Un traje de contrapresión mecánica (MCP) , un traje de presión parcial , un traje de compresión directa o un traje de actividad espacial ( SAS ) es un traje espacial experimental que aplica una presión estable contra la piel mediante prendas elásticas ajustadas. El SAS no se infla como un traje espacial convencional: utiliza presión mecánica, en lugar de presión de aire, para comprimir el cuerpo humano en entornos de baja presión. El desarrollo fue iniciado por la NASA y la Fuerza Aérea a fines de la década de 1950 y luego nuevamente a fines de la década de 1960, pero ninguno de los diseños se utilizó. En el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) se están realizando investigaciones sobre un sistema "Bio-Suit" que se basa en el concepto original de SAS. [1]
El cuerpo humano puede sobrevivir brevemente a la exposición al duro vacío del espacio sin protección, [2] a pesar de las representaciones contrarias en algunas ciencia ficción popular . La piel humana no necesita protección contra el vacío y por sí sola es estanca a los gases. La carne humana se expande hasta aproximadamente el doble de su tamaño en tales condiciones, dando el efecto visual de un culturista en lugar de un globo demasiado lleno. Esto se puede contrarrestar mediante la contrapresión mecánica de una prenda diseñada adecuadamente. La conciencia se conserva durante hasta 15 segundos a medida que aparecen los efectos de la falta de oxígeno . Para contrarrestar esto se requiere un casco que contenga los gases respirables y proteja los oídos y los ojos. [3] Estos efectos han sido confirmados a través de varios accidentes en condiciones de muy alta altitud, el espacio exterior y cámaras de vacío de entrenamiento. [4] [2]
El enfriamiento del astronauta con un SAS generalmente se logra mediante la evaporación del sudor corporal que emite el traje en todas direcciones. El agua, las sales y las proteínas pueden depositarse en la óptica y otras superficies sensibles causando daños o degradación. Esto puede limitar la utilidad de una SAS. Para los trajes espaciales inflados utilizados en el transbordador espacial , la estación espacial internacional y el programa Apolo , el enfriamiento se logró en el sistema de soporte vital primario mediante sublimación de agua en el vacío.
En 1959, Hans Mauch estaba trabajando en ropa interior "transpirable" para el traje espacial Mercury cuando se le ocurrió la idea de construir un diseño mecánico de contrapresión. El equipo de Mauch observó que las espumas de células cerradas , que atrapan el gas dentro de su estructura, se expanden cuando disminuye la presión exterior. Al contener la espuma dentro de una capa exterior que no se expande, ejercería una presión cada vez mayor sobre el cuerpo a medida que la presión disminuyera. Esto pareció permitir un diseño que ofrecería una movilidad mucho mejor que el diseño casi rígido de Mercury. [5]
A finales de 1959, la Fuerza Aérea de EE. UU. concedió a Mauch Laboratories un contrato para desarrollar un modelo funcional, como parte de los esfuerzos secretos del X-20 Dynasoar de la Fuerza Aérea . El programa duró hasta 1962, tiempo durante el cual la NASA se unió al esfuerzo. El traje se construyó con una capa de espuma intercalada entre dos capas de tela, la interior contra la piel (o la ropa interior) del usuario para proporcionar soporte mecánico y la exterior para proporcionar contención. Un casco separado y voluminoso proporcionaba presión y gases respirables. Al igual que la ropa interior que Mauch estaba desarrollando para Mercury, el control térmico se lograba mediante la transpiración directa del sudor a través del tejido. El traje resultante era tan voluminoso como el diseño original de Mercury, excluyendo el casco grande. [5]
Las pruebas de vacío ampliadas se llevaron a cabo con éxito, pero el traje demostró tener menos movilidad de lo esperado y se abandonó el desarrollo posterior. [5]
La introducción de tejidos mejorados llevó al concepto de Paul Webb de una nueva forma de construir un SAS. [6] Se contrataron trabajos adicionales para probar varios conceptos de diseño. Entre 1968 y 1971 se construyeron diez diseños cada vez más sofisticados, lo que finalmente condujo a una serie de pruebas exitosas en cámaras de vacío. La prueba más larga duró dos horas y cuarenta y cinco minutos.
Las pruebas tuvieron éxito: se demostró de manera concluyente la viabilidad de un traje espacial mecánico de contrapresión. La energía necesaria para moverse era considerablemente menor que la de los diseños convencionales, lo que supuso una mejora importante para los paseos espaciales de larga duración. Las pruebas de punciones demostraron que hasta un milímetro cuadrado de piel podía exponerse directamente al vacío durante períodos prolongados sin ningún efecto permanente. Un pinchazo similar en un traje convencional provocaría una pérdida de presión y de aire respirable. Pesaba la mitad que el traje de presión principal usado por los astronautas de la NASA para el Proyecto Apolo , el A7L .
