Sistema de soporte vital

Tecnología que permite sobrevivir en entornos hostiles

Para otros usos de "Soporte vital", consulte Soporte vital (desambiguación) .

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Un sistema de soporte vital es la combinación de equipo que permite la supervivencia en un entorno o situación que no soportaría esa vida en su ausencia. Generalmente se aplica a sistemas que apoyan la vida humana en situaciones en las que el entorno exterior es hostil, como en el espacio o bajo el agua , o situaciones médicas en las que la salud de la persona se ve comprometida en la medida en que el riesgo de muerte sería alto sin la función. del equipo.

En los vuelos espaciales tripulados , un sistema de soporte vital es un grupo de dispositivos que permiten que un ser humano sobreviva en el espacio. La agencia espacial del gobierno de los Estados Unidos, NASA , ^[1] y las compañías privadas de vuelos espaciales utilizan el término control ambiental y sistema de soporte vital o el acrónimo ECLSS al describir estos sistemas. ^[2] El sistema de soporte vital puede suministrar aire, agua y alimentos. También debe mantener la temperatura corporal correcta, una presión aceptable sobre el cuerpo y lidiar con los productos de desecho del cuerpo. También puede ser necesario protegerse contra las influencias externas dañinas, 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 subacuático , el aparato respiratorio se considera un equipo de soporte vital, y un sistema de buceo de saturación se considera un sistema de soporte vital; el personal responsable de su funcionamiento se denomina técnicos de soporte vital . El concepto también puede extenderse a submarinos , sumergibles tripulados y trajes de buceo atmosférico , donde el gas respirable requiere tratamiento para permanecer 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 .

Necesidades fisiológicas y metabólicas humanas

Un tripulante de tamaño típico requiere aproximadamente 5 kilogramos (11 lb) de comida , agua y oxígeno por día para realizar actividades estándar en una misión espacial, y produce una cantidad similar en forma de sólidos de desecho, líquidos de desecho y dióxido de carbono . ^[3] El desglose de la masa 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 consumida, convertidos a través de los procesos fisiológicos del cuerpo en Se producen 0,11 kg (3,9 oz) de residuos sólidos, 3,89 kg (8,6 lb) de residuos 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 el principio debalance de masa . El uso real de agua durante las misiones espaciales suele duplicar el valor dado, principalmente debido al uso no biológico (por ejemplo, ducharse). Además, el volumen y la variedad de productos de desecho varían con la duración de la misión e incluyen cabello, uñas, descamación de la piel y otros desechos biológicos en misiones que exceden una semana de duración. 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, aunque no con el efecto más inmediato que tienen los parámetros metabólicos.

Atmósfera

Los sistemas de soporte vital espaciales 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 total .

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 a altas concentraciones de oxígeno. Por esta razón, la mayoría de las naves espaciales tripuladas modernas usan atmósferas convencionales de aire (nitrógeno / oxígeno) y usan oxígeno puro solo en trajes de presión durante la actividad extravehicular, donde la flexibilidad aceptable del traje exige la presión de inflado más baja posible.

Agua

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) de manera eficiente, ya que actualmente no existen fuentes in situ para los entornos alcanzados en el curso de la exploración espacial humana. Las futuras misiones lunares pueden utilizar agua procedente de hielos polares; Las misiones a Marte pueden utilizar agua de la atmósfera o depósitos de hielo.

Comida

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 embarcaciones. Esto también regeneraría agua y oxígeno. Sin embargo, hasta ahora ningún sistema de este tipo ha volado al espacio. Un sistema de este tipo podría diseñarse para que reutilice la mayoría de los nutrientes (que de otro modo se perderían). Esto se hace, por ejemplo, mediante el compostaje de inodoros que reintegran el material de desecho (excrementos) al sistema, permitiendo que los nutrientes sean absorbidos por los cultivos alimentarios. Los alimentos que provienen de los cultivos luego son consumidos nuevamente por los usuarios del sistema y el ciclo continúa. Sin embargo, los requisitos logísticos y de área involucrados han sido prohibitivos en la implementación de dicho sistema hasta la fecha.

Sistemas de vehículos espaciales

Géminis, Mercurio y Apolo

Las naves espaciales American Mercury, Gemini y Apollo contenían atmósferas de oxígeno al 100%, adecuadas para misiones de corta duración, para minimizar el peso y la complejidad. ^[4]

Transbordador espacial

El transbordador espacial fue la primera nave espacial estadounidense en tener una mezcla atmosférica similar a la de la Tierra, que comprende 22% de oxígeno y 78% de nitrógeno. ^[4] Para el transbordador espacial, la NASA incluye en la categoría ECLSS sistemas que brindan soporte vital a la tripulación y control ambiental de las cargas útiles. El manual de referencia de la lanzadera contiene secciones de ECLSS sobre: ​​presurización de la cabina del compartimiento de la tripulación, revitalización del aire de la cabina, sistema de circuito de refrigerante 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, generador termoeléctrico de radioisótopos y purga de nitrógeno gaseoso para cargas útiles. ^[5]

