En preparación a misiones más allá de la Orbita Baja Terrestre, las agencias espaciales están desarrollando nuevas tecnologías que podrán usarse en nuestro destino superficial más cercano: la Luna, las cuales prepararán el escenario para las misiones de exploración del espacio profundo.

La Luna proporciona excelentes análogos de sistemas de superficie y oportunidades de aprendizaje para desarrollar equipos, procesos y procedimientos en preparación para una misión a Marte. Debido a la larga duración de estas misiones y su mayor distancia a la Tierra, se requerirá un Sistema de Soporte de Vida y Control Ambiental regenerativo (ECLSS por sus siglas en inglés) altamente confiable que primero tendrá que ser utilizado en la Luna, con el objetivo de desarrollar una plataforma para establecer presencia permanente de humanos en otro planeta. Las lecciones aprendidas en la Órbita Terrestre Baja (LEO) a través de la creación de la Estación Espacial Internacional (EEI) han allanado el camino para mejorar los Sistemas de Soporte Vital. El desarrollo de sistemas de superficie robustos para la Luna requerirá un desarrollo extenso que mantenga a la tripulación con vida y saludable y permita una amplia variedad de objetivos de exploración, antes de lanzar una misión tripulada a Marte.

¿Para qué funciona el Sistema de Soporte Vital y Control del Ambiente?

El objetivo principal del ECLSS para vuelos espaciales tripulados es mantener un entorno adecuado para el bienestar de los miembros de la tripulación y los sistemas durante la misión en un entorno aislado, reducido y extremo. El propósito de ECLSS es mantener la habitualidad de la nave espacial. Debe satisfacer las necesidades de la tripulación, a fin de mantenerlos con vida, saludables y productivos para lograr los objetivos de la misión.

Los elementos más importantes del diseño del ECLSS son las entradas y salidas metabólicas de la tripulación (a las que el ECLSS proporciona un contrapeso). La tripulación consume recursos como alimentos, oxígeno y agua. Por otro lado, la tripulación produce desechos como CO2, humedad, calor, orina, heces, trazas de contaminantes, basura, etc. Además de las necesidades metabólicas, la tripulación requiere protección contra el ambiente espacial peligroso caracterizado por temperaturas extremas, vacío, micro meteoritos y altos niveles de radiación cósmica y solar.

En otras palabras, el ECLSS primero debe satisfacer las necesidades fisiológicas de la tripulación, lo que incluye la regulación de la atmósfera, el suministro de agua potable y la eliminación de los peligros que plantean los desechos. Además, debe de proporcionar seguridad, comodidad y bienestar a la tripulación con alimentos, infraestructura de seguridad, contramedidas de salud mental y física y otros factores humanos. Los elementos más importantes del ECLSS son la gestión de la atmósfera, la gestión del agua, el procesamiento de residuos, el suministro de alimentos y el alojamiento de la tripulación. El ECLSS regenerativo se puede ver en la Figura 1.

Figura 1. Diagrama de flujo del ECLSS regenerativo de la Estación Espacial Internacional (NASA, 2017).

El ECLSS de la Estación Espacial Internacional (EEI)

El ECLSS está compuesta por subsistemas que son regenerativos y algunos que no lo son. El objetivo principal es cerrar el ciclo en el ECLSS, por lo que es necesario mejorar las capacidades regenerativas de estos subsistemas, lo que conduce a la reducción de los recursos y consumibles necesarios.

Los principales subsistemas son:

1. Sistema de Control de Atmósfera: La función principal es mantener la presión.

2. Sistema de revitalización del aire: Responsable de remover dióxido de carbono (CO2), generar oxígeno y controlar trazas de contaminantes.

3. Control de temperatura y humedad: La función principal es regular la temperatura y la humedad.

4. Sistema de Detección y Supresión de Incendios: Detecta incendios y los suprime.

5. Sistema de gestión de recuperación de agua: Recibe aguas residuales como la orina y el sudor de la tripulación, los condensa y luego procesa esas aguas residuales hasta alcanzar los estándares de agua potable.

6. Sistema de vacío: A menudo se utiliza para realizar experimentos. Proporciona vacío, ventilación y distribución de oxígeno.

El ECLSS de EEI se considera como un sistema de control cerrado con un 93 %; el déficit del 7 % en el sistema proviene principalmente de la recuperación de agua, como se muestra en la Figura 2. Sin embargo, ha habido un nuevo hardware de procesamiento de salmuera que apunta a aumentar la recuperación de agua en un 5 %, lo que lleva a un cierre de ~98 % del sistema de control de ECLSS, que por practicidad cierra el ciclo del agua en casi su totalidad.

Figura 2. Arquitectura de gestión y recuperación de agua para el segmento de EE. UU. de la ISS (NASA, 2020).

3. Desafíos del desarrollo de nuevo ECLSS de Exploración para la Luna

Los desafíos actuales en la OTB hoy en día son agregar nuevas capacidades a los sistemas regenerativos y, al mismo tiempo, centrarse en mejorar la confiabilidad con las capacidades existentes. Las agencias espaciales como la NASA están actualmente están reduciendo la incertidumbre asociada con las fallas del sistema hasta el punto en que el equipo no debería fallar.

Figura 3. Laboratorio de prueba del ECLSS en el Centro de Vuelo Espacial de Marshall (NASA, 2017)

El objetivo al final es crear un sistema completamente robusto que funcione durante mucho tiempo, para que la tripulación pueda confiar plenamente en su ECLSS de Exploración puesto que su vida dependerá del sistema una vez que estén en La Luna.

Figura 4. Propuesta de Base Lunar usando ECLSS de Exploración (ESA, 2021)

Los beneficios de un amplio programa de desarrollo y prueba que se lleven a cabo en la superficie lunar pueden proporcionar un camino claro para mejorar el ECLSS. Dicho programa de desarrollo permitirá que la próxima generación ECLSS de Exploración sean diseñados para aprovechar la microgravedad y los sistemas heredados de la EEI con mejoras de diseño para la radiación, el polvo lunar, la confiabilidad y la capacidad de mantenimiento antes de enviar sistemas equivalentes a Marte, mejorando significativamente así el potencial para el despliegue de sistemas fiables y robustos.