Un traje de Marte o traje espacial de Marte es un traje espacial para EVA en el planeta Marte . [2] [3] En comparación con un traje diseñado para caminar por el espacio en el vacío cercano de la órbita terrestre baja, los trajes de Marte tienen un mayor enfoque en la caminata real y la necesidad de resistencia a la abrasión. [2] La gravedad de la superficie de Marte es el 37,8% de la de la Tierra, aproximadamente 2,3 veces la de la Luna , por lo que el peso es una preocupación importante, pero hay menos demandas térmicas en comparación con el espacio abierto. [4] En la superficie, los trajes competirían con la atmósfera de Marte., que tiene una presión de aproximadamente 0,6 a 1 kilopascal (0,087 a 0,145 psi). [5] En la superficie, la exposición a la radiación es una preocupación, especialmente los eventos de llamaradas solares, que pueden aumentar drásticamente la cantidad de radiación en un corto período de tiempo.
Algunos de los problemas que enfrentaría un traje de Marte para operaciones en la superficie incluyen tener suficiente oxígeno para la persona, ya que el aire es principalmente dióxido de carbono; además, el aire también se encuentra a una presión mucho más baja que la atmósfera terrestre al nivel del mar. [6] Otros problemas incluyen el polvo marciano, las bajas temperaturas y la radiación. [6]
Descripción general
Un diseño para un traje de Marte de la década de 2010, el traje Z-2 de la NASA, tendría parches electroluminiscentes para ayudar a los miembros de la tripulación a identificarse entre sí. [7] Tres tipos de pruebas planificadas para el Z-2 incluyen pruebas en una cámara de vacío, pruebas en el Laboratorio de Flotabilidad Neutral de la NASA (una gran piscina para imitar cero g) y pruebas en una zona desértica rocosa. [8] (Ver también: trajes espaciales de la serie Z ).
El rover Mars 2020 planeado tiene una prueba de materiales que se espera ayude al desarrollo del traje de Mars, el experimento SHERLOC ; incluye un objetivo de prueba con materiales de traje espacial. [9] La prueba medirá cómo estos materiales del traje se ven afectados por el entorno marciano. [9] Se han elegido seis materiales para las pruebas: ortofabric, teflón , teflón recubierto de nGimat, dacrón , Vectran y policarbonato . [10] La prueba ayudará a seleccionar los mejores materiales para futuros trajes espaciales de Marte. [10] Orthofabric es un material polimérico compuesto por un tejido de fibras GORE-TEX , Nomex y Kevlar -29. [11]
La NASA probó posibles materiales de trajes espaciales de Marte exponiéndolos a radiación ultravioleta (UV) equivalente a Marte durante 2500 horas, y luego estudió cómo se vieron afectados los materiales. [12] Una de las preocupaciones de los trajes de Marte es cómo los materiales responden al polvo de Marte químicamente reactivo y la exposición a los rayos ultravioleta, especialmente durante el tiempo y la cantidad de uso que se espera que funcionen los trajes. [13]
Un investigador que trabajaba en el diseño de los trajes EVA de superficie de Marte se inspiró en parte en las armaduras medievales . [14] Algunas ideas para los trajes Mars son una pantalla de visualización frontal proyectada en la visera, equipo de comunicaciones incorporado, soporte vital y un asistente de reconocimiento de voz . [14]
Ejemplos de problemas de diseño: [14]
- Vientos de alta velocidad llenos de polvo abrasivo de Marte. [14]
- Radiación como rayos cósmicos . [14]
- Temperaturas bajas de menos 130 grados Celsius (-202 Fahrenheit, 143 grados Kelvin). [14]
- Exposición a la luz ultravioleta. [15]
Un aspecto del diseño de la misión a Marte es si los trajes de Marte también deberían estar hechos para funcionar en el espacio, o deberían ser solo para la superficie. [4]
Diseños
El Biosuit es un traje de contrapresión mecánica , lo que resulta en una forma de abrazar el cuerpo. [16] En este tipo de traje, la presión provendría de la estructura y elasticidad del material, mientras que en los trajes de uso espacial anteriores la presión proviene del gas presurizado, como un globo lleno. [17] La presión del gas puede hacer que un traje flexible sea muy rígido, como un globo inflado. [17]
El traje Aoudo del Austrian Space Forum es un simulador de traje espacial para superficies planetarias. [18] El traje se ventila con aire ambiental, pero tiene una serie de características para ayudar a simular un traje espacial, así como pruebas que mejoran tecnologías como una pantalla de visualización frontal dentro del casco. [19] El AX-5 era parte de una línea de trajes duros desarrollados en NASA Ames. Los trajes actuales son suaves o híbridos y usan una atmósfera de oxígeno puro a menor presión, lo que significa que las personas que usan EVA deben respirar previamente oxígeno para evitar la enfermedad por descompresión. Un traje rígido puede usar una atmósfera de alta presión, eliminando la necesidad de respirar previamente, pero sin ser demasiado difícil de mover como lo sería un traje blando de alta presión.
