El traje Z-1 de la NASA, Buzz Lightyear y la historia de los trajes espaciales

Recientemente muchos medios se han hecho eco de la presentación en sociedad del último prototipo de escafandra espacial de la NASA, el flamante Z-1. Creado por el Advanced Space Suit Team del Centro Espacial Johnson, la presentación de este nuevo traje habría pasado totalmente desapercibida de no ser porque lucía una curiosa selección de colores que recordaban al famoso personaje de animación Buzz Lightyear. ¿Fueron los colores del Z-1 elegidos a propósito como una estrategia de comunicación? Posiblemente, pero en cualquier caso el Z-1 ha sido descrito como el traje espacial más avanzado jamás construido, una escafandra revolucionaria que será usada por la NASA en sus futuras misiones.

Prototipo de traje espacial Z-1 de la NASA (NASA).

Pero más allá del impacto mediático, ¿es el Z-1 una revolución en los trajes espaciales? Más bien no. Porque lo cierto es que esta escafandra no es especialmente original y de hecho incluye soluciones técnicas introducidas hace ya muchos años. Para entender las ventajas y desventajas del Z-1 debemos recapitular un poco y entender un poco la evolución de los trajes espaciales. Los trajes de presión para las naves espaciales se pueden dividir en trajes intravehiculares (IVA) y extravehiculares (EVA). Los primeros, como su nombre indica, están diseñados para funcionar dentro de una nave espacial y proteger a los astronautas en caso de que el vehículo se despresurice.

Ejemplos de escafandras IVA son los trajes Sokol de las Vostok, el Navy Mark IV del programa Mercury, el Sokol-KV2 empleado hoy en día en las naves Soyuz o el ACES del desaparecido transbordador espacial. Los trajes EVA son usados para paseos espaciales fuera de la nave, como por ejemplo el EMU (Extravehicular Mobility Unit) de la NASA o el Orlán-MK ruso. Luego tenemos trajes que sirven para las dos cosas, como los G3C y G4C del programa Gémini o el A7L del Apolo. Ni que decir tiene, los trajes EVA son mucho más caros, complejos y pesados que los IVA. Lógico, porque son naves espaciales en miniatura. Pero, a pesar de su complejidad, todo traje espacial es básicamente un globo presurizado dotado de sistemas de soporte vital y comunicaciones. La clave está en el equilibrio entre movilidad y presión interna. A mayor presión, más difícil es moverse en el traje, pero a cambio los procedimientos de despresurización son más sencillos.

Traje Sokol de primera generación, una escafandra de tipo IVA (Eureka).
Trajes de EVA soviéticos Berkut (arriba) y Yastreb (abajo) (Eureka).

Los primeros trajes EVA de la NASA eran al mismo tiempo trajes IVA porque las naves Gémini y Apolo tenían una atmósfera de oxígeno puro. Esta característica obligaba a que los astronautas llevasen un traje durante el lanzamiento, no tanto por motivos de seguridad -que también- como para respirar oxígeno antes del despegue y purgar así el nitrógeno de su sangre, no fuera a ser que les diese una embolia. Los trajes G3C y G4C de las Gémini se convertían fácilmente en trajes EVA mediante el uso de umbilicales que conectaban el astronauta con la nave. En el caso de los A7L del Apolo la cosa era un pelín más complicada. Los astronautas del Apolo no podían depender de umbilicales para sus paseos espaciales, así que debían usar una mochila de soporte vital o PLSS, (Portable Life Support System) en el lenguaje de la NASA. Pero el astronauta no podía despegar con la mochila en su espalda, así que la solución pasó por usar el mismo traje A7L en dos configuraciones, una IVA y otra EVA. La versión EVA usaba el PLSS -y una pequeña mochila superior con la reserva de oxígeno de emergencia-, así como un casco protector sobre el casco burbuja transparente, guantes y botas extras, además de un traje interior con tubos de agua para regular la temperatura. Una versión mejorada del A7L, el A7LB, fue introducida en las últimas misiones Apolo e incluía una nueva junta flexible en la cintura que permitía a los astronautas sentarse en el rover lunar. El A7L tenía una masa de unos 92 kg y gozaba de una movilidad considerable, principalmente debido a que funcionaba a muy baja presión (unos 250 hPa). Pero como las naves Apolo gozaban de una atmósfera interna a baja presión de oxígeno, esta baja presión del traje no suponía ningún problema y no era necesario purgar el nitrógeno.

