La industria textil y los materiales utilizados en la confección de los trajes espaciales

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Autor: Ing. Manuel Sotero / Ingeniero textil y docente.

La relación de la industria textil con la fabricación de los trajes espaciales se dio desde el inicio de la aviación. Cada avance en esta industria —desde el primer vuelo, el de los hermanos Wright, en 1903, con un pequeño vuelo rasante apenas por encima del suelo, que duró unos 12 segundos y con un recorrido de solo 36 metros de largo— fue suficiente para imaginar que un día llegaríamos a la Luna.

Desde entonces y con el transcurrir de los años, y las mejoras en el diseño aerodinámico de los aeroplanos, la mayor potencia de los motores y el uso de materiales más ligeros para la construcción del fuselaje, se logró que los aviones alcanzaran mayores velocidades y también mayores alturas. Es así que para el año de 1935 los aviones ya consiguieron alturas por encima de los 4000 m.s.n.m., y es aquí donde se comenzó a presentar ciertos malestares con los pilotos. Más aún, al alcanzar los 6000 m.s.n.m., la disminución de la presión atmosférica, la disminución de la cantidad de oxígeno en el aire y la baja de las temperaturas provocaron que los pilotos tuvieran dolores de cabeza, mareos y problemas de hipotermia; y es ahí donde surge la necesidad de contrarrestar estos estragos.

¿Cómo se resolvieron estos primeros problemas? A fin de cuidar la salud y la integridad, se selló completamente la cabina del piloto y se la presurizó, garantizando de esta manera una presión constante de 1 atmósfera dentro de la cabina; de tal forma que —independientemente de la altura a la que volara el avión— las condiciones de presión para el piloto y los pasajeros siempre serían las normales, y este es el concepto que en ese momento resolvió el problema y es el que actualmente utilizan todos los aviones comerciales.Las cabinas de los pilotos y pasajeros son completamente presurizadas al igual que los vehículos espaciales que hoy día existen, como son los transbordadores, cohetes espaciales y la Estación Espacial Internacional.

En 1935 el ingeniero militar y aviador español Emilio Herrera Linares, a solicitud de un proyecto de lanzar un globo aerostático hasta la estratósfera (26000 m.s.n.m.) en un viaje tripulado, presentó lo que sería tal vez el primer prototipo de los futuros trajes espaciales. Aunque este traje se logró confeccionar y terminar, nunca se llegó a utilizar pues de 1936 a 1939 se desató la guerra civil en España y el proyecto se truncó. Estaba compuesto de cuatro capas de materiales, tal como lo podemos apreciar en la tabla 1.

No será recién a partir de los años 50 en que, a raíz de la Guerra Fría entre las potencias mundiales de Rusia y Estados Unidos, empieza la carrera espacial por la conquista del espacio, la cual Rusia la ganó —en principio— al lograr el 12 de abril de 1961 poner en órbita al cohete espacial Vostok 1 y llevar al primer hombre al espacio. Yuri Gagarin fue el primer astronauta que usó un traje espacial, pero solo para el uso  en el interior de una nave espacial (IVA), pues este programa Vostok1 tenía la misión de demostrar al mundo que sí se podía salir de la Tierra y orbitar alrededor de ella, y de que un humano era capaz de soportar dicho vuelo y regresar con vida.

Es en esta misión donde se desarrolla el primer traje espacial intravehicular (IVA), el cual hasta ahora se sigue utilizando en otros modelos y con otros materiales, pero cuya función sigue siendo la misma: proteger la vida del astronauta durante el lanzamiento y el aterrizaje del cohete espacial en caso la nave espacial sufriera una falla de descompresión. Estos trajes normalmente son de color naranja para una fácil identificación del astronauta por si este cayera al mar. Los materiales utilizados se observan en la tabla 2.

Transcurridos 8 años de esta carrera espacial, Estados Unidos logra el 20 de julio de 1969 llegar por primera vez a la Luna y hacer una caminata lunar sobre ella. Es aquí que para este programa espacial, Apolo 11, se desarrolló un nuevo traje espacial: el EMU (unidad de movilidad extravehicular), el cual debería proteger al astronauta de las bajas presiones, temperaturas extremas, radiación solar, falta de oxígeno, falta de agua, polvo cósmico y micrometeoritos.

TRAJE EXTRAVEHICULAR EMU (Unidad de movilidad extravehicular)

Este traje EMU, desde su aparición en 1982, no ha tenido muchos cambios, este traje está compuesto de catorce capas de material.

