En astronáutica , un sistema de soporte vital , también conocido como equipo vital o medio de soporte vital artificial , se define por el conjunto de técnicas que permiten la supervivencia de un ser humano o un grupo de humanos en el ' espacio , de manera más o menos autónoma .
Un sistema de soporte vital debe proporcionar a los astronautas un entorno viable con suficiente calidad y cantidad de aire , agua y alimentos , pero también debe garantizar que se mantenga una temperatura y presión aceptables . , Proporcionar protección suficiente contra agresiones externas como la radiación espacial o micro- meteoritos , así como gestión de residuos y reciclaje .
La conquista del espacio despegó al final de la Segunda Guerra Mundial y fue uno de los aspectos más destacados de la segunda mitad del XX ° siglo, marcado su debut por una fuerte competencia entre los Estados Unidos y la Unión Soviética, por razones de prestigio nacional vinculados a la Guerra Fría . El satélite soviético Sputnik 1 realizó el primer vuelo espacial de la historia en4 de octubre de 1957, y el primer vuelo habitado por humanos tuvo lugar en 12 de abril de 1961con el vuelo orbital del soviético Yuri Gagarin .
Durante las primeras misiones espaciales tripuladas , trajeron consigo el agua y el oxígeno que los miembros de la tripulación necesitaban y arrojaron sus desechos al espacio, con los sistemas de supervivencia de los astronautas en "circuito abierto". que todavía es relevante para la Estación Espacial Internacional .
Al principio del XXI th siglo carrera espacial vueltas a la preparación de los vuelos espaciales a largo plazo para explorar el sistema solar, e incluso teniendo en cuenta la construcción de bases espaciales permanentes que se alternarán los equipos, en la Luna o Marte para comenzar. Para que las misiones de larga duración sean posibles, es necesario diseñar sistemas de supervivencia en "circuito cerrado" que permitan limitar, o incluso eliminar, la necesidad de cualquier repostaje. Estos sistemas cerrados de soporte vital deberán realizar diferentes funciones, incluida la producción de alimentos, el reciclaje y el control de la calidad del aire y el agua.
Todas las agencias espaciales, incluida la NASA con ECLSS ( Sistema de soporte vital y control ambiental ) y ASE con MELiSSA ( Sistema alternativo de soporte vital microecológico ), están realizando estudios sobre diferentes sistemas de soporte vital.
Para determinar los medios para mantener viva a una tripulación durante una misión en el espacio, primero era necesario determinar las características físicas, fisiológicas y metabólicas de un ser humano.
Los valores dependen del género del sujeto (una mujer consume menos que un hombre), su masa (un enano delgado es más "ahorrativo" que una persona obesa de estatura media) ...
En su documento de 2004 Advanced Life Support: Baseline Values and Suposiciones , la NASA revisó el conocimiento y las suposiciones sobre los sistemas de soporte vital.
Así, un tripulante con una masa media de 70 kg tendría un gasto metabólico medio de 11,82 MJ por día, siendo esta tasa modificada por el porcentaje de masa corporal magra, por el medio ambiente y por el nivel de actividad física.
Los consumos y desechos de un tripulante estándar de 70 kg con un cociente respiratorio de 0.869 (cantidad de moles de dióxido de carbono producido dividido por la cantidad de moles de oxígeno consumido) se resumen en la siguiente tabla (CM-d: por tripulante y por día):
| Equilibrio | Interfaz | Valor medio | Unidades |
| Aire | |||
| rechazo | Dióxido de carbono liberado | 0,998 | kg / CM-d |
| consumo | Oxígeno consumido | 0,835 | kg / CM-d |
| Comida | |||
| consumo | Alimentos consumidos; Masa | 0,617 | kg / CM-d |
| energía entrante | Alimentos consumidos; Valor energético | 11,82 | MJ / CM-d |
| consumo | Beber agua consumida | 3.909 | kg / CM-d |
| Residuo sólido | |||
| rechazo | Heces (desechos sólidos) | 0,032 | kg / CM-d |
| rechazo | transpiración (desechos sólidos) | 0,018 | kg / CM-d |
| rechazo | Orina (desechos sólidos) | 0,059 | kg / CM-d |
| Residuos líquidos | |||
| rechazo | Agua de heces | 0.091 | kg / CM-d |
| rechazo | Respirar agua y transpirar | 2.277 | kg / CM-d |
