Rumbo al cosmos (34 page)

El motivo de la utilización de la atmósfera de oxígeno puro es básicamente el peso: por un lado, la presión reducida permite aligerar la estructura del vehículo, que tiene que soportar una carga de presurización inferior, y, sobre todo, se simplifican y aligeran los sistemas de control ambiental al tener que gestionar un único gas. Como ventaja adicional, se facilitan las salidas de los astronautas al espacio al eliminar el periodo de adaptación previo a la salida (ver recuadro). Pero sin embargo, este tipo de atmósfera tiene también inconvenientes: una menor confortabilidad para los astronautas, y un mayor peligro de incendio a bordo.

La NASA optó por este tipo de atmósfera a bordo de sus naves Mercury, Gemini y Apollo, y por una solución intermedia, como hemos comentado, a bordo del Skylab. Los rusos, en cambio, siempre optaron por la atmósfera convencional. En la actualidad, tanto el transbordador espacial norteamericano como la Estación Espacial Internacional han optado también por esta composición similar a la terrestre para su aire a bordo, asumiendo el sobrepeso y el engorro de las preparaciones previas a las EVAs, como concesión frente a una mayor confortabilidad en misiones de larga duración y un menor peligro de incendio.

La problemática de las EVAs

Las salidas de astronautas al exterior, o EVAs, presentan una problemática especial. Y es que, independientemente de que la nave o estación espacial disponga de una atmósfera similar a la terrestre, los trajes espaciales siguen funcionando hoy en día con oxígeno puro a presión reducida. La razón es evidente: una atmósfera similar a la terrestre en el interior del traje espacial obligaría a convertir éste en una especie de bombona a presión; los trajes habituales se hincharían como un globo en esas condiciones. Aunque están en estudio trajes semirrígidos que mantengan su funcionalidad a presiones mayores, aún no han sido implementados.

En este estado de cosas, si el astronauta pasara directamente de una atmósfera similar a la terrestre al vacío del espacio con la presión reducida de su traje espacial, sufriría un grave trastorno bien conocido por los submarinistas: la ebullición del nitrógeno disuelto en su sangre, lo que produce en el mejor de los casos una especie de borrachera, y en los peores, incluso la muerte. Por ello los submarinistas deben realizar frecuentes paradas de descompresión cuando ascienden desde grandes profundidades. En cuanto a los astronautas, de forma previa a la salida deben permanecer varias horas respirando únicamente oxígeno para así eliminar todo rastro de nitrógeno presente en su sangre. Esto impide realizar salidas urgentes, todas ellas deben ser planificadas y preparadas con la suficiente antelación.

El dióxido de carbono: un desecho biológico muy molesto

En cualquier caso, ya tengamos a bordo una atmósfera de oxígeno puro o de oxígeno y nitrógeno, es necesario que la composición de dicha atmósfera se mantenga constante a lo largo de la misión. Para ello es preciso eliminar el CO2 producido por la respiración de los astronautas, reponer el oxígeno que se pierde en dicho CO2, y eliminar los olores y los posibles gases o vapores que puedan generarse de una forma u otra (equipos, experimentos...) a bordo del vehículo.

Para la eliminación del dióxido de carbono se utilizan filtros por los que se hace circular el aire del vehículo, quedando el CO2 atrapado en su interior. Estos filtros pueden ser consumibles o reutilizables. En misiones relativamente cortas, como las misiones Apollo a la Luna, los filtros consumibles resultaban suficientes. Se trata de compuestos de hidróxido de litio que absorben el CO2 hasta que se saturan y hay que cambiarlos por otros. Cuando el aire pasa a través de estos filtros, se produce una reacción química que descompone el hidróxido para formar carbonato de litio más agua; aunque podrían utilizarse un gran número de hidróxidos diferentes, se suele utilizar el de litio por su ligereza. Como inconveniente tiene su naturaleza fungible: no son reutilizables, por lo que para misiones de larga duración se requeriría un inmenso almacén de filtros que tendrían que irse sustituyendo continuamente. Esto no resulta óptimo ni en coste ni en peso.