Traje A7L del Apolo en configuración IVA (NASA).
Traje A7L en configuración EVA (NASA).
Traje A7LB sin la cubierta protectora externa (ILC).
Propuesta del A7L para el cancelado programa de estaciones militares MOL (ILC).

No obstante, al usar el transbordador espacial una atmósfera similar a la terrestre, a principios de los 80 se decidió usar dos trajes diferentes. Uno IVA para el despegue y aterrizaje, y otro EVA para los paseos espaciales. Los trajes IVA serían el Shuttle Ejection Space Suit (para las misiones STS-1 a STS-4, básicamente un traje S1030 usado en los aviones U-2 y SR-71), el LES (introducido tras el desastre del Challenger y en servicio hasta 1994) y el ACES (1994-2011). El LES -un traje de presión parcial- y el ACES -de presión total- eran descendientes de los G3C y G4C del programa Gémini. Por su parte, el traje EVA del shuttle sería el EMU, un descendiente de los trajes A7L del Apolo y Skylab, aunque más ligero (unos 50 kg). Mientras que el A7L era un traje a medida de una pieza -más el casco, los guantes y la mochila-, el EMU estaba dividido en dos partes, un torso semirrígido integrado con la mochila PLSS denominado HUT (Hard Upper Torso) y una parte inferior flexible para las piernas llamada LTA (Lower Torso Assembly), además del casco. Mediante unas cintas se puede ajustar la longitud de brazos y piernas del EMU a la talla de cualquier astronauta. Sólo los guantes son individuales. Esta versatilidad tiene un precio y es que ponerse un EMU es un proceso complejo que necesita del trabajo conjunto de varios miembros de la tripulación. El EMU es casi tan flexible como el A7L gracias a su baja presión, pero puesto que la atmósfera del transbordador o de la ISS no es de oxígeno puro, su uso requiere unos procedimientos de descompresión más complejos.

Traje EMU de la NASA (NASA).

Mientras los EEUU diseñaban sus primeros trajes de EVA, en la Unión Soviética los ingenieros optaron por diseñar escafandras muy similares. El traje Berkut con el que Leónov realizó el primer paseo espacial de la historia en 1965 era parecido al de las misiones Gémini, aunque la nave Vosjod 2 empleaba una atmósfera de nitrógeno y oxígeno, lo que complicaba los procedimientos de despresurización. Por este motivo, desde un primer momento los ingenieros soviéticos priorizaron la facilidad de uso a la movilidad, usando trajes con una presión interna mayor (unos 400 hPa). Posteriormente, la escafandra Yastreb (de 41,5 kg) de las misiones Soyuz 4 y 5 ya incluía una mochila de soporte vital independiente y portátil. Sin embargo, para el programa lunar N1-L3 los técnicos de la oficina de diseño NPP Zvezdá decidieron cambiar de estrategia. Según el plan previsto, un cosmonauta descendería hasta la Luna en solitario a bordo del módulo lunar LK, mientras que su compañero se quedaría en órbita lunar en la Soyuz LOK. En ambos casos sería necesario que los tripulantes se pusiesen los trajes ellos solos, un requisito que influyó en el proceso de diseño.

