Espacios habitacionales más allá de la Tierra

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(1)Espacios habitacionales más allá de la Tierra.

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(3) ESPACIOS HABITACIONALES MÁS ALLÁ DE LA TIERRA TRABAJO FIN DE GRADO Curso 2018-2019. Autor: Lidia Molina Cuesta Tutor: Ángel Verdasco Grado en Fundamentos de la Arquitectura y Urbanismo Escuela de Arquitectura Universidad de Alcalá.

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(5) ÍNDICE RESUMEN/ABSTRACT. PALABRAS CLAVE/KEYWORDS ......................................................... 1 1. ANTECEDENTES .................................................................................................................. 5 1.1.. DEFINICIÓN DE ARQUITECTURA ESPACIAL O COSMOTECTURA .......................... 5. 1.2.. BREVE HISTORIA DE LA COSMOTECTURA O LA ARQUITECTURA ESPACIAL ........ 7. 1.3.. CRITERIOS DEL DISEÑO ARQUITECTÓNICO ........................................................... 9. 1.3.1. CRITERIOS GENERALES DE LOS HÁBITATS ORBITALES ......................................9 1.3.2. FACTORES MEDIOAMBIENTALES DEL ESPACIO ................................................ 11 1.3.3. HABITABILIDAD Y FACTORES HUMANOS ........................................................... 15 2. CASOS DE ESTUDIO DE HÁBITATS ESPACIALES............................................................. 33 2.1. ESTACIÓN ESPACIAL SKYLAB .................................................................................... 36 2.1.1. DISEÑO ANTROPOMÉTRICO ............................................................................... 38 2.1.2. ACTIVIDADES HUMANAS ..................................................................................... 43 2.2. ESTACIÓN ESPACIAL MIR ........................................................................................... 55 2.2.1. DISEÑO ANTROPOMÉTRICO ............................................................................... 63 2.2.2. ACTIVIDADES HUMANAS ..................................................................................... 66 2.3. ESTACIÓN ESPACIAL INTERNACIONAL .....................................................................74 2.3.1. DISEÑO ANTROPOMÉTRICO ............................................................................... 87 2.3.2. ACTIVIDADES HUMANAS ..................................................................................... 93 3. PROPUESTA ARQUITECTÓNICA ..................................................................................... 107 3.1. SOBRE EL DISEÑO ANTROPOMÉTRICO .................................................................. 107 3.2. SOBRE LAS ACTIVIDADES HUMANAS ...................................................................... 111 4. CONCLUSIONES.............................................................................................................. 129 5.BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................... 133.

(6) RESUMEN Este trabajo aborda un campo de investigación poco común en el mundo de la arquitectura: la arquitectura espacial o cosmotectura. El objetivo es el de valorar y dar a conocer el mundo de la cosmotectura entre los arquitectos. Para comprender correctamente este ámbito, se define en primer lugar qué es la arquitectura orbital y cuáles son sus áreas de trabajo. Específicamente en nuestro trabajo se realiza un estudio de la habitabilidad de arquitecturas orbitales. En segundo lugar, se realiza una breve introducción histórica de la arquitectura espacial en el que se explica cómo surgió y se desarrolló esta especialidad. Después, se detallan los criterios del diseño arquitectónico que deben tenerse en cuenta para proyectar cosmotecturas. Así se incluyen criterios generales que atienden a forma, volumen, disposición y elementos de servicio, entre otros; factores medioambientales del espacio como la microgravedad, la atmósfera y los residuos; y factores que tienen que ver con la habitabilidad y los factores humanos, como la manera en que la ausencia de gravedad afecta al tamaño interior, el desplazamiento, la orientación y a las actividades humanas básicas. Tras esto, se explican tres casos de estudio atendiendo a los criterios del diseño arquitectónico explicados. Los casos de estudio son: la estación americana Skylab, la estación soviética Mir y la Estación Espacial Internacional. Estos antecedentes nos permiten conocer cómo de idóneas son las soluciones de diseño aportadas en cada uno de los casos de estudio. Por último, se desarrolla una propuesta arquitectónica como alternativa o mejora a la actual Estación Espacial Internacional.. PALABRAS CLAVE Arquitectura espacial, cosmotectura, habitabilidad, factores humanos, estación espacial, Skylab, Mir, ISS, antropometría, actividades humanas, misiones de larga duración, arquitectura orbital. 1.

(7) ABSTRACT This work addresses a little-known field of research in architecture: space architecture or cosmotecture. Our goal is to increase the recognition of the world of cosmotecture among architects. To properly understand this field, we need to first define what space architecture is and what its areas of work are. This work will focus on the study of habitability in orbital architectures. That is followed by a brief historical introduction to space architecture that covers how this field emerged and developed. Then, we lay out the architectural design criteria that must be considered when projecting cosmotecture. This includes general criteria regarding form, volume, layout and service elements; environmental factors in space such as microgravity, atmosphere and waste; habitability and human factors, such as how the absence of gravity affects interior size, displacement, orientation and basic human activities. Afterwards, we proceed with three case studies of prominent examples: the American station Skylab, the Soviet station Mir and the International Space Station; examining its degree of compliance with the architectural design criteria previously described. This background will enable us to determine the successes and failures of the design solutions used on each of the case studies Finally, we draft a new proposal for a new orbital cosmotecture as an alternative, improved version of the current International Space Station.. KEYWORDS Space architecture, cosmotecture, habitability, human factors, space station, Skylab, Mir, ISS, anthropometrics, human activities, long-term missions, orbital architecture.. 2.

(8) 3.

(9) ANTECEDENTES. 4.

(10) 1. ANTECEDENTES Este apartado expone las bases teóricas de la arquitectura espacial, su desarrollo, y los factores que la diferencian de la arquitectura en la Tierra.. 1.1. DEFINICIÓN DE ARQUITECTURA ESPACIAL O COSMOTECTURA Aunque el término “arquitectura espacial” se utilizaba desde la década de los 70 aplicado a estructuras en el espacio exterior, no se dio una definición formal al término hasta el primer International Space Architecture Symposium celebrado en el World Space Congress en Houston en el 2002:. “Space Architecture is the theory and practice of designing and building inhabited environments in outer space”1. Esta definición encabeza el manifiesto “The millennium charter” firmado por arquitectos especialistas del campo de la arquitectura espacial del momento. Además de definir el término, en “The millennium charter” se recopilaron las principales áreas de trabajo de las que se compone la arquitectura espacial, que incluye el diseño de hábitats situados en el espacio y en los cuerpos planetarios, las infraestructuras y Figura 1.La estación Espacial Internacional orbitando la Tierra. los vehículos. Esta disciplina Fuente: NASA. comprende el diseño de arquitectura orbital, arquitectura en la superficie de los planetas y arquitectura espacial con base en la Tierra. Es decir, que además de las arquitecturas extraterrestres también se consideran dentro de esta disciplina las simulaciones de hábitats extraterrestres en lugares con climatologías extremas de la Tierra. La carta también incita a la aplicación de principios Vitruvianos y conceptos de sostenibilidad, tecnología, economía, sociología y factores humanos2, a la arquitectura espacial, tal y como lo hacemos en la Tierra, pero con las limitaciones propias del espacio. Se debe entender la arquitectura espacial, por tanto, como una nueva disciplina en la que se combinan los conceptos ya adquiridos por los arquitectos con los condicionantes físicos, técnicos, biológicos y humanos que se dan en el espacio. Este trabajo se centrará en la arquitectura extraterrestre, concretamente en la arquitectura orbital. La arquitectura orbital es aquella que se refiere a construcciones que se encuentran orbitando un cuerpo planetario, como, por ejemplo, la Tierra.. 1 2. SATC. The millennium charter. space architecture mission statement. PÓLIT CASILLAS, Raúl. Arquitectura espacial: Un nuevo campo de innovación práctica. p. 15-22. 5.

