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Breathing Easy on the Space Station

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Respiran Tranquilos en La Estación Espacial

Los Sistemas de Mantención de Vida en la Estación Espacial Internacional (EEI) proveen oxígeno, absorben dióxido de carbono y controlan los vapores emitidos por los astronautas. Todo para poder respirar tranquilos en nuestro nuevo hogar en el espacio.

NASA
Marshall Space Flight Center

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see captionNovember 13, 2000 -- Muchos de los que quedamos en tierra quisieramos unirnos (aunque sea temporalmente) a la tripulación de la Expedición 1, a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI). Flotando sin esfuerzo de un módulo a otro, mirando a la Tierra desde la impresionante altura de 350 kilómetros.... Sería un sueño hecho realidad para innumerables amantes del espacio.

Derecha: Representación artística de la EEI, como se veía hace dos meses.

¡Pero cuidado con lo que pides! Vivir en la Estación Espacial también significa trabajo duro, espacios limitados y ... ¿qué olor es ese? Probablemente son más gases que salen de un experimento científico o, peor aún, de uno de los compañeros de la tripulación.

Con entre 3 y 7 personas compartiendo un espacio reducido en una estación espacial en construcción, el control del aire resulta crítico.

Los sistemas de mantención de vida en la EEI no sólo deben aportar oxígeno y remover el dióxido de carbono en la atmósfera de la cabina, sino que también deben evitar la acumulación de gases como el amoníaco y la acetona, que las personas emiten en pequeñas cantidades. Los vapores químicos de experimentos científicos representan también un peligro potencial, si llegan a combinarse de manera inesperada con otros elementos del suministro de aire.

El aire en el espacio es algo raro y su control resulta ser un problema nada pequeño para los ingenieros del sistema de mantención de vida de la EEI.

En este segundo artículo de una serie sobre los desafíos prácticos del vivir en el espacio, Ciencia@NASA examina cómo la EEI proveerá a sus residentes el aliento de la vida.

Fabricando Oxígeno con Agua

La mayoría de las personas sólo pueden sobrevivir un par de minutos sin oxígeno, y el oxígeno en baja concentración, puede causar fatiga y desmayos. En exceso puede facilitar un incendio.

Para la seguridad de la tripulación, la EEI tendrá sistemas de abastecimientos redundantes de este gas esencial.

see caption "La fuente principal de oxígeno será la electrólisis del agua, además de un tanque de almacenamiento de O2 a presión," dijo Jay Perry, un ingeniero aeroespacial del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de NASA, que trabaja con los Sistemas de Control Ambiental y Mantención de Vida " (ECLSS por la sigla en inglés). Los ingenieros de ECLSS de Marshall, del Centro Espacial Johnson y en otras partes, están desarrollando, mejorando y probando los sistemas primarios para la mantención de vida en la EEI.

Izquierda: La primera tripulación de la EEI -- Bill Shepherd, Sergei Krikalev y Yuri Gidzenko -- a bordo de la Estación Espacial. Durante su estadía de cuatro meses, la tripulación dependerá que las máquinas de la Estación les entreguen el aire que respirarán.

Cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Pasar corriente a través del agua causa que éstos átomos se separen y se recombinen como gases de hidrógeno (H2) y oxígeno (O2).

La mayor parte del oxígeno en la estación vendrá de un proceso llamado "electrólisis" que utiliza la electricidad proveniente de los paneles solares en la EEI, para separar el agua en oxígeno e hidrógeno gaseosos.

El oxígeno que la gente respira en la Tierra también viene de la separación de los átomos del agua, pero no de un proceso mecánico. Las plantas, algas, cianobacteriasy fitoplancton también dividen las moléculas de agua a través de la fotosíntesis -- el proceso que convierte la luz del sol, el dióxido de carbono y el agua en azúcares para la alimentación. El hidrógeno se utiliza en la producción de azúcares y el oxígeno es liberado en la atmósfera.

see caption"Eventualmente, sería fantástico utilizar plantas para (producir oxígeno)," dijo Monsi Roman, jefa de microbiología para el proyecto ECLSS del Centro Marshall. "El subproducto de este proceso en las plantas es alimento."

Sin embargo, "los sistemas químico-mecánicos son mucho más compactos, más confiables y dan menos trabajo que un sistema basado en el uso de plantas," dijo Perry. "Un sistema para la mantención de vida basado en plantas está hoy día en la etapa básica de investigación y demostración, y hay aún miríadas de problemas por superar antes de que sea viable."

Al comienzo el hidrógeno sobrante al dividir el agua será liberado hacia el espacio. Los ingenieros de NASA han dejado un espacio en el armario de los equipos del ECLSS para una máquina que combine el hidrógeno con el exceso de dióxido de carbono del aire en una reacción química que produzca agua y metano. El agua ayudará a reemplazar el agua que se utilizará para producir oxígeno y el metano se liberará hacia el espacio.

Derecha: El oxígeno que los humanos y los animales respiran en la Tierra es producido por las plantas y otros organismos capaces de producir fotosíntesis tales como las algas.

"Estamos tratando de cerrar el ciclo completamente, donde todo será (re)utilizado," dijo Roman. Se están considerando varios usos para el metano, incluyendo utilizarlo para proveer el impulso necesario para mantener la órbita de la Estación Espacial.