Soyuz

El sistema de soporte vital de la nave espacial Soyuz se llama Kompleks Sredstv Obespecheniya Zhiznideyatelnosti (KSOZh). ^{[ cita requerida ]} Vostok, Voshkod y Soyuz contenían mezclas similares al aire a aproximadamente 101 kPa (14,7 psi). ^[4]

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Plug and play

El espacio Development Corporation Paragon está desarrollando un plug and play ECLSS llamado sistema comercial equipo de revitalización de aire de transporte (CCT-ARS) ^[6] para la futura nave espacial pagado parcialmente por el uso del equipo de Desarrollo Comercial (de la NASA CCDev dinero). ^[7]

El CCT-ARS proporciona siete funciones primarias de soporte vital de la nave espacial en un sistema altamente integrado y confiable: control de temperatura del aire, eliminación de humedad, eliminación de dióxido de carbono, eliminación de rastros de contaminantes, recuperación atmosférica posterior al incendio, filtración de aire y circulación de aire en cabina. ^[8]

Sistemas de estaciones espaciales

Los sistemas de estaciones espaciales incluyen tecnología que permite a los humanos vivir en el espacio durante un período de tiempo prolongado. Dicha tecnología incluye sistemas de filtración para la eliminación de desechos humanos y la producción de aire.

Skylab

Skylab usó 72% de oxígeno y 28% de nitrógeno a una presión total de 5 psi. ^{[ cita requerida ]}

Salyut y Mir

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%. ^[4]

Estación espacial comercial Bigelow

El sistema de soporte vital para la Estación Espacial Comercial Bigelow está siendo diseñado por Bigelow Aerospace en Las Vegas, Nevada . La estación espacial se construirá con módulos habitables de naves espaciales expandibles Sundancer y BA 330 . A partir de octubre de 2010, ^[actualizar]" hombre-en-el-bucle de prueba del sistema de control y de soporte vital del medio ambiente (ECLSS)" para Sundancer ha comenzado. ^[9]

Sistemas naturales

LSS naturales como la Biosfera 2 en Arizona se han probado para futuros viajes espaciales o colonización. 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 el ambiente adecuado para los humanos, que es necesario para una estadía más prolongada en el espacio.

Hábitats de buceo submarino y de saturación

Ver también: buceo de saturación y hábitat submarino

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 están limitados a regresar inmediatamente a la presión atmosférica de la superficie por obligaciones de descompresión de hasta varias semanas.

El sistema de soporte vital de una instalación de acomodación de saturación superficial proporciona gas respirable y otros servicios para mantener la vida del personal bajo presión. Incluye los siguientes componentes: ^[10] 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.

• Instalaciones de compresión, mezcla y almacenamiento de gas
• Sistema de climatización de la cámara: control de temperatura y humedad y filtración de gas
• Equipos de instrumentación, control, monitorización y comunicaciones
• Sistemas de extinción de incendios
• Sistemas de saneamiento

Los hábitats submarinos equilibran la presión interna con la presión ambiental externa, lo que permite 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 se transfieren 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 primario de gas, la energía y las comunicaciones a la campana se realizan a través de un umbilical de campana, formado por una serie de mangueras y cables eléctricos trenzados y desplegados como una unidad. ^[11] Esto se extiende a los buzos a través de los umbilicales del buzo. ^[10]

El sistema de soporte vital del alojamiento mantiene el ambiente de la cámara dentro del rango aceptable para la salud y comodidad de los ocupantes. Se monitorean y controlan la temperatura, la humedad, la calidad del gas respirable, los sistemas de saneamiento y el funcionamiento del equipo. ^[11]

Sistemas experimentales de soporte vital

MELiSSA

Micro-Ecological Life Support System Alternative ( 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

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 ^{[ aclaración necesaria ]} para otros organismos clave del sistema de soporte vital biorregenerativo (BLSS). ^[12]El objetivo es hacer que los futuros puestos de avanzada tripulados en Marte sean lo más independientes posible de la Tierra (exploradores que viven "fuera 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 que se encuentran en Marte, haciéndolos sostenibles y expandibles allí. En lugar de depender de un circuito cerrado, los nuevos elementos que se encuentran en el sitio se pueden incorporar al sistema.