(11) El término “Espacio” tiene una multitud de definiciones que pueden llevar a confusión. Según Bruno Zevi, el espacio arquitectónico es “la realidad en que se concreta la arquitectura”, y este “no puede ser representado completamente en ninguna forma, ni aprehendido ni vivido, sino por experiencia directa, [el sujeto arquitectónico] es el protagonista del hecho arquitectónico”1. Giulio Carlo Argan defiende que “el espacio no es una realidad objetiva, definida, con una estructura estable, sino que es un concepto; es decir, una idea que tiene un desarrollo histórico propio”1. La RAE describe “espacio” en su primera acepción como “extensión que contiene toda la materia existente” que es lo que se entiende normalmente como “espacio”. Sin embargo, en el ámbito tratado entendemos el espacio como el espacio exterior, definición que se recoge en la tercera acepción de la RAE, y la define como “la región del universo que se encuentra más allá de la atmósfera terrestre”1. Por lo que, cuando entendemos el espacio como creador de arquitecturas, el término “arquitectura espacial” puede resultarnos confuso. No hay más que realizar una búsqueda en las redes para darse cuenta de este hecho. Así que, parece incorrecto utilizar el término espacio para hablar de una arquitectura con una tipología concreta y realizada en unos entornos muy concretos. Para evitar esta confusión, se propone un nuevo término con el que definir la arquitectura que responde a la definición mencionada al comienzo: Cosmotectura. La palabra Cosmotectura se compone a partir de la raíz:. cosmo-: Del griego κόσμος kósmos. Elemento compositivo. Significa 'mundo, universo'1. Y de. tectónico, ca: Del griego τεκτονικός tektonikós 'perteneciente a la construcción', 'hábil en construir'1. y derivado en el sufijo “-tectura”, relativo a lo tectónico, resultando en un término más preciso para referirse al concepto tratado, razón por la cual será el término utilizado en el resto del trabajo 6. ..

(12) 1.2. BREVE HISTORIA DE LA COSMOTECTURA O LA ARQUITECTURA ESPACIAL La cosmotectura o arquitectura espacial comenzó a desarrollarse como disciplina en la década de los sesentas, cuando la antigua Unión soviética y Estados Unidos decidieron comenzar a construir estaciones espaciales que albergasen tripulaciones durante un largo periodo de tiempo. En este punto dio comienzo la colaboración entre ingenieros, diseñadores y arquitectos. Desde 1965 hasta 1980, el Barmin Design Bureau soviético desarrolló un complejo proyecto de investigación y planificación para diseñar estructuras y sistemas móviles para una base de larga estancia en la luna. Un ejemplo es la base lunar “Zvezda” que no llegó a realizarse ya que los soviéticos abandonaron los programas lunares tripulados. Galina Balashova es quizá la primera arquitecta de cosmotecturas. Comenzó su andadura en 1957 cuando la contrataron como arquitecta en la Oficina experimental OKB y la trasladaron unos años más tarde al departamento de arquitectura espacial, donde trabajó estrechamente con Korolev, el diseñador de cohetes soviético más importante de la época. Balashova fue la responsable de diseñar los interiores de las naves espaciales Soyuz y las estaciones espaciales Salyut y Mir, por lo que gran parte de los espacios de que disponemos actualmente se lo debemos a su equipo y ella. En 1968 en otro continente, el arquitecto Maynard Dalton y el diseñador industrial Raymond Loewy diseñaban el interior de la primera estación espacial de la NASA, el Skylab. Loewy sugirió una serie de mejoras en el diseño entre las que se incluían la implementación de una sala de estar para que la tripulación comiera y trabajase junta, la adición de una ventana en dicha sala, el diseño de una mesa de comedor y la incorporación de colores entre otras cosas. Por su parte, Dalton preparó los documentos Skylab Experience Bulletins, unos exhaustivos informes en los que se describe la arquitectura del módulo y la interacción de la tripulación con la misma. Con ellos, se pudo conocer la idoneidad de los diseños propuestos para mejorar los diseños de futuras cosmotecturas. Posteriormente Dalton fue ingeniero de proyectos para el módulo de la Estación Espacial Internacional. Con todo esto, han sido pocos los arquitectos que han trabajado en proyectos de esta índole, porque en general, los problemas técnicos dominan las cuestiones de diseño y habitabilidad de los sistemas espaciales. Con este trabajo se pretende poner en valor la figura del arquitecto en el mundo de la cosmotectura puesto que, como se verá, también se necesitan conocimientos sobre cómo diseñar para los seres humanos en un entorno extremo de forma creativa. 7. Figura 2. Módulo base de la estación espacial Mir de Galina Balashova. Fuente: Cosas de arquitectos.

(13) Figura 3. Vista del toro de Stanford, una propuesta de estación espacial futurística. Figura 5. Dibujo de la Estación espacial Skylab. Fuente: NASA. Figura 4. Dibujo del diseño no realizado de la estación espacial de Von Braun.. 8.

(14) 1.3.. CRITERIOS DEL DISEÑO ARQUITECTÓNICO. Lograr que el espacio exterior sea habitable para los humanos es una tarea ardua debido a las condiciones extremas que presenta. Es necesario conocer las limitaciones que afectan a las cosmotecturas para poder enfrentarse a los retos que supone diseñar y habitar el espacio. En los próximos apartados se expondrán los criterios que deben tenerse en cuenta para el diseño de cosmotecturas orbitales situadas en el espacio, por ser las únicas construidas hasta la fecha. Existen bastantes ejemplos de cosmotecturas orbitales construidas hasta el momento: las estaciones Salyut, Skylab, Mir, Tiangong y la actual Estación Espacial internacional (ISS). Pese a que todas ellas persiguen objetivos similares, permitir a los humanos permanecer en el espacio por espacios de tiempo prolongados, se aprecian diferencias en los diseños y soluciones utilizados en cada caso, motivados por las características de la misión y la tecnología disponible en cada caso.. 1.3.1. CRITERIOS GENERALES DE LOS HÁBITATS ORBITALES Las estaciones espaciales están compuestas por uno o varios módulos, los cuales son capsulas presurizadas estructuralmente rígidas y con la menor posible cantidad de masa. Actualmente estas cápsulas se prefabrican en la Terra puesto que aún no se dispone de tecnología que permita fabricarlas en el espacio. Los módulos deben ser diseñados de acuerdo a los siguientes criterios: •. •. •. Disposición: Hay diferentes disposiciones posibles (Unitaria, lineal, radial…). Cada una tiene ventajas y limitaciones que deben sen consideradas en el contexto general de los objetivos de la misión. Las estaciones pueden estar formadas por un único volumen habitable o por la unión de varios elementos. Límites en el volumen y la masa del hábitat: están impuestos por el sistema de lanzamiento existente, los sistemas de reentrada a la Tierra y los sistemas de transferencia orbital3. La capacidad de carga del cohete que transporta los módulos es limitada, tanto en dimensiones como en peso, por lo que se debe hacer un balance entre lo que se desea poner en órbita y los recursos de los que se dispone. El aumento de la carga a transportar implicará un aumento de los sistemas del cohete (propulsión, combustible…) Hasta la fecha no existen estaciones espaciales con módulos de diámetros mayores de 6,6 metros, aunque actualmente se están desarrollando cohetes con capacidades mayores. Distribución: influirá en el volumen habitable y en el volumen que ocuparán las instalaciones interiores, y la forma en que los usuarios la usen. Del mismo modo, influirá en el lugar que ocupen las salidas de emergencias, los puntos de observación del exterior y las esclusas para conexiones externas o actividades extra vehiculares4. En general, las escotillas suelen estar situadas en los extremos de la estación, donde el acople de una nave visitante no interfiera ni choque con el resto de elementos existentes. Igualmente, se posicionan en los ejes de mayor inercia de la nave para evitar giros o variaciones en la altitud. Las escotillas de actividades extra vehiculares,. HÄUPLIK-MEUSBURGER, Sandra and BANNOVA, Olga. Space architecture education for engineers and architects: Designing and planning beyond earth 4 Ibíd. 3. 9.

