Cómo funciona la estación espacial internacional

Imagina que te despiertas por la mañana, miras por la ventana y ves el vasto horizonte azul de la Tierra y la negrura del espacio . Nuestro mundo se extiende debajo de ti. Montañas, lagos y océanos pasan en una hermosa corriente de paisajes que cambian rápidamente a medida que orbitas la Tierra cada 90 minutos. Suena como algo irreal de una novela de ciencia ficción, ¿verdad? Para las tripulaciones de la Estación Espacial Internacional (ISS), es una realidad.

En 1984, el presidente Ronald Reagan propuso que Estados Unidos construyera una estación espacial permanentemente habitada, apoyada por el gobierno y la industria, en cooperación con varios otros países. Cuatro años más tarde, EE. UU. Unió fuerzas con Canadá, Japón y la Agencia Espacial Europea (un programa luego cogestionado por el Reino Unido, Francia, Bélgica, Italia, los Países Bajos, Dinamarca, Noruega, España, Suiza, Suecia y Alemania Occidental). ) para hacer realidad esta estación [fuente: NASA ].

La lista de países participantes crecería durante la década de 1990 cuando Rusia y Brasil se unieran al proyecto, aunque Brasil eventualmente cortaría los lazos con la ISS en 2007 [fuente: Gizmodo Brasil ].

La NASA tomó la iniciativa en la coordinación de la construcción de la ISS, y hoy la ISS sirve como un laboratorio en órbita para experimentos en ciencias de la vida, física, de la tierra y de los materiales. Su montaje en órbita comenzó en 1998 y ha sido ocupado continuamente por astronautas desde 2000 [fuente: NASA ].

La ISS contiene una amplia gama de esclusas de aire interconectadas, puertos de acoplamiento y módulos presurizados [fuente: NASA ]. Hasta noviembre de 2019, se han realizado un total de 222 caminatas espaciales en la estación [fuente: NASA ].

La ISS continuará recibiendo fondos hasta al menos 2024. Hasta ahora, este proyecto estelar ha costado a las naciones participantes más de $ 100 mil millones, y la NASA gasta entre $ 3 y $ 4 mil millones al año [fuente: Greenfieldboyce ].

En este artículo, veremos las partes de la ISS, cómo mantiene un entorno permanente para los humanos en el espacio, cómo funciona, cómo es vivir y trabajar en la ISS y cómo, exactamente, usaremos la ISS. Primero, comenzaremos con sus partes y ensamblaje.

1. Piezas y montaje de la estación espacial internacional
2. Mantener un entorno permanente en el espacio
3. ISS: potencia, propulsión y comunicaciones
4. La vida a bordo de la ISS
5. Trabaja a bordo de la ISS
6. Futuro de la ISS

Construir la Estación Espacial Internacional (ISS) es muy parecido a construir un juguete con un juego de bloques de construcción LEGO o K'nex de un niño . Pero mientras que esos juguetes tienden a ser de pequeña escala, la ISS contiene miles y miles de partes [fuente: Hollingham ].

Algunos de los componentes principales se enumeran a continuación:

El montaje de la ISS comenzó en noviembre de 1998 cuando un cohete de protones ruso puso en órbita el primer módulo, el Functional Cargo Block (Zarya). Una tripulación de tres miembros, la primera de la ISS, fue lanzada desde Rusia el 31 de octubre de 2000. La tripulación pasó cuatro meses y 17 días a bordo de la ISS, activando sistemas y realizando experimentos.

Desde entonces, muchas naves espaciales han puesto en órbita partes de la ISS y su ensamblaje ha progresado. Durante este tiempo, la ISS ha estado tripulada continuamente; al momento de escribir este artículo, 61 expediciones de astronautas han llegado con éxito a la estación.

