¿Cómo gestionan los trajes de EVA la excreción de agua?

La EMU (Unidad de Movilidad Extravehicular) del transbordador (y la ISS) tiene un intercambiador de calor de condensación como parte de su bucle de ventilación. El condensado se almacena, se utiliza para refrigeración y el exceso se drena después de cada EVA (Actividad Extravehicular).

Referencia: Manual de operaciones de la tripulación del transbordador: https://www.nasa.gov/centers/johnson/pdf/390651main_shuttle_crew_operations_manual.pdf página 2.11-7

El agua producida por la transpiración y la respiración se retira del suministro de oxígeno al ser condensada en el sublimador y es transportada por el circuito de condensación. Luego, el agua se envía a los tanques de almacenamiento de agua del circuito de agua de alimentación y se agrega a su suministro para su eventual uso en el sublimador. De esta forma, el PLSS puede mantener la refrigeración del traje durante más tiempo del que sería posible con solo el suministro de agua original de la botella.

De Suited for Spacewalking https://www.nasa.gov/pdf/143159main_Suited_for_Spacewalking.pdf

PLSS = Sistema de soporte vital portátil

Estoy seguro de que existen diferentes técnicas para diferentes trajes espaciales, pero aquí hay un ejemplo de cómo se hace para los trajes de la ISS:

La clave para manejar el calor corporal y el sudor es la prenda de ventilación líquida o LVC. Esto es esencialmente lo que parece una ropa interior térmica de cuerpo completo, pero está forrada con tubos que pasan agua a través de ellos. Si se calienta, pasa agua fría a través de los tubos, refrescándolo. La idea es mantenerte lo suficientemente fresco para que no sudes mucho.

Una vez que el agua se calienta, pasa a través de un intercambiador de calor para enfriarla nuevamente y luego se recircula. Si es necesario, el agua se puede pasar a un sublimador, donde pasa a través de pequeños agujeros al vacío del espacio, donde se sublima y se lleva el calor.

Si una persona todavía suda, el LVC tiene una capa absorbente que absorberá el sudor y, a través de algún mecanismo, el sudor se recolecta y se vuelve a agregar al suministro de agua de enfriamiento. El problema aquí es que a medida que trabajas más, la temperatura del agua en los tubos de enfriamiento tiene que ser más baja para transportar suficiente calor, lo que puede hacer que se sienta frío. Agregue una ropa interior húmeda y los astronautas pueden sentirse muy incómodos con este sistema. Además, está perdiendo mucha agua en el espacio a través del sublimador, tal vez un kg de agua para un EVA de cuatro horas. Eso no solo es costoso, sino que limita el tiempo de EVA.

Se está desarrollando un nuevo LVC para la próxima generación de trajes que tendrá microtúbulos porosos cosidos que realmente pueden absorber el sudor y transportarlo de regreso al sistema de enfriamiento para su reciclaje. Eso permitirá a los astronautas usar la sudoración como su control natural del calor.

En el futuro, los trajes mecánicos de contrapresión que no necesitan ser presurizados tendrán materiales semipermeables que permitan que el sudor pase y se sublime por toda la superficie del traje, lo que permitiría un enfriamiento más pasivo y una sensación más natural. ambiente.

Enlace a un documento sobre la nueva generación de prendas LVC que se está considerando:

Prenda refrescante multifuncional para control ambiental de trajes espaciales

Y un artículo de 1969 que describe el antiguo sistema de refrigeración:

Regulación de la sudoración térmica en trajes espaciales de EVA

Tenemos una respuesta para Shuttle y una respuesta para ISS. Aquí está la respuesta para Apolo.

1. La estrategia principal era prevenir la sudoración en primer lugar. Los astronautas usaban una Prenda de Ventilación de Enfriamiento Líquido (LCVG), que era esencialmente ropa interior larga con tubos cerrados que hacían circular agua de enfriamiento. El calor se descartó a través del sublimador en la mochila del traje. Esto fue suficiente para mantener la temperatura lo suficientemente baja para evitar la sudoración:

   La gran capacidad sensible de agua permite que 1,8 kg/min (4 lb/min) lleve la carga máxima de diseño de 586 vatios (2000 Btu/h) con un aumento de temperatura de solo 4,6 K (8,3 °F). La temperatura de la piel del tripulante se puede mantener lo suficientemente baja para inhibir la sudoración.

