Trage espacial

Archiu:Aldrin Apollo 11 cropped.jpg

Trage espacial

El trage espacial és una escafandra presurizada que pot incloure dispositius de control tèrmic, suministre d'oxigen i atres soports vitals, per a realisar diferents tasques en l'espai. Els trages espacials es poden classificar en trages d'activitat intravehicular, extravehicular o una combinació d'abdós.

Els primers trages de pressió completa per a usar en altituts extremes varen ser dissenyats per inventors individuals ya en la década de 1930. El primer prototip de trage espacial data de 1935 obra de l'ingenier espanyol Emilio Herrera Linares. Posteriorment soviètics i nortamericans varen desenrollar models per a missions en òrbita. El primer trage espacial usat per un ser humà en l'espai va ser el trage soviètic SK-1 usat per Yuri Gagarin en 1961. El Programa Gemini va ampliar més l'experiència en este tipo d'indumentària, dites experiències es varen ampliar més encara en el Programa Apolo i posteriorment en les distintes missions del transbordador espacial i la Estació Espacial Internacional fins a aplegar als dissenys per al Programa Artemisa.

El trage extravehicular, o EVA, per les seues sigles en anglés, protegix als sers humans de la calor, la fredor, la radiació i la nula pressió atmosfèrica de l'espai fòra de la nau o estació espacial. El trage intravehicular s'utilisa dins de la nau, com a mida de seguritat, durant la reentrada a la Terra, pero també existixen trages per a abdós entorns, coneguts com IEVA (intra/extravehicular activity).

En un principi els trages eren confeccionats a mida, posteriorment es varen modificar per a crear un model estàndar que pogueren adaptar-se a l'operador i finalment es va aplegar a un model intermig a on alguns elements són estàndar i atres fets a mida. Baix d'estos deuen usar robes fines, no molt pesades ya que el trage fa tot el treball de protegir-los.

Alguns d'estos requisits també s'apliquen als trages presurizados usats per a atres tasques especialisades, com a vols de reconeiximent a gran altitut. En altituts per damunt del llímit d'Armstrong, al voltant de 19 000 m, l'aigua hervir a la temperatura corporal i es necessiten trages presurizados.

Història

El primer prototip d'un trage espacial va ser la escafandra estratonáutica, dissenyada en 1935 pel ingenier militar espanyol Emilio Herrera. Este prototip va assentar un precedent que inspiraria futurs dissenys, utilisats pels Estats Units en la carrera espacial. El primer trage espacial utilisat per un ser humà en l'espai va ser el trage intravehicular Sokol SK-1, fabricat per la Unió Soviètica per al vol de Yuri Gagarin, el 12 d'abril de 1961.

Conceptes de disseny

Un trage espacial deu permetre al seu usuari un moviment natural i sense traves. Casi tots els dissenys intenten mantindre un volum constant sense importar els moviments que faça l'usuari. Açò es deu a que es necessita treball mecànic per a canviar el volum d'un sistema de pressió constant. Si flexionar una articulació reduïx el volum del trage espacial, llavors l'astronauta deu fer un treball adicional cada volta que dobla eixa articulació, i deu mantindre una força per a mantindre l'articulació doblada. Inclús si esta força és molt menuda, pot ser molt agotador lluitar constantment contra el seu propi trage. També dificulta molt els moviments delicats. El treball requerit per a doblar una junta està dictat per la fòrmula

$W=\underset{V_i}{\overset{V_f}{\int }}PdV$

on V_i i V_f són respectivament el volum inicial i final de la junta, P és la pressió en el trage, i W és el treball resultant. En general, és cert que tots els trages són més mòvils a pressions més baixes. No obstant, degut a que els requisits de soport vital dicten una pressió interna mínima, l'únic mig de reduir encara més el treball és minimisar el canvi de volum.

Tots els dissenys de trages espacials intenten minimisar o eliminar este problema. La solució més comuna és formar el trage en vàries capes. La capa de la bufa és una capa hermètica i gomosa molt semblada a un globo. La capa de subjecció va fòra de la bufa i proporciona una forma específica per al trage. Ya que la capa de la bufa és més gran que la capa de subjecció, la subjecció soporta totes les tensions causades per la pressió dins del trage. Com la bufa no està baix pressió, no "explotarà" com un globo, inclús si es puncha. La capa de contenció té una forma tal que en doblar una junta s'òbrin bojaques de tela, cridats "gajos", en l'exterior de la junta, mentres que els plecs cridats "convolutas" es pleguen en l'interior de la junta. Les convolutas compensen el volum perdut en l'interior de la junta i mantenen el trage en un volum casi constant. No obstant, una volta que les arestes s'òbrin per complet, la junta no es pot doblar més sense una cantitat considerable de treball.

En alguns trages espacials russos, les tires de tela s'envolien apretadamente al voltant dels braços i les cames del cosmonauta fora del trage espacial per a evitar que el trage espacial s'unflara quan estava en l'espai.

La capa més externa d'un trage espacial, la penyora tèrmica de micrometeoritos, proporciona aïllament tèrmic, protecció contra micrometeoritos i protecció contra l'amoladora radiació solar.

