¿Por qué los cascos de los astronautas no se empañan? ¿Cuál es la química y la termodinámica detrás de mantener el campo de visión despejado incluso durante la respiración intensa?

El aire seco que ingresa se sopla a través de la superficie interna de la visera desde una parte llamada "barra rociadora". También se han utilizado calentadores de película delgada y agentes químicos, con menos éxito.

Aunque el vapor de agua en el aire exhalado puede causar empañamiento, la mayor fuente de vapor de agua es el sudor. El problema es más común durante actividades físicas como caminatas espaciales que cuando los astronautas están sentados. El desarrollo de ropa interior refrigerante líquida ha resuelto significativamente el problema.

Trajes tempranos

El desempañado se remonta al primer traje presurizado de aviación, fabricado por BF Goodrich y usado por Wiley Post , lo que le permitió ser la primera persona en volar por encima de la tropopausa y descubrir la corriente en chorro. El vidrio del casco fue desempañado por el aire seco que entra:

El oxígeno entró a través de un puerto justo a la izquierda de la ventana (Post tenía el parche sobre su ojo izquierdo) para desempañar el vidrio . Una salida a la derecha de la ventana ventilaba el casco. Una válvula, unida a un regulador y un manómetro, justo debajo de la parte interna de la rodilla izquierda, controlaba el flujo de salida del traje.

Vestirse para la altitud: trajes presurizados de aviación de EE. UU. desde Wiley Post hasta el transbordador espacial , pág. 33

En la década de 1930, un traje presurizado de aviación fabricado para la Marina francesa utilizó un espacio de aire entre dos capas de vidrio, además de un sistema de calefacción eléctrica, para desempañar el vidrio. Un traje de presión alemán de la misma época también usaba calentadores eléctricos.

El traje David Clark modelo 12 que usó Scott Crossfield cuando volaba para NACA usaba una máscara facial, con compartimentos separados para la nariz / boca y los ojos para evitar el empañamiento.

El piloto de pruebas de la NASA, Joseph Walker, probó el traje de presión total A/P22S-2 en 1961. Fabricado por David Clark Company, se convirtió en el traje de vuelo estándar de la Fuerza Aérea de EE. UU. y su diseño básico se convertiría en muchos de los trajes espaciales de la NASA. Introdujo la "barra rociadora", un tubo de metal o plástico alrededor de la circunferencia del panel de la visera, con orificios que soplaban aire seco entrante sobre la visera:

El regulador de respiración y todas las tuberías se instalaron dentro de la carcasa del casco, con una barra rociadora alrededor de la periferia de la visera que desempañaba la visera .

Vestirse para la altura , pág. 266

Mercurio

Los trajes espaciales Mercury, derivados del Navy Mark IV fabricado por Goodrich, eran un caso atípico en el sentido de que no soplaban aire sobre el casco:

El aire fluía a través de una serie de conductos Trilok que formaban parte integral del torso y salían por las muñecas, los tobillos, la entrepierna y la periferia del anillo del cuello. Luego fluyó hacia el cuerpo del traje para eliminar el exceso de humedad y salió del traje a través del puerto de escape hacia la cabina. Además de ventilar el traje, este aire también lo presurizaba cuando era necesario.

Vestirse para la altura , pág. 230

No encuentro evidencia de empañamiento de los cascos Mercury, ni ningún esfuerzo para desempañarlos. Los astronautas eran en gran parte sésiles y no realizaban actividades que los hicieran sudar. La visera también podría abrirse, y parece que muchos de los astronautas simplemente dejaron la visera abierta.

Geminis

Un traje basado en el Air Force A/P22S-2 de David Clark Company ganó un concurso para convertirse en el traje espacial Gemini. El casco heredó la barra rociadora, que era adecuada para desempañar cuando los astronautas estaban sentados. Sin embargo, aún no se habían inventado las prendas interiores con refrigeración líquida, por lo que los astronautas tendían a sobrecalentarse y sudar durante la actividad física intensa, lo que provocaba que el casco se empañara. Esto fue particularmente malo durante la caminata espacial en Gemini 9A:

Cernan comenzó el lento ascenso hacia la parte trasera de la nave espacial, donde se almacenaba la AMU. Mientras se desconectaba de la cápsula umbilical y se conectaba a la mochila, su frecuencia cardíaca se elevó a unos 155 latidos por minuto. Más tarde describió que su traje espacial tenía "toda la flexibilidad de una armadura oxidada", lo que hizo que todo tomara mucho más tiempo de lo esperado. La falta de puntos de apoyo para manos y pies también hizo que no pudiera obtener ningún tipo de palanca, lo que dificultaba girar las válvulas o incluso realizar cualquier movimiento básico. Mientras hacía las conexiones, Cernan se cansó mucho. Durante esta parte de la EVA, su pulso se elevó a unos 180 latidos por minuto; el cirujano de vuelo en tierra temía perder el conocimiento.Mientras sudaba, su visor comenzó a empañarse. Frotó su nariz contra la visera para despejar un lugar y poder ver.

