En términos simples, ¿en qué se diferencia la forma en que los trajes espaciales manejan el gas respirable de cómo lo hace el equipo de buceo?

Digo "gas respirable" porque lo que hay en el tanque puede ser una variedad de mezclas y no conozco una sola palabra para la mezcla de gas que pueda respirar con seguridad.

Los buceadores y los astronautas tienen tanques de gas respirable y, mientras maniobran en sus respectivos ambientes acuosos y vacuos, consumen algo de él, expulsan CO 2 , H 2 O, CH 4 , H 2 y otras cosas en él, y su equipo eventualmente expulsa los sobrantes. en el medio ambiente.

¿Es posible, de forma sencilla, comparar y contrastar estos dos sistemas?

Por ejemplo, las respuestas a ¿Habrían fallado los depuradores de CO2 antes de que se agotara el suministro de O2 durante un paseo lunar de Apolo? discuta los depuradores de CO 2 y los buzos normales no tienen esos que yo sepa ( los rebreathers son un tema aparte ).

Los recuerdos de ver El mundo submarino de Jaques Cousteau incluyen mezclas de gases especiales para sus inmersiones más profundas. Me interesa principalmente el tipo de buceo menos exótico, el que aprendería un principiante.

Pregunta: En términos simples , ¿en qué se diferencia la forma en que los trajes espaciales manejan el gas respirable de cómo lo hace el equipo de buceo?

Se recomienda encarecidamente vincular a las respuestas existentes que cubren cada aspecto con más detalle. Lo que necesito aquí es una vista desde 100.000 pies. No hay necesidad de reproducir lo que ya se ha explicado bien en las publicaciones existentes. ¡Gracias!

La cabin-atmosphereguía de uso de la etiqueta comienza con "atmósfera en una nave espacial o traje espacial que respiraría un astronauta...", por lo que es apropiado aquí. space.meta.stackexchange.com/a/1580/12102
Esto se siente menos como una pregunta y más como una tarea. Es muy amplio y bastante abierto. Los trajes de buceo y espaciales son radicalmente diferentes en casi todos los aspectos y esta pregunta realmente no pone ningún esfuerzo en enfocar las respuestas en un tema en particular. Sus preguntas deben tener un alcance razonable. Si puede imaginar un libro completo que responda a su pregunta, está pidiendo demasiado.
@J... vuelva a leer la publicación hasta el final; ¡eso ya ha sido abordado literalmente!

Respuestas (4)

Los trajes espaciales intravehiculares se usan dentro de la cabina en caso de emergencia, particularmente durante el ascenso y el descenso. Los trajes Mercury fueron fabricados por Goodrich. Casi todos los demás trajes intravenosos han sido fabricados por David Clark Company: Gemini, Apollo 1, traje de asiento eyectable Shuttle, Shuttle LES y Shuttle ACES (todos ellos una evolución del diseño Gemini).

Los trajes intravenosos son bastante similares al equipo de buceo. En particular:

  • La fuente de aire es diferente. El aire de buceo proviene completamente de un tanque. Los trajes intravenosos obtienen el aire a través de un umbilical hasta el sistema ambiental de la cabina.
  • Los trajes intravenosos también tienen una botella de oxígeno incorporada en el traje como respaldo. Scuba solo usa ocasionalmente un segundo tanque; el respaldo habitual es tener otro buzo cerca para compartir el aire. Los trajes intravenosos nunca han podido tomar aire de otro traje.
  • La presión y la composición (es decir, el porcentaje de oxígeno) del aire entrante ha variado entre los programas espaciales y de buceo.
  • El lugar donde se distribuye el aire entrante varía. La mayoría de los buceadores respiran a través de una boquilla; menos comunes son las máscaras que proporcionan aire a toda la cara. Los primeros trajes IV tenían un sello alrededor de la cara o en la parte frontal de la cabeza. Los trajes IV modernos tienen el sello en el cuello.
  • Hacia dónde va el aire exhalado es bastante diferente. El aire de buceo exhalado va al agua circundante. En los trajes de David Clark, el aire exhalado pasa a través de una válvula unidireccional en el sello del área de la cara/cabeza, ingresando al cuerpo del traje. Luego hay una válvula de presión en el cuerpo del traje que luego expulsa el aire de escape al aire ambiente de la cabina. Por lo tanto, tanto los trajes de buceo como los intravenosos son sistemas abiertos.
  • El aire de buceo no ayuda a controlar el calor corporal. Aunque el aire en los trajes intravenosos proporciona algo de ventilación al cuerpo de los trajes, estos trajes se enfrían principalmente mediante una prenda interior de refrigeración líquida.

