Jetpacks uit de jaren vijftig van de vorige eeuw konden niet bogen op hoge prestaties. De voertuigen die toch de lucht in wisten te komen, hadden een te hoog brandstofverbruik, wat de maximaal mogelijke vliegduur negatief beïnvloedde. Daarnaast hadden de verschillende ontwerpen nog een aantal andere problemen. Na verloop van tijd raakten het leger en de ingenieurs gedesillusioneerd door dergelijke technologie, die eerder als veelbelovend en veelbelovend werd beschouwd. Dit leidde echter niet tot een volledige werkonderbreking. Helemaal aan het einde van de jaren vijftig raakte NASA geïnteresseerd in dit onderwerp, dat nieuwe technologie hoopte toe te passen in ruimteprogramma's.
In de nabije toekomst hoopten NASA-specialisten niet alleen een man de ruimte in te sturen, maar ook verschillende andere problemen op te lossen. Met name de mogelijkheid om in de open ruimte, buiten het schip, te werken, werd overwogen. Voor een volwaardige oplossing van problemen in dergelijke omstandigheden was een bepaald apparaat vereist met behulp waarvan de astronaut vrij in de gewenste richting kon bewegen, manoeuvreren, enz. Helemaal in het begin van de jaren zestig vroeg NASA om hulp van de luchtmacht, die tegen die tijd verschillende soortgelijke programma's had uitgevoerd. Daarnaast trok ze verschillende bedrijven uit de luchtvaartindustrie aan om te werken, die werden uitgenodigd om hun eigen versies van een persoonlijk vliegtuig voor het ruimteprogramma te ontwikkelen. Zo'n aanbod kwam onder meer binnen bij Chance-Vought.
Volgens beschikbare gegevens kwamen NASA-specialisten zelfs in het stadium van vooronderzoek tot conclusies over de optimale vormfactor van veelbelovende technologie. Het bleek dat het handigste persoonlijke vervoermiddel een rugzak zou zijn met een set straalmotoren met laag vermogen. Dergelijke apparaten werden besteld door aannemersbedrijven. Opgemerkt moet worden dat ook andere varianten van het apparaat werden overwogen, maar het was de rugzak die op de rug van de astronaut werd gedragen die als optimaal werd erkend.
Algemeen beeld van het Chance-Vought-ruimtepak en de SMU. Foto door Popular Science magazine
In de loop van de volgende jaren voerde Chance Vout een reeks studies uit en vormde het uiterlijk van een voertuig voor de ruimte. Het project kreeg het predikaat SMU (Zelfrijdende Eenheid). In de latere stadia van de projectontwikkeling en tijdens het testen werd een nieuwe aanduiding gebruikt. Het apparaat werd omgedoopt tot AMU (Astronaut Maneuvering Unit - "Device for manoeuvreren an astronaut").
Waarschijnlijk hadden de auteurs van het SMU-project een idee van de ontwikkelingen van het Wendell Moore-team van Bell Aerosystems en wisten ze ook van andere ontwikkelingen op dit gebied. Feit is dat de Bell-jetpacks en het ruimtevaartuig dat iets later verscheen dezelfde motoren moesten hebben, zij het met verschillende kenmerken. Er werd voorgesteld om het SMU-product uit te rusten met straalmotoren die werken op waterstofperoxide en de katalytische ontleding ervan gebruiken.
Het proces van katalytische ontleding van waterstofperoxide tegen die tijd werd actief gebruikt in verschillende technieken, waaronder in sommige vroege jetpacks. De essentie van dit idee bestaat uit het leveren van "brandstof" aan een speciale katalysator die ervoor zorgt dat de stof uiteenvalt in water en zuurstof. Het resulterende damp-gasmengsel heeft een voldoende hoge temperatuur en zet ook met hoge snelheid uit, wat het mogelijk maakt om het als energiebron te gebruiken, ook in straalmotoren.
