Un sistema de soporte vital es la combinación de equipos que permiten la supervivencia en un entorno o situación que no sustentaría esa vida en su ausencia. Generalmente se aplica a sistemas que sustentan la vida humana en situaciones donde el ambiente exterior es hostil, como el espacio exterior o bajo el agua , o situaciones médicas donde la salud de la persona está comprometida hasta el punto de que el riesgo de muerte sería alto sin la función. del equipo. [1]
En los vuelos espaciales tripulados , un sistema de soporte vital es un grupo de dispositivos que permiten a un ser humano sobrevivir en el espacio exterior. La agencia espacial del gobierno estadounidense NASA , [2] y las compañías privadas de vuelos espaciales utilizan la frase "sistema de control ambiental y soporte vital" o el acrónimo "ECLSS" al describir estos sistemas. [3] El sistema de soporte vital puede suministrar aire, agua y alimentos. También debe mantener la temperatura corporal correcta, una presión corporal aceptable y lidiar con los productos de desecho del cuerpo. También puede ser necesaria una protección contra influencias externas nocivas como la radiación y los micrometeoritos. Los componentes del sistema de soporte vital son críticos para la vida y están diseñados y construidos utilizando técnicas de ingeniería de seguridad .
En el buceo submarino , el aparato respiratorio se considera un equipo de soporte vital, y un sistema de buceo por saturación se considera un sistema de soporte vital; el personal que es responsable de operarlo se denomina técnicos de soporte vital . El concepto también se puede extender a submarinos , sumergibles tripulados y trajes de buceo atmosféricos , donde el gas respirable requiere tratamiento para seguir siendo respirable y los ocupantes están aislados de la presión y temperatura ambiente exterior.
Los sistemas médicos de soporte vital incluyen máquinas de circulación extracorpórea , ventiladores médicos y equipos de diálisis .
Un miembro de la tripulación de tamaño típico requiere aproximadamente 5 kilogramos (11 libras) de alimentos , agua y oxígeno por día para realizar actividades estándar en una misión espacial, y produce una cantidad similar en forma de desechos sólidos, líquidos y dióxido de carbono . [4] El desglose masivo de estos parámetros metabólicos es el siguiente: 0,84 kg (1,9 lb) de oxígeno, 0,62 kg (1,4 lb) de alimentos y 3,54 kg (7,8 lb) de agua consumidos, convertidos a través de los procesos fisiológicos del cuerpo en Se produjeron 0,11 kg (3,9 oz) de desechos sólidos, 3,89 kg (8,6 lb) de desechos líquidos y 1,00 kg (2,20 lb) de dióxido de carbono. Estos niveles pueden variar debido al nivel de actividad de una misión específica, pero deben obedecer al principio de equilibrio de masa . El uso real de agua durante las misiones espaciales suele duplicar el valor indicado, principalmente debido al uso no biológico (por ejemplo, ducharse). Además, el volumen y la variedad de productos de desecho varían según la duración de la misión e incluyen cabello, uñas, descamación de la piel y otros desechos biológicos en misiones que duran más de una semana. Otras consideraciones ambientales como la radiación, la gravedad, el ruido, la vibración y la iluminación también influyen en la respuesta fisiológica humana en el espacio exterior, aunque no con el efecto más inmediato que tienen los parámetros metabólicos.
Los sistemas de soporte vital en el espacio ultraterrestre mantienen atmósferas compuestas, como mínimo, de oxígeno, vapor de agua y dióxido de carbono. La presión parcial de cada gas componente se suma a la presión barométrica general .
Sin embargo, la eliminación de gases diluyentes aumenta sustancialmente los riesgos de incendio, especialmente en operaciones terrestres cuando por razones estructurales la presión total de la cabina debe exceder la presión atmosférica externa; ver Apolo 1 . Además, la toxicidad del oxígeno se convierte en un factor en altas concentraciones de oxígeno. Por esta razón, la mayoría de las naves espaciales tripuladas modernas utilizan atmósferas de aire convencional (nitrógeno/oxígeno) y utilizan oxígeno puro sólo en trajes presurizados durante la actividad extravehicular , donde la flexibilidad aceptable del traje exige la presión de inflado más baja posible.
Los miembros de la tripulación consumen agua para beber, actividades de limpieza, control térmico de EVA y usos de emergencia. Debe almacenarse, usarse y recuperarse (a partir de aguas residuales y vapor de agua exhalado) de manera eficiente, ya que actualmente no existen fuentes in situ para los entornos alcanzados durante la exploración espacial humana. Las futuras misiones lunares pueden utilizar agua procedente de los hielos polares; Las misiones a Marte pueden utilizar agua de la atmósfera o depósitos de hielo.
