Traje espacial

El traje espacial es una escafandra presurizada que puede incluir dispositivos de control térmico, suministro de oxígeno y otros soportes vitales, para realizar diferentes tareas en el espacio. Los trajes espaciales se pueden clasificar en trajes de actividad intravehicular, extravehicular o una combinación de ambas.
Los primeros trajes de presión completa para usar en altitudes extremas fueron diseñados por inventores individuales ya en la década de 1930. El primer prototipo de traje espacial data de 1935 obra del ingeniero español Emilio Herrera Linares. Posteriormente soviéticos y estadounidenses desarrollaron modelos para misiones en órbita. El primer traje espacial usado por un ser humano en el espacio fue el traje soviético SK-1 usado por Yuri Gagarin en 1961. El Programa Gemini amplió más la experiencia con este tipo de indumentaria, dichas experiencias se ampliaron más aún con el Programa Apolo y posteriormente con las distintas misiones del transbordador espacial y la Estación Espacial Internacional hasta llegar a los diseños para el Programa Artemisa.
El traje extravehicular, o EVA, por sus siglas en inglés, protege a los seres humanos del calor, el frío, la radiación y la nula presión atmosférica del espacio fuera de la nave o estación espacial. El traje intravehicular se utiliza dentro de la nave, como medida de seguridad, durante la reentrada a la Tierra, pero también existen trajes para ambos entornos, conocidos como IEVA (intra/extravehicular activity).
En un principio los trajes eran confeccionados a medida, posteriormente se modificaron para crear un modelo estándar que pudieran adaptarse al operador y finalmente se llegó a un modelo intermedio donde algunos elementos son estándar y otros hechos a medida. Debajo de estos deben usar ropas finas, no muy pesadas ya que el traje hace todo el trabajo de protegerlos.​
Algunos de estos requisitos también se aplican a los trajes presurizados usados para otras tareas especializadas, como vuelos de reconocimiento a gran altitud. En altitudes por encima del límite de Armstrong, alrededor de 19 000 m, el agua hierve a la temperatura corporal y se necesitan trajes presurizados.
El primer prototipo de un traje espacial fue la escafandra estratonáutica, diseñada en 1935 por el ingeniero militar español Emilio Herrera. Este prototipo sentó un precedente que inspiraría futuros diseños, utilizados por los Estados Unidos en la carrera espacial.​ El primer traje espacial utilizado por un ser humano en el espacio fue el traje intravehicular Sokol SK-1, fabricado por la Unión Soviética para el vuelo de Yuri Gagarin, el 12 de abril de 1961.​
Un traje espacial debe permitir a su usuario un movimiento natural y sin trabas. Casi todos los diseños intentan mantener un volumen constante sin importar los movimientos que haga el usuario. Esto se debe a que se necesita trabajo mecánico para cambiar el volumen de un sistema de presión constante. Si flexionar una articulación reduce el volumen del traje espacial, entonces el astronauta debe hacer un trabajo adicional cada vez que dobla esa articulación, y debe mantener una fuerza para mantener la articulación doblada. Incluso si esta fuerza es muy pequeña, puede ser muy agotador luchar constantemente contra su propio traje. También dificulta mucho los movimientos delicados. El trabajo requerido para doblar una junta está dictado por la fórmula
dónde Vi y Vf son respectivamente el volumen inicial y final de la junta, P es la presión en el traje, y W es el trabajo resultante. En general, es cierto que todos los trajes son más móviles a presiones más bajas. Sin embargo, debido a que los requisitos de soporte vital dictan una presión interna mínima, el único medio de reducir aún más el trabajo es minimizar el cambio de volumen.
Todos los diseños de trajes espaciales intentan minimizar o eliminar este problema. La solución más común es formar el traje con varias capas. La capa de la vejiga es una capa hermética y gomosa muy parecida a un globo. La capa de sujeción va fuera de la vejiga y proporciona una forma específica para el traje. Dado que la capa de la vejiga es más grande que la capa de sujeción, la sujeción soporta todas las tensiones causadas por la presión dentro del traje. Como la vejiga no está bajo presión, no "explotará" como un globo, incluso si se pincha. La capa de contención tiene una forma tal que al doblar una junta se abren bolsillos de tela, llamados "gajos", en el exterior de la junta, mientras que los pliegues llamados "convolutas" se pliegan en el interior de la junta. Las convolutas compensan el volumen perdido en el interior de la junta y mantienen el traje en un volumen casi constante. Sin embargo, una vez que las aristas se abren por completo, la junta no se puede doblar más sin una cantidad considerable de trabajo.
En algunos trajes espaciales rusos, las tiras de tela se envolvían apretadamente alrededor de los brazos y las piernas del cosmonauta fuera del traje espacial para evitar que el traje espacial se hinchara cuando estaba en el espacio.
La capa más externa de un traje espacial, la prenda térmica de micrometeoritos, proporciona aislamiento térmico, protección contra micrometeoritos y protección contra la dañina radiación solar.
Hay cuatro enfoques conceptuales principales de diseño:
Los trajes suaves generalmente están hechos principalmente de telas. Todos los trajes blandos tienen algunas partes duras; algunos incluso tienen cojinetes de articulación duros. La actividad intravehicular y los primeros trajes EVA eran trajes blandos.
