Il PLSS – Portable Life Support System

Alan Bean durante una EVA
col sul PLSS sulla schiena

Solitamente nell’elencare i mezzi utilizzati nel Progetto Apollo tutti ricordano il Saturn V e il Lunar Module, qualcuno anche il Command and Service Module e il Lunar Rover. Ma credo che pochi arrivino a considerare la tuta indossata dagli astronauti, la A7L. Eppure, nel suo piccolo, la tuta era un piccolo CSM, dotato di un sistema di supporto ambientale completo. Questo sistema aveva il suo fulcro nel Portable Life Support System, il PLSS, lo ‘zaino’ indossato dagli astronauti nel corso delle EVA sulla Luna.

Le sue funzioni principali erano quelle di:

  • far circolare l’ossigeno nella parte pressurizzata della tuta per permettere all’astronauta di respirare e per regolare la pressione

  • rimuovere l’anidride carbonica, l’umidità, gli odori e i contaminanti in genere dall’ossigeno stesso

  • far circolare l’acqua all’interno del Liquid Cooling Garment (un indumento indossato dall’astronauta sotto la tuta e costituito da una fitta rete di tubicini) per dissipare il calore corporeo generato

  • gestire una rete di sensori per la telemetria del PLSS stesso

  • fornire il sistema di comunicazione tra gli astronauti e la Terra

Nel PLSS erano identificabili tre componenti principali: il Portable Life Support System (PLSS) stesso, l’Oxygen Purge System (OPS) il Remote Control Unit (RCU).

Schema tecnico del PLSS

Portable Life Support System (PLSS)
Il Portable Life Support System utilizzava la proprietà dell’idrossido di litio di rimuovere l’anidride carbonica dall’aria respirata e la circolazione attraverso il Liquid Cooled Garment di acqua poi espulsa nello spazio per disperdere il calore corporeo. Per rimuovere il calore in eccesso nell’aria respirata, l’umidità veniva fatta condensare e raccolta in uno specifico serbatoio. Nel PLSS si trovavano inoltre il sistema di comunicazione (antenna e apparati di trasmissione/ricezione) e le bombole di ossigeno ed acqua che venivano ripristinate prima di ogni EVA utilizzando le scorte del LM.
Il PLSS delle prime missioni (da Apollo 11 ad Apollo 14) permetteva una autonomia di 4 ore, l’ossigeno era immagazzinato ad una pressione di 7.0 MPa, i filtri contenevano 1.4 kg di idrossido di litio, 3.9 lt di acqua e una batteria da 279 watt/h. Per le missioni successive il tempo venne raddoppiato portando la pressione dell’ossigeno a 9.9 MPa, l’idrossido di litio a 1.42 kg, l’acqua a 5.2 lt e la capacità della batteria a 390 watt/h.
I principali controlli del PLSS si trovavano sul lato destro. Essendo molto vicine e in una posizione difficile da raggiungere durante la EVA, in caso di necessità gli astronauti si aiutavano l’un l’altro. Si trattava di 3 valvole. La Water Diverter Valve aveva la funzione di regolare il flusso d’acqua verso il sublimatore, che era l’elemento fondamentale del sistema di raffreddamento. L’acqua veniva spinta attraverso una placca di metallo forellata, ed esposta alle condizioni esterne dove passava dallo stato liquido a quello gassoso, disperdendosi nello spazio e portandosi dietro il calore. Erano disponibili tre diversi livelli di funzionamento: Minimum, Intermediate e Maximum. Per la maggior parte del tempo gli astronauti utilizzarono il Minimum, per passare poi all’Intermediate nei momenti di massimo carico di lavoro. Il funzionamento era talmente buono che John Young (CDR di Apollo 16) fece notare che nei momenti di riposo e al livello di funzionamento Intermediate aveva freddo. La O2 Shutoff Valve gestiva il flusso di ossigeno dal serbatoio del PLSS alla tuta, attraverso un limitatore di flusso ed un regolatore di pressione. Quest’ultimo era fondamentale per mantenere la pressione al livello nominale di 3.7 PSI. La terza valvola era la Water Shutoff and Relief Valve: quando veniva aperta permetteva all’acqua di fluire dal serbatoio alla circolazione dell’acqua e quindi nella tuta. La sua funzione era solo questa: il flusso era gestito dalla Water Diverter Valve.
Sotto le valvole si trovava il Primary Oxygen Connector. Veniva usato per ricaricare il serbatoio dell’ossigeno utilizzando le scorte del LM. Dalla parte opposta si trovava la Water Recharge Station, l’equivalente ingresso per ricaricare il serbatoio dell’acqua (sempre usando le scorte del LM).
Al di sopra delle tre valvole si trovava invece l’alloggiamento della batteria. Ogni batteria aveva un’autonomia tale da supportare una sola EVA e veniva rimpiazzata prima della successiva. Sul lato opposto, nella parte alta, si trovava invece l’alloggiamento del filtro all’idrossido di litio. Come nel caso della batteria, il filtro veniva rimpiazzato dopo ogni EVA. L’EVCS (Extra Vehicular Communication System) permetteva di mantenere le comunicazioni durante le EVA: poteva gestire la trasmissione contemporanea tra i due astronauti e tra essi e il LM (che rimbalzava il segnale a Terra e quindi al Mission Control). Comprendeva 2 ricevitori AM, un trasmettitore FM, circuiteria varia per la gestione del segnale e il sistema di trasmissione della telemetria. Quattro cinghie assicuravano il PLSS direttamente alla tuta dell’astronauta. Cinghie sul modello degli zaini utilizzati abitualmente non sarebbero stati gestibili sulle ingombranti tute degli astronauti. Per cui ognuno di essi terminava con un gancio a cui corispondevano anelli sulla tuta. Le cinghie delle spalle reggevano la maggior parte del peso, mentre quelle all’altezza dei fianchi servivano più che altro per fornire stabilità laterale. La lunghezza delle cinghie era regolabile.