Todas las misiones espaciales hasta la fecha han utilizado alimentos suministrados. Los sistemas de soporte vital podrían incluir un sistema de cultivo de plantas que permita cultivar alimentos dentro de edificios o recipientes. Esto también regeneraría agua y oxígeno. Sin embargo, hasta el momento ningún sistema de este tipo ha volado en el espacio exterior. Un sistema de este tipo podría diseñarse de modo que reutilice la mayoría de los nutrientes (que de otro modo se perderían). Esto se hace, por ejemplo, mediante sanitarios de compostaje que reintegran el material de desecho (excrementos) al sistema, permitiendo que los cultivos alimentarios absorban los nutrientes. Los alimentos provenientes de los cultivos son luego consumidos nuevamente por los usuarios del sistema y el ciclo continúa. Sin embargo, las necesidades logísticas y de superficie hasta ahora resultaban prohibitivas para la implementación de un sistema de este tipo.
Dependiendo de la duración de la misión, los astronautas pueden necesitar gravedad artificial para reducir los efectos del síndrome de adaptación espacial , la redistribución de fluidos corporales y la pérdida de masa ósea y muscular. Existen dos métodos para generar peso artificial en el espacio exterior.
Si los motores de una nave espacial pudieran producir empuje continuamente en el viaje de ida con un nivel de empuje igual a la masa de la nave, aceleraría continuamente a una velocidad de 32,2 pies por segundo (9,8 m/s) por segundo, y la tripulación experimentaría una atracción hacia el mamparo de popa del barco con gravedad normal de la Tierra (un g). El efecto es proporcional a la tasa de aceleración. Cuando el barco llegue a la mitad del camino, girará y producirá un empuje en dirección retrógrada para reducir la velocidad.
Alternativamente, si la cabina del barco está diseñada con una gran pared cilíndrica, o con una viga larga que se extiende sobre otra sección de la cabina o contrapeso, girarla a una velocidad adecuada provocará que la fuerza centrífuga simule el efecto de la gravedad. Si ω es la velocidad angular de giro del barco, entonces la aceleración en un radio r es:
Tenga en cuenta que la magnitud de este efecto varía con el radio de rotación, lo que los miembros de la tripulación pueden encontrar inconveniente según el diseño de la cabina. Además, se deben abordar los efectos de la fuerza de Coriolis (una fuerza impartida en ángulo recto al movimiento dentro de la cabina). Y existe la preocupación de que la rotación pueda agravar los efectos de la alteración vestibular.
Las naves espaciales estadounidenses Mercury, Gemini y Apollo contenían atmósferas 100% de oxígeno, adecuadas para misiones de corta duración, para minimizar el peso y la complejidad. [5]
El transbordador espacial fue la primera nave espacial estadounidense en tener una mezcla atmosférica similar a la de la Tierra, compuesta por un 22% de oxígeno y un 78% de nitrógeno. [5] Para el transbordador espacial, la NASA incluye en la categoría ECLSS sistemas que proporcionan tanto soporte vital para la tripulación como control ambiental para las cargas útiles. El manual de referencia del transbordador contiene secciones ECLSS sobre: presurización de la cabina del compartimiento de la tripulación, revitalización del aire de la cabina, sistema de circuito de refrigeración de agua, sistema de control térmico activo, suministro y aguas residuales, sistema de recolección de desechos, tanque de aguas residuales, soporte de esclusa de aire, unidades de movilidad extravehicular , altitud de la tripulación Sistema de Protección, Enfriamiento de Generadores Termoeléctricos de Radioisótopos y Purga de Nitrógeno Gaseoso para Cargas Útiles. [6]
El sistema de soporte vital de la nave espacial Soyuz se llama Kompleks Sredstv Obespecheniya Zhiznideyatelnosti (KSOZh). [ cita necesaria ] Vostok, Voshkod y Soyuz contenían mezclas similares al aire a aproximadamente 101 kPa (14,7 psi). [5]
Paragon Space Development Corporation está desarrollando un ECLSS plug and play llamado sistema de revitalización aérea-transporte de tripulación comercial (CCT-ARS) [7] para futuras naves espaciales parcialmente pagado con fondos de desarrollo de tripulación comercial ( CCDev ) de la NASA. [8]
El CCT-ARS proporciona siete funciones principales de soporte vital de la nave espacial en un sistema altamente integrado y confiable: control de la temperatura del aire, eliminación de humedad, eliminación de dióxido de carbono , eliminación de trazas de contaminantes, recuperación atmosférica posterior a un incendio, filtración de aire y circulación de aire en la cabina. [9]
Los sistemas de estaciones espaciales incluyen tecnología que permite a los humanos vivir en el espacio exterior durante un período prolongado de tiempo. Esta tecnología incluye sistemas de filtración para la eliminación de desechos humanos y la producción de aire.