Los trajes rígidos generalmente están hechos de metal o materiales compuestos y no usan tela para las juntas. Las articulaciones de los trajes duros utilizan rodamientos de bolas y segmentos de anillos en cuña similares a un codo ajustable de un tubo para permitir una amplia gama de movimientos con los brazos y las piernas. Las juntas mantienen un volumen constante de aire internamente y no tienen ninguna fuerza contraria. Por tanto, el astronauta no necesita esforzarse para sujetar el traje en ninguna posición. Los trajes rígidos también pueden operar a presiones más altas, lo que eliminaría la necesidad de que un astronauta respire oxígeno antes de usar un traje espacial de 34 kPa (4,9 psi) ante un EVA de una cabina de la nave espacial de 101 kPa (14,6 psi). Las articulaciones pueden llegar a una posición restringida o bloqueada que requiere que el astronauta manipule o programe la articulación. El traje espacial de caparazón rígido AX-5 del Centro de Investigación Ames de la NASA tenía una calificación de flexibilidad del 95%. El usuario podría moverse en el 95% de las posiciones que podría sin el traje puesto.
Los trajes híbridos tienen partes de cubierta dura y partes de tela. La Unidad de movilidad extravehicular (EMU) de la NASA utiliza un Torso superior duro de fibra de vidrio (HUT) y extremidades de tela. El I-Suit de ILC Dover reemplaza el HUT con una parte superior del torso suave de tela para ahorrar peso, restringiendo el uso de componentes duros a los cojinetes de las articulaciones, el casco, el sello de la cintura y la escotilla de entrada trasera. Prácticamente todos los diseños de trajes espaciales viables incorporan componentes duros, particularmente en las interfaces como el sello de la cintura, los cojinetes y, en el caso de los trajes de entrada trasera, la escotilla trasera, donde las alternativas completamente blandas no son viables.
Los trajes ceñidos, también conocidos como trajes mecánicos de contrapresión o trajes de actividad espacial, son un diseño propuesto que usaría una media corporal elástica pesada para comprimir el cuerpo. La cabeza está en un casco presurizado, pero el resto del cuerpo está presurizado únicamente por el efecto elástico del traje. Esto mitiga el problema del volumen constante, reduce la posibilidad de despresurización de un traje espacial y proporciona un traje muy ligero. Cuando no se usan, las prendas elásticas pueden parecer ropa para un niño pequeño. Estos trajes pueden ser muy difíciles de poner y enfrentar problemas para proporcionar una presión uniforme. La mayoría de las propuestas utilizan la transpiración natural del cuerpo para mantenerse fresco. El sudor se evapora rápidamente en el vacío y puede desubliminar o depositarse en objetos cercanos: óptica, sensores, el visor del astronauta y otras superficies. La película helada y los residuos de sudor pueden contaminar las superficies sensibles y afectar el rendimiento óptico.
Un traje espacial debe desempeñar diversas funciones para que su ocupante permanezca cómodo y seguro. Debe proveer:
El traje espacial lo componen varias piezas que se ajustan unas a otras y algunas son intercambiables con otros trajes:​
En su conjunto un traje de este tipo puede superar los 130 kilos de peso. A esta configuración se le puede añadir el módulo extravehicular (Manned Maneuvering Unit en inglés) que utilizan los estadounidenses para maniobrar fuera del transbordador espacial. Así tendríamos la configuración más completa y eficaz.
Un traje algo distinto es el llamado traje de vuelo utilizado tanto en el despegue como en el aterrizaje y sirve como medida de precaución por si ocurre una despresurización del vehículo espacial. Al contrario que el anterior no lleva mochila. En el caso de los transbordadores americanos es de color naranja fuerte para ser visto con más facilidad y su denominación es ACES. En la Soyuz este traje es de color blanco y se denomina Sokol. Además va equipado con radiobaliza, bengalas, agua, raciones de comida, paracaídas, flotadores y demás equipo de supervivencia; por si se produjera un accidente y debieran abandonar la astronave en vuelo o al caer sobre agua.
Todo traje espacial está confeccionado con varios tejidos, especialmente si la prenda está prevista para salir al espacio, pero suelen integrarlo siempre:​
Estas capas no tienen porqué ser únicas sino dobles o triples y pueden resistir el impacto de un objeto con el tamaño de un guijarro de río. Para partículas más grandes no se garantiza la resistencia; pero si se produjera un agujero del tamaño de una moneda las mochilas podrían proporcionar aire durante unos 30 minutos.​
La profesora Dava Newman desarrolló unos trajes espaciales denominados «biotraje», similares a uno de neopreno. Estos trajes cuentan con la misma Resistencia y flexibilidad que los trajes convencionales. La diferencia con el traje convencional es que no se infla de aire, por lo que reduce en gran medida el volumen y aumenta la movilidad. El biotraje se ajusta directamente sobre la piel para producir presión.
Se han realizado y se han puesto en práctica estos trajes con resultados fueron satisfactorios, incluso permiten actividades cómo la escalada, totalmente imposible con el convencional peso de aproximadamente 126 kg.