Trajes espaciales
Los trajes espaciales no son sólo prendas que usan los astronautas en su viaje al espacio; es más como una nave espacial individual. Estos están completamente equipados con todos los elementos esenciales que son cruciales para crear un entorno que proteja a los astronautas de las condiciones extremas del espacio exterior. Los astronautas deben usar trajes espaciales mientras trabajan en la órbita terrestre, en la superficie de la Luna o en cualquier otro lugar del espacio. Estos se pueden clasificar en términos generales como IVA (Actividad Intravehicular), EVA (Actividad Extravehicular) e IEVA (Actividad Intra/Extra Vehicular ); dependiendo del fin que sirvan.
Figura 1: Trajes espaciales
El espacio carece de muchos elementos importantes como el oxígeno y contiene varias radiaciones dañinas con temperaturas que oscilan entre 120 grados C y -100 grados C. Para solucionar este problema, un traje espacial está diseñado con sistemas que proporcionan una cantidad adecuada de presión de aire. , oxígeno y también elimina dióxido de carbono. Además, también ofrece protección contra la radiación y los micrometeoroides que se mueven a altas velocidades en el espacio. Además, un traje espacial también debe proporcionar comodidad y movilidad para que los astronautas puedan moverse fácilmente y comunicarse entre sí.
Trabajo con traje espacial
Como se mencionó anteriormente, un traje espacial se parece más a una nave espacial y, por lo tanto, está equipado con varias instalaciones que permiten a los astronautas explorar el espacio con la misma libertad que uno puede sobrevivir en la Tierra. Para proporcionar un entorno similar a la Tierra, los trajes espaciales realizan las siguientes funciones.
Presión atmosférica
Dado que el espacio tiene muy poca o ninguna presión de aire, esto puede hacer que nuestros fluidos corporales hiervan. Afortunadamente, un traje espacial proporciona una cantidad adecuada de presión (normalmente 0,29 atm) para que los fluidos corporales permanezcan en estado líquido. Funciona como un globo inflado, restringido por fibras recubiertas de neopreno.
Suministro de oxígeno
Debido a la baja presión atmosférica, un traje espacial no puede utilizar aire normal (que contiene 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de otros gases), ya que reduciría las concentraciones de oxígeno en el cuerpo. Como resultado, obtiene oxígeno puro de la nave espacial a través de un cordón umbilical o una mochila de soporte vital.
Eliminación de dióxido de carbono
El aire que exhalamos contiene dióxido de carbono que debe eliminarse del área confinada de un traje espacial. Para cumplir este propósito, contiene botes de hidróxido de litio ubicados en el sistema de soporte vital de la nave espacial o del traje espacial.
Cómo lidiar con temperaturas extremas
Para hacer frente a las temperaturas extremas del espacio, los trajes espaciales están aislados con numerosas capas de tela y cubiertos con capas exteriores reflectantes. También están equipados con ventiladores o intercambiadores de calor para soplar aire frío o utilizar ropa refrigerada por agua. Si no se elimina el exceso de calor, el sudor producido por el cuerpo se convierte en vapor y empaña el casco, deshidratando al astronauta.
Protección contra radiaciones nocivas
Los trajes espaciales están equipados con revestimientos reflectantes de Mylar que ofrecen una protección limitada contra la radiación. Sin embargo, no protege contra las erupciones solares, por lo que los paseos espaciales sólo se realizan durante épocas de baja actividad solar.
Habilitar comunicaciones
Las mochilas que llevan los astronautas contienen transmisores y receptores, mientras que los auriculares están equipados con micrófono y auriculares. Esto les ayuda a comunicarse con los controladores terrestres u otros compañeros astronautas.
Proporcionar una visión clara
Los cascos de astronauta están hechos de plástico o policarbonato duradero y también están equipados con viseras tintadas para reducir el deslumbramiento. Los disfraces más nuevos incluso llevan luces que les permiten mirar hacia las sombras.
Micrometeoroides
A menudo hay varios micrometeoroides que viajan por el espacio a altas velocidades y, por tanto, existe peligro de colisión. Para solucionar esto, los trajes espaciales están equipados con múltiples capas de tejidos duraderos como Dacron o Kevlar. Esto también evita que el traje se rompa cuando se expone a la atmósfera exterior de otros planetas o la luna.
Movilidad
Para permitir que los astronautas se muevan libremente mientras usan el traje, está diseñado con articulaciones y conos especiales que facilitan que las articulaciones del cuerpo se flexionen según sea necesario. Para garantizar la movilidad dentro de la nave espacial, contiene reposapiés y reposamanos para que los astronautas puedan desplazarse de un lugar a otro sin dejarse llevar por la ingravidez del entorno.