Aunque se diseñó un prototipo de traje flexible basado en el Yastreb denominado Oriol parecido al A7L del Apolo, finalmente se optó por una escafandra radicalmente distinta. Como resultado se crearon los trajes Krechet-94 -para la superficie lunar- y Orlán -para la órbita. El Krechet era más pesado y más flexible que el Orlán (102 kg frente a 95 kg). Los dos derivaban a su vez del prototipo de escafandra SKV e incluían un diseño semirrígido de una pieza, de tal forma que solamente los brazos y piernas eran flexibles y hasta el casco estaba integrado en el traje. Únicamente los guantes eran separables. Esta estructura rígida permitía que las escafandras no fuesen excesivamente voluminosas en el vacío, pero la gran innovación del Orlán y el Krechet era que llevaban su propia esclusa. Uno no se pone un Orlán, entra en él. Literalmente. Y es que la mochila con el soporte vital funciona como una ‘puerta’ para meterse en el traje. Así, un único tripulante era capaz de ponerse un Orlán o un Krechet sin ayuda.

Traje lunar Krechet (Eureka).
Traje Orlán y su sistema de acceso trasero (NPP Zvezda).

Tras sucesivas mejoras, los trajes EMU y Orlán han llegado hasta nuestros días y por este motivo ambos trajes se siguen usando en la ISS (actualmente se emplea la versión Orlán-MK, de unos 112 kg). Pero eso no significa que las agencias espaciales no hayan investigado nuevos tipos de trajes. Durante muchos años la NASA ha jugado con la idea de usar trajes total o parcialmente rígidos para EVAs, de modo parecido a lo que hicieron los soviéticos con el Orlán. Aunque el EMU es muy flexible, su baja presión ocasiona que los preparativos para la descompresión sean largos. Puesto que, como hemos visto, un traje espacial se parece a un globo, una escafandra metálica rígida evitaría que el traje se hinchase al presurizarse. Al mismo tiempo, podría estar sometido a una mayor presión interna -de unos 500 hPa o más-, reduciendo drásticamente los preparativos para las salidas espaciales. El problema es cómo introducir articulaciones flexibles en un traje de estas características, algo que no resulta nada sencillo. Ya en 1965 surgieron varias propuestas de trajes semirrígidos parecidos al Orlán, como los RX-1, RX-2 y RX-2A (RX, Rigid Experimental), creados por la empresa Litton con financiación de la NASA. En 1964 el Centro Ames diseñó el AX-1, el primer traje espacial EVA totalmente rígido de la historia, mejorado en 1966 en la versión AX-2. Litton también propuso a finales de los 60 otros prototipos como el RX-3, el RX-4 o el RX-5A, algunos capaces de funcionar a presiones de hasta 700 hPa. En 1968 el Centro Ames de la NASA otorgó un contrato a Litton para fusionar los programas RX y los AX-1 y AX-2, creando el proyecto CVS (Constant Volume Suit). Todos estos trajes semirrígidos serían descartados en favor del A7L, totalmente flexible.

Prototipos de trajes semirrígidos de Litton de mediados de los 60: RX-1 (arriba) y RX-2A (debajo).
Traje AX-2, junto con la AX-1 la primera escafandra espacial totalmente rígida de la historia.
Prototipo RX-5 de Litton.
El proyecto Constant Volume Suit de finales de los 60 (NASA).

En los años 70 se presentaron otros prototipos de trajes EVA semirrígidos, como el OES (Orbital Extravehicular Suit) de la compañía ILC -fabricante de las escafandras A7L y EMU- o el AX-3 del centro Ames de la NASA. Estos trajes fueron descartados en favor del prototipo SX-1, que a su vez daría lugar al EMU, una escafandra que sólo incluía una parte rígida (el torso). En los años 80 la NASA volvió a la carga con el programa ZPS (Zero Prebreathe Suit), que, como su nombre indica, era un intento de crear un traje rígido de alta presión para eliminar la necesidad de respirar oxígeno puro antes del paseo espacial. A resultas del programa ZPS, en 1980 surgió el prototipo Mark I o ZPS de ILC y en 1983 vería la luz el AX-5 del Centro Ames. Con articulaciones esféricas, el diseño del AX-5 recordaba más a un traje de buzo que a una escafandra espacial. El AX-5 coexistió en el tiempo con el prototipo Mark III, desarrollado en 1987 por la empresa ILC con supervisión de la NASA. El Mark III era más parecido al Orlán que al AX-5 y al igual que el traje ruso el astronauta se introducía en él por una mochila que funcionaba como puerta. Tanto el Mark III como el AX-5 fueron candidatos a sustituir al EMU como traje en la estación espacial Freedom, aunque finalmente serían cancelados. Tampoco saldría adelante el prototipo Advanced EMU, una especie de mezcla entre el EMU y el Orlán diseñado a partir del Mark III.