Opgemerkt moet worden dat ontleding van waterstofperoxide niet de meest economische energiebron is in de context van jetpacks. Er is te veel "brandstof" nodig om voldoende stuwkracht te genereren om een persoon in de lucht te tillen. Dus, in de projecten van Bell, liet een tank van 20 liter de piloot toe om niet langer dan 25-30 seconden in de lucht te blijven. Dit gold echter alleen voor vluchten op aarde. In het geval van open ruimte of het oppervlak van de maan was het vanwege het lagere (of afwezige) gewicht van de astronaut mogelijk om de vereiste eigenschappen van het apparaat te bieden zonder een onaanvaardbaar hoog verbruik van waterstofperoxide.
In de loop van het SMU-project moesten verschillende hoofdproblemen worden opgelost, waarvan de belangrijkste natuurlijk het type straalmotor was. Bovendien was het noodzakelijk om de optimale lay-out van het hele apparaat, de samenstelling van de benodigde apparatuur en een aantal andere kenmerken van het project te bepalen. Volgens rapporten leidde de studie van deze problemen uiteindelijk tot het ontwerp van het originele ruimtepak, dat werd voorgesteld voor gebruik met het SMU / AMU-product.
Het grote ontwerpwerk werd voltooid in de eerste helft van 1962, kort daarna produceerde Chance-Vought een prototype van een ruimtejetpack. In het najaar van datzelfde jaar werd het toestel voor het eerst aan de pers getoond. Beelden van het voorgestelde systeem werden voor het eerst gepubliceerd in het novembernummer van Popular Science. Daarnaast bevatte het artikel in dit tijdschrift een lay-outschema en enkele belangrijke kenmerken.
Een van de foto's gepubliceerd door Popular Science toonde een astronaut die een nieuw ruimtepak droeg met een SMU op zijn rug. Het voorgestelde ruimtepak had een bolvormige helm met een verlaagd gelaatsscherm en een ontwikkeld onderste deel, dat op de schouders van de astronaut moest rusten. Er waren ook verschillende connectoren om het ruimtepak aan de jetpack-systemen te koppelen. Het ruimtepak van Chance-Vought was voor dit doel merkbaar anders dan moderne producten. Het is zo licht mogelijk gemaakt en blijkbaar niet uitgerust met een reeks beschermende maatregelen die nodig zijn om aan de huidige eisen te voldoen.
De knapzak zelf was een rechthoekig blok met een holle voorwand en een set bevestigingsmiddelen op de rug van de astronaut. Dus bovenop de voormuur bevonden zich twee karakteristieke "haken" waarmee de rugzak op de schouders van de astronaut rustte. In het middengedeelte bevond zich een heupgordel waarop een cilindrisch bedieningspaneel met verschillende hendels was geplaatst. Er werden ook verschillende kabels en flexibele pijpleidingen voorzien om de knapzak aan het ruimtepak te verbinden.
De noodzaak om langdurig gebruik buiten het ruimtevaartuig te garanderen, evenals de imperfectie van de technologieën van die tijd, beïnvloedden de lay-out van het ruimtevaartuig. Aan de bovenkant van de SMU bevond zich een grote zuurstofsysteemeenheid met gesloten lus. Dit apparaat was bedoeld om het ademmengsel aan de helm van de astronaut te leveren, gevolgd door het wegpompen van de uitgeademde gassen en het verwijderen van kooldioxide. In tegenstelling tot slangen voor het toevoeren van ademmengsel vanaf een schip of gecomprimeerde gasflessen, had het systeem met kooldioxide-absorbers geen nadelige invloed op de manoeuvreerbaarheid van de astronaut en maakte het mogelijk om lange tijd in de open ruimte te blijven.
SMU zonder achterwand. Foto door Popular Science magazine
Volgens rapporten was de SMU tijdens de demonstratie aan verslaggevers niet uitgerust met een systeem voor het ondersteunen van het leven. Deze apparatuur was nog niet bedrijfsklaar en had aanvullende controles nodig, daarom werd deze op het prototype vervangen door een simulator van hetzelfde gewicht en dezelfde afmetingen. In deze configuratie nam het apparaat deel aan de eerste tests. Bovendien werd het werk in deze richting ernstig vertraagd, waardoor zelfs een later prototype, gebouwd eind 1962, werd getest zonder zuurstofsysteem en alleen was uitgerust met zijn simulator.