Además, la NASA incluso ha desarrollado algunos dispositivos de maniobra de cohetes con los que los astronautas pueden moverse libremente a cualquier lugar sin estar atados a la nave espacial. Ejemplos de estos dispositivos son la Unidad de Maniobra Tripulada (MMU) y la Ayuda Simplificada para Rescate en Actividades Extravehiculares (SAFER). La primera es una silla que funciona con gasolina con un joystick, mientras que la segunda es un dispositivo que funciona con nitrógeno y que se coloca en la mochila.
Historia
La historia de los trajes totalmente presurizados se remonta a la década de 1930 y comenzó con la ingeniería de los trajes de vuelo presurizados destinados a los pilotos de aviones. Sin embargo, el primer traje espacial creado por humanos fue el SK-1 soviético, usado por Yuri Gagarin en el año 1961. A continuación se muestra la línea de tiempo que representa la evolución de la tecnología de los trajes espaciales.
Trajes de vuelo
Figura 2: Tripulación de avión con trajes de vuelo
Cuando se desarrolló el avión, los pilotos necesitaban una solución para hacer frente a la baja presión atmosférica y la falta de oxígeno a gran altura, como un montañero. Sin embargo, los trajes fueron diseñados en caso de que fallara la cabina presurizada. Estos trajes estaban hechos de tela de neopreno recubierta de caucho que podía inflarse como un globo. Además, también había una tela rígida que restringía el traje y dirigía la presión hacia el interior del piloto. Había mangueras que conectaban los trajes con el avión que suministraba oxígeno.
Mercurio
Figura 3: Tripulación del Programa Espacial Mercurio de la NASA
Cuando el primer programa de vuelos espaciales tripulados de la NASA, llamado Mercury, comenzó en 1958, mantuvieron el diseño básico del traje de vuelo y agregaron algunas capas de Mylar aluminizado sobre el caucho de neopreno. Aparte de eso, el uniforme también incluía un casco asegurado por un anillo en el cuello, botas con cordones y un par de guantes. Las mangueras que conectaban el traje a la nave espacial proporcionaban oxígeno, mientras que los astronautas debían llevar un ventilador externo para eliminar el exceso de calor.
Mellizos
Figura 4: Astronautas del Programa Espacial Gemini de la NASA
Como el traje Mercury no fue diseñado para paseos espaciales, los astronautas necesitaban algo más avanzado. Entonces la NASA creó el Programa Gemini para diseñar trajes que pudieran usarse para caminatas espaciales y no solo en caso de falla de presión en la cabina.
Este traje llevaba una vejiga con forma humana hecha de caucho de neopreno asegurada por una red. También tenía capas de nailon recubiertas de teflón para brindar protección contra micrometeoroides. Además, el aire refrigerado y el oxígeno se suministraban a través de un cordón umbilical.
Apolo
Figura 5: Astronautas con trajes espaciales en el Apolo
Pronto los astronautas se dieron cuenta de que el mecanismo de refrigeración por aire equipado en los trajes Gemini no funcionaba bien. Además, estaban agotados por la caminata espacial, lo que provocó que su sudor se vaporizara y empañara sus cascos. Como resultado, se implementaron algunos complementos al diseño que podrían usarse tanto para paseos espaciales como para vuelos espaciales. Era un traje presurizado de múltiples capas que contenía cinco capas de Mylar aluminizado, dos capas de Kapton y un poco de tela recubierta de teflón. Además, iba acompañado de ropa interior de nailon refrigerada por agua, botas, guantes, gorro de comunicación y casco de plástico.
Para caminar sobre la Luna, el traje se combinaba con botas, guantes con púas de goma, viseras sobre el casco y una mochila de soporte vital que se encargaba del suministro de oxígeno, la refrigeración por agua y la eliminación del dióxido de carbono. Pesaba 180 libras en la Tierra y 30 libras en la Luna.
Ocurrencia del desastre del Challenger
Figura 6: Astronautas en el transbordador espacial Orbiter Challenger de la NASA
Anteriormente, a los astronautas se les entregaban trajes marrones para usar en caso de una emergencia, como una falla de presión en la cabina. Más tarde, cuando los vuelos del transbordador espacial se volvieron rutinarios, dejaron de usarlo durante los despegues. Comenzaron a vestir un overol celeste acompañado de botas negras y un casco de plástico resistente a impactos, facilitando la comunicación.
