Sistema de soporte vital

Un sistema de soporte vital es la combinación de equipos que permite la supervivencia en un entorno o situación que no la sustentaría en su ausencia. Generalmente se aplica a sistemas que mantienen la vida humana en situaciones donde el entorno exterior es hostil, como el espacio exterior o bajo el agua , o en situaciones médicas donde la salud de la persona está comprometida hasta el punto de que el riesgo de muerte sería alto sin el funcionamiento del equipo. ^{[ 1 ]}

En los vuelos espaciales tripulados , un sistema de soporte vital es un conjunto de dispositivos que permiten a un ser humano sobrevivir en el espacio exterior. La agencia espacial del gobierno estadounidense ^{NASA [} 2 ] ^{y las} empresas privadas de vuelos espaciales utilizan la frase "sistema de control ambiental y soporte vital" o el acrónimo ECLSS para describir estos sistemas. ^{[ 3 ]} El sistema de soporte vital puede suministrar aire, agua y alimentos. También debe mantener la temperatura corporal correcta, una presión aceptable sobre el cuerpo y gestionar los productos de desecho del organismo. Asimismo, puede ser necesario un blindaje contra influencias externas nocivas, como la radiación y los micrometeoritos. Los componentes del sistema de soporte vital son críticos para la vida y se diseñan y construyen utilizando técnicas de ingeniería de seguridad .

En el buceo , el aparato respiratorio se considera un equipo de soporte vital, y un sistema de buceo de saturación se considera un sistema de soporte vital; el personal responsable de su operación se denomina técnico de soporte vital . Este concepto también se puede extender a submarinos , sumergibles tripulados y trajes de buceo atmosféricos , donde el gas respiratorio requiere tratamiento para seguir siendo respirable y los ocupantes están aislados de la presión y la temperatura ambiente exterior.

Los sistemas médicos de soporte vital incluyen máquinas de circulación extracorpórea , respiradores médicos y equipos de diálisis .

Un miembro de la tripulación de tamaño típico requiere aproximadamente 5 kilogramos (11 lb) de alimentos , agua y oxígeno por día para realizar actividades estándar en una misión espacial, y produce una cantidad similar en forma de desechos sólidos, desechos líquidos y dióxido de carbono . ^{[ 4 ]} El desglose de masa de estos parámetros metabólicos es el siguiente: 0,84 kg (1,9 lb) de oxígeno, 0,62 kg (1,4 lb) de alimentos y 3,54 kg (7,8 lb) de agua consumidos, convertidos a través de los procesos fisiológicos del cuerpo en 0,11 kg (3,9 oz) de desechos sólidos, 3,89 kg (8,6 lb) de desechos líquidos y 1,00 kg (2,20 lb) de dióxido de carbono producido. Estos niveles pueden variar debido al nivel de actividad de una asignación de misión específica, pero deben obedecer el principio de balance de masa . El uso real de agua durante las misiones espaciales suele ser el doble del valor dado, principalmente debido al uso no biológico (por ejemplo, ducharse). Además, el volumen y la variedad de los desechos varían según la duración de la misión, incluyendo cabello, uñas, descamación de la piel y otros desechos biológicos en misiones que superan una semana de duración. Otros factores ambientales, como la radiación, la gravedad, el ruido, las vibraciones y la iluminación, también influyen en la respuesta fisiológica humana en el espacio exterior, aunque no con el mismo efecto inmediato que los parámetros metabólicos.             

Gravedad

Dependiendo de la duración de la misión, los astronautas pueden necesitar gravedad artificial para reducir los efectos del síndrome de adaptación espacial , la redistribución de fluidos corporales y la pérdida de masa ósea y muscular. Existen dos métodos para generar peso artificial en el espacio exterior.

Aceleración lineal

Si los motores de una nave espacial pudieran generar empuje de forma continua durante el viaje de ida con un nivel de empuje igual a la masa de la nave, esta aceleraría continuamente a una velocidad de 9,8 m/s² (32,2 pies por segundo ) , y la tripulación experimentaría una fuerza de atracción hacia el mamparo de popa de la nave con la gravedad terrestre normal (1 g). El efecto es proporcional a la tasa de aceleración. Al llegar a la mitad del trayecto, la nave giraría y generaría empuje en sentido retrógrado para desacelerar. 

Rotación

Alternativamente, si la cabina del barco está diseñada con una gran pared cilíndrica, o con una viga larga que se extiende a otra sección de la cabina o contrapeso, al girarla a una velocidad adecuada se generará una fuerza centrífuga que simulará el efecto de la gravedad. Si ω es la velocidad angular de giro del barco, entonces la aceleración a un radio r es:

${\displaystyle g=\omega ^{2}r}$

Cabe destacar que la magnitud de este efecto varía con el radio de rotación, lo que podría resultar inconveniente para la tripulación según el diseño de la cabina. Asimismo, es necesario considerar los efectos de la fuerza de Coriolis (una fuerza que actúa perpendicularmente al movimiento dentro de la cabina). Además, existe la preocupación de que la rotación pueda agravar los efectos de la alteración vestibular.

