Traje espacial

Un traje espacial es una prenda presurizada que usan los astronautas durante los vuelos espaciales. Está diseñado para protegerlos de las condiciones potencialmente dañinas experimentadas en el espacio. Los trajes espaciales también se conocen como Unidades de Movilidad Extravehicular (UEM) para reflejar el hecho de que también se utilizan como ayudas para la movilidad cuando un astronauta da un paseo espacial fuera de una nave espacial en órbita. Están compuestos por numerosos componentes hechos a medida que son producidos por una variedad de fabricantes y ensamblados por la Agencia Espacial Aeronáutica Nacional (NASA) en su sede en Houston. Los primeros trajes espaciales se introdujeron durante la década de 1950 cuando comenzó la exploración espacial. Han evolucionado con el tiempo para volverse más funcionales y complicados. Hoy en día, la NASA tiene 17 EMU completadas, cada una de las cuales costó más de $ 10,4 millones.

Antecedentes

En la Tierra, nuestra atmósfera nos proporciona las condiciones ambientales que necesitamos para sobrevivir. Damos por sentado las cosas que proporciona, como aire para respirar, protección contra la radiación solar, regulación de la temperatura y presión constante. En el espacio, ninguna de estas características protectoras está presente. Por ejemplo, un entorno sin una presión constante no contiene oxígeno respirable. Además, la temperatura en el espacio es tan fría como -459,4 ° F (-273 ° C). Para que los humanos sobrevivieran en el espacio, estas condiciones protectoras debían sintetizarse.

Un traje espacial está diseñado para recrear las condiciones ambientales de la atmósfera terrestre. Proporciona las necesidades básicas para el soporte vital, como oxígeno, control de temperatura, recinto presurizado, eliminación de dióxido de carbono y protección contra la luz solar, la radiación solar y diminutos micrometeoroides. Es un sistema de soporte vital para los astronautas que trabajan fuera de la atmósfera terrestre. Los trajes espaciales se han utilizado para muchas tareas importantes en el espacio. Estos incluyen ayudar en el despliegue de la carga útil, la recuperación y el mantenimiento del equipo en órbita, la inspección externa y la reparación del orbitador y la toma de fotografías impresionantes.

Historial

Los trajes espaciales han evolucionado de forma natural a medida que se han realizado mejoras tecnológicas en las áreas de materiales, electrónica y fibras. Durante los primeros años del programa espacial, los trajes espaciales se hicieron a la medida de cada astronauta. Estos eran mucho menos complejos que los trajes de hoy. De hecho, el traje que usó Alan Shepard en el primer suborbital de EE. UU. Era poco más que un traje de presión adaptado del traje de presión de los aviones a reacción de gran altitud de la Marina de los EE. UU. Este traje tenía solo dos capas y al piloto le resultaba difícil mover los brazos o las piernas.

El traje espacial de próxima generación fue diseñado para proteger contra la despresurización mientras los astronautas estaban en una nave espacial en órbita. Sin embargo, los paseos espaciales con estos trajes no eran posibles porque no protegían del duro entorno del espacio. Estos trajes estaban compuestos por cinco capas. La capa más cercana al cuerpo era una ropa interior de algodón blanco que tenía accesorios para dispositivos biomédicos. Lo siguiente fue una capa de nailon azul que proporcionaba comodidad. Encima de la capa de nailon azul había una capa de nailon negra presurizada recubierta de neopreno. Esto proporcionó oxígeno en caso de que fallara la presión de la cabina. Una capa de teflón estaba a continuación para mantener la forma del traje cuando estaba presurizado, y la capa final era un material de nailon blanco que reflejaba la luz solar y lo protegía contra daños accidentales.

Para las primeras caminatas espaciales que ocurrieron durante el Géminis misiones en 1965, se utilizó un traje de siete capas para protección adicional. Las capas adicionales estaban compuestas de Mylar aluminizado, que proporcionaba más protección térmica y protección contra los micrometeoroides. Estos trajes tenían un peso total de 33 lb (15 kg). Si bien eran adecuados, había ciertos problemas asociados con ellos. Por ejemplo, la mascarilla del casco se empañó rápidamente, por lo que la visión se vio obstaculizada. Además, el sistema de enfriamiento de gas no era adecuado porque no podía eliminar el calor y la humedad excesivos con la suficiente rapidez.