La tripulación actual de la estación se hizo cargo el 3 de octubre de 2019. Esos valientes hombres y mujeres son miembros de la Expedición 61 de la EEI y están programados para permanecer en el espacio hasta febrero de 2020. En ese momento, entregarán las riendas a la Expedición. 62 [fuente: NASA ].

En lo que respecta a las oficinas en el hogar, la ISS es bastante grande. Con 357 pies (108,8 metros) de longitud, la armadura antes mencionada es casi tan larga como un campo de fútbol americano. La ISS también contiene varios conjuntos de paneles solares rectangulares anchos con envergaduras de 240 pies (73 metros). En cuanto al peso, la estación inclina la balanza a 925,335 libras (419,725 kilogramos). Y tiene 13.696 pies cúbicos (388 metros cúbicos) de espacio habitable a bordo, una cifra que aumenta cada vez que otro barco atraca allí [fuente: NASA ].

Viajando a la velocidad vertiginosa de 17.227 millas por hora (27.724 kilómetros por hora), la ISS orbita a una altitud promedio de 248 millas (400 kilómetros) sobre la superficie de la Tierra [fuentes: Conners y Howell ].

Esas son algunas especificaciones bastante impresionantes, pero quizás aún más impresionante es cómo la ISS mantiene un entorno habitable.

Mantener un medio ambiente permanente en el espacio requiere cosas que muchos de nosotros damos por sentado aquí en la Tierra: aire fresco, agua, alimentos, un clima confortable (y habitable), incluso la eliminación de desechos y la protección contra incendios.

Primero, hablemos de aire. Todos necesitamos oxígeno, por lo que la EEI tiene varios métodos para proporcionarlo. Una técnica consiste en enviar oxígeno desde la Tierra a través de una nave espacial. Los transbordadores de suministros llegan periódicamente con oxígeno fresco a cuestas; el elemento que da vida se deposita en tanques presurizados a bordo de la ISS [fuente: Starr ].

La ISS también tiene sistemas que producen oxígeno respirable a partir de agua reciclada . Mediante la electrólisis, algunos de estos dispositivos dividen el agua en hidrógeno y oxígeno gaseoso. Luego, el primero se combina con un compuesto indeseable: dióxido de carbono (CO2). Los seres humanos exhalan naturalmente este gas incoloro, pero inhalar demasiado es peligroso para su salud.

En la Tierra, eso no suele ser un problema porque las plantas absorben CO2. Sin embargo, el espacio de jardinería es limitado en la ISS, lo que obligó a los ingenieros a idear otros medios para eliminar el exceso de dióxido de carbono. Una vez que se inicia el proceso de electrólisis, parte del hidrógeno reacciona con el CO2 acumulado. Un subproducto de esta interacción es el gas metano, que se ventila al espacio. Mientras tanto, el oxígeno recuperado ingresa al suministro de aire de la ISS [fuente: Starr ].

Mientras eso sucede, el agua potable se recicla ya que algunos de estos mismos mecanismos vuelven a empaquetar el aire exhalado. El agua también se recupera acumulando sudor, condensación y orina. (Además, algunos miembros de la tripulación obtienen agua al reutilizar el agua del inodoro y la ducha). Como dijo el astronauta Douglas H. Wheelock a The New York Times en 2015, cuando estás a bordo de la ISS, "el café de ayer es el café de mañana" [fuente: Schwartz ] .

Según la Agencia Espacial Europea, hasta el 80 por ciento del agua a bordo de la ISS se recicla. En este momento, la ESA y la NASA están jugando con sistemas de soporte vital de circuito cerrado que, si se perfeccionan, podrían eliminar por completo la necesidad de envíos de agua y oxígeno a la ISS. Descubrir esta tecnología podría convertirse en la clave para los viajes espaciales de larga distancia en el futuro [fuente: ESA ].