Se utilizó un traje de Marte simulado para las pruebas analógicas de vuelos espaciales terrestres de HI-SEAS de la década de 2010 en Hawái, EE. UU. [20]
El diseño del traje de Marte se ha utilizado como tema de educación tecnológica . [21]
Comparación con el traje lunar de Apolo
El traje de EVA lunar de Apolo se llamó Unidad de Movilidad Extravehicular (EMU). Además del traje de presión, esto incluía el sistema de soporte vital portátil (mochila) y un sistema de purga de oxígeno de emergencia (OPS) que proporcionaba 30 minutos de oxígeno en caso de emergencia. El sistema combinado pesaba 212 libras en la Tierra, pero solo 35,1 libras en la Luna. [22]
Masa | Luna | Marte | Notas | |
---|---|---|---|---|
Gravedad (Tierra) | 100% | 16,54% | 37,9% | |
Traje | 35 kg (78 libras) | 5,9 kg (12,9 libras) | 13,4 kg (29,6 libras) | |
PLSS | 42 kg (93 libras) | 7,0 kg (15,4 libras) | 16,0 kg (35,2 libras) | |
Sistema de purga de oxígeno | 19 kg (41 libras) | 3,1 kg (6,8 libras) | 7,0 kg (15,5 libras) | |
Total | 96 kg (212 libras) | 15,9 kg (35,1 libras) | 36,4 kg (80,3 libras) |
Requisitos de diseño ambiental
Los factores más críticos para la supervivencia y la comodidad inmediatas en la superficie marciana son proporcionar: presión suficiente para evitar la ebullición de los fluidos corporales; suministro de oxígeno y eliminación de dióxido de carbono y vapor de agua para respirar; control de temperatura; y protección contra la radiación cósmica .
Presión
La presión atmosférica en Marte varía con la elevación y las estaciones, pero no hay suficiente presión para mantener la vida sin un traje de presión. La presión más baja que puede tolerar el cuerpo humano, conocida como límite de Armstrong , es la presión a la que el agua hierve (se vaporiza) a la temperatura de un cuerpo humano, que es de aproximadamente 6,3 kilopascales (0,91 psi). [23] Se ha medido que la presión promedio en Marte es solo alrededor de una décima parte de esto, 0.61 kilopascales (0.088 psi). [24] La presión más alta, en la elevación más baja, el fondo de la cuenca Hellas , es de 1,24 kilopascales (0,180 psi), aproximadamente el doble del promedio. [25] Existe una variación estacional durante el año marciano (alrededor de dos años terrestres), ya que el dióxido de carbono (95,9% de la atmósfera) se congela secuencialmente y luego se sublima de nuevo a la atmósfera cuando hace más calor, lo que provoca una concentración global de 0,2 kilopascales. (0.029 psi) subida y bajada de presión. [24]
Pero la atmósfera marciana contiene sólo 0,13 a 0,14% de oxígeno, [24] en comparación con el 20,9% de la atmósfera de la Tierra. Por tanto, es imposible respirar la atmósfera marciana; se debe suministrar oxígeno a una presión superior al límite de Armstrong.