Imagen: Un astronauta cambia los filtros de hidróxido de litio a bordo del transbordador espacial. Los filtros son sistemas no reutilizables, que se saturan y es necesario renovar cada cierto tiempo. (
Foto: NASA
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Por ello los rusos desarrollaron el sistema conocido como Vozduj para sus estaciones espaciales. Este sistema, hoy utilizado a bordo de la ISS, es un filtro de CO2 reutilizable. Utiliza unos filtros de zeolita, un material poroso que absorbe el CO2, y que puede regenerarse una vez saturado mediante su exposición al vacío del espacio. Haciéndolos funcionar de forma rotativa (mientras unos funcionan, otros se regeneran) se consigue una operatividad continua. Aunque el funcionamiento no es tan simple como sólo eso: dado que la humedad del aire saturaría la zeolita, previamente se hace pasar el flujo de aire por un desecante (gel de sílice), tras lo cual el aire seco es desprovisto de su contenido en CO2 a su paso por los filtros de zeolita; en estos procesos, el aire se ha calentado. Finalmente, y antes de devolverlo a la atmósfera de la estación, el aire filtrado y seco se pasa de nuevo por la cama de gel de sílice, de la que extrae la humedad que había dejado previamente y refrigerándose en el proceso; de esta forma, el desecante se regenera a la vez que se devuelve a la atmósfera de la estación un aire desprovisto de CO2 pero con una humedad y temperatura adecuadas.

De todas formas, y a pesar de la efectividad de los filtros Vozduj, la ISS mantiene también los filtros clásicos de hidróxido de litio como sistema de reserva, con una capacidad de absorción de 1600 litros de CO2 por cartucho; un astronauta produce de media 480 litros de CO2 por día. Estos filtros adicionales pueden servir como sustitutos de los Vozduj en caso de avería, o como refuerzo en el caso de un eventual aumento de la concentración de CO2 en el ambiente (solape de dos tripulaciones a bordo, por ejemplo).

Recientemente también se ha incorporado a algunos módulos de la estación un sistema equivalente a los filtros Vozduj rusos, pero de fabricación norteamericana: se trata del CDRA, siglas en inglés de “dispositivo de eliminación del dióxido de carbono”.

Imagen: Un astronauta trabaja en el mantenimiento de los filtros de CO2 de fabricación norteamericana CDRA en el interior del módulo japonés Kibo de la Estación Espacial Internacional. (
Foto: NASA
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Oxígeno: el componente vital

Pero los filtros de CO2, cualquiera que sea su naturaleza, presentan un problema: formando parte de ese CO2 van eliminando también el oxígeno de la atmósfera del vehículo. Un oxígeno que es necesario reponer.

Básicamente hay tres métodos para la reposición del oxígeno en la atmósfera: hacerlo a partir de depósitos de oxígeno líquido, hacerlo a partir de productos químicos que se descomponen liberando oxígeno, o hacerlo mediante electrólisis del agua. El primero fue el método utilizado por las naves Apollo, por ejemplo, mientras que el segundo es el habitual en las Soyuz. Tanto en la estación espacial Mir en su día como ahora en la ISS se utiliza una mezcla de los tres, actuando los dos primeros como complemento al sistema principal de electrólisis, un equipo ruso conocido como Elektron.

Los equipos Elektron funcionan descomponiendo mediante reacción electrolítica el agua de desecho y la orina para generar oxígeno, que se devuelve a la atmósfera del vehículo, e hidrógeno, que se vierte al espacio. Dado que el agua se compone en un 89% por ciento de su peso de oxígeno, el sistema resulta bastante eficiente. Un litro de agua produce unos 600 litros de oxígeno a presión ambiente, suficientes para mantener a una persona durante un día. En el proceso se consumen aproximadamente 0,25 kw de electricidad por persona y día.