Bien, ¿qué pasa con la comida? Bueno, aparte de algunas plantas comestibles que se cultivan a bordo , la tripulación depende de las entregas de rutina para la mayor parte de su suministro de alimentos. Muchos elementos del menú vienen en paquetes especialmente diseñados que se fijan a las superficies del comedor con velcro, para que no floten en el ambiente de baja gravedad [fuentes: Lemonick y Preston ].

Mantener una temperatura habitable es otra gran preocupación. La ISS tiene que soportar temperaturas de -128 grados Celsius (-200 grados Fahrenheit) y 93 grados Celsius (200 grados Fahrenheit) en los lados oscuros y soleados de nuestro planeta, respectivamente.

Entre otras cosas, la ISS utiliza calentadores, aislamiento y circuitos de circulación de amoníaco líquido para regular la temperatura interna. Los radiadores ayudan a liberar el exceso de calor generado por parte de la maquinaria a bordo de la estación [fuente: NASA ].

Como cualquier hogar, la ISS debe mantenerse limpia. Esto es especialmente importante en el espacio, donde la suciedad y los escombros flotantes pueden representar un peligro. Los astronautas usan varias toallitas, detergentes y aspiradoras para limpiar superficies, filtros y ellos mismos. La basura se recoge en bolsas, se guarda en un barco de suministros y se devuelve a la Tierra o se incinera [fuentes: Anderson y NASA ].

Protección contra incendios a bordo de la ISS

El fuego es uno de los peligros más peligrosos del espacio. Durante la estancia del astronauta Jerry Linenger en Mir, se produjo un incendio. La tripulación de Mir extinguió el fuego, pero no antes de que la estación sufriera daños. Para detectar y apagar incendios, la ISS cuenta con detectores de humo, sistemas de alarma computarizados, extintores de incendios y dispositivos de respiración portátiles [fuente: Frost ].

La ISS es básicamente una gran nave espacial. Como tal, debe poder moverse en el espacio, su tripulación debe mantener comunicaciones con los controladores en tierra y necesita energía para lograr todo esto.

Damos por sentado que tenemos energía eléctrica para operar nuestros hogares. Por ejemplo, para usar su cafetera, simplemente conéctela a la pared sin pensarlo dos veces. Como en su hogar, todos los sistemas a bordo de la ISS requieren energía eléctrica. Ocho paneles solares grandes proporcionan energía eléctrica del sol . Cada matriz tiene 240 pies (73 metros) de largo y, en términos acumulativos, cubren un área de alrededor de 27.000 pies cuadrados (2.500 metros cuadrados) [fuente: NASA ].

En cada conjunto hay dos mantas de células solares. Cada manta está en un lado de un mástil telescópico que puede extenderse y retraerse para plegar o formar la matriz. El mástil enciende un cardán para que pueda mantener las células solares frente a la luz del sol [fuente: NASA ].

Como una red en la Tierra , los arreglos generan energía primaria, aproximadamente de 84 a 120 kilovatios de electricidad, suficiente para mantener las luces encendidas en más de 40 hogares. La NASA informa que mientras la ISS absorbe la luz solar, alrededor del 60 por ciento de la electricidad producida en este proceso se destina a recargar las baterías a bordo de la estación [fuente: NASA ].

Originalmente, la ISS estaba equipada con baterías de níquel-hidrógeno. Pero en 2017, después de 18 años de servicio, se cambiaron por dos docenas de reemplazos de iones de litio. Además de ser más baratas, estas baterías mejoradas son más pequeñas y más eficientes [fuente: Nield ].

En las altitudes en órbita de la estación, la atmósfera de la Tierra es extremadamente delgada, pero aún lo suficientemente gruesa como para arrastrar la ISS y ralentizarla. Por lo tanto, la ISS debe ser impulsada de vez en cuando, para que no se desvíe del rumbo y pierda altitud al desacelerar.

El módulo de servicio ruso Zvezda tiene motores que se pueden usar para impulsar la ISS. Sin embargo, son los barcos de suministro Progress los que hacen la mayor parte del reinicio. Cada evento de reinicio requiere quemaduras de motores de cohetes [fuentes: Pappalardo y NASA ].