Respiración
Los seres humanos ingieren oxígeno y expulsan dióxido de carbono y vapor de agua cuando respiran, y por lo general respiran entre 12 y 20 veces por minuto en reposo y hasta 45 veces por minuto en alta actividad. [26] En las condiciones estándar del nivel del mar en la Tierra de 101,33 kilopascales (14,697 psi), los humanos están respirando 20,9% de oxígeno, a una presión parcial de 21,2 kilopascales (3,07 psi). Este es el suministro de oxígeno requerido correspondiente a las condiciones normales de la Tierra. Los seres humanos generalmente requieren oxígeno suplementario en altitudes superiores a 15.000 pies (4,6 km), [23] por lo que el requisito mínimo absoluto de oxígeno seguro es una presión parcial de 11,94 kilopascales (1.732 psi) [27] Como referencia, la EMU de Apolo utilizó una presión de funcionamiento de 25,5 kilopascales (3,70 psi) en la Luna. [28]
El aliento exhalado en la Tierra contiene normalmente alrededor de un 4% de dióxido de carbono y un 16% de oxígeno, junto con un 78% de nitrógeno, [29] más alrededor de 0,2 a 0,3 litros de agua. [30] [29] El dióxido de carbono se vuelve lentamente cada vez más tóxico en altas concentraciones, [31] y debe eliminarse del gas respirable. [32] Un concepto para depurar el dióxido de carbono del aire respirable es utilizar depuradores de dióxido de carbono de perlas de amina reutilizables . [33] Mientras que un depurador de dióxido de carbono filtra el aire del astronauta, el otro puede ventilar el dióxido de carbono depurado a la atmósfera de Marte. Una vez que se completa ese proceso, se puede usar otro depurador, y el que se usó puede tomar un descanso. [34] Otra forma más tradicional de eliminar el dióxido de carbono del aire es mediante un recipiente de hidróxido de litio , sin embargo, estos deben reemplazarse periódicamente. [35] Los sistemas de eliminación de dióxido de carbono son una parte estándar de los diseños de naves espaciales habitables, aunque sus características específicas varían. [32] Una idea para eliminar el dióxido de carbono es utilizar un tamiz molecular de zeolita, y luego se puede eliminar el dióxido de carbono del material. [36]
Si se usa nitrógeno para aumentar la presión como en la EEI, es inerte para los humanos, pero puede causar enfermedad por descompresión. [32] Los trajes espaciales normalmente operan a baja presión para hacer que su estructura similar a un globo sea más fácil de mover, por lo que los astronautas deben pasar mucho tiempo sacando el nitrógeno de su sistema. Las misiones Apolo utilizaron una atmósfera de oxígeno puro en el espacio, excepto en tierra, para reducir el riesgo de incendio. También hay interés en los trajes duros que pueden soportar presiones internas más altas pero que son más flexibles, por lo que los astronautas no tienen que sacar el nitrógeno de su sistema antes de realizar una caminata espacial.
Temperatura
Puede haber grandes cambios de temperatura en Marte; por ejemplo, en el ecuador, la temperatura diurna puede alcanzar los 21 ° C (70 ° F) en el verano marciano y descender a -73 ° C (-100 ° F) por la noche. [37] Según un informe de la NASA de 1958, la comodidad humana a largo plazo requiere temperaturas en el rango de 4 a 35 ° C (40 a 95 ° F) con un 50% de humedad. [38]
Radiación
En la Tierra, en las naciones desarrolladas, los humanos están expuestos a alrededor de 0,6 rads (6 mGy) por año, [39] ya bordo de la Estación Espacial Internacional alrededor de 8 rads (80 mGy) por año. [39] Los seres humanos pueden tolerar hasta aproximadamente 200 rads (2 Gy) de radiación sin incurrir en daños permanentes, sin embargo, cualquier exposición a la radiación conlleva un riesgo, por lo que hay un enfoque en mantener la exposición lo más baja posible. [39] En la superficie de Marte hay dos tipos principales de radiación: una dosis constante de una variedad de fuentes y eventos de protones solares que pueden causar un aumento dramático en la cantidad de radiación por un corto tiempo. [39] Los eventos de llamaradas solares pueden causar que se entregue una dosis letal en horas si los astronautas quedan desprotegidos, y esto es una preocupación de la NASA para las operaciones humanas en el espacio y en la superficie de Marte. [40] Marte no tiene un gran campo magnético de la misma manera que la Tierra, que protege a la Tierra de la radiación, especialmente de las erupciones solares. [40] Por ejemplo, el evento solar que ocurrió el 7 de agosto de 1972 , solo 5 meses después del Apolo 16 , produjo tanta radiación, incluida una ola de partículas aceleradas como protones, que la NASA se preocupó de lo que sucedería si tal evento fuera que ocurriera mientras los astronautas estaban en el espacio. [40] Si los astronautas reciben demasiada radiación, aumenta el riesgo de cáncer de por vida y pueden sufrir intoxicación por radiación . [41] La exposición a la radiación ionizante también puede causar cataratas, un problema ocular. [42]