(15) •. •. •. •. •. •. utilizadas por los astronautas, apenas interfieren volumétricamente con otros elementos. Crecimiento: Cuando se forma una estación compuesta por módulos hay que tener en cuenta la evolución que va a tener al agregársele los nuevos módulos. Limitaciones estructurales: El concepto de puntos de concentraciones de esfuerzos condiciona la forma externa e interna de las naves y cohetes, así: “Cuando un elemento estructural contiene una discontinuidad, como un agujero o un cambio repentino en su sección transversal, pueden ocurrir grandes esfuerzos localizados cerca de la discontinuidad” 5. En los módulos que se encuentran en el espacio, hay una gran diferencia de presión entre el interior y el vacío del exterior, por lo que el módulo está constantemente sometido a esfuerzos. Si los módulos fuesen cúbicos o prismáticos, sus aristas y vértices serían puntos de concentración de esfuerzos que estarían sometidos a mucha más tensión que el resto del módulo, requiriendo refuerzos estructurales adicionales que añadirían peso. De ahí que la mayoría de los vehículos que deben soportar grandes presiones presenten formas curvas en todos sus componentes (por ejemplo, no existen ventanas cuadradas en los aviones, ya que también se encuentran presurizados respecto al exterior). Es por esto por lo que las naves se diseñan con formas circulares y encuentros redondeados evitado todo lo posible las aristas y los vértices. Elementos de Servicio: Además de los módulos habitacionales hay que contar con otros elementos de servicio a la nave que pueden condicionar el diseño de la cosmotectura. Son las placas solares, radiadores y otros elementos de servicio que no son habitables. Estos elementos suelen situarse sobre estructuras de grandes dimensiones, por lo que deben considerarse en el diseño general de los módulos habitacionales, puesto que impiden el crecimiento de la estación hacia la dirección en la que están colocados. Órbita: La configuración general, la orientación y la altura de la órbita influyen en las opciones de diseño. La localización de las ventanas deberá adaptarse para conseguir las vistas deseadas. Se debe buscar sol para proveer energía a los sistemas y las operaciones, colocar los radiadores en un lugar que permita expulsar el calor y permitir que la estación sea estable en la órbita impidiendo pares de fuerza externos6. Seguridad: La seguridad es un factor indispensable. La duplicidad de los elementos contribuye a un incremento de la protección de los astronautas. Características de la misión: nos referimos a los objetivos a los que se quiere llegar con la misión, la duración de la misión, el número de tripulación que se utiliza, el almacenaje necesario etc.. BEER, Ferdinand P., JOHNSTON, E. R. and DEWOLF, John T. Mecánica de materiales (5a. ed.) HÄUPLIK-MEUSBURGER and BANNOVA. Space architecture education for engineers and architects: Designing and planning beyond earth 5 6. 10.

(16) 1.3.2. FACTORES MEDIOAMBIENTALES DEL ESPACIO Como arquitectos, cuando pensamos sobre la construcción de cualquier edificio en la Tierra hay muchos aspectos de diseño que asumimos inmediatamente, como, por ejemplo, las consecuencias de la orientación en el edificio, la relación entre el diseño constructivo y arquitectónico con l clima, la gravedad y el peso, entre otros aspectos. Pero no todas estas presunciones se pueden aplicar directamente cuando diseñamos en el espacio exterior. Los hábitats extraterrestres están considerados como entornos extremos caracterizados como “ambientes que poseen tecnología extraordinaria, social y componentes físicos que requieren una adaptación humana significativa para una ejecución e interacción exitosa”7. Esto significa que nuestros diseños deben concebir la viabilidad de la vida humana en el inhóspito ambiente exterior a la Tierra. Así que, ¿cuáles son las limitaciones ambientales que tenemos que afrontar cuando diseñamos cosmoarquitecturas? Los siguientes apartados resumen los problemas fundamentales a los que podemos enfrentarnos y sus principales implicaciones arquitectónicas.. Figura 6. Los peligros del espacio. Fuente: Revista Collier.. HÄUPLIK-MEUSBURGER, Sandra and BANNOVA, Olga. Space architecture education for engineers and architects: Designing and planning beyond earth 7. 11.

(17) MICROGRAVEDAD La gravedad es la fuerza que atrae los objetos hacia la Tierra, pero no es exclusiva de ella. Entre cualesquiera objetos con masa no nula, existe una fuerza de atracción gravitatoria. Sin embargo, para que esta fuerza sea apreciable a simple vista, es necesario que al menos uno de los objetos tenga una masa de orden “planetario”. La magnitud de la fuerza gravitatoria que sufre cada objeto depende de su masa, pero la aceleración provocada por la fuerza de la gravedad es la misma para cualquier objeto sea cual sea su masa. Es por ello que para caracterizar el campo gravitatorio se suele hablar de aceleración en lugar de fuerza. En la Tierra la aceleración es de 9.8 m/s 2 (1g) pero en la Luna o en Marte, que tienen masas inferiores a la terrestre, la aceleración es inferior, siendo 1.64m/s2 (0.2g) en el caso de la luna y 3.26 m/s2 (0.33g) en el caso de Marte. En la superficie de un planeta, la gravedad provoca que los objetos caigan, y permite hablar de un “arriba” y “abajo”, que son iguales para todo el mundo. Cuando una nave está orbitando alrededor de la Tierra, esta se encuentra en continua caída libre, lo que lleva a los astronautas a experimentar la sensación de ingravidez. Esta situación es denominada como microgravedad o 0g. En microgravedad todos los objetos flotan y permanecen en el estado de movimiento en el que se encuentran, lo que significa que si aplicamos una fuerza sobre un objeto se desplazará ininterrumpidamente hasta que intercepte a otro elemento o se sujete. Esto permite a las personas “volar” y a los objetos “levitar”. Esta es la diferencia más importante entre la cosmotectura orbital y la arquitectura terrestre, puesto que la ausencia de gravedad hace innecesaria la habitual necesidad física de orientarse arriba y abajo y el típico método de distribución en superficie del espacio8. El espacio de uso en un entorno de microgravedad será medido en metros cúbicos en vez de en metros cuadrados. Primará el volumen en lugar de superficie. De igual modo, un astronauta en estas condiciones no será capaz de conservar su posición estática y necesitará sujeciones que impidan su movimiento cada vez que éste haga una fuerza sobre un elemento. Por otro lado, el comportamiento de la materia en microgravedad también supone unos inconvenientes para el diseño y la habitabilidad en estos entornos. En los fluidos la tensión superficial domina su comportamiento, por lo que tienden a adoptar formas esféricas. La suciedad flota libremente y es difícil de controlar si está en el interior de la nave o si se encuentra fuera y orbita aislada9. Por espectacular que parezca, la ingravidez tiene consecuencias potencialmente negativas en el cuerpo humano. Produce una pérdida considerable de calcio, reduce el tono muscular y la fuerza, redistribuye los fluidos y reduce también el tamaño del corazón, entre otros efectos negativos. El impacto de los efectos fisiológicos se puede reducir con ejercicio intensivo, pero no es suficiente para detener el deterioro del cuerpo a largo plazo. Por esto, las instalaciones para los viajes espaciales deben tener lugares para ejercitarse. Estos efectos hacen que las misiones a largo plazo (más de un año) sean actualmente imposibles de realizar debido a que imposibilitan el adecuad funcionamiento del cuerpo humano. KENNEDY, Kriss. The vernacular of space architecture SHERWOOD, Brent. Design constraints for orbital architecture. p. 22-30. 8 9. 12.

