El Sistema de Control Ambiental y Soporte Vital ( ECLSS ) de la Estación Espacial Internacional (ISS ) es un sistema de soporte vital que proporciona o controla la presión atmosférica , la detección y extinción de incendios, los niveles de oxígeno, la ventilación adecuada, la gestión de residuos y el suministro de agua. Fue diseñado y probado conjuntamente por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA , UTC Aerospace Systems , Boeing , Lockheed Martin y Honeywell, Inc. [ 1]
El sistema tiene tres funciones principales: recuperación de agua , revitalización del aire y generación de oxígeno , cuyo objetivo es garantizar entornos seguros y cómodos para el personal a bordo de la ISS . El sistema también sirve como una posible prueba de concepto para sistemas más avanzados basados en el ECLSS para su uso en misiones en el espacio profundo . [1]
La ISS tiene dos sistemas de recuperación de agua. Zvezda contiene un sistema de recuperación de agua que procesa el vapor de agua de la atmósfera que podría usarse para beber en caso de emergencia, pero que normalmente se alimenta al sistema Elektron para producir oxígeno . El segmento estadounidense tiene un sistema de recuperación de agua instalado durante la misión STS-126 [2] que puede procesar el vapor de agua recolectado de la atmósfera y la orina para convertirlo en agua destinada a beber. El sistema de recuperación de agua se instaló inicialmente en Destiny de manera temporal en noviembre de 2008 [2] y se trasladó a Tranquility (Nodo 3) en febrero de 2010. [3]
El sistema de recuperación de agua consta de un conjunto procesador de orina y un conjunto procesador de agua, alojados en dos de los tres bastidores ECLSS. [4]
El conjunto procesador de orina utiliza un proceso de destilación al vacío a baja presión que utiliza una centrífuga para compensar la falta de gravedad y, por lo tanto, ayudar a separar líquidos y gases. [5] El conjunto procesador de orina está diseñado para manejar una carga de 9 kg/día, lo que corresponde a las necesidades de una tripulación de 6 personas. [2] Aunque el diseño requería la recuperación del 85% del contenido de agua, la experiencia posterior con la precipitación de sulfato de calcio [3] (en las condiciones de caída libre presentes en la ISS, los niveles de calcio en la orina se elevan debido a la pérdida de densidad ósea) ha llevado a un nivel operativo revisado de recuperación del 70% del contenido de agua.
El agua del conjunto procesador de orina y de las fuentes de aguas residuales se combinan para alimentar el conjunto procesador de agua, que filtra los gases y los materiales sólidos antes de pasar por lechos filtrantes y luego por un conjunto de reactor catalítico de alta temperatura. Luego, el agua se analiza mediante sensores integrados y el agua inaceptable se vuelve a reciclar a través del conjunto procesador de agua. [4] [5]
El conjunto de eliminación de volátiles voló en la misión STS-89 en enero de 1998 para demostrar el funcionamiento del reactor catalítico del conjunto de procesamiento de agua en condiciones de microgravedad. Un experimento de vuelo de destilación por compresión de vapor voló, pero fue destruido, en la misión STS-107 . [5]
El conjunto de destilación del procesador de orina falló el 21 de noviembre de 2008, un día después de la instalación inicial. [2] Uno de los tres sensores de velocidad de la centrífuga informaba de velocidades anómalas y se observó una corriente elevada en el motor de la centrífuga. Esto se corrigió volviendo a montar el conjunto de destilación sin varios aisladores de vibración de goma. El conjunto de destilación falló de nuevo el 28 de diciembre de 2008 debido a la corriente elevada del motor y se reemplazó el 20 de marzo de 2009. Finalmente, durante las pruebas posteriores a la falla, se descubrió que un sensor de velocidad de la centrífuga estaba desalineado y que un cojinete del compresor había fallado. [3]
Actualmente, a bordo de la ISS se utilizan varios sistemas para mantener la atmósfera de la nave espacial, que es similar a la de la Tierra . [6] La presión de aire normal en la ISS es de 101,3 kPa (14,7 psi ), la misma que a nivel del mar en la Tierra. "Si bien los miembros de la tripulación de la ISS podrían mantenerse saludables incluso con la presión a un nivel más bajo, el equipo de la Estación es muy sensible a la presión. Si la presión cayera demasiado, podría causar problemas con el equipo de la Estación". [7]