En 1986, el transbordador espacial Orbiter Challenger de la NASA se desintegró a los 73 segundos de vuelo, conocido popularmente como el desastre del Challenger. Esto provocó la muerte de sus 7 miembros de tripulación, incluidos 5 astronautas de la NASA y 2 especialistas en carga útil. Tras analizar la situación, la NASA hizo obligatorio que todos los astronautas usaran trajes presurizados durante el despegue y el reingreso. Estos trajes estaban equipados con casco, botas, guantes, gorro de comunicación, paracaídas y chaleco salvavidas inflable.
Unidad de Movilidad Extravehicular
Figura 7: Componentes de la unidad de movilidad extravehicular
A medida que los avances en la exploración espacial han llevado a más viajes y caminatas espaciales, se han combinado telas suaves con componentes duros para mejorar el soporte, la movilidad y la comodidad de los viajeros espaciales. Este proceso se introdujo en 1981, pero ahora contiene muchos cambios y cambios. Hoy es uno de los dos trajes utilizados en la Estación Espacial Internacional (ISS).
Contiene 13 capas, incluidas ocho capas de traje térmico para micrometeoritos, dos capas de traje refrigerante interior, dos capas de traje presurizado y una cubierta exterior. Utiliza materiales como nailon Tricot, spandex, nailon recubierto de uretano, Dacron, Kevlar, Nomex, etc. Anteriormente, cada astronauta recibía un traje hecho a medida individualmente, pero ahora está diseñado en diferentes tamaños para adaptarse a cualquier astronauta.
Una UEM tiene los siguientes componentes básicos
• Pieza de Máxima Absorción
Puede llevar hasta siete horas completar una caminata espacial y se consume mucho tiempo para presurizar y despresurizar el traje, así como la esclusa de aire. Por lo tanto, uno no puede simplemente entrar y salir de la nave espacial sólo para ir al baño. Como resultado, tienen que usar pañales absorbentes grandes, conocidos como prendas de máxima absorbencia o dispositivos de recolección de orina, que se desechan después de la caminata espacial.
• Ropa para refrigeración y ventilación de líquidos
Es como ropa interior larga hecha de nailon y spandex tejida con tubos de plástico. El agua fría pasa a través del cordón umbilical o mochila y fluye a través de los tubos para eliminar el exceso de calor.
• Arnés eléctrico EMU (EEH)
Es un conjunto de cables de comunicación y bioinstrumentos que se llevan dentro del traje y que proporcionan conexiones a la radio y a los bioinstrumentos en la mochila del traje. Facilita la monitorización de los signos vitales del astronauta, como frecuencia respiratoria, frecuencia cardíaca, etc.
• Conjunto de portadores de comunicaciones (CCA)
Se trata de una funda de tela equipada con micrófonos y parlantes que permiten la comunicación por radio manos libres dentro del traje espacial.
• Conjunto del torso inferior (LTA)
Es una unidad de una sola pieza que constituye la mitad inferior de la EMU y que contiene pantalones, articulaciones de rodillas y tobillos, cinturilla inferior y botas.
• Torso superior rígido (HUT)
• Bolsa de bebidas dentro del traje (BID)
El BID es una bolsa de plástico que puede contener 32 onzas de agua y tiene un pequeño tubo conectado a una pajita cerca de la boca del astronauta.
• Casco
Está acolchado en la espalda para mayor comodidad y está equipado con varios componentes como una válvula para eliminar el dióxido de carbono, una visera de metal recubierta de oro para filtrar la luz solar, persianas ajustables, faros, una cámara de televisión y una ranura que contiene una barra de serie. en caso de que alguien sienta hambre durante la caminata espacial.
• Placa adaptadora de esclusa de aire (AAP)
Es un marco montado en la pared de la esclusa de aire que sostiene las piezas de la EMU mientras el astronauta se viste.
• Subsistema de soporte vital primario (PLSS)
Es la mochila que lleva tanques de oxígeno, filtros de dióxido de carbono, agua de refrigeración, electricidad, ventiladores, radio y sistemas de alerta. En el interior, el aire fluye hacia un cartucho de carbón para eliminar los malos olores y va al cartucho purificador de dióxido de carbono. Luego pasa a través de un ventilador hasta el sublimador, que elimina el vapor de agua y lo devuelve a la fuente de agua de refrigeración. Este flujo de aire se mantiene a una temperatura de 12,8 grados centígrados.
El astronauta puede realizar cambios en la temperatura, la presión y el flujo de aire a través de los controles del DCM. El PLSS proporciona suministro continuo de oxígeno y eliminación de dióxido de carbono durante siete horas.