Sally Ride

Sally Ride es mejor conocida como la primera mujer estadounidense enviada al espacio exterior. Científica y profesora, se ha desempeñado como becaria en el Centro de Seguridad Internacional y Control de Armas de la Universidad de Stanford, miembro de la junta directiva de Apple Computer Inc. y directora de un instituto espacial y profesora de física en la Universidad de California en San Diego. Ride ha optado por escribir principalmente para niños sobre viajes y exploración espaciales.

Sally Kristen Ride es la hija mayor de Dale Burdell y Carol Joyce (Anderson) Ride de Encino, California, y nació el 26 de mayo de 1951. Como la autora Karen O'Connor describe a la tomboy Ride en su libro para jóvenes lectores, Sally Ride y los nuevos astronautas, Sally competía con su padre para la sección de deportes del periódico cuando solo tenía cinco años. Una familia activa, aventurera, pero también erudita, los Rides viajaron por Europa durante un año cuando Sally tenía nueve años y su hermana Karen siete. Si bien Karen se inspiró para convertirse en ministra, en el espíritu de sus padres, que eran ancianos en su iglesia presbiteriana, el propio gusto en desarrollo de Ride por la exploración eventualmente la llevaría a postularse para el programa espacial casi por capricho. "No sé por qué quería hacerlo", confesó a Newsweek . antes de embarcarse en su primer vuelo espacial.

La oportunidad fue fortuita, ya que el año en que comenzó a buscar trabajo marcó la primera vez que la NASA abrió su programa espacial a los solicitantes desde fines de la década de 1960, y la primera vez que las mujeres no quedarían excluidas de su consideración. Ride se convirtió en una de las treinta y cinco elegidas de un campo original de ocho mil solicitantes para el entrenamiento de vuelos espaciales de 1978. "Por qué fui seleccionada sigue siendo un completo misterio", admitió más tarde a John Grossmann en una entrevista de 1985 en Health . "A ninguno de nosotros se nos ha dicho nunca".

Ride se convertiría posteriormente, a los treinta y un años, en la persona más joven enviada a la órbita, así como en la primera mujer estadounidense en el espacio, la primera mujer estadounidense en realizar dos vuelos espaciales y, casualmente, la primera astronauta en casarse con otro astronauta en activo. deber.

Ride dejó la NASA en 1987 para trasladarse al Centro de Seguridad Internacional y Control de Armas de Stanford, y dos años más tarde se convirtió en directora del Instituto Espacial de California y profesora de física en la Universidad de California en San Diego.

Las misiones Apolo utilizaron trajes más complicados que resolvieron algunos de estos problemas. Para los paseos por la luna, los astronautas usaban una prenda de siete capas con una mochila de soporte vital. El peso total fue de aproximadamente 57 libras (26 kg). Para las misiones del transbordador espacial, la NASA introdujo la Unidad de Movilidad Extravehicular (EMU). Este era un traje espacial diseñado para caminatas espaciales que no requerían una conexión con el orbitador. Una diferencia principal en estos trajes fue que fueron diseñados para uso de múltiples astronautas en lugar de estar hechos a medida como los trajes espaciales anteriores. Durante los últimos 20 años, las EMU han experimentado mejoras constantes, sin embargo, todavía lucen igual que cuando comenzó el programa de transbordadores en 1981. Actualmente, la EMU tiene 14 capas de protección y pesa más de 275 lb (125 kg).

Materias primas

Se utilizan numerosas materias primas para construir un traje espacial. Los materiales de la tela incluyen una variedad de diferentes polímeros sintéticos. La capa más interna está hecha de un material de tricot de nailon. Otra capa está compuesta de spandex, un polímero elástico que se puede llevar puesta. También hay una capa de nailon recubierto de uretano, que participa en la presurización. Dacron, un tipo de poliéster, se usa para una capa de restricción de presión. Otras telas sintéticas utilizadas incluyen neopreno que es un tipo de goma esponjosa, Mylar aluminizado, Gortex, Kevlar y Nomex.