   Informe Experiencia Apolo: Desarrollo de la Unidad de Movilidad Extravehicular , p. 47

   El sistema tenía suficiente capacidad para eliminar el calor del ejercicio moderado:

   Este sistema consistía en tubos de refrigeración de plástico en el interior de una prenda interior. La prenda podría suprimir la sudoración a tasas de trabajo de hasta 1670 x 10$^3$J/h ($\approx$400 kcal/h) y permitió un funcionamiento sostenido a tasas tan altas como 2090 x 10$^3$J/h ($\approx$500 kcal/h).

   Resultados biomédicos de Apolo , p. 116

2. Si el astronauta produce sudor, el siguiente paso es eliminar la humedad de la superficie de la piel. Esto permite que el agua del sudor se evapore en el aire del traje. La evaporación absorbe el calor, ¡que es la razón por la que los humanos sudan! -- enfriando aún más al astronauta.

   El LCVG, la prenda de uso constante (esencialmente un traje pantalón de algodón que se usa sobre el LCVG), los guantes cómodos y los calcetines fueron diseñados para eliminar el sudor. Como el LCVG no se extendía a las manos, los astronautas que optaron por no usar los guantes cómodos a menudo se quejaron de tener las manos sudorosas.

3. La humedad del sudor evaporado fue arrastrada por el flujo de aire del traje. El aire expulsado fue procesado por la "mochila" PLSS, donde la humedad se condensó y almacenó:

   El oxígeno del circuito entra en el sistema de distribución de ventilación del traje con un caudal mínimo de 0,156 m$^3$/min (5,5 acfm) y absorbe el calor, la humedad y los subproductos metabólicos contaminantes a medida que pasa a través del traje adyacente al cuerpo del tripulante. Luego, el gas tibio, húmedo y contaminado se devuelve al PLSS, donde se transporta al paquete de control de contaminantes, que consta de un lecho de carbón activado que absorbe trazas de gases contaminantes y un lecho de LiOH que reacciona con el CO.$_2$para formar carbonato de litio. Los subproductos de esta reacción química, el calor y la humedad, se agregan al calor y la humedad ya transportados por la corriente de gas recirculante. Luego, la corriente de gas ingresa al intercambiador de calor (sublimador) donde se cede el calor y se condensa el exceso de humedad en la corriente . Cuando sale del intercambiador de calor, el agua libre arrastrada se elimina de la corriente de gas mediante un separador de agua tipo mecha de codo y se transfiere al lado posterior de la vejiga del depósito de agua de alimentación.

   Informe Experiencia Apolo: Desarrollo de la Unidad de Movilidad Extravehicular , p. 36

   El enfriamiento por flujo de aire se remonta a los aviones, Mercury y Gemini. Apollo fue el primer programa en usar un LCVG:

   Tradicionalmente, el personal de las aeronaves se ha enfriado mediante sistemas de ventilación de gas, que llevan el calor desde la fuente generadora hasta el dispositivo de rechazo, mediante un aumento de la temperatura del gas de ventilación (medio sensible) o mediante un aumento de la humedad absoluta del gas de ventilación. causado por la evaporación de la humedad disponible (medios latentes). Este enfoque se utilizó en los vehículos Mercury , Gemini , Apollo CM [en cabina] y Apollo LM [en cabina] y se consideró apropiado para el PLSS original.

   Informe Experiencia Apolo: Desarrollo de la Unidad de Movilidad Extravehicular , p. 45

Los trajes también fueron probados para los efectos potenciales del sudor. Se colocaron en una cámara de termovacío hasta por 115 horas a temperatura elevada y 95$\pm$5% de humedad. Se realizó una prueba separada de "niebla salina" durante 48 horas. No se observó degradación en ninguna de las pruebas.