El sistema de soporte vital de la nave Crew Dragon de SpaceX

Por Daniel Marín, el 23 agosto, 2020. Categoría(s): Astronáutica • Comercial • NASA • SpaceX ✎ 149

La Crew Dragon de SpaceX se ha convertido en la primera nave tripulada estadounidense en viajar al espacio tras la retirada del transbordador espacial en 2011. A esta nave pronto se le sumarán la Starliner de Boeing y la Orión de la NASA, pero la Crew Dragon presenta un diseño único con respecto a estos vehículos. A diferencia de las otras dos cápsulas —así como otras que están siendo desarrolladas fuera de EE UU— que incorporan el tradicional módulo de servicio desechable, la Crew Dragon lleva todos sus sistemas esenciales dentro de la cápsula que regresa a la Tierra. La Crew Dragon tiene un «maletero» detrás de la cápsula, pero solamente sirve para llevar los paneles solares y el radiador (y como volumen útil para la carga no presurizada). Por eso es interesante analizar cómo es el sistema de soporte vital de la nave tripulada de SpaceX. El sistema de soporte vital de la Crew Dragon o ECLSS (Environmental Control and Life Support System) es el encargado de mantener vivos a los tripulantes, así que huelga decir que es un sistema crucial.

Nave Crew Dragon (SpaceX).

El sistema de soporte vital de la Crew Dragon está basado en el sistema básico que llevaba la Dragon de carga, apto para mantener con vida a pequeños animales (ratones, para ser precisos) y sigue la norma CCT-REQ-1130 de la NASA, una norma que deben cumplir todos los vehículos tripulados en los que viajen astronautas de la agencia. No olvidemos que, aunque la Crew Dragon es formalmente una nave privada, en las misiones que va a realizar por el momento viajarán astronautas de la NASA o se acoplará con la ISS, por lo que la agencia espacial tiene la última palabra en este tema. Esta norma requiere que la nave pueda mantener una presión de entre 96,5 y 102,7 kilopascales —la presión media de nuestra atmósfera a nivel del mar es de 101,3 kPa—, con una presión parcial de oxígeno entre 19,4  y 22,7 kilopascales. La temperatura debe mantenerse entre 18,3 y 26,7 ºC, mientras que la humedad relativa puede variar entre el 25 % y el 75 %. Además, durante la reentrada la tripulación debe recibir aire a través de las escafandras con una temperatura máxima de 29,4 ºC. La mayor parte de los subsistemas del ECLSS están situados en el compartimento cilíndrico dentro del fuselaje presurizado de la cápsula, bajo los asientos de la tripulación. Los elementos de mayor tamaño del ECLSS son, por un lado, el filtro de hidróxido de litio (LiOH) para eliminar el dióxido de carbono situado y, por otro lado, los dos grupos de tres tanques de aire comprimido y oxígeno. Estos tanques están basados en los creados para el prototipo de nave de rescate X-38 de la NASA y dos de ellos llevan oxígeno puro, mientras que el resto cargan aire comprimido.

Sistema de soporte vital de la Crew Dragon (SpaceX).
El sistema de soporte vital de la Crew Dragon DM-2 visto desde la parte superior (SpaceX).
Detalle de una Crew Dragon durante su construcción. Los tanques rojos son tanque de combustibles hipergólicos (SpaceX).
Fuselaje presurizado de una Crew Dragon. El sistema de soporte vital está en el cilindro inferior (NASA).

Las reservas de oxígeno y aire deben servir para mantener la cápsula presurizada en caso de fuga, con una presión interna mínima de 55 kilopascales. También tienen que servir para mantener la atmósfera limpia en caso de que haya humo o alguna otra sustancia contaminante. Si se produce un incendio, la atmósfera sería purgada manteniendo una presión mínima de 55 kilopascales inyectando aire comprimido fresco al mismo tiempo que la atmósfera contaminada es evacuada al vacío a través de válvulas específicas. Si la atmósfera está muy contaminada, cabe la posibilidad de hacer el vacío en la cápsula y presurizarla otra vez con las reservas de aire comprimido (lo que además permitiría apagar un posible incendio descontrolado). En estas emergencias no debemos olvidar que la tripulación llevaría puestos sus trajes de presión, que incluyen un umbilical acoplado al muslo derecho por el cual se suministra oxígeno o aire comprimido en caso necesario (el umbilical también sirve para asegurar las comunicaciones con los astronautas). Si alguno de los sistemas que provee el aire para los umbilicales en cada asiento sufre algún problema, el astronauta puede conectar su umbilical al asiento de al lado. En caso de sobrepresión, la nave puede dejar escapar al vacío el aire sobrante hasta que se recuperen los niveles normales. Aunque la Crew Dragon puede igualar su presión con la del exterior o con la de la estación de forma automática, está dotada de un mecanismo en las dos escotillas para que el personal de tierra —al regreso— o los astronautas de la ISS —en órbita— sean capaces de igualar la presión desde fuera de forma manual.