• Cartucho de control de contaminantes
Es la parte reemplazable del sistema de soporte vital de la EMU que elimina el dióxido de carbono del suministro de aire del astronauta.
• Paquete de oxígeno secundario
Está situado debajo del PLSS y contiene dos tanques de oxígeno que transportan 2,6 libras a una presión de 408 atm, suficiente para abastecerse durante 30 minutos. Se enciende automáticamente tan pronto como la presión de oxígeno en el traje cae por debajo de 0,23 atm.
• Mantenimiento y Enfriamiento Umbilical
Es un cordón umbilical que transporta tubos de oxígeno, agua de refrigeración y cables eléctricos de alimentación.
• Módulo de visualización y control (DCM)
El DCM está montado en el maletero e incluye todos los interruptores, medidores, válvulas y pantalla LCD que son cruciales para operar el PLSS. Lleva los siguientes accesorios.
1. Umbilical de mantenimiento y refrigeración (SCU): Proporciona instalaciones como oxígeno, energía, comunicación y suministro de agua mientras el astronauta está en la esclusa de aire, preparándose para la caminata espacial.
2. Placa adaptadora de la esclusa de aire: está ubicada en la pared de la esclusa de aire y sostiene todas las piezas de la EMU mientras una de ellas se adapta.
3. Luces y cámara del casco: Estos dispositivos se montan en el EVA sobre el casco. Esto permite a los controladores terrestres y a los viajeros espaciales ver en la oscuridad.
4. Espejos montados en mangas y listas de verificación: Los espejos les ayudan a ver los monitores DCM, mientras que la lista de verificación les recuerda la ruta que deben completar durante la caminata espacial de siete horas.
Tecnología de trajes espaciales en evolución
Los trajes espaciales han evolucionado hasta volverse cada vez más avanzados y complicados con el tiempo. Comenzó con los pilotos que usaban trajes en los aviones, luego los astronautas en los transbordadores espaciales, seguidos por trajes especiales para paseos espaciales. Teniendo en cuenta la situación actual, el ser humano tiene la intención de aterrizar en el planeta rojo y en asteroides con una atmósfera de dióxido de carbono, donde la actual tecnología de trajes espaciales no funcionará.
Como resultado, se están intentando diseñar trajes más viables, con mejores sistemas de soporte vital, con mejor control de la humedad, eliminación de dióxido de carbono y regulación del oxígeno. Sería muy conveniente tener trajes que los miembros de la tripulación pudieran reparar en el espacio y que pudieran funcionar tanto en Marte como en otros lugares del espacio. Echemos un vistazo a algunas de las tecnologías emergentes de trajes espaciales que pronto se implementarán.
Hecho Z
Figura 8: Muestra del traje espacial Z-2
Es la primera generación de trajes nuevos que tienen una trampilla de entrada trasera, lo que significa que en lugar de usarlos como ropa, los astronautas pueden entrar por la puerta trasera. La parte superior del torso es más duradera, los guantes y cascos han sido rediseñados y hay cableado electroluminiscente que permite a los astronautas ser visibles incluso en la oscuridad. El traje Z-2 se encuentra actualmente en la fase de prueba, después de la cual los resultados se implementarán en el traje Z-3. Se espera que este último se lance en 2018 o 2019.
hecho biológico
Figura 9: Dr. Dava Newman demostrando cómo funciona el Bio Suit
Bio Suit es un traje espacial impermeable desarrollado por el profesor del MIT Dr. Dava Newman. En él, se escanea al astronauta para generar un maniquí que, a su vez, se utiliza para construir un traje espacial personalizado. El traje aplica presión al cuerpo, evitando que los tejidos se expandan y la sangre se congele. Lleva una red de filamentos que permiten la marcha y la movilidad normales. Además, no utiliza gas a presión y, por lo tanto, puede repararse fácilmente en casa.
Aurora Wearables
Figura 10: Traje espacial Aurora Wearables
Es un traje espacial diseñado con tecnología portátil. Es un traje conectado a Internet que actualmente se utiliza en la Estación Espacial Internacional. Cuenta con un tablero de visión en la manga y un "abrazo portátil" que aprieta los hombros de los astronautas cada vez que alguien de la familia en casa piensa en ellos. También tiene una impresora 3D en su bolsillo que puede enviar herramientas y piezas directamente al traje.
Puede leer nuestra sección de Blog y Artículos para conocer más temas sobre ingeniería electrónica, industria y tecnología.