Wikipedia

El traje Gemini se convirtió en la base del traje David Clark S1030, utilizado en el avión espía SR-71 Blackbird. Se probó una película de oro como calentador de visera, pero se suspendió debido a problemas con los reflejos. En la siguiente imagen, el artículo #23 es la barra de rociado:

Apolo

Una variante del traje S1030 llamada A1C fue usada por los astronautas en el incendio del Apolo 1. La muerte de los astronautas dio lugar a una reconsideración de los trajes espaciales.

El eventual traje Apollo (modelo A7L) fue fabricado por International Latex Corporation, con Hamilton Standard como subcontratista para el equipo de soporte vital. Se sopló aire seco entrante sobre la superficie interna del casco para evitar que se empañe:

El sistema de ventilación prevé dos modos de funcionamiento, EV y IV. En el modo EV, todo el flujo de gas de entrada se dirige al casco para la respiración y el desempañado del casco . Luego, el flujo de gas viaja por el cuerpo hasta las extremidades, donde los conductos de retorno dirigen el flujo hacia la salida del traje. En el modo IV, el flujo de gas se divide, con parte del flujo de gas entrando en un conducto del torso y directamente sobre el cuerpo y el gas restante va al casco.

Informe de la experiencia de Apolo: desarrollo de la unidad de movilidad extravehicular , Nota técnica de la NASA D-8093, pág. 10

El aire exhalado se devolvió mediante un cable umbilical al sistema ambiental de la cabina o (si se trataba de un EVA) al sistema de soporte vital portátil. En cualquier caso, los lavadores de dióxido de carbono también eliminaron la humedad del aire. Después de agregar oxígeno, se devolvió aire seco al traje. Los trajes espaciales de Apolo también tenían ropa interior de refrigeración líquida, que era muy eficaz para evitar la sudoración.

También había un kit de reparación de trajes espaciales, que incluía un químico desempañador (pero no hay informes de que se haya utilizado):

La quinta bolsa contiene cinco almohadillas aplicadoras saturadas con una solución de limpieza y desempañado.

Manual de operaciones de Apolo Unidad de movilidad extravehicular , pág. 2-89

Transbordador espacial

Todos los trajes intravehiculares utilizados para el lanzamiento y aterrizaje del transbordador espacial se derivaron del traje S1030 , a su vez derivado del traje Gemini:

• El S1030A era el traje de escape de eyección, utilizado en STS-1 a 4.
• El S1032 era el Launch Escape Suit, utilizado en STS-26R a STS-88.
• El S1035 era el Advanced Crew Escape Suit, utilizado en STS-64 y posteriores.

En cada uno, la visera se puede abrir; muchos astronautas nunca cerraron sus visores. El aire entrante se inyecta en el casco a través de una barra rociadora. Luego, el aire continúa a través de válvulas unidireccionales en el cuello de contención, presurizando el cuerpo del traje. Luego, un regulador de presión expulsa el aire a la cabina.

Se utilizó un traje diferente para los EVA: la Unidad de Movilidad Extravehicular. Una vez más, el aire seco entrante se sopla primero sobre la superficie del casco:

El oxígeno circulante entra en el traje a través de un colector integrado en el torso superior rígido. Los conductos llevan el oxígeno a la parte posterior del casco espacial, donde se dirige sobre la cabeza y luego hacia abajo a lo largo del interior del frente del casco. Antes de pasar al casco, el oxígeno se calienta lo suficiente para evitar que se empañe la visera.A medida que el oxígeno sale del casco y viaja al resto del traje, recoge dióxido de carbono y humedad de la respiración del miembro de la tripulación. Más humedad de la transpiración, algo de calor de la actividad física y trazas de contaminantes también son absorbidos por el oxígeno a medida que se introduce en los conductos integrados en la prenda de refrigeración y ventilación líquida. Un ventilador centrífugo, que funciona a casi 20 000 rpm, atrae el oxígeno contaminado hacia el PLSS a una velocidad de aproximadamente 0,17 metros cúbicos por minuto, donde pasa a través del Cartucho de control de contaminantes.

Adecuado para caminatas espaciales , p. 27

Este es el único caso que he encontrado de precalentamiento del aire. No estoy seguro si se hace eléctricamente o por el calor del cuerpo del astronauta. Parece que ya no se calienta directamente el casco mediante cables o revestimientos, debido al impacto en la visión.

También se aplica un químico antivaho como parte de las preparaciones de EVA:

A continuación, se realizan varias tareas sencillas. El compuesto antivaho se frota en el interior del casco. Se coloca un espejo de muñeca y una pequeña lista de verificación de 27 páginas encuadernada en espiral en el brazo izquierdo de la parte superior del torso.

ibíd. pág. 23

No he encontrado ningún ejemplo de recubrimientos especiales. No sé que productos químicos de desempañado son, pero las mismas toallitas se usan para limpiar los cascos, por lo que podría ser simplemente algún tipo de alcohol.

Utilizan agentes antivaho.

En realidad, este es un hecho bastante famoso porque Chris Hadfield se quedó ciego durante una caminata espacial después de que parte del agente antivaho le irritó el ojo, y ha dado muchas charlas sobre este incidente, tanto en la comunidad aeroespacial como como una motivación. / orador inspirador sobre confiar en su equipo, confiar en usted mismo, nunca entrar en pánico, nunca darse por vencido.

Aparentemente, ahora han cambiado a un agente menos irritante.