¿Una presión de aire más alta en la ISS o en otro lugar haría más fácil "nadar" en microgravedad?

¿Una presión de aire más alta en la ISS o en otro lugar haría más fácil "nadar" en microgravedad?

¡Sí!

Pero lo que es realmente importante es la densidad, por lo que en lugar de presionar el "aire normal", puede hacer una mezcla atmosférica más densa y mantener la misma presión.

esta respuesta dice

Si desea que el aire sea 5 veces más fácil de nadar, simplemente puede reemplazar el nitrógeno con xenón y aumentar la densidad sin aumentar la presión.

y si bien se señala que el xenón es caro y tiene un efecto narcótico ( este tipo se queja de hormigueo en los dedos por Krypton antes de respirar xenón), ¿qué pasa con esto?

El hexafluoruro de azufre de Wikipedia dice:

El hexafluoruro de azufre (SF ₆ ) es un gas de efecto invernadero inorgánico, incoloro, inodoro, no inflamable, no tóxico pero extremadamente potente y un excelente aislante eléctrico.

¡Considere usar una mezcla normóxica (fracción de oxígeno normal de alrededor del 21 %) de SF ₆ por un tiempo, pero no permanentemente!

De los efectos del hexafluoruro de azufre en el rendimiento psicomotor :

La influencia narcótica del hexafluoruro de azufre sobre el rendimiento mental y psicomotor ha sido estudiada en 9 sujetos a presión atmosférica normal. Los experimentos de control se realizaron con aire y con óxido nitroso. Las habilidades psicomotoras, perceptivas y cognitivas se evaluaron mediante una batería de pruebas computarizadas. Los sujetos fueron expuestos al aire y a seis mezclas de gases normóxicos diferentes: 13, 26 y 39 % de N2O y 39, 59 y 79 % de SF6. Se encontraron deterioros significativos del rendimiento con 13 % de N2O y un deterioro adicional gradual con 26 y 39 % de N2O.Durante la exposición al 39, 59 y 79 % de SF6, el rendimiento general se vio afectado en un 5, 10 y 18 %, respectivamente. El deterioro fue significativo con 59 y 79% de SF6. Los resultados indican que la potencia narcótica relativa de SF6:N2O es de aproximadamente 1:4 en humanos. Se concluye que una mezcla normóxica de SF6-O2 se puede inhalar para estudios de función pulmonar sin ningún efecto nocivo y que el efecto narcótico de corta duración, aunque detectable con una batería de prueba, no afectaría la capacidad del sujeto para realizar procedimientos respiratorios simples. .

Ver también Potencia narcótica relativa y modo de acción del hexafluoruro de azufre y nitrógeno en humanos

Física

En microgravedad, la capacidad de "nadar" en una atmósfera proviene de la fuerza de arrastre aerodinámica producida en los brazos de movimiento rápido de los astronautas, que es aproximadamente

dónde$rho$es la densidad de la atmósfera,$v$es la velocidad,$C_D$es el coeficiente de arrastre que contiene toda la dinámica de fluidos, pero generalmente está entre 0,5 y 1, y$A$es el área considerada.

Dado que los brazos pivotan en el hombro, cada parte se mueve a diferentes velocidades, digamos que un área de 0,01 m^2 hace la mayor parte del trabajo y se mueve aproximadamente a la mitad de la velocidad récord mundial para una pelota lanzada de 22 m/s ( de esta respuesta a ¿Qué tan difícil tienes que tirar algo de la ISS para que salga de órbita? ). La densidad de una atmósfera estándar es de aproximadamente 1,225 km/m^3 y usemos$C_D$de 0,5 para un brazo agitado no óptimo.

¡Eso hace que la fuerza de arrastre sea de aproximadamente 1,5 Newtons! Suponiendo que los balanceos de los dos brazos se realizan por debajo de la mano para mantener la fuerza cerca del centro de masa, un total de 3 Newton en un arco de 50 cm. Con un trabajo igual a la fuerza por la distancia, eso es 1,5 julios de energía cinética.

El "delta-v" que recibe el astronauta de cada mayal oculto de dos brazos es entonces

o aproximadamente 0,2 m/seg. Eso parece mucho más rápido que lo que un solo mayal le da al astronauta en los videos ( El astronauta se atasca en el modelo Kibo ISS y puede ser difícil quitarse uno mismo del módulo Kibo ISS ), pero es del orden correcto de magnitud.

¡Y un factor de 4, si no 5 en la densidad de una atmósfera de ~79% SF6 sería un gran impulso!

Respuesta parcial a "¿Es una propuesta que las agencias espaciales deberían considerar?"