(18) ATMÓSFERA La atmósfera única que posee la Tierra hace que la vida en ella sea posible. Fuera de la Tierra la variabilidad de atmósferas depende del emplazamiento de la nave. Actualmente, los satélites y las estaciones espaciales se encuentran en órbitas bajas de la Tierra (LEO) que es una órbita entre los 200-2000 kilómetros sobre la superficie de la Tierra en la que no existe ya suficiente rozamiento con la atmósfera como para que las naves decaigan y además no sufre la radiación provocada por el cinturón de Van Allen situado por encima de esta órbita. En una órbita baja de la Tierra, la presencia de oxígeno monoatómico, que es altamente reactivo, provoca que se deba tener especial cuidado en los acabados de la nave. La Luna no dispone de atmósfera, y la de Marte es muy tenue por lo que el vacío predomina en el espacio exterior. La inexistencia de materia provoca problemas de calefacción, refrigeración y sonoridad. El calor solo puede ser expulsado por radiación puesto que no existe materia que permita su disipación por convección o conducción. El sonido se propaga y reverbera por toda la nave hasta que se atenúa por el interior del volumen y por la estructura, debido a que las ondas sonoras no pueden disiparse en el vacío. Este hecho provoca malestar entre los astronautas a que la nave nunca está en silencio. Por tanto, son necesarios hábitats presurizados con atmósferas aptas para las personas. La existencia de esta presión en volúmenes grandes no supone problema alguno, solo ha de cuidarse que el aire fluya por todos los rincones de la nave para que no haya lugares sin oxígeno. En los trajes espaciales, por el contrario, como el volumen presurizado es pequeño, los movimientos son difíciles de realizar y provocan cansancio puesto que requieren la compresión de los gases alojados que apenas tienen sitio para desplazarse.. RADIACIÓN Y TEMPERATURAS EXTREMAS La radiación solar peligrosa para la vida no es capaz de alcanzar la superficie terrestre debido a la protección que nos brinda el campo magnético y nuestra atmósfera. Por esto, todo lo que se encuentra fuera de la influencia de ambos escudos es alcanzado por todos los tipos de radiaciones solares, sin ningún tipo de filtro. Esto incluye a la radiación ionizante, como por ejemplo las ondas ultravioletas, las cuales son muy dañinas y afectan a los materiales con los que se construyen los satélites y, especialmente, a los humanos. Este tipo de radiación ciega las retinas, quema los tejidos y las células, y daña el ADN10. A pesar de esto, la luz solar es introducida al interior de las naves, pero son necesarios filtros ultravioletas para las ventanas. Los materiales, sensores u otros elementos que están en el exterior también usan filtros ultravioletas para evitar su pronta degradación. Por otro lado, esta falta de atmósfera también repercute en las temperaturas que alcanzan los objetos. La temperatura puede variar cientos de grados dependiendo de si éstos están enfrentados al sol, a la Tierra, a los dos o se encuentran en las profundidades del espacio. Incluso existe un diferencial de temperaturas muy elevado entre la cara que recibe la luz directa del sol y la que se encuentra a la sombra. Los diseños de sistemas espaciales deben afrontar estas dificultades y solventar los excesos o defectos de calor, especialmente cuando se trata de cosmotectura habitada, en el que, además, los requisitos de un entorno presurizado y bien climatizado son esenciales.. 10. SHERWOOD, Brent. Design constraints for orbital architecture. p. 22-30. 13.

(19) Figura 7. Exterior de la Cúpula de la Estación Espacial Internacional con los escudos antipartículas abiertos. Fuente: NASA. RESIDUOS En las órbitas bajas de la tierra se encuentra una enorme cantidad de residuos espaciales artificiales como objetos perdidos, partículas de pintura y naves inhabilitadas, que son potencialmente dañinos si colisionan con las naves espaciales que se encuentran allí. Los micro meteoritos presentan un problema similar puesto que estas diminutas piezas de roca o residuos pueden ser muy puntiagudos y alcanzar grandes velocidades que pueden destrozar el ambiente presurizado o el instrumental. Tanto en las órbitas bajas de la tierra, como en el espacio y en las superficies de la Luna o Marte donde la atmósfera es inexistente o más débil que la de la Tierra, siempre existe el peligro de colisionar con micro meteoritos.. PROBLEMAS ESPECÍFICOS DE CADA ENTORNO Cada entorno indicado aquí (el espacio exterior, las órbitas bajas de la Tierra, la Luna, Marte) tiene sus propias características y sus problemas específicos que deben ser estudiados. Los peligros pueden incluir amenazas biológicas de naturaleza desconocida como la composición del suelo o el polvo, y sus cualidades físicas como la electrostática, la abrasión, o la cohesión11; y también la gravedad que poseen los cuerpos planetarios y la composición de su atmósfera, entre otros aspectos. En la Luna, por ejemplo, el terreno, llamado regolito, está compuesto por partículas finísimas abrasivas de menos de 70 micrómetros que se pegan a los objetos que lo tocan, por lo que los mecanismos se dañan si no se tiene la precaución debida. Además, el ciclo de rotación lunar es de 29,53 días terrestres, lo que significa que un posible asentamiento debería enfrentarse a la problemática de permanecer 15 días de luz continua y 15 días de oscuridad y HÄUPLIK-MEUSBURGER and BANNOVA. Space architecture education for engineers and architects: Designing and planning beyond earth. 11. 14.

(20) la gran diferencia de temperaturas (+111ºC y -171ºC12) continuada en el tiempo asociada a dicha rotación. En Marte hay que tener en cuenta su tenue atmósfera mayoritariamente formada por CO 2, su presión atmosférica variable según la región, la elevación y las estaciones. Las tormentas de polvo locales, y en ocasiones, las tormentas duraderas globales son ineludibles. También hay que concebir la posibilidad de que exista algún tipo de vida en microclimas protegidos, por lo que sería necesario que todas las operaciones humanas se realizaran de la forma más estéril posible.. 1.3.3. HABITABILIDAD Y FACTORES HUMANOS La habitabilidad y los factores humanos son determinantes para el diseño de cualquier edificio habitado. Más aún en el caso de ambientes aislados y extremos en donde se depende únicamente de los sistemas mecánicos y químicos de soporte vital preparados para ello. Precisamente porque se determina de cierta manera la relación entre el sistema construido y sus habitantes, las acciones son limitadas, y con la capacidad restringida de salir al exterior sumado al reducido espacio disponible, estos elementos se presentan como uno de los factores determinantes en el comportamiento humano. Diseñar cuidadosamente estos lugares hará posible una estancia llevadera en dichos entornos. En la actualidad, el término habitabilidad se considera una cualidad que poseen las viviendas o espacios cuyas características están definidas en un conjunto de normas que determinan “los requisitos indispensables que debe reunir una vivienda para garantizar que es hábil para el alojamiento, es decir, que es apta como morada humana porque dispone de las condiciones socialmente aceptables para ser habitada”13. Sin embargo, la habitabilidad en el panorama extraterrestre está fuera de cualquier jurisdicción. En estos casos se debe confiar en la buena fe del equipo a cargo de diseñar las cosmotecturas para que diseñen un entorno verdaderamente habitable. La consideración de los factores humanos y la habitabilidad en las cosmotecturas orbitales fue introducida en la década de 1970 cuando se creó la estación espacial Skylab en la que se esperaba que una tripulación la habitase durante un periodo de tiempo prolongado14. De este modo, se considera el término habitabilidad como “un término general para describir la idoneidad de un hábitat construido para sus habitantes en un medio específico y en un periodo de tiempo determinado”15. Así, podemos entender este término como la medida de lo bien que una cosmotectura asiste a la salud, la seguridad y el bienestar de los humanos para permitir el éxito de una misión16. Estas consideraciones se vuelven fundamentales en misiones de larga duración, que es el caso de las cosmotecturas orbitales estudiadas en este trabajo.. HÄUPLIK-MEUSBURGER, Sandra and BANNOVA, Olga. Space architecture education for engineers and architects: Designing and planning beyond earth 13 CASALS-TRES, M., ARCAS-ABELLA, J. and PAGÈS-RAMON, A. Habitabilidad, un concepto en crisis. sobre su redefinición orientada hacia la sostenibilidad. p. 21-32 14 HARRISON, Albert A. Humanizing outer space: Architecture, habitability, and behavioral health. p. 890-896 15 HÄUPLIK-MEUSBURGER, Sandra. Architecture for astronauts - an activity based approach 16 Ibíd 12. 15.

