¿Por qué el traje espacial EMU está presurizado específicamente a 4,3 psi?

Wikipedia afirma que los trajes espaciales que usan oxígeno puro están presurizados a 4,7 psi, en lugar de 3,0 psi, para tener en cuenta la presión del dióxido de carbono y el vapor de agua según la ecuación del gas alveolar (aunque señala que el cálculo tiene una ligera sobrecorrección).

La EMU de la NASA está presurizada a 4,3 psi según muchas fuentes. La razón dada para esto es la misma: darle al astronauta la misma cantidad de oxígeno que para el aire normal según la ecuación del gas alveolar.

En cuanto a otros, los trajes espaciales A7L Skylab fueron presurizados a 3,7 psi. Los trajes espaciales rusos Orlan están presurizados a 5,8 psi.

Sin embargo, ninguno de estos valores parece encajar cuando se observa realmente la ecuación del gas alveolar. Si se respira oxígeno puro, la ecuación del gas alveolar se convierte simplemente en:

pags A O 2 = PAGS a t metro − pags H 2 O − pags a CO 2

dónde pags H 2 O es 6,28 kPa a 37 °C y pags a CO 2 normalmente es de 40 mmHg. Dado que 104 mmHg se considera normal para pags A O 2 , esto se logra con una presión de 3.7 psi para oxígeno puro.

Entonces, ¿por qué 4,3 psi específicamente? ¿Hay beneficios de tener un entorno ligeramente hiperóxico? ¿Es esto para permitir fugas lentas o despresurización parcial sin que el astronauta se vuelva hipóxico?

Obviamente estaré muy feliz de recibir correcciones si he cometido un error en mis cálculos o si hay algún fenómeno fisiológico aquí que no entiendo. Me encantaría obtener una respuesta adecuada de alguien que realmente conozca la verdadera razón, pero olvidando eso, estaría agradecido por cualquier argumento bien fundado sobre por qué esto podría ser así.

Respuestas (2)

Esto es lo que Kenneth S. Thomas y Harold J. McMann tienen que decir al respecto en US Spacesuits:

Presiones de funcionamiento:

La unidad de movilidad extravehicular (EMU) del transbordador tiene una presión operativa de 4,3 psi (30 kPa) y los trajes de escape/lanzamiento/entrada de la tripulación del transbordador funcionan a un máximo de 3,5 psi (24 kPa). Todas las suites espaciales rusas, en comparación, funcionan a 40 kPa (5,8 psi) para minimizar o evitar la enfermedad por descompresión u otros riesgos.

Descompresión:

Los estudios estadounidenses han indicado que las personas pueden descomprimirse rápidamente de 14,7 psi (1 atm) a 8 pi (55 kPa) con un riesgo mínimo. Estudios rusos similares vieron el riesgo de enfermedad por descompresión de manera ligeramente diferente. A partir de 14,7 psi, una presión del traje ruso de 5,8 psi (40 kPa) se considera suficiente para evitar la enfermedad por descompresión después de media hora de respirar oxígeno puro, que es aproximadamente el tiempo que se tarda en realizar una revisión del traje antes de salir a hacer algo. una actividad extravehicular. Como resultado, todos los trajes espaciales rusos cuentan con una presión operativa de 5,8 psi.

Entonces, además del trabajo específico para el que está diseñado el traje, parece que los estudios sobre descompresión han guiado en gran medida estas presiones operativas.

Algunas de las otras variables se reducirán a la maniobrabilidad, la comodidad, la fatiga y el costo. Mientras las variables estén dentro de límites seguros, entonces hay espacio para moverse teniendo en cuenta otros factores.

Los trajes espaciales anteriores tenían presiones más bajas, como se describe a continuación:

Los seres humanos requieren que los parámetros ambientales estén dentro de los límites prescritos para su comodidad y para realizar el trabajo de manera efectiva. Un parámetro importante es la concentración de oxígeno. En una atmósfera a nivel del mar de 14,7 psia, la presión parcial de oxígeno es de 3,08 psia. Esto da como resultado una presión parcial de oxígeno con los alvéolos de los pulmones de 2,0 psia. La NASA seleccionó esto como el límite inferior de la presión alveolar para las operaciones espaciales tripuladas nominales. Para maximizar la movilidad de las articulaciones del traje espacial y minimizar las fugas y las cargas del traje presurizado, los trajes espaciales están diseñados para funcionar a la presión más baja compatible con otros requisitos. Por lo tanto, todos los sistemas de trajes espaciales proporcionan una atmósfera respirable de oxígeno al 100% (descontando pequeñas cantidades de dióxido de carbono y vapor de agua). Sin embargo, debido a que la eficiencia de la respiración disminuye a medida que disminuye la presión,

Hubo una revisión competitiva entre los sistemas y en febrero de 1990 se tomó la decisión de utilizar 4,3 psi. Las razones principales fueron poder soportar tanto la actividad exrtvehicular (EVA) como proporcionar un escape y supervivencia de la tripulación más efectivos en emergencias intravehiculares.