  • Primera capa: Traje de ventilación y enfriamiento líquido hecho a base de algodón licrado y que lleva cosido 90 metros de tubos de ventilación y enfriamiento líquido alrededor del traje. El agua flota por estos tubos con el fin de mantener fresco al astronauta durante una salida espacial, pues la temperatura en el exterior puede llegar a alcanzar los 122 °C.
  • Segunda capa: Capa de nylon resistente al rasgado, para evitar que el traje interior se vaya a mojar o vaya a tener fugas. Se debe garantizar las condiciones normales del cuerpo.
  • Siete capas: De nylon recubiertas de una capa de aluminio, para mantener el constante calor corporal en el interior de estas capas y a una temperatura normal de 37 °C.
  • Una capa: Impermeable de neopreno que cubre la superficie de todo el material y garantiza que el traje sea resistente a la penetración del agua, gases, vapores u otros líquidos. Por eso es que las pruebas de los astronautas se hacen en el interior de una piscina, para simular las condiciones de ingravidez e impermeabilidad del material.
  • Una capa: Resistente al calor y al fuego hecha a base de fibras de polibenzimidazol (PBI), que son capaces de soportar temperaturas de hasta 1500 °C, lo que lo hace resistente a la temperatura que soporta la nave espacial cuando reingresa a la atmósfera terrestre, que es de 1260 °C.
  • Dos capas: A prueba de impactos de micrometeoritos y del polvo cósmico que circulan a gran velocidad en el espacio y que pueden impactar en el astronauta. El material utilizado es el Kevlar, que absorbe y dispersa cualquier impacto a gran velocidad. Actualmente en el mercado ya existen otros tipos de fibras más resistentes que el Kevlar, como son las fibras de carbono, de grafeno y polietileno, pero no hay información oficial de que se estén usando en la confección de trajes espaciales.
  • Una última capa: eEs de nylon reforzado con poliéster; de color blanco, para reflactar la radiación solar. Esta capa cuenta con acabados ignífugos, impermeables y aislante térmico (Mylar).

Junto con el traje de supervivencia, exteriormente se encuentran:

  • El casco y el visor extravehicular.
  • En el torso superior se encuentran los tableros de control de temperatura y oxígeno.
  • Los brazos articulados y los guantes.
  • En el torso inferior se encuentran las partes flexibles de los trajes.
  • En los guantes se encuentra el control del sistema de ventilación y enfriamiento líquido (LCVG).
  • En la espalda se encuentra el sistema de soporte vital (mochila), donde se halla:
  1. -Botellas de oxígeno.
  2. Sistema de eliminación de dióxido de carbono.
  3. Baterías de electricidad.
  4. Ventilador de oxígeno.
  5. Tanque de agua refrigerada para el sistema
  6. LCVG.

También en la espalda se encuentra el SAFER (dispositivo para rescate), que cuenta con dos inyectores propulsores para impulsarse y regresar a la nave.

Figura 1. Traje EMU (Unidad de movilidad Extra vehicular.

CONFECCIÓN DE TRAJES ESPACIALES (ENSAMBLADO DE PIEZAS)

Para la confección de los trajes espaciales, en ningún momento se utiliza tijeras para el corte de los moldes. Todos los cortes se hacen en cortadoras láser de 80 vatios de potencia y una boquilla de corte de 0.05 mm de diámetro, lo que le da buena precisión en los cortes y un sellado en todos los bordes del tejido, que evita que estos queden deshilachados. Para la unión de todas las piezas se usan bandas de poliuretano y una termoselladora que sella las costuras herméticamente a una temperatura de 300 °C.

Cada traje está compuesto aproximadamente de 600 piezas. Mientras más piezas tiene el traje, más maniobrable se vuelve, lo que mejora su caminar y su facilidad para agacharse, recoger materiales o hacer trabajos manuales toda vez que, como el traje esta inflado (presurizado), el hecho de tener pocas piezas dificultaba su maniobrabilidad.

Los guantes están hechos de los mismos materiales que el traje y están unidos por anillos hechos de rodamientos regulables, para adaptarlos a la contextura de cada astronauta. La punta de los guantes son de silicona, para mejorar la sensibilidad en los dedos; y en el interior de los guantes se tiene calentadores eléctricos que mantiene la temperatura de las manos a 37 °C.

Figura 2.  Guantes con punta de silicona.

FUTURO DE LOS TRAJES ESPACIALES

¿Qué se espera para el futuro de los trajes espaciales? Se espera que estos sean cada vez más ligeros, más flexibles, de fácil maniobrabilidad en las manos y en las piernas, que no pesen mucho, y que su sistema de soporte vital (mochila en la espalda) sea más ligero. Se podrá conseguir, claro que sí. Pasaron 66 años desde que en 1903 se puso en el aire el primer aeroplano y en 1969 pudimos pisar por primera vez la Luna. Es posible que con todos los adelantos tecnológicos de hoy en día se desarrollen nuevos materiales (polímeros) con mejores propiedades para resistir la presión atmosférica, la resistencia al agua, la resistencia al calor y al fuego, el aislamiento térmico, las radiaciones electromagnéticas, los impactos de micrometeoritos, etc., lo que hará posible —en un futuro no muy lejano— conseguir estos nuevos trajes espaciales.

Figura 3. Nuevo Traje Espacial IVA, para el Programa Espacial Artemis 2024, que busca llevar por primera vez a una mujer a la Luna.