Producción de Agua y Oxígeno

1. Reacción de Sabatier

Función del Sistema Sabatier:

• Descripción: El Sistema Sabatier convierte el dióxido de carbono (CO₂) en agua (H₂O) y metano (CH₄) mediante una reacción química con hidrógeno (H₂). Este proceso es crucial para el reciclaje de CO₂ y la producción de agua en el espacio.

Componentes Principales:

• Reactor Sabatier: Un reactor químico donde ocurre la reacción de Sabatier.
• Suministro de Hidrógeno: Hidrógeno almacenado en la nave espacial, generalmente producido mediante electrólisis del agua.

Proceso Químico:

• Reacción de Sabatier:
  • Ecuación Química:
  • CO2+4H2→CH4+2H2OCO₂ + 4H₂ \rightarrow CH₄ + 2H₂OCO2​+4H2​→CH4​+2H2​O
  • Condiciones de Reacción: La reacción se lleva a cabo a temperaturas elevadas (300-400 °C) y en presencia de un catalizador de níquel.
  • Producción de Agua y Metano:
    • Agua: El agua producida en esta reacción se recoge y se envía a los sistemas de purificación.
    • Metano: El metano es almacenado para su posible uso como combustible en futuras etapas de la misión o descartado de manera segura.

2. Electrólisis del Agua

Función del Sistema de Electrólisis:

• Descripción: El sistema de electrólisis descompone el agua (H₂O) en oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂) mediante la aplicación de una corriente eléctrica. Este proceso es esencial para la producción de oxígeno respirable para los astronautas y la regeneración de hidrógeno para el sistema Sabatier.

Componentes Principales:

• Celda de Electrólisis: Un dispositivo electroquímico que utiliza electricidad para descomponer el agua en oxígeno e hidrógeno.
• Suministro de Agua: Agua purificada y almacenada, producida a partir del sistema Sabatier y otras fuentes de reciclaje.

Proceso de Electrólisis:

• División de Agua:
  • Condiciones de Reacción: Se aplica una corriente eléctrica a la celda de electrólisis, descomponiendo el agua en sus componentes básicos.
  • Producción de Hidrógeno y Oxígeno:
    • Oxígeno: El oxígeno producido se recoge y se almacena en tanques presurizados para su uso en el sistema de soporte vital.
    • Hidrógeno: El hidrógeno se recoge y se redirige al sistema Sabatier para continuar el ciclo de producción de agua y reciclaje de CO₂.

3. Purificación del Agua

Función del Sistema de Purificación de Agua:

• Descripción: El agua producida por el sistema Sabatier y reciclada de otras fuentes se purifica para asegurar su idoneidad para el consumo humano y otros usos en la nave espacial.

Componentes Principales:

• Filtros de Carbón Activado: Estos filtros eliminan contaminantes químicos y mejoran el sabor del agua.
• Filtros de Membrana: Filtran partículas y microorganismos, asegurando la pureza microbiológica del agua.
• Desinfección UV: Luz ultravioleta se utiliza para eliminar cualquier microorganismo residual y asegurar la seguridad del agua.

Proceso de Purificación:

• Filtración Inicial: El agua pasa primero por filtros de partículas para eliminar cualquier sólido suspendido.
• Filtración de Carbón Activado: El agua se filtra a través de carbón activado para eliminar compuestos químicos y mejorar su sabor.
• Filtración de Membrana: Se utiliza una membrana de ósmosis inversa para eliminar microorganismos y partículas ultrafinas.
• Desinfección UV: Finalmente, el agua se expone a luz ultravioleta para asegurar su desinfección completa.

Integración de Sistemas

Ciclo Cerrado de Recursos:

• Interconexión de Sistemas: Los sistemas de reacción de Sabatier, electrólisis y purificación de agua están interconectados para formar un ciclo cerrado. El CO₂ exhalado por los astronautas se convierte en agua y metano, el agua se recicla para producir oxígeno y más hidrógeno, y el metano se almacena o descarta de manera segura.
• 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 y agua. Este sistema optimiza el rendimiento, asegurando la eficiencia y la seguridad del entorno de la cabina.

Monitoreo y Control:

• Sensores de Calidad del Aire: Monitorean continuamente los niveles de CO₂, O₂ y otros gases.
• Sensores de Calidad del Agua: Aseguran que el agua producida y reciclada cumple con los estándares de pureza y seguridad.
• Sistema de Control Central: Integra todos los datos de los sensores y ajusta automáticamente los procesos para mantener un ambiente seguro y estable para la tripulación.

Redundancia y Seguridad

Redundancia de Sistemas Críticos:

• Duplicación de Componentes: Los componentes críticos, como los reactores Sabatier y las celdas de electrólisis, tienen redundancia para evitar fallos catastróficos.
• 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.