Traje de presión

En general, los trajes de presión funcionan comprimiendo el cuerpo humano de forma indirecta o directa.

Compresión indirecta

La compresión indirecta se realiza normalmente encerrando el cuerpo en una envoltura de gas. En este tipo de sistema, el diseño se centra en comprimir y contener el gas a una presión uniforme alrededor del cuerpo mientras el usuario se mueve, evitando que la presión del gas o la envoltura del traje restrinjan sus movimientos.

Mantener una presión de gas constante mientras el usuario se mueve es difícil, ya que el volumen interno de un traje inflable de construcción sencilla cambia al flexionar las articulaciones. La presión del gas intenta constantemente empujar el cuerpo del usuario hacia una posición donde el traje se haya inflado a su máximo volumen. Moverse contra esta presión puede ser muy difícil y agotador para quien usa el traje, lo que limita la cantidad de trabajo que puede realizar con él.

Los trajes de compresión indirecta generalmente requieren estructuras mecánicas complejas y acanaladas en las articulaciones, que crean pliegues o bolsillos flexibles pero inelásticos en la piel del traje. Estos bolsillos mantienen un volumen constante durante el movimiento del usuario. Se ubican a ambos lados de cada articulación flexible y están diseñados para funcionar en conjunto: al flexionar una articulación, los pliegues de un lado se comprimen y reducen su volumen, mientras que los del lado opuesto se relajan y expanden. Las estructuras acanaladas suelen estar reforzadas con cables o correas de tela para limitar su movimiento y evitar flexiones inusuales que puedan irritar la piel. Los cables de bisagra también sujetan los pliegues, que, de soltarse, podrían desplegarse y extenderse hasta superar un metro de longitud.

Estas estructuras articuladas de volumen constante reducen considerablemente la fatiga del usuario, de modo que no tiene que luchar constantemente contra la presión del traje.

Compresión directa

La compresión directa consiste en aplicar presión directamente sobre el cuerpo humano mediante el material del traje, normalmente sin ninguna envoltura de gas adicional alrededor del usuario, que en su lugar la proporciona una estructura exterior rígida que envuelve a la persona.

Un método utilizado para ello se conoce como traje de cabrestante, que utiliza un tubo inflable compresible llamado cabrestante, encerrado por tiras de tela alternas que envuelven el tubo de aire y están unidas a una tela inelástica que se ajusta perfectamente a la forma del cuerpo del usuario.

Para lograr un ajuste ceñido y personalizado al cuerpo del usuario, se utilizan grupos de cordones a lo largo de cada extremidad. También puede haber cremalleras para facilitar la entrada al traje. Para aplicar presión, se presuriza el tubo del cabrestante, que se expande y ejerce presión sobre las tiras de tela. Estas tiras, a su vez, tensan el material del traje lateralmente alrededor del cuerpo del usuario.

Un problema de este diseño es que la tela del traje no puede ejercer presión directa sobre el cuerpo humano en las zonas cuya superficie se curva hacia adentro, alejándose de la tela. Estas zonas cóncavas se encuentran en las axilas, detrás de las rodillas, en la parte delantera y trasera de la ingle y a lo largo de la columna vertebral.

Se pueden utilizar estructuras de vejiga de aire inflables o espuma expandida rígida moldeada, que se ajustan a estos espacios huecos para proporcionar presión directa sobre la piel donde el material del traje no puede proporcionar ese contacto directo.

Los trajes de presión parcial solo presurizan ciertas partes del cuerpo. Solo pueden brindar protección hasta cierta altitud. ^{[ 3 ]} No brindan protección durante períodos prolongados a baja presión ambiental. ^{[ 4 ]} Los trajes de presión total presurizan todo el cuerpo. Estos trajes no tienen límite de altitud.