Hi ha quatre enfocaments conceptuals principals de disseny:

Archiu:AX-5-spacesuit.jpg

Vaig dur espacial rígit experimental AX-5 de la NASA (1988)

Trages suaus

Els trages suaus generalment estan fets principalment de teles. Tots els trages blans tenen algunes parts dures; alguns inclús tenen cojinetes d'articulació durs. L'activitat intravehicular i els primers trages EVA eren trages blans.

Trages rígits

Els trages rígits generalment estan fets de metal o materials composts i no usen tela per a les juntes. Les articulacions dels trages durs utilisen #rodament de boles i segments d'anells en falca similars a un colze ajustable d'un tubo per a permetre una àmplia gama de moviments en els braços i les cames. Les juntes mantenen un volum constant d'aire internament i no tenen cap força contrària. Per tant, l'astronauta no necessita esforçar-se per a subjectar el trage en cap posició. Els trages rígits també poden operar a pressions més altes, #lo que eliminaria la necessitat de que un astronauta respire oxigen abans d'usar un trage espacial de 34 kPa (4,9 psi) davant un EVA d'una cabina de la nau espacial de 101 kPa (14,6 psi). Les articulacions poden aplegar a una posició restringida o bloquejada que requerix que l'astronauta manipule o programe l'articulació. El trage espacial de closca rígida AX-5 del Centre d'Investigació Ames de la NASA tenia una calificació de flexibilitat del 95%. L'usuari podria moure's en el 95% de les posicions que podria sense el trage posat.

Trages híbrits

Els trages híbrits tenen parts de coberta dura i parts de tela. La Unitat de movilitat extravehicular (EMU) de la NASA utilisa un Tors superior dur de fibra de vidre (HUT) i extremitats de tela. El I-Suit d'ILC Dover reemplaça el HUT en una part superior del tors suau de tela per a aforrar pes, restringint l'us de components durs als cojinetes de les articulacions, el caixco, el sagell de la cintura i la escotilla d'entrada atrassera. Pràcticament tots els dissenys de trages espacials viables incorporen components durs, particularment en els interfaços com el sagell de la cintura, els cojinetes i, en el cas dels trages d'entrada atrassera, la escotilla atrassera, a on les alternatives completament blanes no són viables.

Trages cenyits

Els trages cenyits, també coneguts com a trages mecànics de contrapresión o trages d'activitat espacial, són un disseny propost que usaria una mija corporal elàstica pesada per a comprimir el cos. El cap està en un caixco presurizado, pero el restant del cos està presurizado únicament per l'efecte elàstic del trage. Açò mitiga el problema del volum constant, reduïx la possibilitat de despresurización d'un trage espacial i proporciona un trage molt llauger. Quan no s'usen, les penyores elàstiques poden semblar roba per a un chiquet menut. Estos trages poden ser molt difícils de posar i enfrontar problemes per a proporcionar una pressió uniforme. La majoria de les propostes utilisen la transpiració natural del cos per a mantindre's fresc. La suor s'evapora ràpidament en el buit i pot desubliminar o depositar-se en objectes propencs: òptica, sensors, el visor de l'astronauta i atres superfícies. La película gelada i els residus de suor poden contaminar les superfícies sensibles i afectar el rendiment òptic.

Funcions del trage espacial

Un trage espacial deu eixercitar diverses funcions per a que el seu ocupant permaneixca cómodo i segur. Deu proveir:

• Una pressió interna estable. Esta pot ser menor que la pressió atmosfèrica de la terra, i per això normalment no és necessari dur nitrogen en el trage. Una menor pressió permet una major movilitat per al seu ocupant, pero comporta en la possibilitat de que ocórrega un mal de descompressió.
• Movilitat. La movilitat està normalment oposta a la pressió del trage. La movilitat també està donada per les unions del trage.
• Oxigen respirable. La circulació d'oxigen respirable està controlada pel Sistema Primari de Soport Vital.
• Regulació de la temperatura. Distint a la terra, a on la calor pot ser transferit per convecció en l'atmòsfera, en l'espai la calor pot perdre-se solament per radiació o per conducció en els objectes en contacte directe en el trage. Com la temperatura en l'espai pot variar considerablement, la temperatura del trage està regulada per roba de Refredat Líquit, mentres que la temperatura interior del trage està regulada por sistema Primari de Soport Vital.
• Escut contra la radiació ultravioleta.
• Escut llimitat contra un atre tipo de radiacions.
• Protecció contra micrometeoritos, alguns viajant a velocitats de fins a 27 000 quilómetros per hora, proporcionats per una capa resistent al punzado, que és la part més externa del trage. L'experiència ha demostrat que la major provabilitat d'exposició es produïx prop del camp gravitatorio d'un satèlit natural o planeta, per #lo que la proposta s'ampra per primera volta en els trages de la missió llunar Apolo.
• Mijos per a maniobrar, arnés i llínees de anclaje/lliberació a la nau espacial.
• Sistemes de telecomunicació.
• Formes per al cómodo almagasenament de menjar, aigua i begudes isotónicas.