Estas mismas tecnologías también podrían usarse para alejar la nave de los desechos espaciales flotantes (que es bastante común en estos días). Además, a veces es necesario ajustar la orientación de la estación para que pueda conectarse con los buques de suministro.

La tripulación de la ISS no solo necesita saber su paradero preciso, sino que también debe ubicar otros objetos y descubrir cómo llegar del punto A al punto B, especialmente durante los reinicios.

Para discernir su velocidad y ubicación, la ISS utiliza sistemas de posicionamiento global (GPS) rusos y estadounidenses. Además, hay varios giroscopios giratorios que ayudan a la estación a mantener la orientación deseada. Además, la ISS monitorea el paradero de varias estrellas, satélites y estaciones terrestres, así como el sol, para poder navegar [fuente: NASA ].

Ahora que sabe cómo se mantiene la ISS en el espacio, veamos cómo es vivir y trabajar allí.

Comunicaciones ISS

Para mantenerse en contacto con la Tierra, la estación utiliza satélites de seguimiento y retransmisión de datos (TDRS) ubicados a 22.000 millas (35.400 kilómetros) sobre la Tierra. Las señales que contienen voz, video y datos científicos se transmiten a través de estos dispositivos, que facilitan el contacto entre la ISS y el control de la misión de la NASA en Houston (a través del Complejo White Sands en Nuevo México) [fuente: NASA ].

¿Cómo es vivir y trabajar en el espacio? Para responder a tales preguntas, la ingeniera de vuelo de la Expedición 18, Sandra Magnus, escribió una serie de anotaciones en el diario sobre su estadía a bordo de la ISS. Ella señala una cosa importante: el día de un astronauta está planeado con mucha anticipación por muchas personas en tierra.

"Bueno, tenemos un programa de programación a bordo que contiene todos los detalles que necesitamos saber para hacer el trabajo del día. Nos dice cuándo debemos ir a dormir, cuándo debemos levantarnos, cuándo debemos hacer ejercicio , cuándo comer, cuándo y qué información necesitamos para realizar nuestras tareas "[fuente: NASA ].

Aunque esto suena extremadamente rígido, Magnus señala que existe cierta flexibilidad en el sentido de que no todas las tareas deben realizarse en el momento exacto que dicta el programa.

La microgravedad presenta un entorno desafiante. Ya sea que esté durmiendo, cambiándose de ropa o trabajando, a menos que esté asegurado en su lugar, todo en la ISS a su alrededor flota. Incluso algo tan aparentemente simple como levantarse por la mañana y vestirse no es tan simple. Imagínese abrir su armario solo para que su contenido salga volando hacia usted. Al prepararme por la mañana, Magnus dice: "Cuando me quito el pijama, flotan en los cuartos de la tripulación hasta que los recojo e inmediatamente los abrocho detrás de una banda o algo así. Basta decir que es fácil perder cosas aquí arriba! " [fuente: NASA ].

Después de despertarse, cada astronauta tiene un período posterior al sueño para prepararse para el día. Durante este tiempo, los astronautas pueden ducharse, comer y leer el Informe resumido diario (que, como dato curioso, incluye dibujos animados ocasionales) [fuente: ESA ].

El ejercicio es importante ; en microgravedad, los huesos pierden calcio y los músculos pierden masa. Entonces, los astronautas dedican mucho tiempo a los entrenamientos. En la ISS, los miembros de la tripulación dedican 2,5 horas al día, seis días a la semana, a hacer ejercicio rigurosamente. Si bien tienen una cinta de correr, una bicicleta estática y equipo de levantamiento de pesas a su disposición, estos artículos parecen bastante alejados del equipo que vería en un YMCA. (Para llorar en voz alta, el dispositivo de levantamiento de pesas usa succión para crear resistencia, y la bicicleta ni siquiera tiene asiento). [Fuente: Grush ].