Un altro schema tecnico

Oxygen Purge System (OPS)
Si trattava del sistema di emergenza da utilizzare in caso di problemi col PLSS. Era un sistema completamente indipendente e poteva mantenere la pressione all’interno della tuta e smaltire l’anidride carbonica, il calore e il vapore acque tramite un flusso costante verso l’esterno dell’ossigeno contenuto in un piccolo serbatoio ad altissima pressione. Il consumo era superiore a quello del PLSS non essendoci un meccanismo di ricircolo: una soluzione comunque accettabile per un sistema di emergenza che doveva essere semplice ed affidabile. L’OPS era montato sopra al PLSS, subito dietro il casco. Questo sistema aveva altri due utilizzi: come sistema di emergenza se si fosse resa necessaria una passeggiata dal LM al CSM (la manovra che Rusty Schweickart avrebbe dovuto provare in Apollo 9) e, nel corso delle ultime tre missioni lunari, come sistema di backup durante la Translunar EVA del CMP per recuperare le cassette con le foto e i dati dalla SIM Bay.

Remote Control Unit (RCU)
La RCU era una scatola agganciata sul petto dell’astronauta ed era dotata dei controlli e della strumentazione per gestire il PLSS. Erano presenti un sistema di allerta basato su 5 spie (per eventuali malfunzionamenti), il controllo del volume (per la trasmissione voce), gli indicatore del livello dell’O2 e altri interruttori (ventilazione, pompa e il push-to-talk). Il push-to-talk aveva 3 posizioni: MAIN-VOX (voice actuated transmitter, la prima sillaba della voce attivava automaticamente il trasmettitore, la comunicazione poteva essere simultanea), OFF-VOX (spento, nessuna trasmissione voce), MOM (Momentary voice communication, trasmissione attiva fino a che l’interruttore era in questa posizione, quando veniva mollato tornava in posizione OFF-VOX). L’indicatore di O2 e le 5 spie di allerta erano coperti con pannelli di lexan per evitare che la polvere coprisse permanentemente gli indicatori.