(21) 1.3.3.1. DISEÑO ANTROPOMÉTRICO Como ya hemos visto, la ausencia de gravedad es uno de los factores limitantes más importantes cuando diseñamos en el exterior de la Tierra. Pero ¿cómo afecta la ingravidez o la gravedad parcial al diseño arquitectónico? La NASA, en su Human Integration Design Handbook (HIDH) nos explica que “La utilización [de una nave] está afectada tanto por la movilidad singular como por las necesidades de orientación de cada entorno gravitacional, y las diferentes tareas que se deben llevar a cabo en cada fase de la misión. Por lo tanto, cada entorno gravitacional que la nave espacial experimente y sus limitaciones únicas y libertades que cada cual tenga deben sen consideradas en el diseño.” Así, se debe tener en cuenta la variación gravitacional que sufren las naves a lo largo de su vida útil. El egreso e ingreso a la Tierra hace que los astronautas estén sometidos a fuerzas superiores a 1g. mientras que, en fase orbital, a microgravedad.. Figura 8. Postura neutral del cuerpo en microgravedad. Fuente: NASA. Human integration design handbook. ESPACIO INTERNO Y FORMA En ámbitos en los que la gravedad es diferente a los de la Tierra cabe preguntarse cuál es el mínimo espacio necesario para que los individuos vean respaldadas sus necesidades físicas y psicológicas. La duración de la misión, el número de miembros del equipo, las tareas a realizar, el volumen del equipamiento y el ámbito gravitacional son factores que influyen considerablemente en las necesidades volumétricas de las cosmonaves. Algunas referencias muestran que “un adecuado espacio en el que vivir es importante, por lo que la falta de espacio puede llevar a desarrollar problemas físicos y psicológicos”17 Se describe a continuación la relación entre el volumen y algunas de estos factores.. 17. BLUTH, B. J. and HELPPIE, Martha. Soviet space stations as analogs, second edition. 16.

(22) Para los entornos de microgravedad, la NASA realizó un estudio antropométrico18 en el que se detalla la posición que adopta el cuerpo humano. Esta postura se denomina posición neutral del cuerpo y se describe como una posición del cuerpo relajada y reclinada en donde las articulaciones se alinean naturalmente. La variación en la postura corporal requiere el conocimiento de las dimensiones antropométricas y los movimientos que se realizan en cada tarea para determinar el volumen que se necesitará. Del mismo modo, en este estudio se incluyen las posturas y el volumen que adopta el cuerpo humano en tareas básicas como “control de sistemas, preparación de la comida, alimentación, descanso, higiene y gestión de residuos, mantenimiento y actividad extra vehicular”19 de forma que se puedan estimar los volúmenes mínimos necesarios. Además, se poseen los antecedentes de otras naves y estaciones espaciales que nos informan del volumen utilizado en relación con otros aspectos de la misión, como la duración o las actividades realizadas.. Figura 9. Gráfico que muestra el incremento del volumen presurizado necesario cuando aumenta la duración de la misión. Fuente: NASA.. En entornos de gravedad parcial como puede ser en la Luna o en Marte, se reconoce fácilmente el concepto de suelo, pero no está claro cuál debe ser la altura del techo ya que los desplazamientos de las personas son distintos a los que se pueden realizar en la Tierra. En los videos de las misiones Apolo de la NASA donde se muestran los movimientos de los astronautas en la superficie de la Luna se puede observar que dichos movimientos son más lentos y torpes, con un cierto bucle, que recuerda a los saltos de una persona en una cama elástica, por lo que se puede pensar que una altura convencional en la Tierra puede llegar a no ser adecuada en la Luna. Por otro lado, el uso de los trajes espaciales dificulta en gran medida el movimiento, por lo que puede no ser extrapolable dicha presunción para espacios presurizados en la superficie lunar. Es más, un techo bajo con asas en las que agarrarse con las manos podría ayudar a la movilidad, al igual que ayuda actualmente en las naves orbitales. 18 19. NASA. Man-systems integration standards Ibíd.. 17.

(23) Figura 10. Estudio antropométrico del volumen del cuerpo en microgravedad. Fuente: NASA.. Posturas y volumen. Funciones aplicables. Comer, dormir, lavarse las manos. Afeitado, aseo, higiene bucal. Salidas, Traslaciones, pasajes. Dimensiones (m). H 2.06 L 1.06 W 1.23. H 2.16 L 0.88 W 1.23. H 0.70 L 2.96 W 1.23. Volumen (m3). 2.69. 2.34. 2.55. En cuanto a la forma interna, si disponemos de varios módulos hay que estudiar la organización que se realiza entre ellos para definir las circulaciones, la zonificación y los puntos de entradas y salidas. Los módulos pueden estar colocados de forma lineal, radial o reticular, esta ha sido la forma en la que se ha realizado hasta ahora en las estaciones espaciales creadas, como se verá más adelante. En cuanto a la zonificación, el HIDH recomienda que se separen áreas funcionales según características de alto nivel como “áreas de trabajo (ciencias biológicas, ejercicio, puestos de trabajo…), zonas privadas (habitaciones, higiene personal, comunicaciones privadas…), áreas sociales (comedor, cocina, telecomunicaciones, (…) entretenimiento), zonas sucias (…), zonas limpias (…), zonas silenciosas (…) y zonas ruidosas (…)”. Como algunas de estas estancias se solapan en la clasificación dada, se recomienda distribuirlas “sobre la base de un flujo de tráfico óptimo y las necesidades de agrupación y separación”. Al mismo tiempo se recomienda la creación de espacios multiusos o reconfigurables.. 18.

(24) AYUDAS AL MOVIMIENTO Y SUJECIONES Del mismo modo en que estudiaríamos los recorridos en un edificio en la Tierra, en el espacio debemos considerar también cuales son los recorridos que debe hacer una persona atendiendo a la antropometría específica en entornos de microgravedad. Así, hay que considerar los desplazamientos atendiendo al tipo de espacio, la distancia, si hay que mover paquetes o equipamiento, la orientación del cuerpo y los movimientos que se pueden realizar en este espacio y la gravedad. Los miembros de la tripulación utilizan las ayudas al movimiento que disponen de forma distinta conforme avanza la misión. Así, en primer lugar, las usan como elementos que les ayudan a orientar su cuerpo, la velocidad de sus movimientos y su estabilidad; y cuando se han acostumbrado el movimiento es realizado con mínimos esfuerzos por lo que solo las emplean para cambiar de dirección, impulsarse o mantenerse en una posición. Los movimientos acrobáticos se realizan con facilidad, por lo que debe considerarse el uso de superficies que puedan absorber los impactos20. En un entorno de ingravidez son necesarios distintos tipos de sujeciones para estabilizar el cuerpo o mantenerlo en una postura determinada. Se usan asas, mangos, arneses, sujeciones para distintas partes del cuerpo, entre otros en las zonas “donde es crítico que alguien deba permanecer estable para desarrollar una labor determinada”21 o “donde las tareas causen al cuerpo moverse reaccionando a fuerzas aplicadas”22. Las sujeciones para los pies pueden llegar a ser insuficientes si la tarea a realizar emplea un tiempo superior a una hora, por lo que las sujeciones deben de ser diseñadas para ser estables durante todo el uso. También se utilizan para evitar que los objetos se vayan a la deriva, por ejemplo, utilizando arneses y cintas a la hora de ir a dormir, velcro para sujetar ordenadores o tarros de comida a las superficies, y adhesivos. Por supuesto, todos los elementos móviles deben llevar asas u otros elementos que permitan cogerlos y transportarlos. Las retenciones se usan principalmente en entornos de 0g, pero también se utilizan cuando hay condiciones transitorias con mayor gravedad como en el despegue, la entrada a la Tierra o en otros entornos gravitatorios. Cuando no existen ayudas al movimiento y a la sujeción del cuerpo apropiadas, cualquier cosa fijada sirve como tal. Esto implica que los objetos que no están destinados a dicho fin pueden llegar a sufrir daños que comprometan a la durabilidad de los componentes de la nave. Por ejemplo, en la Estación Espacial Internacional (ISS) se produjo una fuga de aire debido a que no existía un asa en la zona en donde los astronautas se apoyaban para contemplar la Tierra. La variación en la posición del cuerpo en microgravedad hace que se deba modificar el diseño de la posición visual y de alcance de los elementos de la nave. Según el experimento de habitabilidad M487 del Skylab, “Midiendo desde los pies, en el espacio, la altura a la que queda la vista es aproximadamente 0.3 metros más alta con respecto a la altura de la mirada cuando se está sentado en la Tierra; y se puede tocar aproximadamente 0.4 metros más allá que en la misma posición sentado (en la Tierra)” por lo que las retenciones tendrán que estar adecuadas para estas consideraciones. Para una mesa en la que se escribe recomiendan entre 0.9 y 0.95 metros de altura sobre las retenciones de los pies23. El empleo de sillas se considera inútil puesto que obliga a mantener una postura corporal incómoda.. NASA. Human integration design handbook Ibíd. 22 Ibíd. 23 JOHNSON, C. C. Skylab experiment M487 - habitability/crew quarters 20 21. 19.