Het linker deel van de romp (ten opzichte van de piloot) werd gegeven voor de plaatsing van de waterstofperoxidetank. Rechts ervan was een reeks andere apparatuur voor verschillende doeleinden. Bovenaan het compartiment rechtsonder bevond zich een radiostation dat in twee richtingen spraakcommunicatie verzorgde; daaronder waren batterijen en een voedingseenheid voor de apparatuur geïnstalleerd, evenals een cilinder met gecomprimeerde stikstof voor het brandstoftoevoersysteem en een gasregelaar.
Op de zijvlakken van het bovenoppervlak van de jetpack waren vier miniatuurmotoren met hun eigen sproeiers (twee aan elke kant) aangebracht. Dezelfde motoren werden gevonden aan de onderkant van de romp. Bovendien bevonden zich in het midden van het onderoppervlak twee motoren met een vergelijkbare lay-out. In totaal waren er 10 motoren beschikbaar voor het vrijkomen van jetgassen. De sproeiers van alle motoren waren aan verschillende kanten gedraaid en gekanteld en moesten verantwoordelijk zijn voor het creëren van stuwkracht in de gewenste richting.
Elke motor was naar verluidt een kleine eenheid met een plaatkatalysator om de ontleding van de brandstof te induceren. Voor de katalysator zat een magneetventiel. Alle tien motoren werden voorgesteld om te worden aangesloten op een brandstoftank, die op zijn beurt was aangesloten op een cilinder met gecomprimeerd gas.
Het principe van de motoren was eenvoudig. Onder druk van samengeperste stikstof zou waterstofperoxide de pijpleidingen binnendringen en de motoren bereiken. Op bevel van het besturingssysteem moesten de solenoïdes van de motoren de kleppen openen en "brandstof" toegang geven tot de katalysatoren. Dit werd gevolgd door de ontledingsreactie met het vrijkomen van het damp-gasmengsel door het mondstuk en de vorming van stuwkracht.
De nozzles waren zo gepositioneerd dat het mogelijk was om door het synchroon of asymmetrisch inschakelen van de motoren in de gewenste richting te bewegen, bochten te maken of hun positie te corrigeren. De gelijktijdige opname van alle achterwaarts gerichte motoren maakte het bijvoorbeeld mogelijk om vooruit te gaan en de bocht werd uitgevoerd vanwege de asymmetrische opname van motoren aan verschillende kanten.
De eerste versie van de SMU kreeg een relatief eenvoudig bedieningspaneel gemaakt in een cilindrische behuizing en geplaatst op een heupriem. Aan de zijkant, onder de rechterhand, bevond zich een bedieningshendel voor voor- of achterwaartse beweging. Een hendel voor pitch en yaw controle werd op de voormuur geplaatst. Boven was een andere hendel die verantwoordelijk was voor de rolcontrole. Daarnaast werden tuimelschakelaars voorzien om de motor, het radiostation en de automatische piloot aan te zetten. Met behulp van dergelijke besturingen kon de piloot waterstofperoxide aan de benodigde motoren leveren en daarmee zijn bewegingen beheersen.
Naast handmatige bediening had de SMU een automatisering die was ontworpen om het werk van de astronaut te vergemakkelijken. Indien nodig kon hij de stuurautomaat aanzetten, die met een gyroscoop en relatief eenvoudige elektronica de positie van de jetpack in de ruimte moest bewaken en zo nodig bijstellen. Aangenomen werd dat een dergelijk regime zou worden toegepast tijdens langdurig werk op één plek, bijvoorbeeld bij het onderhoud van instrumenten aan de buitenzijde van het ruimtevaartuig. In dit geval kreeg de astronaut de mogelijkheid om verschillende werkzaamheden uit te voeren en moest automatisering het behoud van de gewenste positie bewaken.
De versie van de SMU-jetpack die aan verslaggevers werd gepresenteerd, woog ongeveer 160 pond (ongeveer 72 kg). Bij gebruik op de maan werd het gewicht van het apparaat teruggebracht tot 25 pond (11,5 kg) en bij het werken in een baan om de aarde zou het gewicht volledig vrij moeten zijn.
