El sistema de suministro y control atmosférico mantiene una vigilancia continua de la presurización y de la presión parcial de oxígeno (PO₂), nitrógeno (PN₂) y dióxido de carbono (PCO₂) en cada uno de los módulos de la EEI para la detección temprana y, en caso de emergencia, poner en marcha las medidas de contingencia. La tripulación tiene la capacidad de modificar algunos parámetros interdependientes para mantener márgenes de salud y seguridad, entre ellos: HR%, temperatura, flujo de ventilación, P_b, PO₂ y monitoria de la PCO₂, partículas en suspensión y trazas de contaminantes dentro de rangos aceptables (Ley et al., 2009).

Según la NASA, la Agencia Espacial Europea, la Agencia Espacial Canadiense, la Agencia Espacial Japonesa y Roskosmos (los principales actores de la operación de la EEI), la P_b debe estar entre 724 y 770 mmHg, y la PO₂ debe estar entre 146 y 148 mmHg, lo cual permite variaciones de la fracción inspirada de oxígeno (FO₂) hasta del 30 % para reducir el riesgo de flamabilidad y mantenerla en promedio en 24,1 % (NASA, 2019; Pickett et al., 2007). Esta composición del ambiente respirable previene la degradación del rendimiento neurocognitivo secundario a hipoxia y además ofrece un factor de protección ante actividades extravehiculares, en las que se tendrá al astronauta en una unidad de movilidad extravehicular de exploración (XEMU) donde su presurización será menor y lo expone a enfermedad por descompresión (Auerbach et al., 2016; Thomas y McMann, 2011).

El sistema de control ambiental y de soporte vital (ECLSS, por sus siglas en inglés), como se describe en la Figura 1, consiste en tres componentes: el sistema de recuperación del agua (WRS, por sus siglas en inglés), el sistema de generación de oxígeno (OGS, por sus siglas en inglés) y el sistema de revitalización del aire (ARS, por sus siglas en inglés), que están operativos desde 2008 en la EEI. El WRS permite el reciclaje del agua a partir de la recolección de la orina de la tripulación, y la condensación de la humedad y del agua del sistema de hidratación de las unidades de movilidad extravehicular (EMU, por sus siglas en inglés), con un 90 % de eficiencia en el proceso (Williams et al., 2012). El ARS se encarga de filtrar los contaminantes atmosféricos usando el equipo de control de trazas de contaminantes (TCCS, por sus siglas en inglés) producidos por los componentes electrónicos, la manipulación de equipos, los materiales, etc., y con el soporte del ensamble de reducción de dióxido de carbono (CDRA, por sus siglas en inglés) proveniente de los astronautas (Seedhouse, 2020), usando camas de carbón activado, un oxidante catalítico térmico, hidróxido de litio, electrólisis del agua y del barrido, y reducción del dióxido de carbono, perlas de aluminio para remover el monóxido de carbono y parte del metano (CH₄), porque el restante es ventilado al espacio (Peterson, 2013; Stambaugh et al., 2013).

Figura 1
Distribución del sistema de soporte vital y control ambiental en la Estación Espacial Internacional
Fuente: Williams et al. (2012).

Este ensamble es crítico dado que el incremento del dióxido de carbono metabólico del cuerpo humano puede generar cefalea y fatiga en los astronautas, que en medio de una tarea crítica puede significar una reducción de la alerta situacional (Barratt et al., 2020; Nicogossian et al., 2016).

Para misiones de tipo exploración, los esfuerzos de desarrollo se concentran en mejorar la confiabilidad de los sistemas de barrido de dióxido de carbono, reemplazar los adsorbentes y catalizadores obsoletos, y mejorar la eficiencia a más del 90 % de recuperación de oxígeno a partir del CO₂; el sistema debe tener menos masa y mejor calidad para minimizar la necesidad de mantenimiento. El WRS en el futuro podrá tener la capacidad de recuperar el 85 % del agua de la orina y tendrá un aditivo antimicrobiano para potabilizarla (Jernigan et al., 2018).