(25) Figura 11. Retenciones utilizadas en la cinta de correr de la ISS. Fuente: NASA. Figura 12. Espacio de almacenamiento de la estación Skylab. El uso del velcro ayuda a mantener los objetos estáticos. Fuente: NASA. Figura 13. Sujeciones de la Lanzadera Espacial para dormir. Fuente: NASA.. 20.

(26) AYUDA A LA LOCALIZACIÓN Y A LA ORIENTACIÓN En un entorno de gravedad parcial, la orientación será similar a la de la Tierra debido a que la gravedad define una posición estándar en donde los pies están en el suelo y la cabeza sobre ellos por lo que se diferencia claramente lo que es suelo de lo que es techo. La ausencia de gravedad permite cualquier orientación en el espacio, por lo que los astronautas pierden la referencia de lo que es suelo y lo que es techo, izquierda o derecha. Para facilitar la tarea de orientarse, los rusos utilizaron un sistema de reconocimiento de planos basado en colores que ayudase a los astronautas a localizarse en la nave. En la estación espacial Skylab se demostró que las personas trabajan de manera más eficaz si se dispone un sistema de referencia suelo-techo en lugar de uno en el que no se reconozcan estos dos planos, ya que permite reconocer la posición del entorno fácilmente. De este modo se deben crear unos diseños que permitan tener una orientación visual de referencia que permita a los astronautas localizar rápidamente dónde se sitúan, pudiendo ser distinta esta referencia local a la del resto de los elementos 24 . Ejemplos de características que pueden ayudar a crear planos pueden ser: la introducción de suelos, techos y paredes ya sea por medio de la envolvente de la propia nave o por medio de puestos de trabajo, almacenamiento, escotillas, ventanas, conductos, luces, muebles, acabados, colores y rótulos25. Los humanos estamos acostumbrados a vivir en la Tierra, por lo que se espera que ocurra lo mismo en el espacio, y cuando se produce un cambio en la posición del cuerpo, la distinta perspectiva puede hacer que se considere una habitación conocida como desconocida, lo que puede trastornar al usuario. El uso de los colores como método de orientación se comenzó a utilizar en los programas Skylab y Salyut. Los códigos de colores pueden resultar muy útiles para permitir distinguir elementos de seguridad en una maraña de objetos, como es el caso de los pasamanos y asas de la ISS, coloreadas de azul para permitir que la tripulación pueda reconocer estos elementos y moverse con facilidad en caso de emergencias. Del mismo modo, los colores y la iluminación pueden ser utilizadas para crear una sensación de amplitud mayor y promover una menor sensación de aislamiento. Las ventanas también son necesarias para evitar esta sensación de confinamiento y para mejorar el esparcimiento de la tripulación ya que dedican la mayor parte de su tiempo libre a observar las vistas a la Tierra. Figura 14. Interior de la estación Mir por Galina Balashova. Se aprecian los distintos colores que se usan para facilitar la orientación. Fuente: cosas de arquitectos.. 24 25. Figura 15. Dos espacios de iguales dimensiones con distintas posiciones de elementos dificultan o facilitan la orientación de los astronautas. Fuente: NASA.. NASA. Man-systems integration standards NASA. Human integration design handbook.. 21.

(27) 22.

(28) 1.3.3.2. ACTIVIDADES HUMANAS La manera en la que la microgravedad afecta a las tareas cotidianas supone una condición más que debe ser atendida cuando se aborda el diseño de una cosmotectura. Estas tareas cotidianas se engloban en lo que se consideran “necesidades funcionales básicas”, y son: la alimentación, el descanso, la higiene, el trabajo y el ocio. Estos serán los puntos de conformen este apartado. Al igual que en la Tierra, el lugar donde se establezca que deben desarrollarse estas actividades conformará un mejor o peor entorno para sus habitantes. Debido a la limitación de espacio es necesario maximizar las actividades que pueden realizarse en cada estancia. Sin embargo, es necesario que exista compatibilidad entre estas tareas para evitar mezclas indeseadas. Esto debería incluir la separación de las zonas ruidosas de las silenciosas, la de las zonas de reunión y las zonas privadas, y por último la de las zonas limpias de las de desechos. Así, el espacio de comer y estar, es decir de reunión, es un lugar ruidoso que albergará muchas personas por lo que debe ser uno de los mayores espacios de la nave para que sea posible que todos los astronautas puedan comer, reunirse y tener un espacio para relajarse con otros compañeros. Las zonas de trabajo y ejercicio también son zonas ruidosas, aunque con menos afluencia de personas. Todas estas deben situarse lejos de los camarotes de la tripulación puesto que son lugares en donde el silencio es fundamental para descansar y relajarse. Las zonas de almacenamiento, al ser sitios visitados puntualmente también son silenciosas por lo que podrían situarse cerca de los camarotes, además la necesidad de almacenaje también existe en las zonas de trabajo, comedor e higiene, por lo que su proximidad o inclusión dentro del mismo módulo sería beneficiosa. Se debe separar la zona de aseo y de ejercicio de las zonas de comer por motivos higiénicos. Los puntos de observación al exterior se encuentran en las zonas de trabajo y también forman módulos propios (en el caso de la ISS). Son lugares muy apreciados por la tripulación, por lo que es imprescindible su existencia. Son espacios que pueden llegar a reunir a varias personas y constituyen fuentes de ruido. Otros elementos que influyen en el diseño de la nave son las escotillas de acceso y salida. Éstas son lugares de ruidos de debieran ir asociadas a áreas de trabajo. Según lo descrito, un organigrama de las conexiones viables, posibles y a evitar entre los espacios descritos nos quedaría de la siguiente manera:. 23.

(29) Figura 16. Estancias según su uso, características y conexiones. Fuente propia. ALIMENTACIÓN Una buena nutrición es clave para mantener a los astronautas en un estado de salud óptimo para que puedan realizar sus actividades. Actualmente, la comida que se consume en el espacio viene de la Tierra, preparada de tal forma que aguante en estado óptimo sin que se estropee. El envasado de la comida ha ido mejorando desde los inicios de los viajes espaciales, donde se preparaban envases con tubos desde los que se tomaba la comida, hasta la actualidad, que ya se toman con cubiertos. Este cambio ha permitido conseguido proporcionar comida apetecible que los astronautas deseen tomar. Los alimentos se presentan congelados y deshidratados, algo hidratados, termo estabilizados, y esterilizados por radiación26. La comida deshidratada se reconstituye con agua, por lo que se debe equipar a la nave con dispensadores de agua caliente y fría. La NASA indica también que, para misiones mayores de tres días, la comida se debe poder consumir caliente para que sea más apetecible, por lo que deben existir elementos que permitan calentar los alimentos envasados27. La comida debe ser fácil de preparar, por lo que se ofrecen platos cocinados en su totalidad, o alimentos que puedan ser combinados fácilmente con otros, como aperitivos, snacks, burritos, etc. También son proporcionadas salsas y condimentos que se presentan en estado líquido para evitar que se dispersen por la nave y que permiten adecuar el sabor de los alimentos debido a que el gusto parece cambiar en gravedad cero 28. Es necesario un espacio (sala de estar) que disponga de todos estos elementos para preparar y guardar la comida y que además permita albergar a toda la tripulación a la vez para que puedan comer juntos. Comer juntos es una actividad social muy importante que promueve la NASA. Human integration design handbook Ibíd. 28 CONNORS, Mary M., HARRISON, A. A. and AKINS, F. R. Living aloft: Human requirements for extended spaceflight 26 27. 24.

(30) unidad de la tripulación y facilitar la conversación y la relajación 29. La sala de estar también debe proporcionar una superficie con elementos de sujeción para los alimentos que evite que floten por la nave y para los astronautas La basura generada debe ser reciclada o tirada, por lo que debe tenerse en cuenta dónde se localizan los espacios de almacenaje y gestión de residuos para que no supongan puntos de contaminaciones y olores con la comida. Por último, la presencia de plantas mejora la habitabilidad de la nave puesto que supone otro elemento de estimulación visual y entretenimiento para los astronautas, además de una fuente ocasional de alimentos30, aunque esta producción aun no permite el autoabastecimiento de las naves.. Figura 17. Astronautas en la ISS con comida fresca. Fuente: NASA.. 29 30. NASA. Human integration design handbook HÄUPLIK-MEUSBURGER. Architecture for astronauts - an activity based approach. 25.