Skylab utilizó 72% de oxígeno y 28% de nitrógeno a una presión total de 5 psi. [ cita necesaria ]
Las estaciones espaciales Salyut y Mir contenían una mezcla de oxígeno y nitrógeno similar al aire a presiones aproximadamente al nivel del mar de 93,1 kPa (13,5 psi) a 129 kPa (18,8 psi) con un contenido de oxígeno del 21% al 40%. [5]
El sistema de soporte vital para la Estación Espacial Comercial Bigelow está siendo diseñado por Bigelow Aerospace en Las Vegas, Nevada . La estación espacial estará construida con módulos de naves espaciales expandibles Sundancer y BA 330 habitables . En octubre de 2010, comenzaron las [actualizar]" pruebas con seres humanos del sistema de control ambiental y soporte vital (ECLSS)" para Sundancer . [10]
Los LSS naturales como el Biosphere 2 en Arizona se han probado para futuros viajes espaciales o colonizaciones. Estos sistemas también se conocen como sistemas ecológicos cerrados . Tienen la ventaja de utilizar la energía solar únicamente como energía primaria y de ser independientes del apoyo logístico con combustible. Los sistemas naturales tienen el mayor grado de eficiencia debido a la integración de múltiples funciones. También proporcionan a los seres humanos el ambiente adecuado, necesario para una estancia más larga en el espacio exterior.
Los hábitats submarinos y las instalaciones de alojamiento de saturación de la superficie brindan soporte vital a sus ocupantes durante períodos de días a semanas. Los ocupantes no pueden regresar inmediatamente a la presión atmosférica en la superficie debido a obligaciones de descompresión de hasta varias semanas.
El sistema de soporte vital de una instalación de alojamiento para saturación de superficie proporciona gas respirable y otros servicios para mantener la vida del personal bajo presión. Incluye los siguientes componentes: [11] Los hábitats submarinos se diferencian en que la presión ambiental externa es la misma que la presión interna, por lo que algunos problemas de ingeniería se simplifican.
Los hábitats submarinos equilibran la presión interna con la presión ambiental externa, permitiendo a los ocupantes el libre acceso al entorno ambiental dentro de un rango de profundidad específico, mientras que los buzos de saturación alojados en sistemas de superficie son transferidos bajo presión a la profundidad de trabajo en una campana de buceo cerrada.
El sistema de soporte vital de la campana proporciona y monitorea el suministro principal de gas respirable , y la estación de control monitorea el despliegue y las comunicaciones con los buzos. El suministro de gas primario, energía y comunicaciones a la campana se realizan a través de una campana umbilical, formada por una serie de mangueras y cables eléctricos entrelazados y desplegados como una unidad. [12] Esto se extiende a los buzos a través de los umbilicales de buzo. [11]
El sistema de soporte vital del alojamiento mantiene el ambiente de la cámara dentro del rango aceptable para la salud y la comodidad de los ocupantes. Se monitorean y controlan la temperatura, la humedad, la calidad del gas respirable, los sistemas sanitarios y el funcionamiento del equipo. [12]
El sistema alternativo de soporte de vida microecológico ( MELiSSA ) es una iniciativa liderada por la Agencia Espacial Europea , concebida como un ecosistema basado en microorganismos y plantas superiores destinado a ser una herramienta para comprender el comportamiento de los ecosistemas artificiales y para el desarrollo de la tecnología. para un futuro sistema de soporte vital regenerativo para misiones espaciales tripuladas a largo plazo.
CyBLiSS ("sistemas de soporte vital basados en cianobacterias") es un concepto desarrollado por investigadores de varias agencias espaciales ( NASA , el Centro Aeroespacial Alemán y la Agencia Espacial Italiana ) que utilizaría cianobacterias para procesar los recursos disponibles en Marte directamente en productos útiles, y en sustratos [ se necesita aclaración ] para otros organismos clave del sistema de soporte vital bioregenerativo (BLSS). [13] El objetivo es hacer que los futuros puestos de avanzada ocupados por humanos en Marte sean lo más independientes posible de la Tierra (exploradores que vivan "de la tierra"), para reducir los costos de la misión y aumentar la seguridad. Aunque se desarrolló de forma independiente, CyBLiSS sería complementario a otros proyectos BLSS (como MELiSSA), ya que puede conectarlos con materiales encontrados en Marte, haciéndolos así sostenibles y expandibles allí. En lugar de depender de un circuito cerrado, se pueden incorporar al sistema nuevos elementos encontrados en el sitio.