Por el momento, "los gases que se ventilen al espacio no se utilizarán como un modo de propulsión," dijo Perry.

La EEI tendrá grandes tanques con oxígeno comprimido montados en la parte exterior del módulo de ingreso. Estos tanques serán el abastecimiento principal de oxígeno para el segmento estadounidense de la EEI hasta que el sistema principal de mantención de vida llegue con el Nodo 3 el año 2005. Después, los tanques servirán como un sistema de respaldo de abastecimiento de oxígeno.

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La primera semana abordo, mientras la tripulación activaba una máquina de electrólisis de agua en el Módulo de Servicio Zvezda, respiraron oxígeno de "velas de perclorato" que producen O2 a través de reacciones químicas dentro de un recipiente. 

"Es un recipiente de metal con este material (perclorato) por dentro," explicó Perry. "Lo ponen en un reactor y luego halan un gatillo de ignición. Una vez que comienza la reacción, se quema hasta que se consume." Cada recipiente libera suficiente oxígeno para una persona por día.

"En realidad es la misma tecnología que se utiliza en los aviones comerciales," continuó. "Cuando en un avión caen las máscaras de oxígeno, le piden a los pasajeros que tiren de ellas para activar el gatillo de ignición. Se le debe dar un tirón para que comience a fluir el oxígeno."

Manteniendo el aire "limpio" 

Por el momento el dióxido de carbono se remueve del aire con una máquina ubicada en el Módulo de Servicio Zvezda, basada en un material llamado "zeolito", que actúa como un tamiz molecular, de acuerdo a Jim Knox, especialista en el control de bióxido de carbono en el Centro Marshall. 

El CO2 removido se liberará hacia el espacio. Los ingenieros también están pensando en formas de reciclar este gas. 

Además del CO2 exhalado, la gente también emite pequeñas cantidades de otros gases. Metano y dióxido de carbono se producen en los intestinos, y el amoníaco se crea cuando se descompone la urea en el sudor. La gente también emite acetona, alcohol metílico, monóxido de carbono -- subproductos del metabolismo --en su orina y su respiración.

Los filtros de carbón activado son el método principal para remover estos químicos del aire.

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Arriba: Este diagrama muestra el flujo de los recursos reciclados ("renovables") en el Sistema de Mantenimiento de Vida y Control Ambiental de la Estación Espacial (ECLSS por sus siglas en inglés).

Mantener una atmósfera sana se complica aun más debido a los diferentes tipos de químicos que se utilizarán en los experimentos científicos a bordo de la EEI.

"En un periodo de 30 años, podría haber innumerables tipos de instalaciones experimentales a bordo que podrían requerir un sinnúmero de reactivos químicos," dijo Perry.

"Algunos de estos elementos químicos podrían ser peligrosos, especialmente aquellos que se pueden combinar con otros de forma impredecible," dijo Perry. Evitar que éstos químicos tomen contacto con el aire que respiran, será vital para la salud de la tripulación.

Para los primeros diseños de la Estación Espacial, los ingenieros de NASA concibieron un sistema centralizado para el manejo de químicos, que permitiría almacenar y manejar todos los químicos que se utilizarían en los experimentos. Pero tal sistema resultó ser muy complejo.

"La capacidad de la Estación para proveer un sistema genérico de monitoreo para cubrir el amplio espectro de químicos que se ocuparán en 15 o más años de investigación básica -- es obviamente algo que la Estación no puede proporcionar," declaró Perry.

see caption"En realidad tenía mucho más sentido que las propias instalaciones de cada experimento a bordo del módulo laboratorio proporcione su propio sistema de control y almacenamiento de químicos, de manera que mantengan la responsabilidad por sus químicos desde la cuna hasta la tumba," dijo Perry.

Arriba: Esta ilustración muestra la localización del Nodo 3, donde se instalará el equipo de mantención de vida ECLSS. Nótese que los componentes de la Estación frente al Nodo 3 son transparentes en esta imagen.

Una revisión sobre la seguridad de cada experimento propuesto, determinará el nivel de seguridad del almacenaje que deban proveer los compartimientos de cada uno de los experimentos. En el caso de un escape, la tripulación sellará el módulo contaminado, y luego, si es posible, realizará procedimientos de limpieza.

Pero, la planificación cuidadosa y equipos bien diseñados debieran minimizar los riesgos de un evento semejante, permitiendo que la tripulación de la estación espacial pueda respirar tranquila.

Enlaces Web (en inglés)

Estación Espacial Internacional -- La página de NASA para la Estación Espacial Internacional

Anatomía de la Estación Espacial -- Un archivo en formato PDF con una ilustración de la Estación Espacial Internacional con cada una de sus partes rotuladas.

Ruedas en el Cielo -- Un artículo de Science@NASA sobre los sueños de la humanidad de una estación espacial, desde las fantasías de la ciencia ficción del siglo 19 hasta la visión catalítica de los años 50 de Wernher von Braun.

Página de los Sistemas de Mantenimiento de Vida Avanzados -- del Centro Espacial Johnson

Sistemas de Mantenimiento de Vida y Control Ambiental -- describe los sistemas de sostenimiento de vida que se están desarrollando en el Centro Espacial Marshall

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