Imagen: El cosmonauta ruso Krikalev sujeta en sus manos un equipo Elektron que acaba de llegar como repuesto a bordo de la Estación Espacial Internacional. (
Foto: NASA
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Pero los Elektron históricamente han sufrido frecuentes averías, por lo que tanto en la Mir como en la ISS se hace necesario acudir a menudo a los sistemas de producción química de oxígeno. Estos sistemas también se utilizan como complemento a los Elektron durante los periodos en que la estación está ocupada por más miembros de lo habitual, para proporcionar el oxígeno adicional necesario. Aunque su nombre oficial es el de "generadores de oxígeno de combustible sólido" (o SFOG, por sus iniciales en inglés), son tradicionalmente conocidos como "velas".

Estas velas consisten en unos cartuchos metálicos rellenos de perclorato de litio (o de potasio, según la versión), que se hacen arder en el interior de unos receptáculos preparados al efecto, transformándose en cloruro de litio (o de potasio) y liberando oxígeno en el proceso. Cada cartucho libera unos 600 litros de oxígeno en un proceso que dura unos 20 minutos y durante el que se calientan hasta unos 400-500 ºC, siendo suficiente para mantener a una persona durante un día.

Sistemas auxiliares

Por último, para eliminar gases nocivos, impurezas y malos olores, existen una serie de filtros y catalizadores de carbón activado. Los catalizadores convierten el posible monóxido de carbono existente en la atmósfera a dióxido, y el hidrógeno a agua; otros posibles gases nocivos como amoniaco, acetona, hidrocarburos, etc., se eliminan en filtros combinados que tienen carbón activado y un disolvente químico. Los filtros de carbón activado eliminan también los malos olores. Todos estos filtros son reciclables, regenerándose tras exponerlos al vacío del espacio durante 12 horas mientras se calientan hasta 200 ºC.

Otro elemento básico del sistema de control medioambiental son los ventiladores encargados de hacer circular el aire a lo largo del vehículo o estación espacial. Estos ventiladores funcionan en combinación con el sistema de control de temperatura, actuando de modo similar a los sistemas de aire acondicionado con distribución por conductos. En ausencia de gravedad, no existe la convección natural que hace moverse al aire como en la Tierra, y la utilización de un sistema de ventilación forzada es necesaria no sólo para unificar temperaturas e impulsar el aire a través de todo el circuito de purificación, sino simplemente para evitar que se formen peligrosas acumulaciones de CO2 alrededor de los miembros de la tripulación mientras se hallan estos en reposo.

Los astronautas no son sólo una constante fuente de CO2 y un sumidero de oxígeno: además, cada miembro de la tripulación genera aproximadamente 1,2 litros de agua al día en forma de vapor, a través de la respiración y la exudación de la piel. Este exceso de humedad se retira continuamente de la atmósfera, siendo reciclado para su posterior reutilización como agua potable. El proceso parte de la condensación de la humedad en las partes frías de los equipos de refrigeración, tras lo cual el agua extraída se hace pasar a través de una serie de filtros para su purificación de posibles elementos nocivos; a continuación se le añaden sales minerales e iones de plata, y el agua queda lista para el consumo humano.

El sistema de control atmosférico se complementa con analizadores de gases y sensores encargados de medir la presión, temperatura, humedad relativa y proporción del contenido en gases de la atmósfera. En base a estos datos, los ordenadores de a bordo se encargan de tomar las medidas adecuadas (apertura y cierre de válvulas, control térmico...) para mantener una atmósfera apropiada que permita una vida cómoda a bordo durante largos periodos de tiempo. Además de mantener el control de forma automática, el sistema se encarga también de hacer sonar las correspondientes alarmas si alguno de los parámetros se sale fuera del margen previsto (déficit de oxígeno, exceso de CO2, presencia de contaminantes, caída de presión, etc.)