De lay-out van de SMU jetpack tijdens het testen. Foto uit het rapport
Volgens de Popular Science-publicatie werd het gepresenteerde SMU-monster berekend om de astronaut in staat te stellen tot 1000 voet (304 m) te vliegen op een enkele tankbeurt met waterstofperoxide. De stuwkracht van de motor was volgens de ontwikkelaars voldoende om voldoende grote ladingen te verplaatsen. Zo werd de mogelijkheid verklaard om een object te verplaatsen, bijvoorbeeld een ruimtevaartuig met een gewicht tot 50 ton. In dit geval moest de astronaut een snelheid ontwikkelen in de orde van grootte van één voet per seconde.
Een paar maanden voor de demonstratie van het SMU-apparaat aan journalisten, medio 1962, werd een prototype geleverd aan Wright-Patterson Air Force Base (Ohio), waar het zou worden getest. Om alle noodzakelijke tests uit te voeren, waren specialisten van het ministerie van Defensie bij het project betrokken, evenals speciale apparatuur. Als testplatform werd daarom gekozen voor een speciaal KC-135 Zero G-vliegtuig, dat werd gebruikt voor onderzoek in omstandigheden van kortdurende gewichtloosheid.
De eerste vlucht met "zero gravity" vond plaats op 25 juni 62 en in de daaropvolgende maanden werden enkele tientallen tests van de werking van de jetpack in zero gravity uitgevoerd. Gedurende deze tijd was het mogelijk om de fundamentele mogelijkheid vast te stellen om dergelijke systemen in de praktijk te gebruiken. Daarnaast werden enkele kenmerken en elementaire vluchtgegevens bevestigd. De stuwkracht van de motoren was dus voldoende om in een luchtatmosfeer te vliegen en enkele eenvoudige manoeuvres uit te voeren.
Het succesvol testen van het SMU-apparaat heeft niet geleid tot een stopzetting van het ontwerpwerk. Tegen het einde van 1962 begon de ontwikkeling van een bijgewerkte versie van de jetpack voor astronauten. In de gemoderniseerde versie van het project werd voorgesteld om de lay-out van het apparaat te wijzigen en om enkele andere aanpassingen aan het ontwerp aan te brengen. Vanwege dit alles moest het de kenmerken verbeteren, voornamelijk de "brandstof" -voorraad en basisvluchtgegevens. Na de start van het werk aan het bijgewerkte project verscheen een nieuwe naam AMU, die al snel werd toegepast met betrekking tot het vorige SMU-product, waardoor enige verwarring mogelijk is.
Volgens de beschikbare gegevens verschilde de gemoderniseerde AMU qua uiterlijk niet veel van de basis-SMU. De buitenkant van de romp heeft geen grote veranderingen ondergaan en het systeem om het apparaat aan de rug van de astronaut te bevestigen is hetzelfde gebleven. Tegelijkertijd is de indeling van de binnenposten ingrijpend veranderd. Het vliegbereik op het niveau van 300 m paste niet bij NASA, daarom werd voorgesteld om een nieuwe brandstoftank te gebruiken. De AMU-jetpack kreeg een grote, lange waterstofperoxidetank die het hele centrale deel van de romp in beslag nam. Het volume van de nieuwe tank was 660 kubieke meter. inch (10,81 L). Andere apparatuur werd aan de zijkanten van deze tank geplaatst.
Het nieuwe apparaat bevat onder meer een tank voor gecomprimeerde stikstof van een verdringersysteem voor de toevoer van waterstofperoxide. Volgens het project moest stikstof worden toegevoerd aan de brandstoftank met een druk van 3500 psi (238 atmosfeer). Tijdens de tests werden echter lagere drukken gebruikt: ongeveer 200 psi (13,6 atm). Het prototype van het AMU-apparaat was uitgerust met motoren met verschillende vermogens. Dus de sproeiers die verantwoordelijk waren voor het vooruit en achteruit bewegen, ontwikkelden een stuwkracht van 20 pond, gebruikt om op en neer te bewegen - 10 pond.
Het AMU-apparaat zou in de toekomst een levensondersteunend systeem kunnen krijgen, maar zelfs tegen de tijd dat het testen begon, was dergelijke apparatuur nog niet klaar. Hierdoor kreeg de ervaren AMU, net als zijn voorganger, alleen een model van het gewenste systeem met dezelfde afmetingen en gewicht. Na het voltooien van al het nodige ontwerpwerk en testen, kon het zuurstofsysteem op de ruimtejetpack worden geïnstalleerd.