Prototipo semirrígido OES de ILC de principio de los 70 (NASA).
El SX-1, prototipo del EMU con un torso rígido (NASA).
Traje semirrígido AX-3 (NASA).
Traje ZPS o Mark I de ILC (NASA).
Traje AX-5 del Centro Ames, el primer traje EVA totalmente rígido de la historia (NASA).
Traje semirrígido Mark III de ILC (NASA).
Puerta de acceso trasera del Mark III, parecida a la del Orlán (NASA).
Propuesta Advanced EMU (ILC).

Tras la fiebre de los trajes rígidos, la NASA volvería su atención en los años 90 hacia las escafandras de alta presión flexibles. Se pretendía reducir así el peso del traje y permitir su eventual utilización en la Luna o en Marte. Pero si diseñar un traje de alta presión rígido es difícil, uno flexible es algo así como el Santo Grial de los constructores de escafandras espaciales. Entre 1994 y 2000 la empresa ILC presentó el Traje H (H-Suit o H-1), básicamente un traje Mark III dotado de extremidades flexibles con una masa de 59 kg, de ahí que a veces se confundan ambos proyectos. El Mark III desembocaría en la propuesta Advanced EMU, que tampoco vería la luz. Al mismo tiempo, ILC también diseñó el Traje I (I-1) y el Traje D, unas variantes totalmente flexibles que podrían ser usadas en otros cuerpos del Sistema Solar gracias a su baja masa. Estos trajes operaban a presiones ligeramente por encima del EMU -y por lo tanto requerían procedimientos de descompresión menos prolongados-, pero eran mucho más ligeros que los trajes totalmente rígidos.

Traje H (H-1) semirrígido de ILC, derivado del Mark III (ILC).
Traje I de primera generación totalmente flexible durante una simulación en vuelo parabólico con gravedad marciana (ILC).

Entre 1996 y 1999 la empresa Hamilton Standard -ahora Hamilton Sundstrand- diseñó otro traje de EVA para misiones a Marte. Al igual que el H-1, esta escafandra era semirrigida e incorporaba una mochila-puerta. La novedad en esta ocasión consistía en que el acceso al traje se podía integrar en la puerta o esclusa de un módulo espacial. De esta forma el astronauta no tendría que ponerse el traje dentro de la nave, sino que estos estarían instalados en el exterior del vehículo, ahorrando así masa y espacio.

Traje EVA de Hamilton Standard de finales de los 90 semirrígido y de acceso trasero como el Orlán (NASA).

Este sistema se haría muy popular durante el Programa Constelación de la NASA de 2005 para volver a la Luna. La empresa ILC propuso para esta tarea una variante de su Traje I de tercera generación capaz de ser usado en la Luna, una versión semirrígida de acceso trasero que también debía unirse al exterior de los vehículos de exploración lunar como la propuesta de Hamilton Standard. Curiosamente, estos trajes son a su vez muy parecidos al EVA 2000, diseñado conjuntamente entre Rusia y Europa en 1992 y que sirvió de base para el EVA SUIT 2000, una especie de ‘super-Orlán’ y considerado el traje ruso más avanzado jamás diseñado. El EVA SUIT 2000 sería cancelado en 1994, pero algunas de sus características fueron usadas por NPP Zvezdá para crear la versión Orlán-M a partir de los Orlán-DMA.

