Sistemas

Necesidades Básicas en una Misión Tripulada a Marte

Provisión de Oxígeno: Los astronautas necesitan un suministro constante de oxígeno para respirar. En Marte, donde la atmósfera es muy delgada y compuesta principalmente de dióxido de carbono (CO₂), se requiere un sistema que pueda producir oxígeno de manera continua.
Agua Potable: El agua es esencial para la supervivencia y debe ser suministrada tanto para el consumo directo como para la preparación de alimentos y la higiene personal. Además, el agua es necesaria para algunos procesos de producción de combustible.
Alimentos: Los astronautas necesitan una dieta balanceada que proporcione todos los nutrientes necesarios. Esto puede implicar llevar suministros de alimentos desde la Tierra y/o cultivar alimentos en Marte.
Eliminación de Desechos: La gestión de los desechos humanos y otros residuos es vital para mantener un entorno habitable y saludable.
Condiciones Habitables: Es necesario mantener una temperatura adecuada, niveles correctos de humedad, y una atmósfera segura dentro del hábitat de la tripulación.
Producción de Combustible: Para el retorno a la Tierra, la misión debe incluir la producción de combustible en Marte utilizando los recursos disponibles in situ.

Sistemas Necesarios para Cubrir estas Necesidades

Electrolizadores de Dióxido de Carbono: Estos dispositivos convierten el CO₂ de la atmósfera marciana en oxígeno respirable mediante el proceso de electrólisis. Este oxígeno también puede ser utilizado para producir combustible.
Recicladores de Aguas Residuales: Sistemas avanzados que reciclan el agua a partir de la orina y otros desechos líquidos, permitiendo su reutilización para el consumo y otros usos necesarios.
Sistemas de Producción de Combustible: Equipos que realizan la electrólisis del agua para obtener hidrógeno y oxígeno, y utilizan el proceso de Sabatier para combinar el hidrógeno con el CO2 para producir metano, que sirve como combustible.
Licuadores de Gases: Dispositivos que convierten el oxígeno y el metano en estados criogénicos utilizables y viceversa, necesarios para el almacenamiento y uso eficiente del combustible.
Hábitat de la Tripulación: Un módulo habitable que proporciona un entorno seguro y confortable para los astronautas, equipado con sistemas de control de temperatura, ventilación, y eliminación de CO2.
Sistemas de Trajes Espaciales: Trajes espaciales diseñados para proteger a los astronautas durante las actividades extravehiculares (EVA), proporcionando soporte vital y protección contra el entorno marciano.
Agroponía y Cultivo de Alimentos: Tecnologías de cultivo que permiten producir alimentos en Marte, reduciendo la dependencia de los suministros enviados desde la Tierra y mejorando la sostenibilidad a largo plazo.

Circuito de Aire de la Cabina

1. Sistema de Remoción de Dióxido de Carbono (CDRA)

Función del CDRA:

Descripción: El CDRA es un sistema crucial para la eliminación del dióxido de carbono (CO₂) del aire de la cabina. En una misión a Marte, este sistema es fundamental para mantener los niveles de CO₂ dentro de límites seguros y evitar la toxicidad.
Componentes Principales:
- Lechos de Tamices Moleculares: Los tamices moleculares, comúnmente zeolitas, tienen una estructura porosa que adsorbe selectivamente moléculas de CO₂.
- Ventiladores y Conductos: El aire de la cabina es forzado a través de los tamices moleculares mediante ventiladores, asegurando una circulación continua y eficiente del aire.

Proceso de Adsorción y Regeneración:

Adsorción de CO₂:
- Captura de CO₂: Cuando el aire pasa a través de los lechos de tamices moleculares, las moléculas de CO₂ son adsorbidas por la estructura porosa de las zeolitas.
- Continuidad del Proceso: Este proceso se realiza continuamente, con múltiples ciclos de adsorción y regeneración para mantener los niveles de CO₂ bajos.
Regeneración de Tamices:
- Calentamiento: Una vez que los tamices moleculares están saturados de CO₂, se calientan para liberar el CO₂ adsorbido.
- Liberación de CO₂: El CO₂ liberado se recoge y se redirige al sistema Sabatier para su procesamiento ulterior.
- Reutilización de Tamices: Los tamices regenerados están listos para un nuevo ciclo de adsorción, permitiendo una operación continua.

2. Sistema Sabatier

Función del Sistema Sabatier:

Descripción: El Sistema Sabatier convierte el CO₂ capturado en agua (H₂O) y metano (CH₄) mediante una reacción química con hidrógeno (H₂). Este proceso es crucial para el reciclaje del CO₂ y la producción de agua en el espacio.
Componentes Principales:
- Reactor Sabatier: Un reactor donde se lleva a cabo la reacción química entre CO₂ e H₂.
- Suministro de Hidrógeno: Hidrógeno almacenado en la nave o producido a través de la electrólisis del agua.

Proceso Químico:

Reacción de Sabatier:

Producción de Agua y Metano:
- Agua: El agua producida se recoge y se purifica para su uso en el sistema de soporte vital.
- Metano: El metano es almacenado para su posible uso como combustible o descartado de manera segura.

3. Regeneración de Aire

Purificación y Recirculación del Aire:

Filtración Adicional: Después de la eliminación del CO₂ y otros contaminantes, el aire puede pasar por filtros adicionales para asegurar la eliminación de partículas y compuestos químicos no deseados.
Monitoreo de Calidad del Aire: Sensores distribuidos en la cabina miden continuamente los niveles de CO₂, O₂ y otros gases. Estos sensores están conectados a un sistema de control que ajusta los flujos de aire y activa los sistemas de adsorción y regeneración según sea necesario.
Recirculación del Aire: El aire purificado se recircula a la cabina a través de conductos y ventiladores, asegurando una atmósfera homogénea y segura para los astronautas.

Integración de Sistemas

Ciclo Cerrado de Recursos:

Interconexión de Sistemas: Los sistemas de remoción de CO₂ (CDRA), el reactor Sabatier y los procesos de electrólisis están interconectados para formar un ciclo cerrado. El CO₂ exhalado por los astronautas se captura, se convierte en agua y metano, y el agua se recicla para producir oxígeno y más hidrógeno.
Automatización y Control: Un sistema de control automatizado gestiona la operación de todos estos sistemas, basándose en datos en tiempo real de los sensores de calidad del aire. Este sistema optimiza el rendimiento, asegurando la eficiencia y la seguridad del entorno de la cabina.

Redundancia y Seguridad

Redundancia de Sistemas Críticos:

Duplicación de Componentes: Para evitar fallas catastróficas, los componentes críticos, como los lechos de tamices moleculares y los reactores Sabatier, tienen redundancia. Esto significa que hay unidades de repuesto listas para entrar en funcionamiento en caso de que una unidad falle.
Procedimientos de Emergencia: Protocolos detallados de emergencia están establecidos para manejar cualquier problema con los sistemas de soporte vital, como niveles anormalmente altos de CO₂ o fallos en la producción de oxígeno. Los astronautas están entrenados para manejar estas situaciones de manera segura.