Más allá de las fibras sintéticas, otras materias primas tienen papeles importantes. La fibra de vidrio es el material principal para el segmento del torso superior duro. El hidróxido de litio se usa para hacer el filtro que elimina el dióxido de carbono y el vapor de agua durante una caminata espacial. Una mezcla de plata y zinc comprende la batería que alimenta el traje. Los tubos de plástico se entretejen en la tela para transportar el agua de refrigeración por todo el traje. Se utiliza un material de policarbonato para construir la carcasa del casco. Varios otros componentes se utilizan para formar los circuitos electrónicos y los controles del traje.

Diseño

Un solo traje espacial EMU se construye a partir de varios componentes hechos a medida producidos por más de 80 empresas. El tamaño de las piezas varía desde arandelas de un octavo de pulgada hasta un tanque de agua de 30 pulgadas (76,2 cm) de largo. La UEM consta de 18 elementos separados. Algunos de los componentes principales se describen a continuación.

El sistema de soporte vital primario es una mochila autónoma que está equipada con un suministro de oxígeno, filtros de eliminación de dióxido de carbono, energía eléctrica, ventilador de ventilación y equipo de comunicación. Proporciona al astronauta la mayoría de las cosas necesarias para sobrevivir, como oxígeno, purificación de aire, control de temperatura y comunicación. Se pueden almacenar hasta siete horas de oxígeno en el tanque del traje. También se encuentra un paquete de oxígeno secundario en el traje. Esto proporciona 30 minutos adicionales de oxígeno de emergencia.

El casco es una gran burbuja de plástico presurizada que tiene un anillo para el cuello y una almohadilla de distribución de ventilación. También tiene una válvula de purga, que se usa con un paquete de oxígeno secundario. En el casco, hay una pajita para una bolsa de bebida en caso de que el astronauta tenga sed, una visera que protege los rayos del sol brillante y una cámara que registra las actividades extra vehiculares. Dado que las caminatas espaciales pueden durar más de siete horas seguidas, el traje está equipado con un sistema de recolección de orina para permitir las pausas para ir al baño. El conjunto de MSOR se adhiere al exterior del casco. Este dispositivo (también conocido como "gorra de Snoopy") encaja en su lugar con una correa para la barbilla. Consta de auriculares y micrófono para comunicación bidireccional. También tiene cuatro pequeños "faros delanteros" que brillan con más luz cuando es necesario. La visera se ajusta manualmente para proteger los ojos del astronauta.

Para mantener la temperatura, se usa una prenda de ventilación y refrigeración líquida debajo de la prenda exterior. Está compuesto por tubos de enfriamiento, a través de los cuales fluye líquido. La ropa interior es un traje de malla de una pieza compuesto de spandex. Tiene una cremallera para permitir la entrada frontal. Tiene más de 300 pies de tubería de plástico entrelazados dentro de los cuales circula agua fría. Normalmente, el agua en circulación se mantiene entre 40 y 50 ° F (4,4-9,9 ° C). La temperatura se controla mediante una válvula en el panel de control de la pantalla. La prenda inferior pesa 8,4 lb (3,8 kg) cuando se carga con agua.

El conjunto de la parte inferior del torso está formado por los pantalones, las botas, el calzoncillo, las articulaciones de la rodilla y el tobillo y la conexión de la cintura. Está compuesto por una vejiga de presión de nailon recubierto de uretano. Una capa de sujeción de Dacron y una prenda térmica exterior compuesta de nailon recubierto de neopreno. También tiene cinco capas de Mylar aluminizado y una capa superficial de tela compuesta de Teflón, Kevlar y Nomex. Esta parte del traje se puede acortar o alargar ajustando los anillos de tamaño en la sección del muslo y la pierna . Las botas tienen una puntera aislada para mejorar la retención del calor. También se usan calcetines térmicos. El dispositivo de almacenamiento de orina también se encuentra en esta sección del traje. Los modelos antiguos podían contener hasta 950 mililitros de líquido. Actualmente, un tipo de pañal desechable se utiliza prenda.

El conjunto del brazo es ajustable al igual que el conjunto de la parte inferior del torso. Los guantes contienen Una Unidad de Movilidad Extravehicular (EMU). calentadores de batería en miniatura en cada dedo. El resto de la unidad está cubierto por un acolchado y una capa exterior protectora adicional.