Para el trabajo real, los astronautas realizan experimentos o mantenimiento. Como la mayoría de la gente, se detienen a almorzar al mediodía. Luego, una vez que termina la jornada laboral, hay una conferencia de planificación nocturna entre la tripulación y los centros de control en tierra. Cuando eso termine, los astronautas podrán pasar el rato, cenar e interactuar con las redes sociales.

Hablando de tiempo libre, se sabe que la ISS organiza noches de cine para toda la tripulación. En 2016, Gizmodo informó que los astronautas tenían acceso a más de 500 películas y programas de televisión, incluidos "Modern Family", "Pulp Fiction" y "Notorious" de Alfred Hitchcock. Un año después, la Expedición 54 provocó un gran revuelo en twitter cuando fueron invitados a una proyección de "Star Wars: Los últimos Jedi" a bordo de la ISS [fuentes: Novak y NASA ].

Idealmente, se supone que los miembros de la tripulación deben dormir 8.5 horas por noche. Debido al zumbido de la maquinaria, algunos astronautas usan tapones para los oídos mientras dormitan [fuente: ESA ].

Los investigadores de gobiernos, industrias e instituciones educativas pueden utilizar las instalaciones de la ISS. Pero, ¿por qué querrían hacerlo? La ISS se utiliza principalmente para la investigación científica en el entorno único de la microgravedad. La gravedad influye en muchos procesos físicos en el planeta azul que llamamos hogar. Por ejemplo, la gravedad altera la forma en que los átomos se unen para formar cristales. A bordo de la EEI, los experimentadores pueden desarrollar cristales más grandes y mejor estructurados que en la Tierra. Tales cristales podrían ayudarnos a diseñar medicamentos más eficientes para combatir enfermedades, o mejorar las tecnologías de detección de radiación [fuente: ISS: Laboratorio Nacional de EE. UU .].

Además, la microgravedad hace algunas cosas interesantes para disparar. Cuando enciendes una cerilla aquí en la Tierra, la gravedad empuja el aire frío y denso hacia abajo a medida que los gases calientes se elevan, lo que da como resultado una llama en forma de lágrima. Pero en la EEI, las llamas toman la forma de pequeñas esferas azuladas. Estos ya han revolucionado nuestra comprensión del proceso de combustión. En el futuro, los experimentos con llamas de la ISS podrían ayudar a los ingenieros a diseñar quemadores más eficientes y simultáneamente reducir la contaminación del aire [fuente: NASA ].

La exposición prolongada a la ingravidez hace que nuestro cuerpo pierda calcio de los huesos, tejido de los músculos y fluidos de nuestro cuerpo. Estos efectos de la ingravidez, como disminución de la fuerza muscular, osteoporosis, son similares a los efectos del envejecimiento. Por lo tanto, la exposición a la microgravedad puede brindarnos nuevos conocimientos sobre el proceso de envejecimiento y los tratamientos asociados.

De hecho, las pruebas de NELL-1, una proteína experimental que combate la osteoporosis (entre otras cosas) formando hueso de reemplazo, en ratones de laboratorio a bordo de la estación han arrojado algunos resultados alentadores [fuente: Smith ].

Los astronautas de la ISS también pueden probar sistemas ecológicos de soporte vital. En su lugar de trabajo en órbita, es posible cultivar varias plantas que liberan oxígeno, absorben dióxido de carbono y proporcionan alimento. Esas habilidades de jardinería serán importantes para viajes espaciales interplanetarios largos, como un viaje a Marte.

Orbitando sobre la atmósfera de la Tierra y equipado con instrumentos especiales y telescopios, la tripulación de la ISS puede monitorear muchas cosas diferentes en la superficie del planeta (como patrones de distribución de glaciares) y en su atmósfera (como huracanes en desarrollo ). Los miembros de la tripulación también pueden usar telescopios para observar el sol, las estrellas y las galaxias sin distorsión de la atmósfera terrestre.