Un’altra vista del PLSS

I PLSS venivano riposti nel LM prima del lancio con una batteria carica e i serbatoi di ossigeno ed acqua carichi; questo permetteva un bel risparmio di tempo nella preparazione della prima EVA. Il PLSS del LMP era assicurato a terra di fronte al portello di uscita, mentre quello del CDR era agganciato alla parete dietro le postazioni di volo (sul lato del CDR stesso). La preparazione per le EVA successive prevedeva una precisa sequenza di passi che veniva completata in circa 30 minuti per PLSS ed ognuno degli astronauti si occupava del proprio zaino. Un primo passo preliminare veniva in realtà svolto al termine della EVA precedente e prevedeva il recupero dal MESA di una coppia di batterie e di filtri all’idrossido di litio. I passi erano: (a) sostituzione della batteria e del filtro. Le parti sostituite venivano riposte in un sacco che veniva poi gettato fuori dal LM (all’inizio della EVA successiva o alla fine dell’ultima EVA); (b) le bombole di ossigeno del PLSS venivano riempite utilizzando le scorte del Descent Stage. Il processo avveniva in due fasi: prima un riempimento iniziale al 90% e dopo qualche minuto il completamento fino al 95-98%; (c) veniva ripristinata la scorta d’acqua per il sistema di raffreddamento; (d) l’acqua scartata nel corso della EVA precedente veniva drenata (e) veniva spurgato il sistema di raffreddamento da eventuali bolle di gas che avrebbero potuto interferire col corretto funzionamento.

Il PLSS aveva il modico peso di 26 Kg; sulla Luna la ridotta gravità riduceva il carico a 4,3 Kg.

Per chi volesse approfondire (e scoprire le mie fonti :D) vi segnalo la pagina dedicata al PLSS dell’Apollo Lunar Surface Journal.

5 Risposte to “Il PLSS – Portable Life Support System”

  1. Vittorio Says:

    Mi ero sempre chiesto come riuscissero a parlare durante un EVA con la terra. Intuivo che c’era qualche ponte, e ora ne ho avuto la conferma. Funzionava così anche quando usavano il rover (LEM che faceva da ponte) oppure era il rover a fare da ponte verso terra?

  2. Come di consuetudine, bravo!
    Le tute sono state riportate a terra oppure si sono schiantate sulla luna con l’ascent stage?
    Che tipo di batterie erano quelle utilizzate?

  3. Grazie.
    Per quanto riguarda le tue domande:
    (a) le tute venivano riportate a terra. Servivano in caso di problemi di pressurizzazione del Command Module (gli astronauti le indossavano e si collegavano al sistema ambientale della capsula). In particolare vennero usate per le ultime 3 missioni, in cui era prevista la EVA del CMP per recuperare le cassette dalla SIM bay.
    (b) batterie argento-zinco 16.8 V DC (per trovare questo dato mi hai fatto penare un po :D)

  4. Ciao Vittorio, le comunicazioni voce/telemetria passavano attraverso il Lunar Module (che possedeva un apparato di trasmissione S-Band) per essere dirette verso la Terra. La comunicazione tra gli astronauti durante la EVA avveniva tramite il sistema di trasmissione VHF del PLSS; stessa tecnologia per le comunicazioni tra LM e CSM in orbita. Per quanto riguarda il Rover, la sua antenna ad ombrello serviva per la trasmissione del segnale televisivo di quel gioiello di telecamera comandata remotamente montata su di esso.

    Sul sito della NASA ho trovato questo articolo (tratto da un vecchio giornale americano) che mi sembra carino:
    http://www.hq.nasa.gov/alsj/ElecWorld-Aug69-low.pdf

  5. Vittorio Says:

    Azz, a distanza di tanti km dal LEM come nelle ultime missioni il LEM stesso riusciva a fare da ponte? Ok, sulla luna di interferenze radio dovevano essercene poche, però che fenomenali questi trasmettitori.
    Grazie per il link, me lo studierò con calma.😉

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