El torso superior duro está construido con fibra de vidrio y metal. Es donde se unen la mayoría de las piezas del traje, incluido el casco, los brazos, la pantalla del sistema de soporte vital, el módulo de control y la parte inferior del torso. Incluye botellas de oxígeno, tanques de almacenamiento de agua, un sublimador, un cartucho de control de contaminantes, reguladores, sensores, válvulas y un sistema de comunicaciones. El oxígeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua salen del traje a través de la prenda de ventilación cerca de los pies y los codos del astronauta. Una bolsa para bebidas en la parte superior del torso puede contener hasta 32 oz (907,2 g) de agua. El astronauta puede tomar un trago a través de la boquilla que se extiende hasta el casco.

El módulo de control montado en el pecho permite al astronauta monitorear el estado del traje y conectarse a fuentes externas de fluidos y electricidad. Contiene todos los controles operativos mecánicos y eléctricos y también un panel de visualización visual. Para alimentar el traje se utiliza una batería recargable de zinc plateado que funciona a 17 voltios. Este módulo de control está integrado con el sistema de advertencia que se encuentra en la parte superior del torso para garantizar que el astronauta conozca el estado del entorno del traje. El traje se conecta al orbitador a través de una línea umbilical. Se desconecta antes de salir de la esclusa.

El traje blanco pesa alrededor de 275 libras (124,8 kg) en la tierra y tiene una esperanza de vida del producto de unos 15 años. Está presurizado a 4,3 lb (1,95 kg) por pulgada cuadrada y se puede recargar conectándolo directamente al orbitador. La existencia El sistema de soporte vital primario es una mochila autónoma que está equipada con un suministro de oxígeno, eliminación de dióxido de carbono filtros, energía eléctrica, ventilador de ventilación y equipos de comunicación. Los trajes espaciales son modulares, por lo que pueden ser compartidos por varios astronautas. Las cuatro secciones intercambiables básicas incluyen el casco, el torso superior duro, los brazos y el conjunto del torso inferior. Estas partes son ajustables y se pueden cambiar de tamaño para adaptarse a más del 95% de todos los astronautas. Cada conjunto de brazos y piernas viene en diferentes tamaños que se pueden ajustar para adaptarse al astronauta específico. Los brazos permiten un ajuste de hasta una pulgada. Las patas permiten un ajuste de hasta tres pulgadas.

Se tarda unos 15 minutos en ponerse el traje espacial. Para ponerse el traje espacial, el astronauta primero se pone la prenda inferior que contiene el sistema de ventilación y refrigeración líquida. El conjunto de la parte inferior del torso se coloca a continuación con las botas colocadas. A continuación, el astronauta se desliza hacia la unidad de la parte superior del torso que está montada con la mochila de soporte vital en un conector especial en la cámara de la esclusa de aire. Se conectan los anillos de desecho y luego se colocan los guantes y el casco.

El
proceso de fabricación

La fabricación de un traje espacial es un proceso complicado. Se puede dividir en dos fases de producción. Primero se construyen los componentes individuales. Luego, las piezas se juntan en una ubicación de fabricación principal, como la sede de la NASA en Houston, y se ensamblan. El proceso general se describe a continuación.

Conjunto de casco y visera

• 1 El casco y la visera pueden construirse utilizando técnicas tradicionales de moldeo por soplado. Una EMU está formada por 14 capas protectoras. Los materiales de la tela incluyen una variedad de diferentes polímeros sintéticos. La capa más interna es un material de tricot de nailon. Otra capa está compuesta de spandex, un polímero elástico que se puede llevar puesta. También hay una capa de nailon recubierto de uretano, que participa en la presurización. Dacron, un tipo de poliéster, se usa para una capa de restricción de presión. Otras telas sintéticas utilizadas incluyen neopreno que es un tipo de goma esponjosa, Mylar aluminizado, Gortex, Kevlar y Nomex. Los pellets de policarbonato se cargan en una máquina de moldeo por inyección. Se funden y se introducen en una cavidad que tiene el tamaño y la forma aproximados del casco. Cuando se abre la cavidad, se construye la pieza principal del casco. Se agrega un dispositivo de conexión en el extremo abierto para que el casco se pueda sujetar al torso superior duro. La almohadilla de distribución de ventilación se agrega junto con las válvulas de purga antes de empaquetar y enviar el casco. El conjunto de la visera está equipado de manera similar con "faros delanteros" y equipo de comunicación.