El sistema Elektron a bordo de la Zvezda y un sistema similar en la Destiny generan oxígeno a bordo de la estación. [8] La tripulación tiene una opción de respaldo en forma de oxígeno embotellado y botes de generación de oxígeno con combustible sólido (SFOG). [9] El dióxido de carbono se elimina del aire mediante el sistema Vozdukh en la Zvezda. Un conjunto de eliminación de dióxido de carbono (CDRA) se encuentra en el módulo de laboratorio de EE. UU. y otro en el módulo del nodo 3 de EE. UU. Otros subproductos del metabolismo humano, como el metano de las flatulencias y el amoníaco del sudor, se eliminan mediante filtros de carbón activado o mediante el sistema de control de contaminantes traza (TCCS). [9]
El dióxido de carbono y los contaminantes traza se eliminan mediante el Sistema de Revitalización del Aire. Se trata de un bastidor de la NASA, colocado en Tranquility , diseñado para proporcionar un Conjunto de Eliminación de Dióxido de Carbono (CDRA), un Subconjunto de Control de Contaminantes Traza (TCCS) para eliminar la contaminación traza peligrosa de la atmósfera y un Analizador de Constituyentes Principales (MCA) para controlar el nitrógeno , el oxígeno , el dióxido de carbono , el metano , el hidrógeno y el vapor de agua . El Sistema de Revitalización del Aire fue trasladado a la estación a bordo del STS-128 y se instaló temporalmente en el módulo presurizado del Módulo Experimental Japonés . El sistema estaba programado para ser transferido a Tranquility después de su llegada y se instaló durante la misión STS-130 del Transbordador Espacial Endeavour . [10]
El Sistema de Generación de Oxígeno (OGS) es un bastidor de la NASA diseñado para electrolizar el agua del Sistema de Recuperación de Agua para producir oxígeno e hidrógeno. El oxígeno se entrega a la atmósfera de la cabina. La unidad está instalada en el módulo Destiny . Durante una de las caminatas espaciales realizadas por los astronautas de la STS-117 , se instaló una válvula de ventilación de hidrógeno necesaria para comenzar a utilizar el sistema. [11] El sistema fue entregado en 2006 por la STS-121 y entró en funcionamiento el 12 de julio de 2007. [12] Desde 2001, el segmento orbital estadounidense había utilizado oxígeno en un tanque de almacenamiento presurizado en el módulo de esclusa de aire Quest, o desde el módulo de servicio ruso. Antes de la activación del Sistema Sabatier en octubre de 2010, el hidrógeno y el dióxido de carbono extraídos de la cabina se ventilaban por la borda. [5]
En 2011, la cadena de noticias estadounidense CBS News y la revista de noticias Spaceflightnow informaron que "en los últimos seis meses, la OGA no ha estado funcionando bien porque el agua que se le ha suministrado es ligeramente demasiado ácida", dijo el director de vuelo de la estación, Chris Edelen. "Durante los últimos meses, la tripulación de la estación ha estado utilizando el oxígeno traído a bordo de la nave espacial de suministro Progress, una nave de carga europea y el generador de oxígeno ruso Elektron mientras esperaba la entrega del equipo de reparación de la OGA. La OGA, al igual que el Elektron, utiliza electricidad para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno". [13]
El sistema de circuito cerrado avanzado (ACLS, por sus siglas en inglés) es un bastidor de la ESA que convierte el dióxido de carbono y el agua en oxígeno y metano. El dióxido de carbono se elimina del aire de la estación mediante un depurador de aminas, luego se retira del depurador con vapor y se convierte en metano y agua mediante una reacción de Sabatier que utiliza hidrógeno producido electrolíticamente a partir del agua. El metano se ventila y el agua se recicla mediante electrólisis, lo que produce hidrógeno y oxígeno. Esto es muy diferente del bastidor generador de oxígeno de la NASA, que depende de un suministro constante de agua desde la Tierra para generar oxígeno. Esta capacidad de ahorro de agua reducirá la necesidad de lanzar 400 litros adicionales de agua en el reabastecimiento de carga por año. El 50% del dióxido de carbono que procesa se puede convertir en oxígeno y, por sí solo, puede regenerar suficiente oxígeno para 3 astronautas. [14] El otro 50% del dióxido de carbono se desecha desde la ISS junto con el metano que se genera. [14] El ACLS tiene tres subsistemas:
El ACLS es un demostrador de tecnología (se prevé que funcione durante uno o dos años), pero si tiene éxito se dejará a bordo de la ISS de forma permanente. Se entregó en el lanzamiento de Kounotori 7 en septiembre de 2018 y se instaló en el módulo Destiny . Un año después de la entrega, la mayor parte estaba funcionando y se esperaba que las nuevas piezas hicieran que los tres subsistemas funcionaran por completo en 2020. [15] [ necesita actualización ]