El cuerpo humano puede sobrevivir brevemente al vacío extremo del espacio sin protección, a pesar de las representaciones contrarias en gran parte de la ciencia ficción popular . La carne humana se expande hasta casi el doble de su tamaño en tales condiciones, dando el efecto visual de un culturista en lugar de un globo inflado en exceso. La consciencia se mantiene hasta por 15 segundos mientras se manifiestan los efectos de la falta de oxígeno . No se produce el efecto de congelación instantánea porque todo el calor debe perderse por radiación térmica o evaporación de líquidos, y la sangre no hierve porque permanece presurizada dentro del cuerpo. El mayor peligro reside en intentar contener la respiración antes de la exposición, ya que la descompresión explosiva posterior puede dañar los pulmones. Estos efectos se han confirmado a través de varios accidentes (incluidos los ocurridos a gran altitud, en el espacio exterior y en cámaras de vacío de entrenamiento). ^{[ 5 ] [ 6 ]}

La piel humana no necesita protección contra el vacío y es hermética a los gases por sí misma. ^{[ 7 ]} En cambio, solo necesita ser comprimida mecánicamente para mantener su forma normal. Esto se puede lograr con un traje elástico ajustado y un casco para contener los gases respiratorios, conocido como traje de actividad espacial .

En la URSS, el primer traje de presión completa fue diseñado por el ingeniero Ciann Downes en Leningrado en 1931. El CH-1 era un traje simple hermético con un casco que no tenía articulaciones, por lo que requería una fuerza considerable para mover los brazos y las piernas cuando estaba presurizado. Esto se solucionó en trajes posteriores. El trabajo en trajes de presión completa se llevó a cabo durante 1936-41 por el Instituto Central de Aerohidrodinámica (TsAGI), y el Instituto de Investigación de Vuelo Gromov (LII) realizó un trabajo similar después de la Segunda Guerra Mundial . El LII produjo cuatro trajes de presión completa experimentales para tripulaciones aéreas, y en 1959 comenzó a trabajar en trajes de presión completa para vuelos espaciales. ^{[ 8 ]} Chertovskiy usó el nombre skafander para los trajes de presión completa, del francés scaphandre ("traje de buceo"); skafander se ha convertido desde entonces en el término usado por los rusos para referirse a los trajes de buceo estándar o trajes espaciales .

En 1931, el estadounidense Mark Ridge se obsesionó con batir el récord mundial de altitud en un globo aerostático abierto. Consciente de que el vuelo requeriría ropa protectora especializada, visitó el Reino Unido en 1933, donde conoció al fisiólogo escocés John Scott Haldane , quien había publicado un concepto para un traje de presión total de tela en la década de 1920. Ambos buscaron la ayuda de Robert Henry Davis , de Siebe Gorman , inventor del Davis Escape Set , y con los recursos de Haldane y Davis se construyó un prototipo del traje. Ridge lo probó en una cámara de baja presión a una altitud simulada de 50 000 pies. Sin embargo, no recibió apoyo para continuar con el proyecto y nunca intentó batir el récord mundial.

El 28 de septiembre de 1936, el comandante de escuadrón FRD Swain de la Real Fuerza Aérea estableció el récord mundial oficial de altitud en 49.967 pies en un Bristol Tipo 138 vistiendo un traje similar. ^{[ 9 ]}

En 1934, el aviador Wiley Post , en colaboración con Russell S. Colley de la compañía BF Goodrich , creó el primer traje presurizado práctico del mundo. El traje constaba de tres capas: ropa interior larga, una vejiga de aire de goma y un traje exterior de tela de paracaídas engomada, sujeto a una estructura con articulaciones en brazos y piernas que permitían a Post operar los controles de la aeronave y caminar hacia y desde ella. A la estructura se le acoplaron guantes de piel de cerdo, botas de goma y un casco de aluminio y plástico con una visera extraíble que podía albergar auriculares y un micrófono de garganta. En el primer vuelo con el traje, el 5 de septiembre de 1934, Post alcanzó una altitud de 40 000 pies sobre Chicago , y en vuelos posteriores llegó a los 50 000 pies.