Los sistemas de las estaciones espaciales incluyen tecnología que permite a los seres humanos vivir en el espacio exterior durante un período prolongado. Dicha tecnología incluye sistemas de filtración para la eliminación de desechos humanos y la producción de aire.

Los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala (LSS) naturales, como Biosfera 2 en Arizona, se han probado para futuros viajes espaciales o colonización. Estos sistemas también se conocen como sistemas ecológicos cerrados . Tienen la ventaja de utilizar únicamente energía solar como fuente principal y de ser independientes del suministro de combustible. Los sistemas naturales presentan el mayor grado de eficiencia gracias a la integración de múltiples funciones. Además, proporcionan el ambiente adecuado para los humanos, necesario para una estancia prolongada en el espacio exterior.

Los hábitats submarinos y las instalaciones de alojamiento en superficie con presión atmosférica reducida proporcionan soporte vital a sus ocupantes durante periodos de días a semanas. Los ocupantes no pueden regresar inmediatamente a la presión atmosférica de la superficie debido a las obligaciones de descompresión , que pueden durar hasta varias semanas.

El sistema de soporte vital de una instalación de alojamiento de saturación de superficie proporciona gas respiratorio y otros servicios para mantener la vida del personal bajo presión. Incluye los siguientes componentes: ^{[ 14 ]} Los hábitats submarinos difieren en que la presión externa ambiental es la misma que la presión interna, por lo que algunos problemas de ingeniería se simplifican.

• Instalaciones de compresión, mezcla y almacenamiento de gas
• Sistema de control climático de la cámara: control de la temperatura y la humedad, y filtración de gases.
• Equipos de instrumentación, control, monitorización y comunicaciones
• Sistemas de extinción de incendios
• Sistemas de saneamiento

Los hábitats subacuáticos equilibran la presión interna con la presión externa ambiental, permitiendo a los ocupantes el libre acceso al entorno dentro de un rango de profundidad específico, mientras que los buceadores de saturación alojados en sistemas de superficie son transferidos bajo presión a la profundidad de trabajo en una campana de buceo cerrada.

El sistema de soporte vital de la campana proporciona y supervisa el suministro principal de gas respiratorio , y la estación de control supervisa el despliegue y las comunicaciones con los buzos. El suministro principal de gas, la energía y las comunicaciones a la campana se realizan a través de un umbilical, compuesto por varias mangueras y cables eléctricos trenzados y desplegados como una unidad. ^{[ 15 ]} Este se extiende a los buzos a través de sus umbilicales. ^{[ 14 ]}

El sistema de soporte vital del alojamiento mantiene el ambiente de la cámara dentro del rango aceptable para la salud y el confort de los ocupantes. Se supervisan y controlan la temperatura, la humedad, la calidad del gas respiratorio, los sistemas de saneamiento y el funcionamiento de los equipos. ^{[ 15 ]}

• Sistema de soporte vital biorregenerativo ( BLSS ) – Ecosistema artificial 
• Sistema ecológico cerrado : ecosistema que no intercambia materia con el exterior. 
• Efectos de los vuelos espaciales en el cuerpo humano : problemas médicos asociados a los vuelos espaciales. 
• Sistema de control ambiental : sistema de la aeronave que mantiene la presurización interna, el clima, el suministro de aire y más. 
• Conferencia Internacional sobre Sistemas Ambientales – Conferencia sobre tecnología de vuelos espaciales tripulados y factores humanos en el espacio 
• ISS ECLSS – Sistema de soporte vital de la Estación Espacial Internacional 
• Sistema primario de soporte vital : dispositivo de soporte vital para un traje espacial. 
• Sistema de buceo de saturación : Instalación para el apoyo de proyectos de buceo de saturación. 
• Control térmico de naves espaciales : proceso para mantener todas las partes de una nave espacial dentro de rangos de temperatura aceptables. 
• Submarino#Sistemas de soporte vital – Embarcaciones capaces de operar de forma independiente bajo el agua 

• Barry, Patrick L. (13 de noviembre de 2000). "Respirando tranquilos en la Estación Espacial" . Science@NASA. Archivado del original el 21 de septiembre de 2008.
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• Sistema de Control Ambiental y Soporte Vital (NASA-KSC) Archivado el 26 de mayo de 2011 en Wayback Machine.
• La dedicación y el esfuerzo construyen el sistema de soporte vital de próxima generación (NASA, otoño de 2007). Archivado el 16 de abril de 2011 en Wayback Machine.
• Ingeniería Biomédica Aeroespacial y de Soporte Vital (página de MIT OpenCourseWare – Primavera de 2006)
• Soporte vital avanzado espacial (página del curso de Purdue – Primavera de 2004)
• Sistema avanzado de soporte vital para misiones a Marte
• Soporte vital avanzado de Marte
• Sistemas de soporte vital de Marte
• Publicaciones sobre sistemas de soporte vital en Marte
• Higiene personal en el espacio (Agencia Espacial Canadiense)
• Las plantas serán fundamentales para los sistemas de soporte vital humano en el espacio.