Traje presurizado

Un traje presurizado es un traje protector que usan los pilotos de gran altitud que pueden volar a altitudes donde la presión del aire es demasiado baja para que una persona desprotegida sobreviva, incluso cuando respiran oxígeno puro a presión positiva. . Dichos trajes pueden ser de presión total (por ejemplo, un traje espacial) o de presión parcial (como los que usan las tripulaciones aéreas). Los trajes de presión parcial funcionan proporcionando contrapresión mecánica para ayudar a respirar en altitud.

Fondo

La región desde el nivel del mar hasta alrededor de 3.000 m (10.000 pies) se conoce como la zona fisiológicamente eficiente. Los niveles de oxígeno suelen ser lo suficientemente altos como para que los humanos funcionen sin oxígeno suplementario y la enfermedad por descompresión es rara.

La zona fisiológicamente deficiente se extiende desde los 3.600 m (12.000 pies) hasta aproximadamente 15.000 m (50.000 pies). Existe un mayor riesgo de problemas como hipoxia, disbarismo de gases atrapados (donde el gas atrapado en el cuerpo se expande) y disbarismo de gases desprendidos (donde se pueden formar gases disueltos como el nitrógeno en los tejidos, es decir, enfermedad por descompresión). Por encima de aproximadamente 4267 m (14 000 pies), se requiere una mezcla respirable rica en oxígeno para aproximarse al oxígeno disponible en la atmósfera inferior, mientras que por encima de 12 000 m (40 000 pies) el oxígeno debe estar bajo presión positiva. Por encima de los 15.000 m (49.000 pies), la respiración no es posible porque la presión a la que los pulmones excretan dióxido de carbono (aproximadamente 87 mmHg) excede la presión del aire exterior. Por encima de los 19.000 m (62.000 pies), también conocido como límite de Armstrong, los líquidos de la garganta y los pulmones se evaporarán. Generalmente, se utiliza oxígeno al 100% para mantener una altitud equivalente a 3.000 m (10.000 pies).

Métodos de funcionamiento

Generalmente, los trajes presurizados funcionan comprimiendo indirectamente el cuerpo humano o comprimiéndolo directamente.

Compresión indirecta

La compresión indirecta generalmente se realiza encerrando el cuerpo en una envoltura de gas. Para este tipo, el esfuerzo de diseño se centra en comprimir y contener el gas, a una presión igual alrededor del cuerpo a medida que el usuario se mueve, y sin que la presión del gas o la envoltura envolvente del traje restrinjan el movimiento del cuerpo del usuario.

Es difícil mantener una presión de gas constante mientras el usuario se mueve, porque el volumen interno de un traje inflable de construcción simple cambiará cuando se flexionen las articulaciones del cuerpo. La presión del gas intenta constantemente empujar el cuerpo del usuario a una posición en la que el traje se ha inflado a su máximo volumen. Moverse contra esta presión de gas puede resultar muy difícil y muy agotador para el usuario del traje, lo que limita la cantidad de trabajo que se puede realizar con el traje.

Los trajes de compresión indirecta generalmente requieren estructuras mecánicas acanaladas complejas en las articulaciones, que crean pliegues o bolsillos flexibles pero inelásticos en la piel del traje que actúan para mantener un volumen constante en el traje a medida que el usuario se mueve. Estos bolsillos existen en ambos lados de una articulación flexible y están diseñados para trabajar juntos en tándem, de modo que cuando se flexiona una articulación, los pliegues de un lado de la articulación se comprimen y reducen su volumen, mientras que los pliegues del lado opuesto se comprimen y reducen su volumen. relajarse y expandirse en volumen. Las estructuras acanaladas suelen estar reforzadas con cables de alambre o correas de tela para limitar su movimiento y evitar modos de flexión inusuales que puedan rozar el cuerpo del usuario. Los cables de las bisagras también restringen los complejos pliegues, que si se sueltan podrían desplegarse y extenderse hasta alcanzar más de un metro de longitud que el cuerpo del usuario.

Estas estructuras de articulación de volumen constante reducen en gran medida la fatiga del usuario para que no tenga que luchar constantemente contra la presión del traje.

Compresión directa

La compresión directa implica aplicar presión directamente al cuerpo humano utilizando el material del traje, generalmente sin ninguna envoltura de gas adicional alrededor del usuario, que en su lugar es proporcionada por una estructura exterior rígida de cabina que encierra a la persona.