Los trajes espaciales extravehiculares se utilizan para caminatas espaciales y caminatas lunares. Algunos de los trajes de David Clark para Gemini se modificaron para uso EV. Todos los demás trajes EV han sido fabricados por ILC Dover: Apollo, Shuttle EMU y ISS EMU.

Los trajes EV son más comparables a los rebreathers:

  • La fuente de aire puede ser un cordón umbilical al sistema ambiental de la cabina (Gemini, lanzamiento de Apolo, paseo espacial del módulo de servicio de Apolo) o de un sistema de soporte vital portátil (paseo lunar de Apolo, transbordador, ISS).
  • Todos los trajes EV tienen un suministro de oxígeno de respaldo integrado en el traje o PLSS. Los trajes de Apolo también podrían compartir recursos con otro traje (BSLSS).
  • El aire que entra en los trajes EV se distribuye tanto a la cara como a la refrigeración líquida: ropa interior de ventilación.
  • El aire exhalado regresa a través del umbilical o al PLSS. En cualquier caso, el aire se depura en busca de CO. 2 , se eliminó la humedad, se agregó oxígeno y se acondicionó la temperatura para que pueda regresar al traje. Por lo tanto, los trajes EV son sistemas cerrados.
  • El aire ayuda a enfriar los trajes EV; en particular, se lleva el sudor para ayudar a refrescar al astronauta.

Que yo sepa, las distinciones anteriores también se aplican a los palos rusos Sokol (IV) y Orlan (EV).

Re Scuba solo usa ocasionalmente un segundo tanque. Los buceadores SCUBA necesitan un suministro de aire secundario, destinado principalmente a ser utilizado por otra persona del grupo. Tienes la opción de una botella de pony o un "pulpo". El último, más común con el diseño moderno (regulador dividido), es otro regulador secundario en el extremo de una manguera más larga que se asemeja al tentáculo del pulpo mientras nadas. Pero si nos fijamos en los voluminosos reguladores de un viejo programa de televisión como Sea Hunt , creo que una botella de repuesto sería más práctica en ese entonces.
@JDługosz: Su comentario solo refuerza mi punto de que un tanque en cada persona es más común que dos.
Lo es hoy, con un diseño moderno de regulador dividido. ¿Pero en el momento en que se diseñaron los trajes espaciales? Hojeando Wikipedia, solo encuentro que "con el tiempo se mejoraron y se volvieron dominantes", pero no años específicos. El estilo Sea Hunt y Cousteau seguía siendo icónico en los años 60. Oh, también recuerdo que la vejiga de control de flotabilidad puede servir como otra fuente de aire de emergencia.
Re "El aire de buceo no ayuda a controlar el calor corporal", el problema en casi todas las inmersiones es retener el calor corporal, por lo tanto, los trajes de neopreno y los trajes secos aíslan el cuerpo. Los trajes espaciales, especialmente los que se usan para EVA, por supuesto tienen el problema opuesto, ya que están rodeados de vacío.

Como buceador recibí algunos comentarios.

Un traje espacial está diseñado como un sistema cerrado con presión constante. El oxígeno exhalado se reutiliza y el dióxido de carbono exhalado se depura. Solo se repone el oxígeno utilizado por el astronauta.

La mayoría de los equipos de buceo son sistemas abiertos, el gas respirable exhalado no se reutiliza. Las burbujas que suben a la superficie son todo el gas exhalado. No se utiliza depurador. El equipo de buceo se utiliza a una presión de entre 1 y 5 bar. Buzos profundos de hasta 15 a 30 bares.

Muy pocos buceadores utilizan sistemas cerrados, sin burbujas, el oxígeno exhalado se reutiliza, un depurador elimina el dióxido de carbono exhalado. Si quieren profundizar más de unos 6 m, no pueden usar oxígeno puro, sino una mezcla de oxígeno con nitrógeno o helio. Si el sistema entrega una mezcla con muy poco o demasiado oxígeno para la profundidad real, el usuario podría morir.

Si falla un sistema de buceo abierto, el buzo lo notará de todos modos y puede hacer algo para sobrevivir.

Si un sistema de buceo cerrado falla por falta de oxígeno o demasiado dióxido de carbono en el circuito, es posible que el buzo no lo note en absoluto y muera sin previo aviso. El buceador notará si hay demasiado o poco gas disponible, pero no sentirá nada cuando el contenido de oxígeno sea incorrecto o haya demasiado dióxido de carbono.