Los tanques de oxígeno y aire comprimido de la Crew Dragon (SpaceX).
El sistema de deshumificación de la Crew Dragon (SpaceX).
El filtro de LiOH para eliminar el dióxido de carbono (SpaceX).

El ECLSS de la Crew Dragon debe mantener con vida a la tripulación de cuatro personas —el máximo permitido por la NASA— durante un máximo de cinco días en el espacio sin acoplarse con la ISS. Un elemento esencial es, como hemos señalado, el filtro de hidróxido de litio, formado por cuatro bloques diferentes. Para una misión normal solo hacen falta dos de estos filtros, desarrollados originalmente para su uso en submarinos. La temperatura se controla en órbita con el radiador situado en el maletero, compuesto por paneles de aluminio a través de los cuales se hace circular el líquido refrigerante (la cápsula está unida al maletero por la «garra de dragón», que contiene los umbilicales entre ambos elementos). Cuando la cápsula está dentro de la atmósfera terrestre el exceso de calor se regula mediante un sistema de aire acondicionado que emplea un ciclo de refrigeración por compresión de vapor basado en un refrigerante a base de hidrofluorocarburos. Este sistema se activa una vez se cierra la escotilla frontal en la rampa de lanzamiento hasta que se alcanza la órbita y desde el momento en el que se abren los paracaídas durante el regreso hasta dos horas más tarde (curiosamente, el agua relativamente caliente del Atlántico no es capaz de eliminar el exceso de calor de la reentrada por sí sola). La humedad se controla mediante un deshumificador pasivo que emplea cuatro membranas hechas de Nafion que expulsan al vacío el exceso de agua pero son impermeables para el aire de la cabina. Este sistema contrasta con el empleado en otras naves espaciales, que son de tipo activo y, por tanto, presentan una mayor tendencia sufrir fallos.

Bob Behnken dentro de la cápsula DM-2 en órbita. El baño está detrás del panel que hay justo por encima y a la izquierda de su cabeza (SpaceX).
El baño de la Crew Dragon (bajo la pantalla central) sin la cubierta (SpaceX).
El retrete del segmento estadounidense de la ISS es un baño de verdad (NASA).

Por último, pero no menos importante, no debemos olvidarnos del elemento más famoso de todo soporte vital: el baño. El «baño» de la Crew Dragon se encuentra bajo un panel situado sobre la escotilla de entrada lateral de la nave. Eso sí, este baño es una instalación sencilla que recoge la orina y las heces mediante succión por corrientes de aire y se parece más al retrete ASU de la Soyuz que a los dos baños de gran tamaño situados en el interior de la ISS. Como vemos, el sistema de soporte vital de la Crew Dragon incluye soluciones novedosas y otras más tradicionales. Esperemos que en los próximos años cumpla su cometido sin ningún fallo digno de mención.

La tripulación de la misión DM-2. Se aprecia el umbilical en el muslo derecho (SpaceX).
La tripulación de la misión Crew 1 (USCV-1) dentro de la Crew Dragon durante el entrenamiento (NASA).

Referencias:

  • https://ttu-ir.tdl.org/bitstream/handle/2346/86364/ICES-2020-333.pdf


149 Comentarios

  1. OT:

    Borisov anunció la creación de una nueva empresa para lanzamientos de Sea Launch.

    El viceprimer ministro Yuri Borisov anunció la creación de un operador especializado que proporcionará servicios de lanzamiento de Sea Launch. Se espera que la empresa tenga varios fundadores. Entre ellos se encuentran Roskosmos, Rosatom y S7.

    Se restaurará el único cosmódromo flotante Sea Launch del mundo, y se creará un operador especializado para realizar los lanzamientos desde él. Así lo afirmó el viceprimer ministro Yuri Borisov en el marco del foro Ejército-2020, informa el corresponsal de RBC. “El operador especializado debe adaptarse con precisión al éxito comercial de Sea Launch.