Improbable. Aumentar la presión diferencial por un factor de 5 significaría que los módulos tendrían que ser un poco más fuertes y, por lo tanto, presumiblemente más costosos y/o más pesados. (Como se señaló en esta otra respuesta )

Si quedar atrapado en el aire es un problema constante (que yo sepa, no lo es) ¹ , una solución mucho más económica y liviana sería colocar cuerdas en los ejes largos de los módulos. Nadar en el aire no es un requisito de diseño.

¹ Esta respuesta cita a Dan Barry, uno de los primeros astronautas de la ISS, diciendo: "No es fácil quedarse varado; tuve que pedirles a mis amigos que me ayudaran a quedarme perfectamente quieto".

Los astronautas contraerían una narcosis por nitrógeno aún peor que en aguas profundas de 40 m respirando aire. En ambos casos la presión del gas es de 5 bar, pero bajo el agua la presión parcial del nitrógeno es de 3,95 bar pero en la nave espacial de 4,79 bar. Esto es equivalente a unos 50 m de profundidad en el agua respirando aire. Consulte Wikipedia para conocer los signos y síntomas de la narcosis. Estos síntomas pondrían en peligro la vida de un buzo o astronauta.

Pero la nave espacial se volvería demasiado pesada de todos modos cuando se construyera para 5 en lugar de 1 bar.

Para evitar la enfermedad por descompresión durante una EVA, no se puede utilizar una presión parcial de nitrógeno de 4,79 bar. Un traje espacial presurizado a 5 bar es totalmente inútil, por lo que se usa oxígeno puro con alrededor de 0,3 a 0,4 bar para mantener el traje flexible. Se necesitaría un procedimiento de descompresión muy largo (varios días) para evitar la enfermedad por descompresión durante la transferencia de 5 bar a solo 0,4 bar.

Entonces, para evitar todos estos problemas, la natación a alta presión es imposible.

Si desea que el aire sea 5 veces más fácil de nadar, simplemente puede reemplazar el nitrógeno con xenón y aumentar la densidad sin aumentar la presión.

Para mejorar la capacidad de nadar, necesitamos aumentar la densidad del gas, no la presión del gas; aunque ambos están relacionados, sería ideal aumentar la primera sin aumentar la segunda.

Los sólidos en suspensión pueden aumentar la densidad de los fluidos, como lo demuestran los flujos piroclásticos calientes más densos que el aire limpio más frío . En la Tierra, los sólidos en suspensión tienden a asentarse debido a la gravedad, pero en el espacio, todo lo que flota en la atmósfera de la estación sigue flotando allí. Entonces, podemos suspender en el aire mucha masa y mantener piezas lo suficientemente grandes como para que no interfieran con la respiración. Por lo tanto, la solución es:

La gran piscina de bolas de microgravedad

Solo tenemos que dejar flotar en la estación algunos miles de pelotas de goma maciza. Al nadar, los astronautas arrojarán una gran masa de pelotas con una pequeña masa de aire.

Para optimizar el sistema, las bolas deben ser lo suficientemente grandes para no ser tragadas, lo más masivas posible, no muy duras para evitar golpear fuerte a los astronautas y elásticas, para que reboten en las paredes en lugar de chocar contra ellas. Las pelotas de goma maciza de unos pocos centímetros de diámetro parecen una buena compensación entre esos requisitos.

Por supuesto, con un par de bolas por litro de aire, la visibilidad se verá muy afectada, pero eso es solo un efecto secundario a tener en cuenta.

Hay un concepto erróneo involucrado en la redacción de la pregunta. Echa un vistazo a la ley de los gases ideales :

$p$: presión ;$V$: volumen ;$n$cantidad de sustancia (" masa " del gas);$T$: temperatura

Lo que debe hacer para aumentar la capacidad de nadar es aumentar la densidad , que es la proporción$\frac{n}{V}$. Suponiendo el volumen$V$de los módulos de la estación espacial permanecen constantes, necesitaría aumentar$n$bombeando más gas atmosférico a la estación.

Por esa ley, la presión$p$inevitablemente aumentaría, lo que daría lugar a los problemas indicados en la respuesta de @Uwe. Aunque nuestra atmósfera no es ideal sino un gas real , se puede concluir:

Sí, pero uno tendría que manejar la narcosis por nitrógeno como se discutió en la respuesta de @Uwe.

Si insistieras en aumentar la presión sin aumentar la masa, podrías cambiar la temperatura. Pero esta es solo una respuesta teórica, ya que se necesita una temperatura de alrededor de 1500 K para alcanzar una presión de 5 atm. En tal entorno, los astronautas no podrían hacer nada más que evaporarse.