Hay una gran diferencia en la masa de gas necesaria. Un sistema de buceo abierto puede necesitar alrededor de 3 kg de aire para una inmersión de aproximadamente una hora. Un astronauta del Apolo tenía 0,45 kg de oxígeno durante un máximo de 4 horas, aproximadamente 0,1 kg por hora. 30 veces y hasta 150 veces más masa por hora para el sistema de buceo abierto.

Tenía la impresión de que demasiado dióxido de carbono era muy notable, muy desagradable mucho antes que tóxico, pero eso es a 1 bar. Estoy pensando en las escenas del recipiente del depurador de CO2 en el Apolo 13 y las respuestas a ¿Los astronautas de la ISS notan o experimentan síntomas de niveles elevados de CO2? ¿Usan monitores regularmente?
@uhoh Ha habido casos de buzos que usan sistemas cerrados muertos por una gran cantidad de dióxido de carbono causado por un depurador agotado. Estos buzos eran expertos pero no sintieron nada antes de su muerte. Si sintieran algo, habrían hecho algo contra eso. Había un buzo alemán que conocí personalmente de una conferencia. Fue el experto alemán de sistemas cerrados de la época. Me preguntaron después de su muerte si conocía a alguien que realizara un análisis de gas del gas restante en sus tanques de oxígeno. Encontré un químico en la universidad local donde trabajaba.
@uhoh Así que tengo que concluir: no se notó en su caso. Si hubiera sentido algo por el exceso de dióxido de carbono, habría sobrevivido.
@uhoh Ha habido muchos casos de viticultores que mueren en bodegas de fermentación con demasiado dióxido de carbono. Estos viticultores no se dieron cuenta de nada, de lo contrario habrían salido de la bodega antes de perder el conocimiento.
El problema con el SCUBA (normal, de sistema abierto) es que la cantidad de aire que se usa aumenta con la presión, por lo que lo atraviesa muy rápido en profundidad. Los trajes EV usaban una presión mucho más baja , por lo que sería necesario extrapolar para comparar el rendimiento.
@JDługosz, la cantidad de aire utilizado por respiración aumenta con la presión en SCUBA de circuito abierto. Puede compensar eso un poco entrenándose para respirar más lentamente en profundidad.
Especialmente para los buceadores recreativos, una consideración importante es el costo. Llenar el tanque en una tienda de buceo es bastante económico, en comparación con mantener un sistema cerrado.
@SolomonSlow Respirar más lento en profundidad puede causar problemas con el aumento del nivel de dióxido de carbono en la sangre. La respiración debe transportar oxígeno y dióxido de carbono. En profundidad hay mucho más oxígeno del necesario en el aire comprimido. Los buzos de gas mixto utilizan en profundidad un gas con menos del 8 % de oxígeno. Pero el transporte de CO2 de la sangre al gas exhalado empeora bajo presión debido al aumento de la densidad del gas que reduce la ventilación de los pulmones. Para mejorar la eliminación de CO2 en profundidad, el buzo no debe respirar más lento, debe hacerlo más rápido.
@Uwe, nunca he sido tan profundo. Solo he bajado donde cada respiración contiene alrededor de 3 veces la masa de aire de la superficie: buceo recreativo sin nada en el tanque más que aire ordinario.
@Solomon En general, nosotros (bueno, al menos CMAS) enseñamos a las personas a no conservar o contener la respiración, independientemente de la profundidad. Simplemente respire regularmente y planifique sus inmersiones en consecuencia. De lo contrario, lo que termina es, en el mejor de los casos, un dolor de cabeza por el CO2. Si quieres pasar más tiempo en profundidad, consigue una botella más grande o un escenario... pero oficialmente los buceadores deportivos nunca deberían tener paradas de descompresión, así que si estás a 30 m, eso pone un límite al tiempo que pasas allí de todos modos.
@Voo, nunca contuve la respiración. Solo traté de moverme despacio y estar consciente de mi respiración. Tal vez era solo mi imaginación, pero pensé que cuando no respiraba más de lo que necesitaba, estaba respirando más lentamente en profundidad que cuando estaba cerca de la superficie. Aunque ha pasado un tiempo. Me cansé del buceo recreativo, y nunca sentí la necesidad de pasar a algo más... Um... interesante.

Hay varias diferencias, y estoy bastante seguro de que la lista que sigue no está completa.