¡Gracias! ¡Excelente recurso! Encontrado por Google: "La solución fue instituir una reducción de la presión de la cabina de 14,7 psia (1 atm) normal a 10,2 psia (70,4 kPa) 24 horas antes de un EVA y un aumento en la presión de funcionamiento de la EMU a 4,3 psi (30 kPa) La presión de la EMU tuvo que aumentarse en esta pequeña cantidad para asegurar un riesgo aceptablemente bajo de DCS. La presión de la cabina no pudo reducirse más de 10,2 psia (70,4 kPa) debido a problemas de inflamabilidad derivados de la reducción de nitrógeno, asegurando que no menos de aproximadamente 3,08 psi (21,2 kPa) de oxígeno estaban disponibles para respirar.
El párrafo anterior parece dar directamente la respuesta de por qué exactamente 4,3 psi (riesgo de inflamabilidad en la cabina + riesgo de DCS en el traje), que es exactamente lo que estaba buscando. La respuesta también valida mis matemáticas, así que estoy muy feliz.
Gracias por encontrar el párrafo correcto. Pensé que estaba allí pero no pude encontrarlo y no quería poner algo en la respuesta sin estar seguro. Me alegro de que haya ayudado.

Aparentemente, es porque poner a una persona en el traje evita que la atmósfera sea O 2 puro . Las Reglas de Vuelo del Transbordador Espacial (Regla A13-53) establecen:

ENTORNO DE GAS ÚNICO (EMU): SI LA PRESIÓN EN EL TRAJE CAE POR DEBAJO DE 3,15 (3,3) PSI, EL MIEMBRO DE LA TRIPULACIÓN DE EVA ABORTARÁ EL EVA. ®[050400-7197A]

Al 92 por ciento de O 2 , 3,15 (3,3) psia corresponde a una altitud de presión de 8000 pies y se aplica la lógica del párrafo A.1. El nitrógeno exhalado por el miembro de la tripulación diluye la atmósfera de oxígeno en el traje al 92 por ciento.

Rompiendo el código aquí, dice que el límite real es 3.15, con un error de instrumentación es 3.3, y el tripulante enlatado exhala suficiente N 2 para diluir la atmósfera del traje en un 8%.

No dice específicamente, pero si 3.3 es el límite de trabajo, 4.3 suena como un buen margen de 1 psi sobre eso.

Supongo que el 92% O 2 sería tóxico si la presión dentro del traje fuera de 1 atm (~15 psi), ¿verdad?
Creo que sí. Hay un párrafo en el documento vinculado, unas pocas páginas por delante del bloque de texto que cité, que habla sobre la toxicidad del O2 a presiones más altas, pero como se refería a la atmósfera de la cabina del transbordador y no a la EMU, no lo hice. léelo de verdad. Eche un vistazo si lo desea en las Reglas de vuelo a las que me vinculé.
En realidad estaba en la siguiente regla, lo siento, A13-54: Respirar 100 por ciento de oxígeno a la presión del nivel del mar dará como resultado cambios fisiológicos debido a la toxicidad del oxígeno después de un mínimo de 6 horas. Dado que la toxicidad del oxígeno es proporcional a la presión parcial de oxígeno y no al porcentaje de gas, se pueden tolerar exposiciones más largas de oxígeno al 100 por ciento a presiones más bajas. Para el oxígeno al 100 por ciento al nivel del mar, los cambios fisiológicos comienzan como disminuciones asintomáticas leves (2 a 5 por ciento) en la capacidad vital (el mayor volumen de aire que se puede exhalar voluntariamente) que comienzan con los pulmones completamente inflados.
Buen punto sobre el nitrógeno exhalado: eso sucedería al pasar de un entorno de dos gases. Primero pensé que el nitrógeno exhalado de ninguna manera reduciría la presión parcial del oxígeno, pero luego me di cuenta de que el regulador en la EMU alimenta oxígeno si la presión total < 4,3 psi, en lugar de alimentar oxígeno si la presión parcial de oxígeno < 4,3 psi, y ese nitrógeno no va a ninguna parte excepto a través de fugas. Sin embargo, no estoy 100% convencido de la explicación del "buen margen de 1 psi".
Esto, como muchas reglas de vuelo, puede ser extremadamente conservador ya que la mayoría de los EVA están precedidos por una larga "respiración previa" con O2 puro diseñada para expulsar el N2 de los cuerpos de los miembros de la tripulación. En este caso nominal, no esperaría que se exhale mucho N2, pero presumiblemente la regla está escrita para cubrir el caso de una EVA de emergencia donde no fue posible una respiración previa prolongada.
En realidad sí, acabo de verificar lo mismo con los manuales de ISS. Hay un campamento largo a 10,7 psi, mucha respiración de oxígeno puro y, finalmente, una secuencia de purga de nitrógeno EMU de 15 minutos de duración en la que el traje se ventila y se alimenta con oxígeno puro. Teniendo en cuenta que el cuerpo humano contiene aproximadamente 1 litro de oxígeno disuelto, después de hacer todo esto, no puede quedar mucho nitrógeno en el torrente sanguíneo para cambiar la atmósfera del traje, ciertamente no un 8% en el caso normal.
Los humanos también producen, ejem, emisiones ocasionales de metano que podrían tener que ser compensadas, pero que podrían no ser especialmente publicitadas. No sé si alguna crema de manos, vendaje médico o cualquier otra cosa podría desgasificar lo suficiente como para importar.
¿Por qué el traje espacial EMU está presurizado específicamente a 4,3 psi?
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