También surgieron una serie de problemas, principalmente relacionados con el problema de mantener el traje en fuerte contacto mecánico en cada punto del cuerpo. Las concavidades o pequeños pliegues en la tela podrían provocar que el líquido se acumule en los huecos; la zona de la ingle resultó extremadamente difícil de adaptar con éxito. Para corregir esto, se insertaron pequeñas almohadillas de espuma de poliuretano en las concavidades y tuvieron éxito en la mayoría de las áreas problemáticas. Los trajes debían adaptarse a cada individuo, aunque lo mismo ocurría con todos los trajes espaciales de la época. La mayor dificultad fue ponerse y quitarse el traje. Para proporcionar eficazmente la presión mínima de 0,3 bares (4,4 psi ) necesaria para la fisiología humana, el traje tenía que ser extremadamente ajustado, lo que hacía que ponerse y quitarse fuera una tarea muy agotadora.
En 1971, Webb, junto con James F. Annis, publicaron sus hallazgos en un informe. [7] El informe siguió siendo positivo y los investigadores sintieron que era posible realizar más mejoras. Citando el informe:
En conclusión, el SAS en su actual etapa de desarrollo protegerá al hombre de los efectos del vacío, en una prenda que permite una mejor movilidad y movimientos naturales del cuerpo. Fisiológicamente, el enfoque es sólido y, aunque quedan muchos problemas por resolver, son principalmente de naturaleza mecánica. Se ha sugerido que la solución de los problemas mecánicos, combinada con una cuidadosa confección basada en análisis biomecánicos, más el desarrollo de tejidos elásticos específicos, podría conducir eventualmente a una versión del SAS calificada para el espacio.
El diseño original de SAS se basó en dos tejidos nuevos: un tipo de "powernet" (o "tejido de faja") para áreas de alta tensión y un tejido de bobina elástica para áreas de menor tensión. Ambos se basaban en un hilo de urdimbre elástico pesado con un hilo de trama mucho menos elástico para formar una red. Los términos urdimbre y trama se utilizan aquí de manera vaga, ya que el material no fue tejido con métodos tradicionales. Powernet utilizó cordón de spandex como urdimbre y cordón de nailon como trama, lo que permitió el movimiento principalmente a lo largo del eje de la urdimbre. Bobbinet utilizaba urdimbre de caucho envuelta en algodón y trama de nailon o Dacron , y era flexible en ambas direcciones. La envoltura de algodón limitó el estiramiento máximo al 200% de la longitud en reposo. La cantidad de sobrepresión que podía crear la bobina era de aproximadamente 0,02 bares (0,29 psi) sobre el torso, el volumen más grande, y hasta 0,053 bares (0,77 psi) sobre curvas de radio más pequeño en la muñeca y los tobillos. Powernet podría producir alrededor de 0,067 bares (0,97 psi) incluso en el torso. Se necesita un mínimo de 0,17 bares (2,5 psi) para una respiración normal.
Se utilizaron múltiples capas y parches de los dos materiales para controlar la presión mecánica general alrededor del cuerpo. Comenzando en la piel, se utilizó una "capa deslizante" de powernet ligero para permitir que las capas externas se deslizaran sobre la piel sin adherirse. Debajo de esta capa se colocaron una serie de almohadillas de espuma en varias concavidades del cuerpo para mantenerlas en contacto con el traje. Además de esto estaba la vejiga de contrapresión, parte del sistema respiratorio. Además de esto, había hasta seis capas adicionales de powernet sobre el maletero con brazos y piernas en forma de bobina, o prendas totalmente en forma de bobina que cubrían solo el maletero. Las prendas se pusieron como un mono normal con una gran cremallera cerrando la parte delantera, con cordones adicionales en algunos puntos para ayudar a cerrar la prenda. Las cremalleras en capas alternas estaban desplazadas.
El sistema respiratorio de presión positiva constaba de tres partes principales: el casco presurizado, la vejiga respiratoria y el sistema de tanque en una mochila. La vejiga y el casco estaban conectados entre sí para bombear aire fuera de la vejiga y sobre el torso cuando el usuario inhalaba, reduciendo la cantidad de presión sobre el pecho del usuario. El casco se aseguraba mediante una prenda no elástica de tela Nomex que envolvía el pecho y debajo de los brazos, y mediante capas elásticas encima y debajo de ella.