Para obtener detalles sobre proyectos y experimentos específicos, puede consultar el sitio web de Experimentos de la Estación Espacial de la NASA . Ahora echemos un vistazo al futuro de la ISS.

El conocimiento rara vez es barato. Con su precio acumulado de $ 100 mil millones, la ISS es una de las empresas más caras de la historia de la humanidad. Y durante años, las consideraciones financieras han planteado dudas sobre su futuro a largo plazo.

La ISS continuará recibiendo fondos de las naciones participantes hasta el año 2024. Pero algunos cambios importantes pueden estar en el horizonte. Recientemente, la NASA ha planteado la idea de abrir la estación a empresas privadas, de acuerdo con el plan original de Reagan. Quizás, en algún momento, los intereses comerciales asumirán el control parcial o total de las operaciones diarias. Sin embargo, queda por ver si la ISS alguna vez se convertirá en propiedad privada, como esperan algunos políticos [fuentes: Greenfieldboyce y NASA ].

El espacio puede ser la última frontera, pero a estas alturas, el dominio orbital de la estación se ha convertido en un territorio familiar. Una vez más, la NASA está poniendo su mirada en la luna : se supone que el programa Artemis en curso aterrizará "la primera mujer y el próximo hombre" en el satélite natural de la Tierra para el año 2024 [fuente: NASA ].

Entonces, ¿dónde deja eso a la ISS? Algunos administradores y científicos creen que la investigación realizada a bordo de la estación es vital para el éxito de los futuros esfuerzos de exploración lunar y marciana. Aún así, las preguntas sobre el dinero siempre asoman sus feas cabezas. ¿La ISS desvía demasiado dinero en efectivo de otros proyectos espaciales, o viceversa? El 31 de julio de 2019, el administrador de la NASA, Jim Bridenstone, anunció que la agencia no sacaría dinero de su presupuesto de la ISS para financiar una nueva tecnología de aterrizaje lunar. "Si canibaliza la ciencia, si canibaliza la EEI, nunca alcanzará el estado final que desea", opinó [fuentes: Matthews y Redd ].

Mientras los gobiernos participantes discuten el destino de sus laboratorios fuera del mundo, China ha estado creando sus propias estaciones espaciales. Dos prototipos, Tiangong-1 y Tiangong-2, finalizaron sus carreras en la órbita del planeta Tierra en 2018 y 2019, respectivamente. Ambos buques se utilizaron para ayudar a desarrollar un proyecto mejor y más grande: una nave grande, similar a la ISS, con tres módulos. Según el gobierno chino, se completará a principios o mediados de la década de 2020 [fuente: Jones ].

No importa lo que le depare el mañana a la Estación Espacial Internacional, sigue siendo una maravilla de la construcción espacial y, al momento de escribir este artículo, es la misión espacial tripulada más larga jamás emprendida.

Investigación y desarrollo de ingeniería en la ISS

Gran parte de la investigación y el desarrollo de la ingeniería de la ISS se destina al estudio de los efectos del entorno espacial en los materiales y al desarrollo de nuevas tecnologías para la exploración espacial, incluidas nuevas técnicas de construcción para construir cosas en el espacio, nuevos sistemas de comunicaciones por satélite y naves espaciales y sistemas avanzados de soporte vital. para futuras naves espaciales.

El entorno espacial tiene peligros únicos (micrometeoroides, rayos cósmicos, oxígeno atómico) que afectan a materiales como los que se utilizan en las naves espaciales. Los materiales pueden colocarse en la ISS en plataformas abiertas, exponerse al entorno espacial durante años y analizarse fácilmente. La información recuperada ayudará a diseñar mejores materiales para hacer que los satélites duren más en el entorno espacial.

Publicado originalmente: 6 de diciembre de 2019

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