El sistema Sabatier de la NASA, utilizado desde 2010 hasta 2017, cerró el circuito de oxígeno en el ECLSS combinando el hidrógeno residual del sistema de generación de oxígeno y el dióxido de carbono de la atmósfera de la estación mediante la reacción de Sabatier para reutilizar el oxígeno. Los resultados de esta reacción son agua y metano. El agua se recicla para reducir la cantidad total de agua que debe transportarse a la estación desde la Tierra, y el metano se expulsa por la borda a través de la línea de ventilación de hidrógeno ahora compartida instalada para el sistema de generación de oxígeno. [16]
Elektron es un generador de oxígeno electrolítico ruso, que también se utilizó en la Mir . Utiliza la electrólisis para producir oxígeno. Este proceso divide las moléculas de agua recuperadas de otros usos a bordo de la estación en oxígeno e hidrógeno mediante electrólisis. El oxígeno se ventila hacia la cabina y el hidrógeno se ventila hacia el espacio. Los tres generadores de oxígeno rusos Elektron a bordo de la Estación Espacial Internacional han estado plagados de problemas, lo que ha obligado a la tripulación a utilizar con frecuencia fuentes de respaldo (ya sea oxígeno embotellado o el sistema Vika que se analiza más adelante). Para apoyar a una tripulación de seis, la NASA agregó el sistema de generación de oxígeno que se analiza anteriormente.
En 2004, la unidad Elektron se apagó debido a causas (inicialmente) desconocidas. Dos semanas de resolución de problemas dieron como resultado que la unidad se pusiera en marcha de nuevo, para luego apagarse inmediatamente. La causa finalmente se rastreó a burbujas de gas en la unidad, que permaneció inoperativa hasta una misión de reabastecimiento Progress en octubre de 2004. [17] En 2005, el personal de la ISS aprovechó el suministro de oxígeno de la recién llegada nave espacial de reabastecimiento Progress, cuando la unidad Elektron falló. [18] En 2006, los humos de una unidad Elektron que funcionaba mal llevaron a los ingenieros de vuelo de la NASA a declarar una "emergencia de la nave espacial". Un olor a quemado llevó a la tripulación de la ISS a sospechar de otro incendio en el Elektron, pero la unidad estaba sólo "muy caliente". Una fuga de hidróxido de potasio corrosivo e inodoro obligó a la tripulación de la ISS a ponerse guantes y máscaras faciales. Se ha conjeturado que el olor provenía de sellos de goma sobrecalentados. El incidente ocurrió poco después de que partiera la STS-115 y justo antes de la llegada de una misión de reabastecimiento (que incluía a la turista espacial Anousheh Ansari ). [19] El Elektron no volvió a funcionar hasta noviembre de 2006, después de que llegaran nuevas válvulas y cables a la nave de reabastecimiento Progress en octubre de 2006. [20] El ERPTC (Electrical Recovery Processing Terminal Current) se insertó en la ISS para evitar daños a los sistemas. En octubre de 2020, el sistema Elektron falló y tuvo que desactivarse durante un breve periodo antes de ser reparado. [21]
El generador de oxígeno Vika o TGK, también conocido como Generación de oxígeno de combustible sólido (SFOG) cuando se utiliza en la ISS, es un generador de oxígeno químico desarrollado originalmente por Roscosmos para Mir , y proporciona un sistema alternativo de generación de oxígeno. [22] Utiliza botes de perclorato de litio sólido , que se queman para crear oxígeno gaseoso. [22] Cada bote puede satisfacer las necesidades de oxígeno de un miembro de la tripulación durante un día. [23]
Otro sistema ruso, Vozdukh (del ruso Воздух , que significa "aire"), elimina el dióxido de carbono del aire basándose en el uso de absorbedores regenerables de gas de dióxido de carbono. [24]
El control de temperatura y humedad (THC) es el subsistema del ECLSS de la ISS encargado de mantener una temperatura constante del aire y controlar la humedad en el suministro de aire de la estación. El sistema de control térmico (TCS) es un componente del sistema THC y se subdivide en el sistema de control térmico activo (ATCS) y el sistema de control térmico pasivo (PTCS). Es posible controlar la humedad mediante la reducción o el aumento de la temperatura y mediante la adición de humedad al aire. [ cita requerida ]
El sistema de detección y supresión de incendios (FDS) es el subsistema dedicado a identificar que se ha producido un incendio y tomar medidas para combatirlo.
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