformable (31),un jeu fonctionnel existantencondi- tions normales entre la paroi interne du joint (30) et le poignet (P), qui sont en regard l'une de l'autre, de manière à permettre l'intercommunication entre le gant(1) et la partie restante de la combinaison (10); - un moyen de pressurisation du joint, consti- tué par une micro-pompe (40) qui aspire l'air existant dans le gant (1) pour le refouler dans la chambre déforma- ble (31) du joint (30), et - une valve de contrôle (50a, 50b) de la pres- sion (PJ) du joint (30). 3. Combinaison selon la revendication 2, carac- térisée en ce que chaque dispositif (20) précité comporte également une valve de commande (60) de la micro-pompe(40), qui est actionnée lorsque la pression (PM) dans le gant(1) dépasse une valeur minimale préfixée correspondant à la dextérité souhaitée, tandis que la pompe (40) est arrêtée lorsque cette valeur minimale est atteinte. 4. Procédé pour augmenter la dextérité manuelle d'un astronaute équipé d'une combinaison pressurisée (10) comprenant des gants élastiques pressurisés (1) qui commu- niquent, en conditions normales, avec la partie restante de la combinaison, caractérisé en ce que: - on sépare les gants de la partie restante de la combinaison pour une période de temps pendant laquelle la dextérité manuelle de l'astronaute doit être augmentée, - on réduit la pression (PM)dans chaque gant (1) M par rapport à la pression (Pc) existant dans la combinai- son (10) pendant la période de temps précitée.