(31) DESCANSO Dormir es importante para mantener el confort, la concentración y la consciencia de la tripulación durante las horas que permanecen despiertos. El insomnio durante largos periodos de tiempo puede tener efectos negativos en el humor y el rendimiento. Algunos factores que afectan al sueño en las naves son: la falta de confort por la ausencia de gravedad porque impide que los astronautas se sientan apoyados sobre una superficie, los cambios de turnos de descanso para adaptarse a los horarios de las tareas y la misión y condiciones ambientales como el ruido, la ventilación, la temperatura y la luz. La nave debe proveer un volumen adecuado con una superficie para descansar y condiciones ambientales óptimas que permitan conciliar el sueño. En microgravedad, se deben incluir superficies que permitan a la tripulación sujetarse para mantener la posición mientras duermen. Los métodos de sujeción han evolucionado a lo largo de la historia de las misiones espaciales desde simples correas que sujetaban parte de su cuerpo hasta sacos de dormir que permiten apoyar la cabeza. El ruido es uno de los problemas más molestos, por ello se deben localizar las zonas de descanso lejos de focos de ruido. El diseño de los camarotes variará en función de la duración de la misión, el lugar y el espacio disponible, pero en el caso de las estaciones espaciales que se habitan durante más de 30 días, los camarotes deben tener compartimentos separados para cada uno de los astronautas. De este modo constituirán espacios privados para cada uno de los astronautas que los ayudarán a evitar tensiones en el grupo, les levantará la moral y disminuirá el estrés 31 . Los camarotes serán sus espacios personales por lo que deben tener espacio para guardar sus pertenencias, incorporar elementos que les permitan personalizarlos, sentirse seguros, confortables y relajados. Por tanto, la presencia de camarotes individuales es de vital importancia para mantener la salud psicológica de la tripulación en buenas condiciones.. 31. Figura 18. Recomendaciones sobre el espacio de los camarotes de la NASA. Fuente: NASA. NASA. Human integration design handbook. 26.

(32) Figura 19. Retención para dormir de la ESA. Fuente: ESA.. HIGIENE En este apartado exponemos las consideraciones a tener en cuenta para la creación de los espacios de higiene personal y de gestión de residuos corporales. Para la limpieza del cuerpo el uso de agua y jabón es suficiente, pero la ausencia de gravedad hace que el agua flote, lo cual dificulta la tarea de la limpieza. Para asearse utilizando agua, los astronautas deben humectar toallas y con ellas lavarse, o bien utilizar otros métodos como toallitas o geles desinfectantes, pero el empleo de toallas es el preferido en caso de estancias de largo plazo. Sin embargo, con este método no es posible limpiar todo el cuerpo, por lo que la existencia de duchas que permitan lavar el cuerpo entero en misiones de larga duración es necesaria para asegurar la correcta limpieza del cuerpo. Debe proveerse un kit de higiene personal para cada miembro además de un espacio para poder utilizarlo. Los espacios para el lavado parcial o total del cuerpo deben asegurar la privacidad, el uso eficiente, y la correcta limpieza del propio espacio. Un diseño que alargue el tiempo y el esfuerzo de uso de estas instalaciones excesivamente provocará que no sea utilizado por los astronautas, disminuyendo su nivel de higiene. Además, estas estancias deben localizarse cerca de los camarotes, lejos de la sala de estar y comedor, deben disponer almacenaje y deben ser unisex. Por otro lado, la contaminación y existencia de suciedad y olores tiende a agravarse en entornos confinados como las naves espaciales. Por este motivo la adecuada eliminación y contención de los residuos son consideraciones críticas del diseño. La microgravedad obliga a que exista un flujo de aire que ayude a retirar la orina y las heces del cuerpo. Igualmente son necesarias sujeciones y asas que permitan a los astronautas mantener su posición mientras utilizan estas estancias. Como en el caso de los espacios de higiene personal, estos espacios deben ser privados, poder utilizarse fácilmente, poder ser correctamente mantenidos, facilitar el mantener los olores minimizados, tener espacio de almacenaje para suministros y localizarse 27.

(33) en zonas que disminuyan la posibilidad de contaminación de los alimentos. Es aconsejable que tanto los espacios de higiene como los de gestión se encuentren juntos para minimizar el riesgo de humedades y bacterias en la nave.. Figura 20. Astronauta usando la ducha de la estación Skylab. Fuente: NASA. Figura 21. Recomendaciones de la NASA para una dicha en gravedad cero. Fuente: NASA. 28.

(34) TRABAJO El trabajo es la principal actividad y objetivo en los hábitats extraterrestres, por lo que los interiores deben estar diseñados eficientemente. Una buena distribución del equipamiento, el hardware, las superficies de trabajo, el almacenamiento y las sujeciones harán que las tareas del astronauta se simplifiquen considerablemente. Que el diseño sea funcional es tan importante como en la Tierra. De este modo, la definición de un espacio con referencias suelo-techo facilita enormemente las tareas a realizar. Igualmente, un correcto control de la iluminación, así como la introducción de luz solar en la nave ayudan al buen desarrollo de los deberes de la misión.. Figura 22. Astronauta en el módulo Kibo realizando experimentos. Fuente: NASA.. 29.

(35) OCIO La existencia de momentos de esparcimiento es una consideración importante para mantener la moral de los astronautas elevada durante las misiones espaciales, especialmente en el caso de misiones de larga duración. Debe haber cabida para actividades de ocio en las estaciones espaciales. Los miembros de la ISS han enfatizado lo importante que es disponer de tiempo y suministros para el ocio, tanto para toda la tripulación como para cada uno de ellos. Cuando se diseñe pensando en el ocio debe pensarse en la localización donde se desarrollarán estas actividades para que no interfieran con funciones críticas, el tamaño para que permita a toda la tripulación formar parte de la actividad y el almacenamiento que se necesitará para los juegos, libros etc. Deben seleccionarse las actividades que se van a realizar, y según la NASA, las favoritas de los astronautas son la observación de la Tierra y el espacio por las ventanas, comunicarse con familiares y amigos de la Tierra, escuchar música, ver películas, escribir y realizar acrobacias en microgravedad32. La introducción de espacios amplios y con ventanas será esencial para cumplir con esta exigencia. En la ISS incluso se ha introducido un módulo exclusivamente dedicado a la observación del exterior. Otra actividad que puede considerarse como ocio es el ejercicio. En principio es una actividad de obligado cumplimiento puesto que es necesaria para mantener a la tripulación en un nivel apropiado de forma física debido a que la ausencia de gravedad debilita el sistema musculoesquelético. Sin embargo, consideramos que además de una obligación, es una forma de entretenimiento puesto que permite a los astronautas desconectar de sus deberes diarios. En misiones a largo plazo, la existencia de equipamiento deportivo y un espacio que permita su utilización sin obstáculos es imprescindible ya que, al día, debe dedicarse una hora para ejercicio aeróbico y una hora y media para ejercicios de fuerza 33.. Figura 24. Astronautas en el compartimento superior del Skylab. Fuente: NASA.. Figura 23. Astronauta corriendo en la ISS. Fuente: NASA.. 32 33. NASA. Human integration design handbook Ibíd.. 30.

(36) 31.

(37) CASOS DE ESTUDIO DE HÁBITATS ESPACIALES. 32.

(38) 2. CASOS DE ESTUDIO DE HÁBITATS ESPACIALES En cualquier proyecto el conocimiento previo de los antecedentes existente es clave para el desarrollo de un nuevo diseño. El estudio de dichos antecedentes nos permitirá conocer el éxito o fracaso de los avances que se han adoptado en las diversas cosmotecturas. Se han elegido como antecedentes las estaciones espaciales Skylab, Mir e ISS porque representan ejemplos notables de cosmotecturas orbitales en la historia de la exploración espacial. Además, estas estaciones espaciales han sido habitadas durante periodos de tiempo prolongados, suficientes para que existan evaluaciones de diversos usuarios sobre la idoneidad de la cosmotectura, lo cual nos aporta datos que pueden dictarnos la dirección que podrían seguir las futuras cosmotecturas. De este modo se estudiarán los parámetros de habitabilidad y factores humanos explicados en el capítulo anterior en cada uno de los antecedentes de forma que entendamos la aproximación proyectual que se adoptó en cada uno de los aspectos.. 33.

