Misión Artemis: los nuevos trajes espaciales para la Luna

David González-Bárcena, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

Durante los últimos 20 años, la NASA ha desarrollado nuevas tecnologías que han dado como resultado un nuevo prototipo de traje espacial denominado xEMU (Exploration Extravehicular Mobility Unit). xEMU es el punto de partida para el diseño de los trajes espaciales AxEMU de la misión Artemis III, cuyo propósito es llevar de nuevo a los seres humanos a la superficie de la Luna.

Estos nuevos trajes están siendo desarrollados por la compañía Axiom Space (bajo contrato con la NASA), que en octubre del año pasado sorprendió al anunciar un acuerdo de colaboración con la reconocida firma de moda italiana Prada.

Traje espacial AxEMU presentado por la compañía Axiom Space. Axiom Space

Una piel multicapa

Un traje espacial se asemeja a una nave espacial diseñada para un único usuario y dotada de movilidad. La estructura del traje espacial se puede dividir en dos componentes principales: la prenda de presión y el sistema de soporte vital.

La prenda de presión, formada por hasta 16 capas, constituye la parte del traje espacial con forma humana que protege el cuerpo y permite la movilidad.

En el espacio, los astronautas están expuestos a un entorno muy hostil donde el calor se transmite principalmente por radiación. Las capas exteriores de los trajes alcanzan temperaturas muy extremas (entre +120 ºC y -180 ºC) cuando el astronauta recibe radiación solar o cuando está únicamente expuesto al espacio profundo, cuya temperatura es de -270 ºC. Para aislar a los astronautas térmicamente del exterior se utiliza un sistema compuesto por múltiples capas de un material conocido como mylar aluminizado.

Además, la capa más externa, fabricada con Ortho-Fabric, no solo debe proteger al astronauta contra diversos riesgos, como la radiación ionizante, la radiación ultravioleta, el plasma y los micrometeoritos, sino que también desempeña un papel fundamental al absorber y emitir radiación.

Sus propiedades termo-ópticas son cruciales para mantener a los astronautas a una temperatura adecuada. El característico color blanco de los trajes refleja gran parte de la radiación solar directa y la que le llega de la superficie lunar (albedo) al mismo tiempo que emiten una gran cantidad de radiación.

El polvo lunar, el mayor problema

En la superficie lunar se añade un desafío significativo, el polvo, abrasivo, que no debe entrar en el traje. Además, el regolito lunar tiene cargas electrostáticas que provocan que se adhiera a la superficie del traje, dificultando considerablemente cualquier tarea.

El astronauta Harrison Schmitt durante un paseo espacial en la misión Apolo 17. NASA, CC BY

El comandante del Apolo 17 Gene Cernan expresó la dificultad que representa el polvo lunar al hablar de su experiencia en la Luna: “Creo que podemos superar problemas fisiológicos o físicos o mecánicos, excepto el polvo”.

Los actuales xEMU incorporan un escudo de polvo electrodinámico. Este sistema aprovecha estas cargas electrostáticas para desplazar el polvo lunar de las superficies externas de los trajes espaciales.

Los trajes espaciales también sudan

Si aislamos completamente al astronauta del entorno exterior, nos enfrentamos a un desafío considerable: el propio organismo disipa calor a través del metabolismo, generando entre 200 y 400 W en función de la actividad física. Esto provocaría un aumento de la temperatura en el interior del traje. Para evitar este problema, por debajo de la capa que mantiene la presión y en contacto con la piel del astronauta, se encuentra la prenda de ventilación y refrigeración líquida (LCVG).

En la década de 1970 se comprobó que el enfriamiento por aire no era suficiente en los trajes espaciales y se empezó a utilizar la LCVG para la refrigeración líquida mediante un circuito cerrado.

En este sistema, el agua circula alrededor del cuerpo impulsada por una bomba, absorbiendo calor. Posteriormente, se dirige a un intercambiador de calor situado en el sistema de soporte vital. En este dispositivo, el agua procedente de un tanque se expone al vacío y se congela, reduciendo la temperatura del circuito de refrigeración. Cuando el hielo absorbe calor de éste, se produce la sublimación, pasa directamente a vapor y se libera al espacio mediante un sistema poroso.