Dado que la composición de los gases es similar a la atmósfera terrestre, con nitrógeno (78 %) y oxígeno (21 %%) entre otros, los compuestos consumibles deben ser reciclados y generados a través de un proceso electroquímico del agua y continuo monitoreo con sensores. La calidad del aire respirable, además, es vigilada mediante sensores infrarrojos y espectrometría de masa para el aire, con el fin de determinar la concentración de hidrógeno, dióxido de carbono, metano, presión de vapor de agua y nitrógeno (Ley et al., 2009). También, hay sensores de oxígeno en tiempo real (Eckart, 2013), cuya información es mostrada en monitores y transmitida por telemetría a los diferentes centros de control de misión, teniendo como marco de referencia el documento de concentraciones máximas permisibles en el espacio (SMAC) (Ryder et al., 2020).

Otros sensores dispuestos en la EEI incluyen: el monóxido de carbono (CO) mediante un detector electroquímico (SEQ); cianuro de hidrógeno y cloruro de hidrógeno entre 0,4 y 30 ppm; amonio mediante colorimetría entre 2 y 700 ppm en la cabina y dentro de las escotillas entre 15 y 90 ppm; hidracina entre 25 y 300 ppb; y tetróxido de nitrógeno entre 0,75 y 3 ppm (Nicogossian et al., 2016). La exposición a un ambiente respirable con incrementos de estas sustancias puede incapacitar al astronauta y producirle la muerte en poco tiempo (American Conference of Governmental Industrial Hygienists [ACGIH], 2020; Cameron et al., 2020).

Diversas actividades en la EEI producen polución gaseosa, como los procesos de limpieza, soldadura, cocina, reparación y vaporización de los compuestos estructurales y materiales, por lo cual en el diseño se contempla la adecuación de filtros de alta eficiencia (HEPA, por sus siglas en inglés) y de carbón activado que atrapan aquellas moléculas con alto peso molecular y bajo peso molecular, como monóxido de carbono (CO), metano (CH₄), hidrógeno (H₂), cianuro de hidrogeno (HCN), fluoruro de hidrogeno (HF), cloruro de hidrogeno (HCl) y otros hidrocarburos que son ventilados a un catalizador oxidativo de alta temperatura para ser convertidos y reutilizados (Eckart, 2013), y los cartuchos de hidróxido de litio remueven los compuestos sobreoxidados (Davis et al., 2008).

Además de verificar el medio presurizado con sus componentes principales, otros productos derivados de fugas en la porción externa de la EEI que pueden entrar al aire respirable después de una actividad extravehicular (incluyendo el amonio y la hidracina) son vigilados (Jernigan et al., 2018). La porción rusa (Zvezda) de la EEI cuenta con dos sistemas que monitorean las características atmosféricas, cuyos rangos de operación son (Seedhouse, 2020):

1. 1. PO₂: 0 - 350 mmHg (alarma activa en <120 mmHg)
2. 2. PCO₂: 0 - 25 mmHg (alarma activa en >20 mmHg)
3. 3. Presión de vapor de agua: 0 - 30 mmHg
4. 4. Contenido de hidrógeno: 0 - 2,5 %

Tabla 2
Descripción general de los niveles de peligro toxicológico en la Estación Espacial Internacional

Fuente: Lam et al. (1997).

Los parámetros para el monitoreo de agentes micro-biológicos usan las unidades formadoras de colonia (UFC, por sus siglas en inglés), mediante la recolección de aire en un sustrato de agar en cultivo por 24 h y con recolección activa de muestras en superficies (La Duc et al., 2004), y mediante identificación con pruebas moleculares (Pierson, 2007), cuyos límites han sido definidos por la NASA para hongos 10 000 ufc/m³, para bacterias de 100 ufc/m³ de aire, la misma cantidad de UFC por área de 100 cm² (La Duc et al., 2004) y una tasa máxima de 1640 ufc/persona-min para bacteria y hongos (Pickett et al., 2007). Los filtros de carbón activado tienen bactericidas que ayudan con la sanitación del ambiente respirable (Ley et al., 2009) y los filtros HEPA permiten atrapar microorganismos de >0,3 μm con un 99,997 % de eficiencia (Perry, 2017).

La calidad del agua debe ser vigilada para contacto y consumo, y se tiene regulado que su conteo bacteriano no debe ser mayor a 50 ufc/mL, no detectable para coliformes, hongos por 100 mL y no detectable para protozoos (NASA, 2019). Además, hay que asegurarse de que la calidad del agua consumible cumpla estándares de potabilidad que incluyen carbón inorgánico, constituyentes volátiles, metales y otras características como sabor, olor, turbidez, acidez y gases disueltos (Jernigan et al., 2018).

Como resultado de la variedad de experimentos de microbiología que se realizan en la EEI, se pueden generar cepas que adquieran o muestren un incremento en la resistencia antimicrobiana o incluso virulencia que potencialmente afecte la salud de los astronautas en confinamiento, sobre todo si no se tiene soporte médico en misiones de tipo exploración (Bijlani et al., 2021).

La PCO₂ en la atmósfera es de aproximadamente 0,3 mmHg en condiciones normales, pero dentro de un espacio cerrado un proceso electroquímico la mantiene a 3 mmHg (Virts, 2020). Esta elevación de diez veces el valor respirable en la troposfera es producto del metabolismo celular.

El dióxido de carbono, que los seres humanos en condiciones de reposo producimos en una cantidad de 0,4 L/min o 600 L/día (±500g/día), se incrementa de 1 a 1,5 kg/día de acuerdo con el régimen de ejercicio físico (Barratt et al., 2020). El ECLSS ha sido diseñado para soportar la carga metabólica de los astronautas en promedio de 82 kg, porque la media de peso por astronauta para 2015 era de 78 kg y un VO₂ máximo de 48 mL/kg/min ±6 mL/kg/min, y una tasa de intercambio respiratorio de 1,0 en ejercicio, dado que de esto depende la producción de CO₂ (Bayt y Lueders, 2016).

Los estándares de habitabilidad de la NASA mencionan que en operaciones nominales los sistemas de barrido deben limitar la PCO₂ en 3 mmHg a 1 h en el volumen del hábitat a 760 mmHg (NASA, 2019; Nicogossian et al., 2016), dado a que se han observado efectos negativos en el rendimiento humano a ±12 mmHg y la correlación con síntomas es positiva desde los 15 mmHg hasta los 20 mmHg, cuyo valor ha sido definido como límite para declarar una emergencia (Barratt et al., 2020). Sin embargo, estos valores están en revisión (Ryder et al., 2020), con el fin de tener mayor correspondencia con el desempeño humano y al mismo tiempo prevenir la condición llamada "cerebro espacial" (Virts, 2020) por algunos astronautas.

Debido al efecto de la microgravedad sobre la convección, en las naves espaciales se pueden encontrar áreas con bajo flujo de aire que no logran dispersar el CO₂ acumulado alrededor del cuerpo y resultan en un área llamada "burbujas de CO₂". En caso de que la tripulación esté en la obligación de trabajar en un módulo con defectos en la ventilación y para que el astronauta repare el defecto, debe llevar consigo el medidor portátil referenciando el valor de PCO₂ de 5,3 mmHg como límite superior para trabajar sin contramedidas. Pero si esta medida se incrementa entre 10 y 15 mmHg, se debe optimizar el barrido de CO₂; o toda vez que se presente cefalea, disnea o bajo rendimiento psicofísico, se hace necesaria la suplencia de O₂ e incluso cuando se requiera llevar a cabo alguna tarea critica con la PCO₂ por encima de 20 mmHg (Barratt et al., 2020).

En 1985, durante una misión para reparar Salyut 7, dos cosmonautas estuvieron expuestos en un módulo sin electricidad, sin ventilación ni control térmico, lo que ocasionó cefalea y letargia asociada a la acumulación de CO₂ (Newkirk, 1990). Las diversas experiencias de astronautas que han tenido síntomas durante las estadías en la EEI por la acumulación de dióxido de carbono motivaron a construir un modelo de dinámica de fluido para correlacionar el flujo de aire con la presión de CO₂ en un módulo de servicio. Encontraron que el astronauta, en el cuarto donde duerme con el ventilador apagado, construye una burbuja de gas bajo su nariz y tórax que supera los 8 mmHg en tan solo 10 min (Son et al., 2002), no se dispersa y sus síntomas producen potencialmente despertares con importante cefalea (Nicogossian et al., 2016).

Los síntomas agudos (minutos a horas) más frecuentes incluyen: disnea, sensación térmica alterada o sudoración, taquicardia y disestesias en dedos, entre otros. Hay diferencias significativas entre la incidencia de cefalea en los hombres (13 %) y en las mujeres (37 %); se presenta de manera tardía con un promedio tres a cinco síntomas por astronauta con diferencias individuales y temporales, por lo que varios autores recomiendan a las agencias espaciales realizar el entrenamiento fisiológico de exposición a CO₂ cada cinco años (Law et al., 2017). Por el incremento de la P_iCO₂, se desencadena una acidosis respiratoria que induce cambios de la ventilación por minuto de 2-3 L por cada 1 mmHg de CO₂ sin cambios en la PO₂ (Barer et al., 1970).

En la EEI, se establece un límite de PCO₂ de 3 mmHg para operaciones nominales y un promedio de 5,3 mmHg en un curso de cinco días; sin embargo, con la evidencia emergente estos rangos son susceptibles de modificaciones. Las acciones correctivas incluyen la activación del sistema alterno si el promedio para un día excede los 3,5 mmHg por más de 9 h; y si un astronauta es sintomático y se sospecha que presenta hipercarbia, se debe parar la actividad y optimizar la ventilación alrededor, y proveer oxígeno en máscara si esto se acompaña de hipoxia (Barratt et al., 2020).

Los hallazgos del consumo crónico de CO₂ en operaciones espaciales suele sumarse a los procesos adaptativos secundarios a microgravedad, contaminantes atmosféricos y radiación, por lo que hace difícil la separación causa-efecto precisa. Sin embargo, se ha observado que la exposición a PCO₂ de 25-30 mmHg de 7 a 15 días continuos produce disnea, cefalea, incremento del volumen por minuto cuatro veces el valor de base, trastornos del sueño y reducción de la tolerancia al ejercicio; y algunos autores sugieren la reducción del desempeño cognitivo en términos de toma de decisiones a pesar de ser tareas aprendidas y repetitivas (Allen et al., 2016; Satish et al., 2012). Se requieren más estudios en condiciones de microgravedad y ambiente de cabina similar a los astronautas de la EEI, dado que observaciones recientes han documentado un proceso de toma de decisiones sin alteraciones importantes a pesar del incremento del contenido de CO₂ respirado en personas jóvenes (Scully et al., 2019) y submarinistas (Rodeheffer et al., 2018).

La cabina de cualquier estructura espacial tripulada debe ser diseñada para proveer la atmósfera suficiente para el metabolismo oxidativo, pero también debe remover los productos de CO₂ y en la EEI se hace mediante un sistema electroquímico acompañado de ventilación con una velocidad entre 0,08 y 0,2 m/s (Barratt et al., 2020).

Al combinar hidróxido de litio (LiOH) con CO₂, se produce Li₂CO₃ + H₂O en una reacción irreversible exotérmica que requiere diariamente 2 kg de LiOH para barrer el producto diario de un astronauta, lo que obliga a reemplazar los frascos de manera frecuente y lo hace impráctico para misiones de larga duración (Eckart, 2013).

En la EEI, los laboratorios de Estados Unidos y Rusia usan el sistema CDRA y aprovechan los tamices moleculares con piedras sintéticas de zeolita que remueven el dióxido de carbono del aire ambiental (Eckart, 2013). El módulo europeo aprovecha la capacidad de adsorción sobre la superficie, que consiste en una resina de intercambio iónico y la regeneración de la cama saturada con dióxido de carbono usando agua a 110 °C a 1 atmósfera; el exceso puede ser usado para reciclar el oxígeno del proceso y si no, es ventilado al espacio (Ley et al., 2009).

Este escenario debe ser estudiado por los astronautas durante toda su carrera, por lo cual es obligatorio realizar entrenamientos recurrentes y previos a las misiones de larga duración para reconocer los síntomas individuales y sortear situaciones de acumulación del dióxido de carbono en la EEI, en su compartimento de descanso, al igual que en reuniones para celebrar eventos especiales, cenar o en conferencias de prensa, en actividades extravehiculares, en el manejo de fuego en cabina y en tareas de reparación en un módulo con pobre ventilación (Law et al., 2017).

La disminución de la P_b en la EEI por cualquier razón resulta en la presentación de hipoxia hipobárica en la tripulación, y cuando hay solo una reducción de la producción de oxígeno con una P_b normal, se presenta la hipoxia normobárica (Clément, 2011; Rainford y Gradwell, 2016).

En la EEI, la PO₂ debe estar entre 146 y 178 mmHg con una P_b de 724 a 770 mmHg, teniendo en cuenta que el máximo valor de concentración de O₂ es de 24 % para la mayor parte de la EEI y para los sitios donde se hacen las operaciones de conexión al exterior ("airlocks"), y de 30 % (Barratt et al., 2020; NASA, 2019) en condiciones nominales para asegurar un buen rendimiento fisiológico. Existen protocolos establecidos en casos de emergencia (ejemplo: fugas); si se afecta la presurización, el sistema debe incrementar la concentración de oxígeno a más de 30 % por tiempos limitados para no dejar que la PO₂ caiga por debajo de 128 mmHg y afecte el rendimiento humano. El punto mínimo de presurización de la EEI se ha definido en 490 mmHg, y cuando no haya otra posibilidad de solución, los astronautas deben abandonar la EEI (NASA, 2019). La fuente primaria de 0₂ proviene de la electrólisis del agua, y como sistema redundante primario, se cuenta con un generador de oxígeno de combustible sólido; el sistema redundante secundario se ubica en almacenamiento de tanques en la porción externa del módulo presurizado de Estados Unidos. El proceso de electrólisis requiere dos moléculas de agua que a través de la inducción de electricidad generan dos moléculas de hidrógeno, una de oxígeno y calor mediante una tecnología de intercambio de protones en una membrana de polímero de ácido sulfónico perfluorado (Eckart, 2013).

El sistema ruso llamado Elektron es un generador de oxígeno de combustible sólido a través de electrólisis de agua con 30 % de hidróxido de potasio. El hidrógeno resultante es ventilado al espacio y tiene la capacidad de producir 25 L de oxígeno/h a partir del flujo de 1 L/H₂0/h, que es suficiente para mantener con vida a un astronauta por día (Seedhouse, 2020). Los módulos europeos usan un proceso llamado electrólisis alcalina (Ley et al., 2009) en una malla de asbesto, cuyo método se denomina electrólisis con alimentación estática de agua (Eckart, 2013).

En la EEI, al tener sistemas de circulación cerrados, es posible aprovechar las moléculas derivadas de la generación de dióxido de carbono a través del principio de Sabatier (Vogt et al., 2019), como lo describe la figura 2, reduciéndolas con un catalizador a temperaturas entre 300 y 500 °C con el hidrógeno para que se produzca gas metano (CH₄), que es ventilado al exterior, y agua para consumo (Barratt et al., 2020), con una eficiencia del 90 al 100 % (Ley et al., 2009).

Figura 2
Sistema de revitalización del aire y reacción de Sabatier
Fuente: adaptación de Seedhouse (2020).

El diseño de vehículos y estructuras habitacionales en el espacio considera un consumo promedio de 0,85 a 0,90 kg de 0₂ por día por astronauta, teniendo en cuenta que la producción metabólica de C0₂ es de 1 kg/persona/día (Eckart, 2013). La separación electrolítica del agua requiere aproximadamente 0,956 kg de H₂0 para garantizar que la producción sea suficiente para mantener con vida a la tripulación (Eckart, 2013). La tasa de masa de dióxido de carbono producida por masa de oxígeno consumida depende del catabolismo oxidativo de cada astronauta, se conoce como cociente respiratorio (RQ) o tasa de intercambio respiratorio (RER, por sus siglas en inglén) y esta depende del tipo de alimentación disponible. Por ejemplo, con carbohidratos el RQ es 1,0, con la oxidación de ácidos grasos o proteína es de 0,7 y con la alimentación ofrecida en la EEI se tiene un balance en el rango de 0,80 a 0.85 (Davis et al., 2008). Contando que no todo el oxígeno es exhalado, sino que alrededor del 15 % es metabolizado en agua para ser perspirado u orinado, se tiene una producción en promedio de 0,73 kg de 0₂ + 0,27 de carbono si el cociente respiratorio está alrededor de 0,85 (Nicogossian et al., 2016) para poder ser reutilizado (Eckart, 2013).

Ante el fenómeno de hipoxia, se incrementa la actividad de los quimiorreceptores de H+ en el sistema nervioso central, que junto a los quimiorreceptores periféricos en los cuerpos carotideos y cuerpos aórticos responden directamente a la P_aO₂, a la P_aCO₂, y a H+, y esta información es llevada a través del nervio gloso-faríngeo y vago que, con la participación de receptores de estiramiento pulmonar, de músculos y de articulaciones del tórax, estimulan el centro respiratorio en el bulbo raquídeo para incrementar el volumen y la frecuencia respiratoria compensando por esa deficiencia (Hall y Hall, 2020).

El rendimiento cognitivo y el desempeño físico son altamente afectados por la reducción de la P_aO₂, que incluso en reposo le representa al sistema nervioso central casi el 20 %% del consumo de oxígeno (VO₂) (Raichle y Gusnard, 2002), independientemente de la demanda física impuesta en el astronauta. La disminución del aporte desencadena la activación de mecanismos compensadores que incluyen vasoconstricción pulmonar, redistribución del flujo y redistribución de la ventilación, los cuales que terminan en aumento de la presión de la arteria pulmonar (Swenson y Bártsch, 2021) y en incremento de la frecuencia respiratoria y volumen por minuto (Hall y Hall, 2020).

El término usado para estimar los efectos de la hipoxia sobre el rendimiento psicofísico se denomina "tiempo efectivo de desempeño", esto es, el periodo desde el inicio de la exposición al ambiente hipóxico hasta el momento en que puede tomar una acción correctiva, por ejemplo, buscar y ponerse la máscara de oxígeno, prender el regulador de oxígeno y configurarlo para remediar la situación (Rainford y Gradwell, 2016). Este periodo es variable de persona a persona y depende de otras situaciones que son posibles dentro del ambiente operativo en la EEI, como despresurización de la cabina, alta actividad física, comunicar al centro de control e incremento de la tasa metabólica; también depende de condiciones de base de la persona como la reducción de la masa eritrocitaria (cambios inducidos por la microgravedad) donde se espera que reduzcan este tiempo disponible (Nicogossian et al., 2016). Es imperativo definir con mayor certeza estos tiempos en astronautas, porque los estudios han incluido solamente aviadores jóvenes (Davis et al., 2008) sin exposición crónica a microgravedad.

Al estar aclimatados a una atmósfera de presión en la EEI, sumado a los efectos de la microgravedad, en caso de emergencia se espera que los astronautas reduzcan su desempeño neurocognitivo hasta en deterioro sutil de la P_b de 570 a 640 mmHg (Petrassi et al., 2012), se incrementan los tiempos de reacción, y los procesos de atención y memoria son significativamente reducidos a 400 mmHg (Turner et al., 2015).

En la exposición aguda, también se incrementa la vasodilatación retiniana; a una P_b de 500 mmHg se afecta significativamente la percepción y discriminación de tonos rojo-verde y azul-amarillo (Connolly et al., 2008). La sensibilidad a la luz en la retina periférica se incrementa a una P_b en promedio de 300 mmHg (Horng et al., 2008) y se amplía el tiempo de adaptación a la oscuridad a una P_b de 450 mmHg (Connolly y Hosking, 2006). Esto se traduce en una reducción de la capacidad visual en general, lo cual impone retos para los astronautas en el manejo de emergencias en una estructura habitable en el espacio en condiciones de hipoxia y oscuridad.

Para sumar estos problemas desencadenados por la hipoxia, una de las necesidades fisiológicas que más se relaciona con rendimiento cognitivo, atención, memoria visual y de trabajo, concentración, trabajo ejecutivo, control inhibitorio, entre otros, es el sueño (de Aquino Lemos et al., 2012). Este se puede ver afectado por el patrón respiratorio con presencia de apneas centrales, exacerbación de las apneas obstructivas (Anders y Selim, 2021) y cambios de la arquitectura electroencefalográfica como los vistos en personas con insomnio (Stadelmann et al., 2014; Venkat et al., 2021).

Para mantener la presión barométrica dentro de valores normales, se requiere la disociación térmica catalítica de hidracina (N₂H₄), que proviene del almacenamiento de propelente de vehículos espaciales y permite que a través de amonio (NH₃), un separador de hidrógeno y un oxidante catalítico se produzca nitrógeno e hidrógeno en una reacción exotérmica (Eckart, 2013).

El objetivo del sistema de control de temperatura y humedad es mantener un ambiente confortable para que los astronautas trabajen sin afectar significativamente su fisiología de termorregulación, además de mantener la humedad relativa dentro de unos rangos específicos para reducir la probabilidad de condensación atmosférica que puede dañar los instrumentos abordo.

El calor generado por los equipos de soporte habitacional (como el electrolizador de agua para la producción de O₂ y el sistema de barrido de CO₂), los equipos electrónicos, el intercambiador de calor y los seres humanos, aumenta la energía térmica en la atmósfera de la EEI que debe ser regulada a través del sistema de circulación de aire y el exceso de energía térmica ventilada al exterior (Ley et al., 2009).

Dos sistemas de control térmico son usados: el sistema pasivo mediante aislantes, recubrimientos de superficies, escudos de calor y calentadores (que a partir del balance de las propiedades de emisividad y absortividad de los materiales pueden mantener el balance térmico dentro de valores deseados), en la EEI hay instalados más de 300 calentadores en el exterior del segmento estadounidense (Rose, 1998); el sistema activo se compone de un intercambiador de condensación de calor (CHX), transfiere la carga térmica interna y el flujo térmico por uno o dos círculos de refrigeración, uno de ellos interno con agua y el otro externo con amoniaco con una capacidad de 75W de rechazo de calor (Davis et al., 2008; Rose, 1998).

Los rangos de temperatura de confort están desde los 18 °C hasta los 27 °C durante operaciones nominales y no consideran los cambios dinámicos en otras actividades espaciales como movilidad extravehicular, ascenso, entrada en órbita, descenso, aterrizaje y postaterrizaje (NASA, 2019). Por eso, para estas actividades debe usarse el modelo "41-Node-Man" o "Wissler" para calcular la ganancia o pérdida de calor corporal con una confianza del 95 % (Pickett et al., 2007).

El mecanismo termodinâmico de convección en microgravedad afecta la pérdida de calor en el cuerpo humano. El sudor en actividad física se condensa en una capa gruesa que reduce la evaporación en la cabeza (Polyakov et al., 2001) y obliga a los astronautas a usar una toalla para remover el exceso de sudoración de la piel, además de optimizar el flujo de aire en la zona de ejercicio de la EEI, debido al incremento de la temperatura corporal central de base y de la encontrada en el espacio durante el ejercicio (Fortney et al., 1998; Stahn et al., 2017).

La actividad metabólica humana en promedio genera entre 105 y 155 W/persona/día, y este proceso se adiciona al ambiente mediante la respiración y con un promedio de 2,3 kg de agua/persona/día, regulado en la EEI mediante un sistema que disminuye la temperatura por debajo del punto de rocío formando de una película de condensación (Hapke et al., 2003) y luego separándola de la corriente de aire (Pérez-Vara et al., 2003) para nuevamente disponer del agua para consumo. La zona de confort de la HR% debe mantenerse entre 25 y 75 % en un margen de 24 h (Pickett et al., 2007), y debe medirse, recolectarse y grabarse para ser analizado en tiempo real y entender las tendencias.

La hipotermia resultante de la pérdida del control de temperatura de cabina puede poner en riesgo la vida y esto ya ha ocurrido en el pasado. En la "fallida y exitosa" misión de Apollo 13, donde la temperatura ambiental de 10 °C mantuvo a los astronautas en riesgo de sufrirla, afortunadamente se generaron soluciones para que se mantuviera un ambiente de la cápsula con un CO₂ normal usando dispositivos de hidróxido de litio del módulo lunar y adaptándolos al módulo de comando de manera exitosa (Lovell y Kluger, 2006).

Estos límites están dispuestos para conservar la salud auditiva de los astronautas, prevenir interferencias en la comunicación y dar soporte al desempeño humano, por lo que el diseño habitacional de los módulos tripulados debe tener un plan de control de ruido acústico que incluye la estrategia de control de ruido, pruebas acústicas, análisis, y protocolo remedial y de seguimiento (NASA, 2019).

Para las operaciones orbitales de la EEI, se establecen los límites de presión de sonido continuo en bandas de octavos de decibeles (dB) re-20 μPa sin elementos de protección personal según la frecuencia en Hertz (Hz), como se describe en la tabla 3.

Tabla 3
Límites SPL para ruido continuo en bandas de octavos, dB re-20 jjPa

Fuente: NASA (2019).

El ruido intermitente para el trabajo en 24 h no debe superar los 49 dB por un periodo de 8 h, y para trabajos menores a 30 min este no debe superar los 69dB (NASA, 2019).

El objetivo del ambiente habitacional es proveer protección a los tripulantes de la EEI contra el riesgo de radiación proveniente de partículas solares, radiación cósmica y radiación atrapada geomagnéticamente, manteniendo los principios de exposición tan bajos como sea racionalmente posible (ALARA); y las dosis recibidas están basadas en los trabajos con alto riesgo por el Consejo Nacional de Protección a la Radiación que limita a 0,05 Sv (5 rem)/año, y para astronautas en órbita terrestre baja hasta 0,5 Sv (50 rem) /año (Townsend y Fry, 2002). Un grupo de soporte de operaciones espaciales llamado SRAG (que por sus siglas en inglés significa Grupo de Análisis de Radiación Espacial), en el Centro Espacial Johnson, considera parámetros como la altitud, la inclinación de la órbita, el estado de la zona interna y externa de los cinturones de protones, el flujo de protones interplanetario, las condiciones del campo geomagnético y el ciclo solar para administrar el riesgo de exposición y dar recomendaciones para actividades extravehiculares (Barratt et al., 2020; Davis et al., 2008).

Los equipos de medición abordo para consolidar la dosimetría de cada astronauta, transmitida en tiempo real vía telemetría, incluyen: el detector para análisis de radiación (RAD, por su siglas en inglés) de partículas cargadas y neutrones, el contador proporcional al tejido (TEPC, por su siglas en inglés), el telescopio de Dosis y Dostel de la agencia espacial alemana y el RD-8 Lulin de Rusia. Los monitores de radiación por área (RAM, por su siglas en inglés) se encuentran en todos los volúmenes habitables y son rotados cuando se cambia la tripulación; junto al dosímetro personal de cada astronauta, son útiles para el análisis de datos posvuelo y su análisis se incluye dentro de su historial médico (Barratt et al., 2020; Rose, 1998).

La exposición a radiación electromagnética no ionizante proviene de fuentes naturales como las emisiones solares ultravioletas, rango de luz visible, infrarrojo, radiofrecuencia de baja intensidad en 2800 MHz, campos magnéticos y los producidos por el hombre, como los equipos de comunicaciones, láser, luces y en general todos los electrónicos que requieren fuente de electricidad. Los límites de exposición adoptados por la NASA pertenecen al Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) C95,1, a pesar de que para 2019 no se especifican los aspectos relacionados con la exposición en el espacio exterior, teniendo el ambiente específico de órbita terrestre baja (IEEE, 2019).

La protección ofrecida a los astronautas ante la presencia de láser debe estar acorde a lo estipulado en ANSI Z136,1 y en la ACGIH para limitar la exposición cutánea y ocular a los pulsos repetidos y a las ondas, al igual que la radiación electromagnética incoherente relajando los límites por un factor de cinco, excepto el cálculo para la exposición en la frecuencia de ultravioleta (ACGIH, 2020; NASA, 2019; Pickett et al., 2007).