• Sistema de gestió de rebujos (denominat Body Waste Management System en la gerga de la NASA) consistent en un recolector d'orina (Urine Collection Device, UCD) i un atre de heces (Maximum Absorbency Garment, MAG).

Parts del trage espacial

El trage espacial ho componen vàries peces que s'ajusten unes a unes atres i algunes són intercanviables en atres trages:

• Perneras: El trage es compon d'uns pantalons i un anell ventral ajustable en altura i esgambi per a ser usat per distintes persones.

• Tronc: A l'anell ventral s'acopla una camisa en anells en les nines i el coll.

• Guants: Són una part especialment cuidada perque deu permetre certa sensibilitat per a manejar ferramentes i al mateix temps protegir-li de l'espai exterior. Solen ser fets a mida.

• Caixco: És una atra peça d'especial delicadea puix deu permetre una àmplia visibilitat, ser robust, tindre vàries pantalles per a protegir els ulls de la radiació sense impedir vore, oferir un o dos micròfons per a la ràdio, auriculars i una pantalla a on apareguen mensages escrits.

• Mochila: En ella van les botelles d'aire per a poder respirar, el regulador per a compensar la diferència de pressió, les bateries i la ràdio.

• Tubos d'evacuació: Una série de conductes per a permetre a l'astronauta orinar i defecar si fora necessari sense que suponga un perill ni una molèstia. Cal tindre en conte que algunes passejades espacials poden prolongar-se durant hores (per a la reparació del Telescopi espacial Hubble va ser necessari una EVA de 26 hores).

En el seu conjunt un trage d'este tipo pot superar els 130 quilos de pes. A esta configuració se li pot afegir el mòdul extravehicular (Manned Maneuvering Unit en anglés) que utilisen els nortamericans per a maniobrar fòra del transbordador espacial. Aixina tindríem la configuració més completa i eficaç.

Un trage alguna cosa distint és el cridat trage de vol utilisat tant en l'envolament com en l'aterrisage i servix com a mida de precaució per si ocorre una despresurización del vehícul espacial. Al contrari que l'anterior no du mochila. En el cas dels transbordadors americans és de color taronja forta per a ser vist en més facilitat i la seua denominació és ACES. En la Soyuz este trage és de color blanc i es denomina Sokol. Ademés va equipat en radiobaliza, vengales, aigua, racions de menjar, paracaigudes, gomes i demés equip de supervivència; per si es produïra un accident i degueren abandonar la astronave en vol o en caure sobre aigua.

Teixits del trage

Tot vaig dur espacial està confeccionat en varis teixits, especialment si la penyora està prevista per a eixir a l'espai, pero solen integrar-ho sempre:

• Capa exterior: És blanca o de material reflectante per a dissipar la major cantitat de llum i calor possible.

• Capa de kevlar: Sol estar colocat en l'interior i la seua missió és protegir els teixits interiors de desgarros i de menuda fem espacial que poguera produir corts o #perforació en la consegüent pèrdua de pressió.

• Cotó: És la part interior per a proporcionar un tacte agradable, evitar pèrdues de calor i absorbir possibles sudoracions del propietari.

Estes capes no tenen perqué ser úniques sino dobles o triples i poden resistir l'impacte d'un objecte en el tamany d'una pedra menuda. Per a partícules més grans no es garantisa la resistència; pero si es produïra un forat del tamany d'una moneda les mochiles podrien proporcionar aire durant uns 30 minuts.

Problemes dels trages espacials

• Alt cost: Pese a conseguir reduccions en este camp gràcies a l'experiència, el preu de cada u és alguna cosa que ha demostrat ser molt difícil de solucionar. Es podria conseguir fabricant-los en série; pero molts components deu ser confeccionats a mida.

• Temps per a entrar i eixir: La cantitat i la precisió d'ajusts que necessita el trage, lo voluminós i delicat dels seus components i tots les comprovacions necessàries fan que l'operació de vestir-se puga superar la mija hora o inclús més.

• Incomoditat: Pese als esforços el trage espacial no deixa de ser un globo unflable, #lo que ho torna gran i aparatoso. S'han estudiat trages de formes dures i elàstiques; pero pel moment no són alternativa. També resulta molt difícil de resoldre la sensibilitat, sobretot en les mans.

• Pes: El trage per les seues múltiples parts supera en facilitat els cent quilograms, per #lo que els astronautes deuen estar en bona forma física durant els entrenaments.

Possibles successors

La professora Dava Newman va desenrollar uns trages espacials denominats «biotraje», similars a un de neopreno. Estos trages conten en la mateixa Resistència i flexibilitat que els trages convencionals. La diferència en el trage convencional és que no es infla d'aire, per #lo que reduïx en gran medida el volum i aumenta la movilitat. El biotraje s'ajusta directament sobre la pell per a produir pressió.

S'han realisat i s'han posat en pràctica estos trages en resultats varen ser satisfactoris, inclús permeten activitats cóm la escalada, totalment impossible en el convencional pes d'aproximadament 126 kg.

Vejau també

• Estació Espacial Internacional
• Cosmonauta
• Taikonauta
• Escafandra
• Escafandra estratonáutica

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Trage espacial.