La atmósfera de Marte es mucho más delgada que la de la Tierra, por lo que no detiene tanta radiación. [40]
El efecto de la radiación sobre los medicamentos que se toman en la misión también es motivo de preocupación, especialmente si altera sus cualidades médicas. [43]
Requisitos de diseño adicionales
Operar con un traje de Marte en la superficie crea una serie de preocupaciones para el cuerpo humano, que incluyen un entorno gravitacional alterado, una situación confinada y aislada, un entorno exterior hostil y un entorno cerrado en el interior, radiación y distancia extrema de la Tierra. [43]
Una consideración importante para el aire respirable dentro del traje es que los gases tóxicos no ingresen al suministro de aire. [43] Los entornos de gravedad reducida pueden alterar la distribución de fluidos dentro del cuerpo. [43] Un punto de preocupación son los cambios en la habilidad motora fina, especialmente si interfiere con la capacidad de usar interfaces de computadora. [43]
Viseras y UV
Una fina capa de oro en la burbuja de plástico de la visera de los cascos espaciales actuales protege la cara de las partes dañinas del espectro solar. [44] Los diseños de viseras, en general, tienen el objetivo de permitir que el astronauta vea, pero bloquea los rayos ultravioleta y el calor, además de los requisitos de presión. [45]
Se ha detectado que la luz ultravioleta sí llega a la superficie de Marte. [46] El dióxido de carbono marciano tiende a bloquear la luz ultravioleta de longitudes de onda más cortas de aproximadamente 190 nm, sin embargo, por encima de eso, hay menos bloqueo dependiendo de la cantidad de polvo y la dispersión de Rayleigh . [46] Se observa que cantidades significativas de luz UVB y UVC llegan a la superficie de Marte. [46]
Inodoro y vómitos
Una consideración humana para los trajes es la necesidad de ir al baño. [47] Se han empleado varios métodos en los trajes, y en la era del transbordador la NASA usó prendas de máxima absorbencia para permitir estancias de 10 horas en el espacio y trajes de presión parcial. [47]
Otra preocupación son los vómitos, que han aumentado en los vuelos espaciales. [48]
Polvo marciano
Otra consideración es lo que sucedería si los astronautas de alguna manera respiraran polvo de Marte. El efecto sobre la salud del polvo de Marte es una preocupación, según la información conocida al respecto, que incluye que puede ser abrasivo y / o reactivo. [49] Se han realizado estudios con polvo de cuarzo y también se ha comparado con la exposición al polvo lunar . [49] Un astronauta del Apolo 17 se quejó de síntomas similares a la fiebre del heno después de su caminata por la Luna. [49] Se sabía que el polvo lunar se adhería a los trajes espaciales y era llevado con los astronautas cuando entraban en el Módulo Lunar Apolo . [50]
Usar
Un artículo de la revista Nature señaló que debido a la gravedad reducida, la dinámica de caminar en Marte sería diferente a la de la Tierra. [51] Esto se debe a que las personas caen hacia adelante como parte de su forma de andar cuando se mueven, el movimiento del centro de la masa corporal se asemeja al de un péndulo invertido . [51] En comparación con la Tierra, en igualdad de condiciones, sería la mitad de la cantidad de trabajo para moverse, sin embargo, una velocidad al caminar en Marte sería de 3,4 km por hora en lugar de 5,5 km por hora en la Tierra. [51] Estos datos se obtuvieron simulando la gravedad marciana durante la duración de una aeronave siguiendo un perfil de vuelo que provoca este tipo de aceleración. [51] Se calcula que la aceleración de la gravedad en la superficie de Marte es de unos 3,7 metros por segundo 2 . [52] No se sabe si esta gravedad reducida causa el mismo tipo de masa muscular reducida y efectos biológicos que se ven cuando se vive en microgravedad a bordo de la ISS durante varios meses. [52] La gravedad es aproximadamente el 38% de la gravedad de la Tierra en la superficie. [53]