Pese a la eficacia de este sublimador, la cantidad de agua que consume es demasiado elevada (casi medio litro por hora), algo inasumible en los actuales trajes xEMU. Por esta razón, el sublimador se ha reemplazado por un sistema denominado SWME, basado en el uso de una membrana expuesta al vacío compuesta de fibras de polipropileno con pequeños poros. Esta membrana evita que el agua liquida del sistema de refrigeración la atraviese, al tiempo que permite el paso del vapor de agua. La caída de presión que se produce en el SWME hace que parte del agua se evapore y se libere al espacio absorbiendo gran parte del calor metabólico del circuito.

¿Cómo funcionan los sistemas de refrigeración de los trajes espaciales? Fuente: NASA Johnson.

Filtros regeneradores de CO₂ y agua

Un requisito fundamental para los trajes espaciales es la necesidad de eliminar el CO₂ y el vapor de agua del interior. El exceso de humedad, además de no resultar confortable para la actividad de los astronautas, puede dar lugar a la condensación de agua dentro del traje.

En contraste con los antiguos trajes EMU, que empleaban un filtro con óxido de plata reemplazable después de ciertas horas de uso, los trajes xEMU incorporan una mejora significativa mediante el sistema “Rapid Cycle Amine”. Una vez el CO₂ y el H₂O son absorbidos por una cama absorbente, ésta se expone al vacío permitiendo la liberación de las moléculas al espacio, mientras otra cama continúa el proceso de absorción. Este ciclo autorregenerador aumenta la autonomía de los trajes espaciales.

¿De qué manera nos afecta el vacío?

Un desafío al que nos enfrentamos cuando tenemos que trabajar en el espacio es el “vacío”. Cuando la presión en el aire se reduce, la cantidad de oxígeno se vuelve insuficiente para la supervivencia de los astronautas.

Un problema ligado a la presión está asociado con el punto de ebullición del agua. A una presión de 3.5 kPa, por encima de los 19 km de altitud (conocido como límite de Armstrong), el agua comienza a hervir a temperatura ambiente. Dado que aproximadamente el 60 % de nuestro cuerpo se compone de agua, se vislumbra un grave problema bajo estas condiciones.

El agua de nuestro cuerpo comenzaría a salir por los poros de nuestra piel. Durante la evaporación, el agua absorbería calor de nuestro cuerpo, provocando la congelación gradual de la nariz y la boca. Aunque la rigidez de nuestra piel y el continuo bombeo de nuestro sistema circulatorio evitarían la ebullición de la sangre, lamentablemente, el corazón tardaría aproximadamente un minuto en detenerse.

Es evidente que los trajes espaciales deben ir presurizados, aunque una excesiva presión dificultaría la movilidad del astronauta. Por esta razón, en actividades extravehiculares, los trajes espaciales suelen ir presurizados a 30 kPa (un tercio de la presión ambiente) con oxígeno puro.

Una de las mejoras destacadas en los trajes xEMU es un sistema de presurización variable que permite reducir el tiempo que los astronautas necesitan para adaptar su respiración a las bajas presiones con oxígeno puro. Si esto se hace de forma repentina, el nitrógeno presente en la sangre puede llegar a formar peligrosas burbujas fatales para los astronautas al igual que les ocurre a los submarinistas cuando salen a la superficie o al igual que se forman burbujas de CO₂ al abrir un refresco carbonatado.

Con apenas 60 años de historia, los trajes espaciales han demostrado ser nuestro escudo ante las condiciones más adversas a las que nos hemos enfrentado más allá de la Tierra y prometen ser nuestro aliado en la exploración no solo de la Luna, sino de otros planetas del sistema solar. Es posible que no estemos tan lejos de lo que hasta hace nada era ciencia ficción.

David González-Bárcena, Profesor ayudante doctor en el Departamento de Mecánica de Fluidos y Propulsión Aeroespacial de la ETSIAE e invesigador en el Instituto Universitario de Microgravedad «Ignacio da Riva», Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.