Sistemas de soporte vital

• 2 Los sistemas de soporte vital se agrupan en varios pasos. Todas las piezas van encajadas en la carcasa exterior de la mochila. Primero, los tanques de oxígeno presurizado se llenan, se tapan y se colocan en la carcasa. Se arma el equipo de eliminación de dióxido de carbono. Por lo general, esto implica un cartucho de filtro que se llena con hidróxido de litio que se conecta a una manguera. Luego, la mochila está equipada con un sistema de ventilación, energía eléctrica, una radio, un sistema de advertencia y el equipo de enfriamiento por agua. Cuando está completamente ensamblado, el sistema de soporte vital se puede conectar directamente a la parte superior del torso duro.

Módulo de control

• 3 Los componentes clave del módulo de control se construyen en unidades separadas y luego se ensamblan. Este enfoque modular permite que las piezas clave sean reparadas fácilmente si es necesario. El módulo de control montado en el pecho contiene todos los controles electrónicos, una pantalla digital y otras interfaces electrónicas. La válvula de purga primaria también se agrega a esta pieza.

Prenda refrescante

• 4 La prenda de enfriamiento se usa dentro de las capas de presión. Está hecho de una combinación de nailon, fibras de spandex y tubos de refrigeración líquida. El tricot de nailon se corta primero en forma de ropa interior larga. Mientras tanto, las fibras de spandex se tejen en una hoja de tela y se cortan en la misma forma. Luego, el spandex se ajusta con una serie de tubos de enfriamiento y luego se cose junto con la capa de nailon. Luego se adjunta una cremallera frontal, así como conectores para la fijación al sistema de soporte vital.

Torso superior e inferior

• 5 La parte inferior del torso, el brazo y los guantes están hechos de manera similar. Las diversas capas de fibras sintéticas se tejen juntas y luego se cortan en la forma apropiada. Los anillos de conexión están unidos en los extremos y los diversos segmentos están unidos. Los guantes están equipados con calentadores en miniatura en cada dedo y cubiertos con un relleno aislante.
• 6 La parte superior dura del torso está forjada con una combinación de fibra de vidrio y metal. Tiene cuatro aberturas donde se unen el conjunto de la parte inferior del torso, los dos brazos y el casco. Además, se agregan adaptadores donde se pueden conectar el paquete de soporte vital y el módulo de control.

Montaje final

• 7 Todas las piezas se envían a la NASA para ser ensambladas. Esto se hace en el suelo, donde se puede probar el traje antes de usarlo en el espacio.

Control de calidad

Los proveedores individuales realizan pruebas de control de calidad en cada paso del proceso de producción. Esto asegura que cada pieza esté hecha con estándares exigentes y funcionará en el entorno extremo del espacio. La NASA también realiza pruebas exhaustivas en el traje completamente ensamblado. Verifican cosas como fugas de aire, despresurización o sistemas de soporte vital no funcionales. Las pruebas de control de calidad son cruciales porque un solo mal funcionamiento podría tener consecuencias nefastas para un astronauta.

El futuro

El diseño actual de la UEM es el resultado de muchos años de investigación y desarrollo. Si bien son una herramienta poderosa para operaciones orbitales, son posibles muchas mejoras. Se ha sugerido que el traje espacial del futuro puede verse dramáticamente diferente al traje actual. Un área que se puede mejorar es el desarrollo de trajes que pueden operar a presiones más altas que la UEM actual. Esto tendría la ventaja de reducir el tiempo que se requiere actualmente para la respiración previa antes de una caminata espacial. Para hacer trajes de mayor presión, será necesario realizar mejoras en las uniones de conexión en cada parte del traje. Otra mejora puede estar en el cambio de tamaño del traje en órbita. Actualmente, se necesita una cantidad significativa de tiempo para quitar o agregar inserciones extensibles en las áreas de las piernas y los brazos. Otra posible mejora está en los controles electrónicos del traje. Lo que ahora requiere códigos de comando complejos se hará con solo presionar un botón en el futuro.