Kort na het einde van de montage, helemaal aan het einde van 1962 of begin 1963, werd de AMU naar de Wright-Patterson-basis gestuurd om te testen. Het speciaal uitgeruste KC-135 Zero G-vliegtuig werd opnieuw de "proeftuin" voor zijn controles. Verschillende controles gingen door tot in ieder geval het einde van het voorjaar van 1963.
Medio mei 1963 hebben de auteurs van het project een rapport opgesteld over de uitgevoerde tests. Tegen die tijd waren, zoals vermeld in het document, meer dan honderd vluchten op een parabolisch traject uitgevoerd, waarbij de werking van jetpacks in gewichtloosheid werd getest. Tijdens de tests was het, ondanks de korte duur van vluchten zonder zwaartekracht, mogelijk om de besturing van beide voertuigen onder de knie te krijgen en hun capaciteiten voor het vervoeren van een piloot of vracht te controleren.
AMU-rugzak tijdens het testen. Foto uit het rapport
In het laatste deel van het rapport werd betoogd dat de AMU-jetpack in zijn huidige vorm bevredigende eigenschappen heeft en kan worden gebruikt om de taken op te lossen die eraan zijn toegewezen. Er werd ook opgemerkt dat de stuwkracht van de motor tot 20 pond voldoende is voor een gecontroleerde vlucht in de gewenste richting en voor het uitvoeren van verschillende manoeuvres. De gekozen opstelling van de sproeiers van de motoren zorgde, zoals beschreven in het rapport, voor een uitstekende controle over het apparaat door de plaatsing op gelijke afstand van het zwaartepunt van het "piloot + knapzak"-systeem.
De stuurautomaat presteerde over het algemeen goed, maar had verbeteringen en aanvullende tests nodig. In sommige situaties kon dit apparaat niet correct reageren op een verandering in de positie van de rugzak. Bovendien werd voorgesteld om de besturingsautomatisering te "leren" om kleine (tot 10 °) afwijkingen van het apparaat van de gespecificeerde positie te negeren. Deze modus maakte het mogelijk om het verbruik van waterstofperoxide aanzienlijk te verminderen.
Astronauten die het AMU-product in de toekomst zouden gebruiken, moesten een speciale training volgen, waarbij ze niet alleen de besturing onder de knie kregen, maar ook het apparaat leren "voelen". De noodzaak hiervan werd bewezen door meerdere testvluchten onder leiding van een piloot met onvoldoende opleidingsniveau. In dergelijke gevallen handelde de piloot traag en verschilde hij niet in nauwkeurigheid van controle.
Over het algemeen hadden de auteurs van het rapport grote waardering voor de AMU zelf en de resultaten van haar tests. Het werd aanbevolen om door te gaan met het werk aan het project, om de hele structuur en de afzonderlijke componenten ervan te blijven verbeteren, en om aandacht te besteden aan enkele vliegmodi. Al deze maatregelen maakten het mogelijk om te rekenen op het uiterlijk van een werkbare jetpack voor astronauten, volledig geschikt om alle toegewezen taken op te lossen.
NASA en Chance-Vought, evenals een aantal verwante organisaties, hebben rekening gehouden met het rapport van de testers en hebben verder gewerkt aan veelbelovende projecten. Halverwege het decennium werd op basis van de ontwikkelingen in het SMU / AMU-project een nieuw apparaat ontwikkeld, dat zelfs in de ruimte zou worden getest.
Verder werk op het gebied van jetpacks in de ruimte werd met succes bekroond. Begin jaren tachtig werden de eerste MMU's de ruimte in gestuurd, die werden gebruikt als onderdeel van de uitrusting van het ruimtevaartuig Space Shuttle. Deze apparatuur werd actief gebruikt in verschillende missies om verschillende problemen op te lossen. Zo kreeg het idee van een jetpack, ondanks veel mislukkingen, praktisch nut. Toegegeven, ze begonnen het niet op aarde te gebruiken, maar in de ruimte.