  • Presión.
    Un buzo está sujeto a más de una atmósfera. La presión aumenta aproximadamente una atmósfera por cada diez metros de profundidad del agua. Los buceadores tienen que preocuparse por la narcosis por nitrógeno, la enfermedad por descompresión y la toxicidad por oxígeno. Los astronautas respiran casi el 100% de oxígeno a presión reducida. Esto significa que los astronautas en la ISS deben someterse a una respiración previa antes de un EVA para evitar la enfermedad por descompresión, pero aparte de esto, los astronautas no necesitan preocuparse por los desafíos de presión que enfrentan los buceadores.
  • Costo de respirar aire.
    Incluso trimix es muy barato en comparación con el costo mucho más caro del aire que respiran los astronautas. Incluso con lo que ha hecho SpaceX para reducir los costos de lanzamiento, todavía es muy costoso enviar cualquier cosa al espacio y eso, por supuesto, incluye respirar aire.
  • Aire extraído versus aire reciclado.
    Los buceadores simplemente liberan el aire de escape en el agua. Ese aire expulsado todavía contiene bastante oxígeno, pero el aire (incluso el trimix) es barato. Debido a que enviar cualquier cosa al espacio es muy costoso, el aire en un traje espacial (o una nave espacial) se recicla. El dióxido de carbono creado por el metabolismo humano es capturado y posiblemente expulsado. El oxígeno que queda se recicla.
@uhoh, su solicitud aquí para una respuesta más rigurosa y su solicitud en la pregunta "en términos simples" están en desacuerdo entre sí. ¿Cuál es?
"fuera de tema..." fue pensado como una bandera para advertir que lo siguiente no estaba relacionado de alguna manera con la publicación actual. "...pero esta pregunta ..." enlaza con una pregunta de mecánica orbital en Physics SE. Entonces, "en términos simples" se aplica a esta página, "una respuesta más rigurosa" se aplica a la pregunta vinculada en Physics SE. ¡Perdón por la confusion! Borraré el primer comentario ahora y este a su debido tiempo.
Hay un número muy pequeño de buzos que usan sistemas cerrados sin liberar el aire de escape al agua.
Estás equivocado, los astronautas de la ISS no necesitan respiración previa antes de un EVA para evitar la narcosis por nitrógeno. La narcosis por nitrógeno es imposible a presiones inferiores a unos 2 o 3 bar. La narcosis por nitrógeno es posible cuando se respira aire a una presión superior a 3 a 5 bar a una profundidad de 20 a 40 m. La respiración previa antes de un EVA solo es necesaria para reducir el riesgo de enfermedad por descompresión.

Las respuestas anteriores son muy detalladas (y precisas) sobre el SCUBA, pero dado que usted preguntó específicamente sobre el tipo que usaría un principiante:

La mezcla respirable es aire puro, comprimido en un solo tanque.

Como se mencionó, puede haber uno o dos reguladores (boquillas), y el segundo sirve como respaldo en caso de que falle el primero, o para ayudar a otro buzo al que se le haya acabado el aire o cuyo regulador haya fallado.

En cualquier caso, parte del entrenamiento para principiantes es la "respiración de compañeros", aprender a compartir un único regulador de forma segura entre dos buceadores en caso de emergencia.

Otro poco de entrenamiento es aprender qué hacer si se acaba el aire. Aprende (y se prueba) cómo ascender de manera segura desde una profundidad de 60 pies/20 metros sin suministro de aire. Sabiendo lo fácil que es esto, es menos probable que entre en pánico si se le acaba el aire.

A los principiantes se les enseña a no descender más allá de los 90 pies/30 metros y se les enseña el uso de tablas de buceo para garantizar que no pasen demasiado tiempo a profundidades de más de 30 pies.

"Aprendes (y te ponen a prueba) cómo ascender de forma segura desde una profundidad de 60 pies/20 metros sin suministro de aire". ¿Qué loca organización tiene tal entrenamiento? CMAS y PADI ciertamente no. Necesita varios minutos para ascender de forma segura desde 20 m después de haber pasado un tiempo allí. Muy pocas personas tendrán el aire para hacerlo y simplemente correrán hacia la cima con consecuencias muy graves, incluida la muerte. Además, si alguna vez terminas a 20 m sin aire, tantas cosas salieron mal de antemano, que nunca deberías terminar en tal situación si estás debidamente entrenado.
En términos simples, ¿en qué se diferencia la forma en que los trajes espaciales manejan el gas respirable de cómo lo hace el equipo de buceo?
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