El Bio-Suit es un traje de actividad espacial experimental en construcción en el Instituto de Tecnología de Massachusetts bajo la dirección del profesor Dava Newman , con el apoyo del Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA . Similar al SAS en concepto, el BioSuit aplica avances en ingeniería y medición [ ¿cuáles? ] para producir una versión simplificada del diseño de SAS. [8]
Newman ha trabajado extensamente en biomecánica , especialmente en el campo de la medición computarizada del movimiento humano. Al igual que con los trajes llenos de gas, Newman ha utilizado el principio de " líneas de no extensión ", un concepto originado por Arthur Iberall en un trabajo que se remonta a finales de los años 1940, para colocar los elementos de tensión a lo largo de líneas del cuerpo donde la piel no se encuentra. no se estire durante la mayoría de los movimientos normales.
La estructura primaria del BioSuit se construye colocando cordones elásticos a lo largo de las líneas de no extensión. Por lo tanto, cualquier presión que proporcionen será constante incluso cuando el usuario se mueva. De esta forma, pueden controlar la contrapresión mecánica que aplica el traje. Luego, el resto del traje se construye con spandex que se encuentra entre los cordones de presión primarios. El equipo de Bio-Suit hasta ahora [ ¿cuándo? ] construyó varios [ se necesita aclaración ] de prototipos de pantorrillas utilizando diferentes materiales, incluidos nailon-spandex, elásticos y espuma pintada de uretano. [9] En un diseño experimental, se utilizó tela de kevlar entre los cables para áreas donde la expansión era limitada. Se ha construido al menos un traje de cuerpo completo para Newman, que ha usado en numerosas fotografías; Se desconoce si todo el traje cumple con los mismos estándares de contrapresión para los que fueron diseñados los prototipos de la parte inferior de la pierna. Cada traje debe confeccionarse a la medida del usuario, pero la complejidad de esta tarea se reduce mediante el uso de escáneres láser de cuerpo entero.
El resultado es una versión de una capa del SAS; Es más liviano que el original y más flexible, lo que permite un movimiento más natural y reduce el costo energético del movimiento. Las versiones de porciones del BioSuit han alcanzado consistentemente 0,25 bares (3,6 psi) y el equipo actualmente [ ¿cuándo? ] apuntando a 0,3 bares (4,4 psi). Como la contrapresión mecánica ha resultado difícil para las articulaciones pequeñas como las de las manos, el diseño básico de BioSuit utiliza guantes y botas llenos de gas, además de un casco lleno de gas. [10]
Una variante posterior del biotraje emplea bobinas de aleación con memoria de forma (SMA) activadas por calor. [11] En este diseño, el traje se ajusta holgadamente al cuerpo cuando se lo pone inicialmente. Cuando se conecta un módulo de energía, las bobinas similares a resortes del traje se contraen para ajustar el traje al cuerpo. El diseño de la bobina se definió con más detalle en un artículo de la revista IEEE/ASME: Transactions on Mechatronics. [12] A partir de 2008, el Biosuit supuestamente tenía el potencial de estar listo para su uso en misiones a Marte en un futuro próximo. [13] [14]
A partir de 2019, se realizó una mejora adicional con la adición de tubos de boro nucleados, [ es necesario aclarar ] que pueden proteger al usuario del traje de la radiación presente en el espacio y en las superficies de la Luna y Marte. Según Cathy Lewis del Museo Nacional del Aire y el Espacio , "puede que no sea el próximo traje, pero será uno de los trajes posteriores", lo que indica que el desarrollo sigue activo y centrado en futuras misiones a la Luna y Marte. [15]
Escritores como Dan Simmons , Stephen Baxter , Larry Niven y Spider y Jeanne Robinson han utilizado trajes de actividades espaciales en sus historias. El potencial de una mayor movilidad y un funcionamiento más sencillo con un traje para actividades espaciales lo convierten en una opción atractiva para la ficción, donde la flexibilidad de uso puede ser una gran ayuda para el desarrollo de la trama. Las cualidades estéticas de un traje de actividad espacial elegante y ajustado también contrastan con la imagen tradicional de los trajes espaciales rígidos estilo escafandra, dando un aspecto futurista a los disfraces. La mayoría de los animes con temas futuristas incluyen el traje espacial ceñido (con la notable excepción de Planetes y, en menor medida, la franquicia Gundam ). En la trilogía de Marte de Kim Stanley Robinson, un traje similar a este se conoce como "caminante" y está destinado exclusivamente para su uso en el entorno marciano. En el cuarto libro de la serie Jumper de Steven Gould, el desarrollo de un traje mecánico de contrapresión es parte integral de la trama principal. [dieciséis]
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )