Como respiram os astronautas?

Em 12 de Abril de 1961, o cosmonauta russo Yuri Gagarin tornou-se o primeiro humano a ir para o espaço quando orbitou a Terra na nave espacial Vostok 1. Desde então, mais de 500 pessoas explodiram da atmosfera da Terra, tendo mais de 230 delas visitado a Estação Espacial Internacional (ISS).

O objectivo principal da ISS é acolher experiências científicas. O seu laboratório tem estado continuamente ocupado desde Novembro de 2000, normalmente com três a seis pessoas a bordo. Atravessa o espaço a 17.500 mph, 250 milhas acima da Terra, permitindo aos cientistas realizar experiências verdadeiramente únicas.

Muitos dos testes são feitos nos próprios astronautas, para determinar o impacto da vida no espaço sobre o corpo humano. Alguns são concebidos para utilizar a singularidade da microgravidade do laboratório em experiências não relevantes para o espaço, tais como o crescimento de cristais. Mas outros são parte integrante das próprias viagens espaciais: explorando novas tecnologias para utilização na ISS e futuras missões espaciais tripuladas de maior duração, a Marte, por exemplo.

Na sua aula

Numa idade precoce, os alunos aprendem sobre a diferença entre um elemento, um composto e uma mistura. Este artigo dá um excelente exemplo da importância de poder separar misturas para obter substâncias puras e o desafio que isto representa até para os cientistas da NASA. O artigo descreve como é essencial ter uma boa fonte de água pura para a tripulação da Estação Espacial Internacional, não só para beber mas também como uma fonte de oxigénio para respirar.

Chichi de bebida

Vida a bordo da Estação Espacial Internacional foi concebida para ser o mais frugal possível, pelo que a reciclagem da água é fundamental. ‘Recolhemos a urina da tripulação e processamo-la através de um processo de destilação chamado destilação por compressão de vapor’, explica Laura Shaw, engenheira de sistemas de apoio à vida no Johnson Space Center da NASA, em Houston, Texas. Este sistema utiliza uma bomba de vácuo que aspira o ar, baixando a pressão e, por conseguinte, deixando cair o ponto de ebulição da água no interior. Nenhuma fonte de calor é necessária para evaporar a água e separá-la dos sais de urina.

Este destilado é então combinado com a água recolhida do ar no interior do ISS. “Recolhemos condensado de humidade da respiração da tripulação e do seu suor”, diz Laura. A água é depois limpa para ficar pronta para beber. Utilizamos um sistema de filtros e um oxidante catalítico para transformar essa água em potável.’

‘Tipicamente, demora um par de dias para uma molécula de água seguir todo o caminho desde a água potável até à água potável de novo’, diz Laura. Actualmente, perdem cerca de 10% das moléculas de água cada vez que passam por este laço. Em preparação para uma viagem trip tripulada a Marte, onde o reabastecimento será ainda mais árduo e dispendioso, a equipa de Laura tem como objectivo cortar isto para apenas 2%.

A tecnologia em desenvolvimento extrairá mais da água da salmoura cheia de lodo com sais de urina deixada para trás após a destilação da urina. Há ainda líquido na salmoura e queremos tirar esse líquido para melhorar a nossa taxa de recuperação”, explica Laura. A sua equipa espera testar a sua nova instalação na ISS no início de 2020.

Respirar ar fresco

A água é também utilizada a bordo do ISS para produzir oxigénio. “Nós electrolisamos a água para a dividir em hidrogénio e oxigénio”, diz Laura. ‘O oxigénio vai para a atmosfera para a tripulação respirar’. O hidrogénio é então combinado com outro produto residual – o dióxido de carbono expirado pela tripulação – para produzir metano e água. Isto é conhecido como a reacção Sabatier. A água é reutilizada e o metano é actualmente ventilado borda fora”, diz Laura.

A equipa da NASA também está a desenvolver uma forma de abrir o metano para produzir mais hidrogénio. Se tivéssemos mais hidrogénio, poderíamos ser mais eficientes nesse processo Sabatier e produzir mais água, que depois podemos transformar em mais oxigénio. Assim, teríamos de reabastecer menos água para esse processo’, explica ela.

Vai mais longe

Mas o ISS é apenas o começo. Outros sistemas de apoio para missões tripuladas mais longas estão nas fases iniciais de desenvolvimento, explica o colega da NASA de Laura, David Hornyak. Por exemplo, tornar-se melhor na aspiração do dióxido de carbono do ar para melhorar a qualidade do ar tornou-se uma prioridade para a NASA. Voámos, há alguns anos, uma experiência que nos informou de como funcionam diferentes absorventes”, diz David. A esperança é descobrir materiais que sejam mais absorventes e que sejam, portanto, mais eficientes. Os sensores da próxima geração estão também a ser concebidos, para melhorar a monitorização da qualidade do ar e da água a bordo das estações espaciais, o que eliminará a necessidade de devolver amostras à Terra, e controlar melhor a quantidade de radiação a que a tripulação está exposta.

E estas melhorias estão num calendário bastante apertado. A NASA pretende actualmente enviar uma missão tripulada para orbitar Marte em 2033; isto será seguido de uma viagem de aterragem. O Presidente Trump exortou-os a antecipar esta linha temporal. A China e a Rússia também disseram que planeiam enviar pessoas para Marte, tal como a Agência Espacial Europeia. Da mesma forma, a empresa espacial privada SpaceX também tem os olhos postos numa visita ao nosso vizinho planetário, dizendo que enviará uma tripulação em 2024. Os cientistas terão de se apressar a colocar todos os seus sistemas no lugar antes da descolagem, mas presumivelmente não há nada como várias agências espaciais impacientes a olhar por cima do ombro para acelerar as coisas.