| rechazo | Agua de orina | 1,886 | kg / CM-d |
Para mantener viva a la tripulación, un sistema de soporte vital debe realizar diferentes funciones:
La regeneración del aire es una de las funciones más importantes de los sistemas de soporte vital. Los valores de los distintos parámetros a comprobar se indican a continuación:
| configuraciones | Unidades | Bajo | Nominal | Elevado |
| Generación de dióxido de carbono | kg / CM-d | 0,466 | 0,998 | 2,241 |
| Oxígeno consumido | kg / CM-d | 0.385 | 0,835 | 1.852 |
| p (CO 2 ) para la tripulación | kPa | 0.031 | 0.4 | 0,71 |
| p (CO 2 ) para plantas | kPa | 0,04 | 0,12 | TBD |
| p (O 2 ) para la tripulación | kPa | 18.0 | 18,0 - 23,1 | 23,1 |
| Presión total | kPa | 48,0 | 70,3 | 102,7 |
| Temperatura | K | 291,5 | 295,2 | 299,8 |
| Humedad relativa | % | 25 | 60 | 70 |
| Vapor de agua transpirado | kg / CM-d | 0,036 | 0,699 | 1.973 |
| Vapor de agua respirado | kg / CM-d | 0,803 | 0,885 | 0,975 |
| Tasa de fuga (vuelo espacial) | % / D | 0 | 0,05 | 0,14 |
El valor de la presión atmosférica total es crucial. Algunos prefieren usar presiones equivalentes a las que se encuentran a nivel del mar en la Tierra (101,3 kPa), porque es bajo estas presiones que se han recopilado la mayoría de los datos fisiológicos humanos conocidos, y garantizan condiciones de vida óptimas para los humanos durante mucho tiempo. períodos de tiempo. Otros prefieren usar presiones bajas para reducir la masa total de gas requerida, la masa total de la nave espacial y para disminuir la hiperoxigenación requerida antes de una caminata espacial en un traje espacial . La presión reducida provoca un aumento en el porcentaje de oxígeno , en relación con otros gases, lo que tiene la desventaja de aumentar el riesgo de incendio. Mientras que la presión al nivel del mar en la Tierra es de 101,3 kPa, la NASA considera una presión de 70,3 kPa como presión nominal (Lin 1997).
Para los seres humanos, la presión parcial tolerable de dióxido de carbono es de 0,4 kPa (con un rango de 0,031 kPa mínimo a 0,71 kPa máximo). Esta presión es más alta que la tolerada por la mayoría de las plantas (alrededor de 0.120 kPa o 1.200 ppm ), pero aún no se conoce el límite superior aceptable para las plantas. Por tanto, podríamos prever diferentes atmósferas para los compartimentos habitados y para las cámaras de cultivo. El p (CO 2 ) normal en la Tierra está entre 0.035 kPa y 0.040 kPa ( 350 a 400 ppm ).
La conservación de gas es necesaria para cualquier sistema de soporte vital. El gas puede almacenarse en recipientes presurizados, como fluido criogénico, adsorbido o combinado químicamente. El costo del almacenamiento depende del gas, los "gases permanentes" como el nitrógeno y el oxígeno requieren altas presiones y permanecen en estado gaseoso a temperatura normal, mientras que los "gases no permanentes" como el CO 2 pueden almacenarse más fácilmente en líquido forma bajo presión. El almacenamiento criogénico requiere un control térmico constante o el uso de una pequeña cantidad de gas para proporcionar enfriamiento por evaporación. La eficiencia de la adsorción y la combinación química varían mucho según los gases considerados.
El poder históricamente olvidado de los análisis de los sistemas de soporte vital, tiene un impacto importante en el nivel de autosuficiencia y el costo de un soporte de la tripulación. Para misiones a largo plazo, los alimentos vegetales cultivados en el sitio son una fuente de alimento, pero también pueden regenerar parte o la totalidad del aire (al convertir el dióxido de carbono en oxígeno) y el agua (al transformar las aguas residuales en agua potable por evaporación y transpiración). . Así, si más del 25% del alimento, en masa seca, se produce in situ, toda el agua necesaria se puede regenerar en el mismo proceso. Y si aproximadamente el 50% de los alimentos, en masa seca, se produce en el lugar, se puede regenerar todo el aire necesario (Drysdale, et al., 1997).
La dificultad de reciclar los micronutrientes es lo que hace que el cierre del sistema sea actualmente imposible, en 2015.
La microgravedad plantea una serie de dificultades en el cultivo de plantas y se están realizando investigaciones para determinar cuáles son las plantas más interesantes.