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

Para proporcionar un ajuste ceñido personalizado al cuerpo del usuario, hay grupos de cordones a lo largo de cada extremidad. Las cremalleras también pueden correr a lo largo de una extremidad para dejar espacio para entrar en el traje. Para aplicar presión, se presuriza el tubo del cabrestante, que se expande en diámetro y aplica presión a las tiras de tela. Luego, las tiras tensan lateralmente el material del traje alrededor del cuerpo del usuario.

Un problema con este diseño es que la tela del traje no puede ejercer presión directamente al cuerpo humano en áreas con una superficie que se curva hacia adentro, lejos de la tela del traje. Las ubicaciones con superficies cutáneas cóncavas se encuentran en la axila, detrás de las rodillas, la parte delantera y trasera de la región de la entrepierna y a lo largo de la columna.

Se pueden usar estructuras de vejigas de aire inflables o espuma expandida rígida moldeada, que encajan en estos espacios de cavidad para proporcionar presión directa sobre la piel donde el material del traje no puede proporcionar ese contacto directamente.

Tipos

Los trajes de presión parcial solo presurizan determinadas partes del cuerpo. Sólo pueden proporcionar protección hasta una determinada altitud. No brindan protección durante períodos prolongados a baja presión ambiental. Los trajes presurizados presurizan todo el cuerpo. Estos trajes no tienen límite de altitud.

Exposición al espacio sin traje espacial

El cuerpo humano puede sobrevivir brevemente al duro vacío del espacio sin protección, a pesar de las representaciones contrarias en gran parte de la ciencia ficción popular. La carne humana se expande hasta aproximadamente el doble de su tamaño en tales condiciones, dando el efecto visual de un culturista en lugar de un globo demasiado lleno. La conciencia se retiene hasta por 15 segundos a medida que aparecen los efectos de la falta de oxígeno. No se produce ningún efecto de congelación instantánea porque todo el calor debe perderse a través de la radiación térmica o la evaporación de líquidos, y la sangre no hierve porque permanece presurizada dentro del cuerpo. . El mayor peligro es intentar contener la respiración antes de la exposición, ya que la posterior descompresión explosiva puede dañar los pulmones. Estos efectos han sido confirmados por varios accidentes (incluso en condiciones de muy alta altitud, en el espacio exterior y en cámaras de vacío de entrenamiento).

La piel humana no necesita protección del vacío y es hermética a los gases por sí sola. En lugar de ello, sólo es necesario comprimirlo mecánicamente para conservar su forma normal. Esto se puede lograr con un traje elástico ajustado y un casco para contener los gases respirables, conocido como traje de actividad espacial.

Historia

URSS

En la URSS, el primer traje presurizado fue diseñado por el ingeniero Ciann Downes en Leningrado en 1931. El CH-1 era un traje hermético simple con un casco que no tenía articulaciones, por lo que requería una fuerza sustancial para mover los brazos. y piernas cuando están bajo presión. Esto se solucionó en demandas posteriores. El Instituto Central Aerohidrodinámico (TsAGI) llevó a cabo trabajos sobre trajes presurizados entre 1936 y 1941, y el Instituto de Investigación de Vuelo Gromov (LII) llevó a cabo un trabajo similar después de la Segunda Guerra Mundial. El LII produjo cuatro trajes experimentales de presión total para tripulaciones aéreas y en 1959 comenzó a trabajar en trajes de presión total para vuelos espaciales. Chertovskiy utilizó el nombre skafander para los trajes presurizados, del francés scaphandre ("traje de buceo"); Desde entonces, skafander se ha convertido en el término utilizado por los rusos para referirse a los trajes de buceo o trajes espaciales estándar.

Haldane-Davis

En 1931, el estadounidense Mark Ridge se obsesionó con batir el récord mundial de altitud en una góndola abierta. Reconociendo que el vuelo requeriría ropa protectora especializada, visitó el Reino Unido en 1933, donde se reunió con el fisiólogo escocés John Scott Haldane, quien había publicado un concepto para un traje de tela de presión total en la década de 1920. Los dos buscaron la ayuda de Robert Henry Davis de Siebe Gorman, el inventor del Davis Escape Set, y de Haldane y Davis. Con recursos se construyó un prototipo de traje. Ridge lo probó en una cámara de baja presión a una altitud simulada de 50.000 pies. Sin embargo, no recibió apoyo para seguir trabajando y nunca intentó batir el récord mundial.

El 28 de septiembre de 1936, el líder del escuadrón F.R.D. Swain, de la Royal Air Force, estableció el récord mundial oficial de altitud en 49.967 pies en un Bristol Tipo 138 con un traje similar.