Se llevaron a cabo pruebas de escalada en roca con un traje IVA (actividad intravehículo) de baja presión en Oregón, EE. UU. [54] Se notó la dificultad de agarrar rocas con guantes, incluido el movimiento de los dedos y ganar fricción con las rocas, y los piolets de escalada en hielo fueron útiles para las superficies de escalada. [54] El montañismo en Marte puede ser necesario cuando el entorno del terreno excede las capacidades de un vehículo rover, o para acceder a un objetivo de interés, o simplemente para llegar a casa a una base. [55] Una necesidad común de montañismo es un refugio de corta estancia altamente móvil para pasar la noche durante la escalada, como una tienda de campaña, y un equivalente para Marte podría apoyar la capacidad de quitarse un traje espacial. [55] El diseño del traje para escalar probablemente se verá afectado por las necesidades de escalada, incluida la flexibilidad del traje, especialmente en las manos y también en términos de durabilidad. [55]
Otro problema es la cantidad esperada de uso de los trajes en diseños de misiones probablemente humanas. [56] Por ejemplo, a finales de la década de 2010 había más de 500 EVA desde el inicio del vuelo espacial, mientras que se espera que una sola misión a Marte necesite 1000 EVA. [56]
Los planes típicos de la misión a Marte señalan que una persona que use un traje de Marte necesitaría ingresar a un rover presurizado a través de una esclusa de aire. [57] Alternativamente, sería necesario llevar un traje de Marte en los rovers sin presión tripulados para proporcionar soporte vital. [58] Hay varias opciones diferentes para una esclusa de aire de entrada y salida para un traje espacial, y una de ellas es represurizar todo el compartimiento como en el módulo de aterrizaje lunar Apolo. [57] Algunas otras ideas son maletero, esclusa de tripulación y esclusa de tránsito. [57]
Necesitar
La Ley de Autorización de la NASA de 2017 ordenó a la NASA que llevara humanos cerca o en la superficie de Marte a principios de la década de 2030. [59]
Suitport para Marte
Los trajes espaciales de Marte se han explorado para su integración con el diseño de la esclusa de aire que combina una esclusa de aire y la entrada y salida del traje con otro vehículo, y se conoce comúnmente como un puerto de traje . [57] Esto ha sido considerado como una forma de integrar un vehículo explorador de Marte presurizado con tripulación con los EVA de traje espacial de Marte. [57]
La idea es que una persona se deslice dentro del traje a través de la abertura de una esclusa de aire mientras el exterior del traje está fuera del vehículo y expuesto al entorno marciano. [60] Luego, la escotilla se cerraría, sellando el interior del vehículo, y la persona sería apoyada por el sistema de soporte vital del traje. [60] La NASA probó el traje espacial Z-1 para EVA de superficie extraterrestre con un diseño de puerto en la década de 2010. [61] En el diseño del Z-1 de la NASA hay una escotilla en la parte trasera del traje espacial que se puede acoplar a un vehículo o estructura adecuados. [61]
Galería
Visiones de Marte EVA
Los diseños de la misión Human Mars generalmente incluyen trajes Mars EVA, en esta visión personas con trajes en combinación con rovers tripulados y otros equipos maniobran en la superficie marciana. A menudo se exploran tecnologías que mejoran la misión para dar a los astronautas una ventaja, como una pantalla de video montada en la muñeca de algún tipo en este caso.
Concepción artística de una tripulación que viajaba en superficie EVA en Marte, alrededor de principios de la década de 1960. En el fondo hay un módulo de excursión a Marte (MEM)
Arte de fotosimulación en escena de un traje espacial marciano en EVA (NASA, 2010s)
Escalada en roca en Marte
Concepto de la NASA de la tripulación de Marte analizando una muestra (2004). [62]
Los primeros exploradores humanos de Marte examinan Valles Marineris al amanecer (1989)
Arte conceptual de la NASA de dos personas en traje en Marte instalando equipos meteorológicos. [63]
Arte espacial que muestra a los astronautas en trajes espaciales de Marte acercándose al módulo de aterrizaje Viking 2 Mars
Ver también
- Explorador de Marte con tripulación
- Hábitat de Marte
- Lista de misiones a Marte
- Locomoción en el espacio
enlaces externos
- Actividades: diseño de trajes espaciales para Marte (lección de educación)
- Pérdida masiva de la ortofabrica del traje espacial del transbordador bajo un bombardeo de oxígeno atómico ionosférico simulado
- Prueba ultravioleta de materiales de trajes espaciales para Marte, 2017
- Racked - ¿Qué usaremos en Marte? (18 de junio de 2018)
Otras lecturas
- Historia de los trajes espaciales (1994, NASA)
- Adecuado para el planeta rojo - IEEE (septiembre de 2015)
Referencias
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