    Quién será el fundador de este operador sigue siendo una pregunta abierta, pero creo que hay espacio para Roskosmos, Rosatom y S7. Quizás [entre los fundadores] habrá más fondos o bancos, porque se necesita dinero ”, dijo el viceprimer ministro.

    Un representante de Rosatom le dijo a RBC: que la corporación estatal es miembro del grupo de trabajo Sea Launch, que continúa considerando varias opciones. RBC envió una solicitud a S7.

    La decisión de restaurar Sea Launch se tomó después de una conversación con el presidente ruso Vladimir Putin, dijo Borisov. La cantidad preliminar para la restauración de Sea Launch es de unos 35 mil millones de rublos, dijo Borisov. Y su éxito comercial será de al menos cinco lanzamientos al año, recalcó.

    “Creo que algunos de estos lanzamientos deberían ser programas gubernamentales, y algunos lanzamientos comerciales, al menos cincuenta por ciento”, explicó el viceprimer ministro.

    Borisov señaló que hace aproximadamente una semana regresó de Vladivostok y caminó personalmente por el Sea Launch. “Hay todo tipo de rumores de que los estadounidenses han retirado el equipo; sí, han retirado el equipo, pero es principalmente el equipo que proporciona el posicionamiento asociado con la tecnología GPS. Podemos reemplazarlos con tecnologías GLONASS… Pero el sistema de lanzamiento en sí, es decir, cargar y colocar el cohete, reabastecer el cohete en modo automático, son todas tecnologías rusas ”, dijo a los periodistas.

    Hoy en día, todavía hay problemas técnicos relacionados con el prometedor vehículo de lanzamiento Soyuz-5, agregó el viceprimer ministro. «Pero sin revisión o con revisiones, estará en esta mesa de partida», concluyó Borisov.

    A principios de junio, RBC escribió que S7 había comenzado las negociaciones sobre la venta del puerto espacial flotante Sea Launch con una subsidiaria de Rosatom. La decisión de S7 se explicó por el costo extremadamente alto de implementar el proyecto, las pérdidas financieras asociadas con la pandemia de coronavirus, así como la necesidad de crear una infraestructura costera desde cero. Rosatom estimó el costo de Sea Launch en 11 mil millones de rublos. Y la corporación estatal estimó tentativamente el costo de restaurar el complejo en 84 mil millones de rublos. en los precios de 2020 (o 91 mil millones de rublos. Teniendo en cuenta la inflación prevista), informó la agencia «RIA Novosti». Rosatom se negó a comentar sobre estas evaluaciones.

    Al mismo tiempo, debido a las restricciones impuestas por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, cualquier cooperación de empresas extranjeras con el propietario del cosmódromo Sea Launch, a partir de 2023, se vuelve imposible. En tales circunstancias, su propietario se verá obligado a centrarse exclusivamente en las necesidades internas de Rusia para el lanzamiento de naves espaciales, en particular para el Programa Espacial Federal. El 16 de junio, el director general interino de Energia Corporation, Igor Ozar, escribió sobre esto a Sergei Savelyev, director general adjunto de Roscosmos State Corporation (propietario de la participación controladora de Energia) para la cooperación internacional. Energia Corporation fue propietaria del Sea Launch de 2010 a 2018.

    http://www.rbc.ru/business/24/08/2020/5f4396b29a7947b9125ed226

    1. La Tierra gira en torno al Sol, las nubes llueven, los rios llevan sedimentos, el mar desgasta la piedras, el viento mueve las dunas y Parraga elogia los cohetes rusos, toda una serie de fenomenos que se cumplen ciclicamente sin parar.

      1. Te olvidas de otra cosa que es cíclica y constante.
        Que Rusia diga que va a sacar X programa espacial y no sea capaz y no acabe por salir.
        Creo que cuando el Soyuz 5 no despegue en 2021 ni 2022 y la SS vuele Julio acabara por desaparecer de estos comentarios.

        1. Ya que hablas del Soyuz-5 te cuento que han adelantado su debut un año, osea para finales del 2022 o a más tardar principios del 2023:

          tass.ru/kosmos/9285167

    2. ALERTA: repugnantes haters detectados!

      DESCRIPCIÓN: rusofobicos FanX idolatras de Elon…

      ACCIÓN: Rogozin, activa las de eliminación.

      PROCEDIMIENTO: un caliente «Té» cortesía de la casa…

      😀 😀 😀

      NOTA: el Soyuz5 tendrá su primer vuelo a finales del 2023, desde Bayterek, pero da igual, porque para esa fecha todavía no habrá una FantaShip 100% operativa…

      así que te acepto la apuesta estimado…

      Saludos!