Como vemos, después de medio siglo de carrera espacial las escafandras han convergido hacia un diseño de traje semirrígido de alta o media presión con acceso trasero, un diseño cuyas características básicas ya fueron introducidas en el programa espacial soviético de finales de los años 60. Por otro lado, debemos recordar que el traje espacial EVA diseñado por China, el Feitian, es una copia directa del Orlán ruso. Ante este panorama, no es de extrañar que algunos ingenieros de la compañía NPP Zvezdá -fabricante de todos los trajes espaciales rusos y soviéticos- hayan declarado que el resto de agencias espaciales se han limitado a seguir o copiar los progresos rusos. Por su parte, la compañía ILC ha insinuado que no es oro todo lo que reluce y que NPP Zvezdá copió a principios de los 70 el diseño de los guantes IVA de los trajes A7L del Apolo para las escafandras Sokol.

Traje ruso-europeo EVA 2000, diseñado entre Rusia y la ESA (NPP Zvezda).Traje EVA SUIT 2000, el ‘Súper-Orlán’ (NPP Zvezdá).
Vehículo SEV con escafandras Mark III en el exterior (NASA).
Traje I (I-Suit) de tercera generación con el sistema de acceso trasero en detalle (ILC).
Traje chino de EVA Feitian, copia del Orlán ruso (Xinhua).

Si has aguantado hasta este punto, querido lector, te estarás preguntando cuáles son las diferencias importantes de diseño entre el nuevo traje Z-1 y el Traje I de tercera generación o alguno de sus predecesores. Pues bien: ninguna. Ambos están construidos por ILC y son semirrígidos e incluyen un torso rígido y extremidades flexibles, además de una puerta de acceso trasero al más puro estilo Orlán. Ambos son compatibles con un vehículo de exploración como el SEV (Space Exploration Vehicle) y ambos están diseñados para ser usados en ambientes con gravedad, como la Luna, Marte o los asteroides.

Desgraciadamente, la NASA no va a usar el Z-1 (o su versión final, el Z-2) próximamente, quizás nunca. Más que nada porque se trata de un simple prototipo que aún está lejos de ser un traje operativo y porque la NASA carece por el momento de naves espaciales propias en las que probar el nuevo traje. Las escafandras EMU usadas actualmente en la ISS no van a ser reemplazadas en los próximos años. Sólo si la NASA se decide a lanzar misiones a los asteroides usando la nave Orión y el cohete gigante SLS más allá de 2020 tendrán los descendientes del Z-1 alguna posibilidad de hacerse reales. Sea como sea, una cosa está clara: el traje espacial del futuro se parecerá más al Orlán de finales de finales de los 70 que al A7L del Apolo.

El Z-1 de la NASA (NASA).
Este es el verdadero Buzz Lightyear en la ISS (NASA).

30 Comentarios

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Shankao

No sé si la industria de los Documentales es rentable, pero creo que sería genial que TVE o quien fuese, te contratase para hacer una serie de documentales española sobre temas de Astronáutica y Astronomía.

Muchas gracias por estar ahí, y Feliz Navidad!

Jimmy Murdok

Pues no se si será realmente viable, pero el aproach mola un rato.

Gracias por la entrada Dani, unas curiosidades muy interesantes!
A nivel práctico para pongamos cambiar una pieza del exterior de la estación, y sin tener en cuenta descompresiones, ¿resulta mas práctico el Orlan o el EMU? ¿Es mucho más rígido el traje ruso?

jesus hernandezjesus hernandez

TITAN:Una vez mas un artigulo muy interesante no sabia que se existe 2 trajes espaciales uno para el interior de la nave y otro para salir a fuera pensaba que era el mismo.FELIZ NAVIDAD a todos/as.

Srengel

Siempre me a parecido chocante y de mal gusto que usen recursos de la ciencia ficción en cosas reales, aunque sean los colores. Es como la frase muy extendida en internet de que si la NASA no puede construir una nave como el Enterprice, que mejor no se esfuerce en hacer nada.