Ver también

• Sistema de soporte vital biorregenerativo  (BLSS) - Ecosistema artificial
• Sistema ecológico cerrado  - Ecosistema que no intercambia materia con el exterior.
• Efecto de los vuelos espaciales en el cuerpo humano  : consecuencias médicas de los vuelos espaciales
• Sistema de control ambiental
• Conferencia internacional sobre sistemas ambientales  - conferencia sobre tecnología de vuelos espaciales tripulados y factores humanos espaciales
• ISS ECLSS
• Sistema de soporte vital primario  : dispositivo de soporte vital para un traje espacial
• Sistema de buceo de saturación  : instalación para respaldar proyectos de buceo de saturación
• Control térmico de la nave espacial
• Submarino # Sistemas de soporte vital  - Embarcación capaz de operar de forma independiente bajo el agua

Notas al pie

1. NASA, 2008
2. Barry 2000 .
3. Sulzman y Genin 1994 .
4. Davis, Johnson y Stepanek, 2008 .
5. NASA-HSF
6. Proyectos Paragon
7. NASA 2010
8. Comunicado de prensa de Paragon
9. Voluntarios de Bigelow
10. Crawford, J. (2016). "8.5.1 Sistemas de recuperación de helio". Práctica de instalación en alta mar (ed. Revisada). Butterworth-Heinemann. págs. 150-155. ISBN 9781483163192.
11. Staff, US Navy (2006). "15" . Manual de buceo de la Marina de los EE. UU., 6ª revisión . Estados Unidos: Mando de Sistemas Marítimos Navales de EE . UU . Consultado el 15 de junio de 2008 .
12. Verseux, Cyprien; Baqué, Mickael; Lehto, Kirsi; de Vera, Jean-Pierre P .; Rothschild, Lynn J .; Billi, Daniela (3 de agosto de 2015). "Soporte de vida sostenible en Marte - los posibles roles de las cianobacterias" . Revista Internacional de Astrobiología . 15 : 65–92. Código bibliográfico : 2016IJAsB..15 ... 65V . doi : 10.1017 / S147355041500021X .

Referencias

• Barry, Patrick L. (13 de noviembre de 2000). "Respirando tranquilo en la estación espacial" . Ciencia @ NASA. Archivado desde el original el 21 de septiembre de 2008.
• Bell, Trudy E. (11 de mayo de 2007). "Prevención de naves espaciales" enfermas " . Ciencia @ NASA. Archivado desde el original el 20 de julio de 2012.
• "Los voluntarios prueban el equipo de soporte vital de Bigelow" . Semana de la aviación . 22 de octubre de 2010 . Consultado el 23 de octubre de 2010 .
• Davis, Jeffrey R .; Johnson, Robert y Stepanek, enero (2008). Fundamentos de la Medicina Aeroespacial . XII . Filadelfia PA, EE.UU .: Lippincott Williams & Wilkins. págs. 261-264.
• "Sistema de soporte vital y control ambiental de la estación espacial internacional" (PDF) . NASA . Consultado el 11 de diciembre de 2010 .
• "Paragon de tripulación comercial y carga CCDev" . NASA. 30 de noviembre de 2010.
• "HSF - The Shuttle: Control ambiental y sistema de soporte vital" . NASA.
• "Proyectos Paragon" . Dechado. Enero de 2011. Archivado desde el original el 24 de junio de 2011.
• "Comunicado de prensa - Paragon Space Development Corporation completa todos los hitos de desarrollo en el programa de desarrollo de tripulaciones comerciales de la NASA" . Corporación de Desarrollo Espacial Paragon. Archivado desde el original el 31 de enero de 2013 . Consultado el 25 de noviembre de 2012 .
• Sulzman, FM; Genin, AM (1994). Espacio, biología y medicina, vol. II: Soporte vital y habitabilidad . Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica.

Lectura adicional

• Eckart, Peter. Soporte vital y biosféricos para vuelos espaciales . Torrance, CA: Microcosm Press; 1996. ISBN 1-881883-04-3 . 
• Larson, Wiley J. y Pranke, Linda K., eds. Vuelo espacial humano: análisis y diseño de la misión . Nueva York: McGraw Hill; 1999. ISBN 0-07-236811-X . 
• Reed, Ronald D. y Coulter, Gary R. Fisiología de los vuelos espaciales - Capítulo 5: 103-132.
• Eckart, Peter y Doll, Susan. Sistema de control ambiental y soporte vital (ECLSS) - Capítulo 17: 539–572.
• Griffin, Brand N., Spampinato, Phil y Wilde, Richard C. Sistemas de actividad extravehicular - Capítulo 22: 707–738.
• Wieland, Paul O., Diseño para la presencia humana en el espacio: una introducción al control ambiental y los sistemas de soporte vital . Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, Publicación de referencia de la NASA RP-1324, 1994

Enlaces externos

• Sistema de control ambiental y soporte vital (NASA-KSC)
• La dedicación y la transpiración construyen el sistema de soporte vital de próxima generación (NASA, otoño de 2007)
• Ingeniería aeroespacial biomédica y de soporte vital (página OpenCourseWare del MIT - primavera de 2006)
• Soporte vital avanzado espacial (página del curso de Purdue - primavera de 2004)
• Soporte vital avanzado para misiones a Marte
• Soporte vital avanzado Mars
• Sistemas de soporte vital Mars
• Publicaciones sobre Mars Life Support Systems
• Higiene personal en el espacio (Agencia Espacial Canadiense)
• Las plantas serán fundamentales para los sistemas de soporte de la vida humana en el espacio