      1. 😀 😀 😀 ja, ja,ja No puedo con uds. ! ! La frase de Julio Spx, y la respuesta de mi buen Julio Parraga, »un caliente «Té» cortesía de la casa…» No puedo ! me maté de la risa con los dos! Y un abrazo y saludo afectuoso a los dos; Gracias por animar de manera jocosa las entradas de Daniel 😉

        1. …de eso ce trata Alberto: de que cada ves mas de esos miles de lectores pasivos se involucren de manera activa activa en el foro y difuminar lo apasionante de la astronautica/astronomia gracias a las maravillosas entradas de Daniel Marin!!!

          Un fuerte abrazo! 😉

          1. Si Julio, participar es gratificante. Como lo he dicho antes, soy quizas unos de los mas antiguos seguidores de Daniel; desde mucho antes de Naukas… Pero siempre, o casi, invisible.. Bueno, aqui escribiré algo de vez en cuando, Saludos amigo 😉

      2. El día que exista el botón de «Ignorar comentarista» en Naukas, este va a ser un mundo mejor. Por ahora toca sufrir al nuevo e inaguantable offtopiquero-troll del pueblo.

          1. Rusia es un fascismo tipico. Un totalitarismo que reprime a la oposicion, donde el disenso esta no solo mal visto, sino tambien perseguido. Se mantiene cierta apariencia democratica. Hay votaciones pero siempre gana el mismo candidato. Hay un «Lider» y no un funcionario que esta, cuando mucho, 8 años y se va. Los objetivos del Estado no son favorecer la produccion (lo que permite todo lo demas: bienestar, nivel cientifico, poder militar), sino agrandar los dominios geograficos y fortalecer las fuerzas armadas, y en general, «volver a lo que se eramos». Rusia es muy similar a Turquia, pero con otra religion.

            Hablando de fascistas Trump actua como tal pero esta demasiado limitado por el aparato politico, por la prensa y por las costumbres democraticas en general.

            Asi que tratar de «fascistas» a los que no estan de acuerdo contigo es un error, deberias decirles «hermanos» o «camaradas» (tambien usado por la derecha).

  2. Soberbia entrada Daniel, como nos tiene acostumbrados. Entre las muchas cosas qque no conocia de la Crew dragon, me llamo mucho la atencion lo del Nafion, al ir a la wiki me sorprendi la cantidad de propiedades que tiene, yo ni enterado, me extraña no haberlo oido antes.

  3. Gracias por otra instructiva entrada.

    Cada uno intenta aportar como puede, así que aquí dejo dos sugerencias para el texto:

    Valora emplear «deshumidificación / deshumidificador» en lugar de «deshumificación / deshumificador».

    Y tal vez suprimir la palabra ‘situado’ (o cambiar la frase) donde pone «para eliminar el dióxido de carbono situado y, por otro lado,» (…)

    Saludos a todos los E.T. (espaciotrastornados)

          1. Supongo que el radiador sera el fuselaje mismo (menos la zona de losetas).
            Claro que el acero no es el mejor conductor de calor.
            Eso lo descubri tratando de usar la punta de un destornillador como punta de un soldador. Una calamidad.
            Despues averigue que el aluminio conduce 4 veces mas calor y el cobre 7 veces mas que el acero.

      1. Pues felicidades por esa “última hora” que ya se conoce desde hace seis días, Fernando. Y, por supuesto, NO ha habido una “despresurización brusca” sino que se ha detectado una fuga de aire que no compromete la seguridad de la tripulación a corto plazo. Lo que se ha ordenado es que la tripulación se refugie en un módulo ruso para así poder ir aislando el resto de los módulos y ver dónde puñetas está la fuga y repararla. No es la primera vez que pasa.

        https://actualidadaeroespacial.com/detectan-una-fuga-de-aire-en-la-iss/

        Revisa tus fuentes (y tu ortografía en castellano y en inglés). 🙄

  4. Perdon señor Hilario pero no todos estamos tan a tanto de las noticias espaciales y por cierto no me importa su opinión de mi ortografía 🙄

    1. Has dado información INEXACTA («descompresión brusca») y siempre haciendo gala de tu absurda y estúpida forma de escribir.

      Si no te gusta mi corrección te aguantas.

      1. Exacto, HG.
        Ayer lo leí y primero pensé que había explotado otro SNn y luego que la ISS se había ido a la porra. No podéis darme esos sustos! Muy mal.

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