TuccitanusTuccitanus

Enhorabuena Daniel, siempre tan documentado y ameno a la vez. Si me permites la sugerencia, en este enlace se puede acceder a un libro editado por la NASA, en el que cuenta (¡en 530 páginas!) la historia de los trajes presurizados. Si bien se centra más en los trajes de vuelo a gran altitud, acaba hablando sobre los trajes utilizados en el transbordador. Este es el enlace

http://www.nasa.gov/connect/ebooks/d...detail.html

Al final de la página se puede seleccionar el formato en el que se quiera descargar (EPUB, PDF, MOBI).

Os deseo a todos que paseis unas Felices Fiestas, y todo lo mejor para el 2013.

mlunadem

Estupendo articulo
Una duda, estos trajes rigidos son para EVA pero para paseos lunares o planetarios tal vez no sirvan. ¿EN caso de caída como se levanta el astronauta?

ZanstelZanstel

Me pregunto si algún día combinarán un traje espacial con un exoesqueleto, potenciando la fuerza del astronauta, permitiendo mover el traje incluso en Tierra con total naturalidad a pesar de tener un peso muy considerable.

Alejandro L.

Hola,
Siempre interesantisima tu pagina.
Te falta citar el traje espacial de entrenamiento que inventara un argentino trabajando en la NASA en la década de los ’90. Este traje era mas funcional que el modelo en uso y costaba una décima parte :)
Saludos desde Argentina!

Alejandro L.

jorge verajorge vera

excelente entrada daniel siempre muy pero muy interesante y sobre todo fácil de entender para todos y otro gran aspecto siempre tiene un poco de comedia tus entradas todo esto hace que todos los días lea tus entradas excelente daniel segui así
y feliz navidad!!!! daniel

Gabriel Domínguez

¿Y que pasa con los Bio-Suit de la profesora Dava Newman, de aspecto similar a los de neopreno que usan los submarinistas? ¿No iban a emplear sistemas de soporte vital, comunicaciones, etc., basados en nanotecnologías? ¿O esto también es ciencia ficción? Un vez vi un artículo que hablaba de un español que estaba diseñando un traje espacial muy ergonómico, ¿se sabe en qué acabó el proyecto?

RaúlRaúl

Si alguien tenía alguna duda de por qué habías ganado el premio al mejor blog del año, con esta entrada deberían quedar todas despejadas!!

Yo, que soy buceador, no tenía ni idea de que los astronautas también se tenían que enfrentar a los problemas de las burbujas de nitrógeno en la sangre hasta que lo leí en Eureka.

Sobre la noticia, da un poco de pena que la NASA anuncie como revolucionario un traje que no sólo no lo es, sino que además probablemente ni siquiera llegue a entrar en servicio.

Matias G.Matias G.

Cuando vi el traje en muchos blogs de tecnología bromeando sobre el parecido con buzz me imagine que no era tan revolucionario jeje.

Muy buena entrada!

Sergio Costas

Al leer la parte del EMU me ha venido a la mente nada menos que el traje espacial de Tintín: cuerpo rígido, extremidades flexibles, y dividido en dos mitades por la cintura… :)

NIKO González Hernández

Sensacional post ! estoy buscando información para realizar varios trajes (disfraces, y lograr algo de realismo… para una empresa)
y como curiosidad me gustaría saber si alguno de los aficionados a este mundo conoce algún sitio web/lugar/tienda para comprar “réplicas de cascos de astronautas” o accesorios más realistas.

Agradezco la ayuda. Me está resultando difícil la búsqueda de material que merezca la pena.
Un saludo. @niko_1980 – niko1980@live.com

Robert H.Robert H.

Como siempre, tremendísimo artículo Daniel. Gracias.
Eres toda una eminencia en temas de astronáutica.

(… y lo de la serie documental, es para pensárselo, porque valer, vales)

Guillermo Rodolfo KleinGuillermo Rodolfo Klein

Esta comparativa hecha por Daniel es de una calidad que no se puede creer!
La calidad y cantidad de la producción de este hombre no deja de asombrarme nunca!
Me saco el sombrero y le agradezco siempre por la tarea de divulgación que realiza!

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