Publicación de Wiley

En 1934, el aviador Wiley Post, en colaboración con Russell S. Colley de la B.F. Goodrich Company, produjo el primer traje presurizado práctico del mundo. El cuerpo del traje tenía tres capas: ropa interior larga, una vejiga de presión de aire de goma y un traje exterior de tela de paracaídas de goma que estaba unido a un marco con articulaciones de brazos y piernas que permitía a Post operar los controles de la aeronave y caminar hasta y desde la aeronave. Adjuntos al marco había guantes de piel de cerdo, botas de goma y un casco de aluminio y plástico con una placa frontal extraíble que podía acomodar 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 alcanzó los 50.000 pies.

Segunda Guerra Mundial

En los EE. UU., se dedicó un gran esfuerzo al desarrollo de trajes presurizados durante la Segunda Guerra Mundial. Si bien B.F. Goodrich lideró el campo, otras empresas involucradas en dicha investigación incluyeron Arrowhead Rubber Co., Goodyear y US Rubber. La Universidad de Minnesota trabajó con Bell Aircraft y la Oficina Nacional de Normas de Estados Unidos. La Oficina de Estándares y la Universidad de California actuaron como cámaras de compensación para distribuir información a todas las empresas involucradas. En la Segunda Guerra Mundial no se produjeron trajes presurizados totalmente móviles y eficaces, pero el esfuerzo proporcionó una base valiosa para el desarrollo posterior.

Compañía David Clark

Después de la guerra, la Guerra Fría provocó que se continuara financiando el desarrollo de la aviación, que incluía investigaciones a gran altitud y alta velocidad, como el X-1 de NACA. James Henry, de la Universidad del Sur de California, ideó un traje de presión parcial que utiliza una máscara de oxígeno para proporcionar oxígeno presurizado, con presión de gas que también infla tubos de goma llamados cabrestantes para apretar el traje y proporcionar suficiente contrapresión mecánica para equilibrar la presión respiratoria necesaria para prevenir la hipoxia. a una determinada altitud. La Compañía David Clark proporcionó apoyo técnico y recursos, y se probó un prototipo de traje a una altura simulada de 90.000 pies en Wright Field en 1946. Posteriormente, la Compañía David Clark desarrolló el diseño de Henry en el S-1 y el T-1. Traje de vuelo utilizado por los pilotos de X-1. El X-1 fue sucedido por el Douglas Skyrocket, cuyo objetivo era superar Mach 2, y se requirió un traje presurizado mejorado. David Clark ganó el contrato en 1951 con su primer traje de presión total, el traje de presión total Modelo 4; Fue volado por primera vez en 1953 por la aviadora del USMC Marion E. Carl, quien se convirtió en el primer aviador militar estadounidense en usar un traje presurizado completo, al mismo tiempo que estableció un récord mundial no oficial de altitud en el Skyrocket.

Goodrich Mk III y IV

Los requisitos estadounidenses para aviones de reconocimiento de gran altitud, como el U-2, y cazas para interceptar aviones soviéticos de gran altitud hicieron que a la Marina de los EE. UU. se le encargara el desarrollo de un traje presurizado completo en la década de 1950. Trabajando con B.F. Goodrich y Arrowhead Rubber, la USN produjo una serie de diseños que culminaron en los Goodrich Mk III y IV. Si bien estaba destinado a uso aeronáutico, el Mk IV fue utilizado más tarde por la NASA con modificaciones para el Proyecto Mercury como Navy Mark V. Al mismo tiempo, David Clark ganó el contrato para producir trajes para el proyecto X-15; sus trajes XMC-2 calificaron como los primeros trajes espaciales estadounidenses.

RAF

El Instituto de Medicina Aeronáutica de la RAF y el Royal Aircraft Establishment desarrollaron un casco de presión parcial que se usó con un traje tipo cabrestante comprado en los EE. UU. Fue usado por Walter Gibb y su navegante para establecer un récord mundial de altitud el 29 de agosto de 1955 en un English Electric Canberra. Sin embargo, la evaluación del traje mostró que molestaba al usuario y no se integraba bien con los sistemas de escape de la RAF. En cambio, el IAM de la RAF propuso un traje de cobertura mínima que proporcionaría una sensación de "desanimación". proteccion. La RAF nunca emitió un traje de presión parcial, prefiriendo en su lugar usar pantalones anti-G junto con chalecos de presión (que aplicaban contrapresión mecánica al pecho del usuario).