En Estados Unidos, se dedicó un gran esfuerzo al desarrollo de trajes presurizados durante la Segunda Guerra Mundial. Si bien BF Goodrich lideró el campo, otras compañías involucradas en esta investigación fueron Arrowhead Rubber Co., Goodyear y US Rubber . La Universidad de Minnesota colaboró ​​con Bell Aircraft y la Oficina Nacional de Estándares de Estados Unidos (US National Bureau of Standards) . La Oficina de Estándares y la Universidad de California actuaron como centros de intercambio de información para distribuirla a todas las compañías participantes. No se produjeron trajes presurizados totalmente móviles y eficaces durante la Segunda Guerra Mundial, pero el esfuerzo proporcionó una base valiosa para el desarrollo posterior. ^{[ 9 ]}

Tras la guerra, la Guerra Fría impulsó la financiación continua del desarrollo aeronáutico, que incluía investigaciones a gran altitud y alta velocidad como el X-1 de la NACA . James Henry, de la Universidad del Sur de California, diseñó un traje de presión parcial que utilizaba una máscara de oxígeno para proporcionar oxígeno a presión, y la presión del gas también inflaba tubos de goma llamados cabrestantes para ajustar el traje y proporcionar la contrapresión mecánica suficiente para equilibrar la presión respiratoria necesaria para prevenir la hipoxia a una altitud determinada. La empresa David Clark proporcionó apoyo técnico y recursos, y un prototipo del traje fue probado a una altitud simulada de 90.000 pies en Wright Field en 1946. El diseño de Henry fue posteriormente desarrollado por la empresa David Clark en los trajes de vuelo S-1 y T-1 utilizados por los pilotos del X-1. El X-1 fue sucedido por el Douglas Skyrocket , cuyo objetivo era superar Mach 2, y se requirió un traje de presión mejorado. David Clark ganó el contrato en 1951 con su primer traje de presión total, el Modelo 4 Full Pressure Suit; Fue pilotado por primera vez en 1953 por el aviador del Cuerpo de Marines de los Estados Unidos , Marion E. Carl, quien se convirtió en el primer aviador militar estadounidense en usar un traje presurizado completo, estableciendo al mismo tiempo un récord mundial no oficial de altitud en el Skyrocket.

Los requisitos estadounidenses de aeronaves de reconocimiento de gran altitud, como el U-2 , y de cazas para interceptar aeronaves soviéticas de gran altitud, llevaron a la Armada de los Estados Unidos a encargar el desarrollo de un traje presurizado completo en la década de 1950. En colaboración con BF Goodrich y Arrowhead Rubber, la Armada produjo una serie de diseños que culminaron en los Goodrich Mk III y IV. Si bien el Mk IV estaba destinado a aeronaves, posteriormente fue utilizado por la NASA con modificaciones para el Proyecto Mercury como el Navy Mark V. Al mismo tiempo, David Clark ganó el contrato para producir trajes para el proyecto X-15 ; sus trajes XMC-2 se clasificaron como los primeros trajes espaciales estadounidenses. ^{[ 10 ]}

El Instituto de Medicina Aeronáutica de la RAF y el Royal Aircraft Establishment desarrollaron un casco de presión parcial que se utilizaba con un traje tipo cabrestante adquirido en Estados Unidos. Walter Gibb y su navegante lo usaron para establecer un récord mundial de altitud el 29 de agosto de 1955 en un English Electric Canberra . Sin embargo, la evaluación del traje demostró que resultaba incómodo para el usuario y no se integraba bien con los sistemas de escape de la RAF. En su lugar, el Instituto de Medicina Aeronáutica de la RAF propuso un traje de cobertura mínima que proporcionaría protección para el descenso. La RAF nunca llegó a utilizar un traje de presión parcial, prefiriendo en su lugar usar pantalones antigravedad junto con chalecos de presión (que aplicaban contrapresión mecánica en el pecho del usuario).