(39) Figura 25. Línea del tiempo de los casos de estudio. Fuente propia.. 34.

(40) Figura 26. La estación espacial Skylab en órbita. Fuente: NASA. 35.

(41) 2.1. ESTACIÓN ESPACIAL SKYLAB La primera estación espacial orbital americana fue la denominada Skylab. La estación fue lanzada el 14 de mayo de 1973 sin tripulación para ser puesta en órbita por un cohete Saturn V. En el lanzamiento, la nave tuvo problemas técnicos que provocaron que los escudos antimeteoritos y algunos paneles solares se desprendieran, disminuyendo la durabilidad de la misión, inicialmente estimada en 10 años. Finalmente, la reentrada de la Skylab en la atmósfera se produjo en 1979, tras 6 años en órbita. En este tiempo se llevaron a cabo tres misiones tripuladas, todas realizadas entre 1973 y 1974, con una duración de 28, 59 y 84 días respectivamente. En estas misiones se realizaron casi 300 experimentos científicos en microgravedad, con el objetivo de aumentar el conocimiento científico de la Tierra, el Sol, las estrellas y el espacio, así como estudiar los efectos de la ingravidez en los organismos vivos. La estación espacial Skylab, como primera estación americana, pretendió crear y probar un ambiente en el que se pudiese trabajar y vivir por un periodo de tiempo largo sin necesidad de tener que ser reabastecida frecuentemente. Estos requerimientos llevaron al desarrollo de un sistema de soporte a la vida fiable que han conformado las bases de los sistemas de la Estación Espacial Internacional34. El diseño se concibió como una estación de un único módulo y se construyó reusando componentes y tecnología de los programas Apolo y Saturn V. El módulo orbital es el espacio principal de trabajo y vida, y se realizó convirtiendo el tanque de hidrógeno del Saturn V en un gran espacio de dos plantas, tan grande, que, con sus 14 m de longitud, este módulo ha sido el más grande construido jamás para una estación espacial35. El compartimento superior de este módulo orbital albergaba la zona de experimentos. En la planta inferior se encontraban las zonas personales de los astronautas junto con otro espacio de trabajo. Adyacentes a este taller orbital se encontraban el módulo de comando y servicio del Apolo acoplado al módulo orbital por medio del adaptador de atraque múltiple en un lado, y en el otro el compartimiento de deshechos. Se estudiará el diseño del módulo orbital debido a que es la zona vividera principal.. 34 35. HÄUPLIK-MEUSBURGER. Architecture for astronauts - an activity based approach Ibíd.. 36.

(42) Figura 27. Dibujo seccionado del Skylab en el que se señalan sus partes. Fuente: NASA. 37.

(43) 2.1.1. DISEÑO ANTROPOMÉTRICO ESPACIO INTERNO Y FORMA El volumen general del módulo orbital era un módulo cilíndrico de aproximadamente 6,7 metros de diámetro rematado con semiesferas truncadas que se subdividió en dos plantas: Una de grandes dimensiones y diáfana para la zona de trabajo en la parte superior, que tomaba una semiesfera y parte del cilindro (la cúpula), con una altura máxima de 6,7 36 metros; y otra compartimentada para la zona vividera con una altura libre de 1,9837 metros de altura. Esta última zona tenía estancias de tamaño reducido que se consideraron con una amplitud adecuada para el desarrollo de las tareas, sin embargo, el experimento M487 de habitabilidad de la NASA nos explica que: “la eficiencia volumétrica de los compartimientos pequeños tripulados difiere poco de unos compartimentos similares en la Tierra. Se argumentó antes del vuelo que la libertad de la tripulación para moverse en tres dimensiones en gravedad cero en el vuelo podría incrementar el tamaño efectivo del compartimento dado. Esto no era cierto en algunos habitáculos del Skylab. Por ejemplo, la sala de estar estaba abarrotada cuando la ocupaban los tres tripulantes. Aun así, todos los tripulantes se mostraban reacios a usar el espacio superior de la mesa para reducir la congestión.” A los astronautas no les parecía adecuado utilizar o pasar por espacios por los que en la Tierra uno no utilizara para ese propósito. De esto se concluye que el uso de los espacios pequeños en el espacio es similar al uso que se produce en la Tierra. Se menciona también que posiblemente por la configuración arquitectónica de los paneles de control, los astronautas no utilizaban el espacio que había sobre sus cabezas, desaprovechando parte del espacio disponible. La existencia de estancias separadas para funciones distintas facilitaba la experiencia de los astronautas, que podían realizar distintas tareas sin molestar a sus compañeros.. 36 37. DALTON, Maynard. Skylab experience bulletin nº 18 Ibíd.. 38.

(44) Figura 28. Espacio interno y forma del Skylab. Fuente propia.. 39.

(45) MOVIMIENTO Y SUJECIONES La planta superior del módulo orbital, donde se encontraba la cúpula, era la más grande de los dos espacios puesto que no estaba dividida en estancias, y permitía que un astronauta pudiera flotar libremente en el volumen sin chocarse con las paredes. Este aspecto preocupó a los diseñadores puesto que pensaron que alguien podría quedarse encallado en medio del volumen hasta que uno de los compañeros o el flujo del aire le moviese hacia las paredes 38. Por esto dispusieron una barra desde la escotilla del estudio hasta el suelo de la planta baja para facilitar un movimiento rápido. Sin embargo, los astronautas se dieron cuenta de que se podían mover fácilmente sin usarlo, por lo que lo desmontaron y lo guardaron 39 .Además, rápidamente se percataron de los problemas que acarreaba el movimiento en microgravedad (0g). Iniciar un movimiento, pararlo y cambiar de dirección requiere aplicar una fuerza con las manos o pies sobre una superficie, lo cual hace necesario colocar dispositivos que ayuden a realizar estos movimientos para que no se usen otros elementos frágiles no pensados para esto. Las paredes y techos del estudio se formaron a base de una rejilla triangular metálica que permitía el adecuado flujo del oxígeno por el módulo y además concedía sujeción a los astronautas por medio de unos zapatos que disponían de una chapa triangular que encajaba en la rejilla metálica. Este diseño resultó innecesario una vez que los astronautas se acostumbraban a la ingravidez, incómodo de utilizar e incluso peligroso si alguien golpeaba a otro miembro. Por lo tanto, se dejaron de utilizar los zapatos y la rejilla comenzó a ser simplemente el anclaje de equipamiento. Además de estos métodos de control y restricción del movimiento, se dotó al interior del Skylab de asas y correas que permitieran la ejecución de tareas de la manera más fácil posible. Principalmente se colocaron asideros para los pies en las zonas de trabajo de la nave, en el urinal, la ducha y el lavabo entre otros; agarradores en la ducha y sujeciones para pies y cuerpo en la mesa40, sin embargo, en determinados lugares no fueron suficientes o inadecuadas. Por ejemplo, las correas retenedoras para los pies que se colocaron enfrente de los urinales eran endebles e inútiles. Las retenciones para los muslos de la sala de estar eran solo efectivas cuando los pies se retenían también. El Skylab sirvió de base para determinar la utilidad de las asas y retenciones en diseños posteriores de estaciones espaciales dado que se incrementaron y mejoraron para facilitar el movimiento a los astronautas. Prueba de ello nos la da el documento Lessons learned on the Skylab program (NASA 1974) en la que se indica la necesidad de instalar más retenciones más sencillas y eficaces, tanto para la tripulación como para que los objetos no floten. La inexistencia de asas que ayuden al movimiento provoca que cualquier objeto o instrumento se utilice como tal si se necesita realizar un desplazamiento. Este uso no previsto provoca que los instrumentos se estropeen. En el caso del Skylab las bandejas de comida que se sujetaban a la mesa de la sala de estar fueron las que sufrieron este uso no deseado que provocó el desgaste prematuro de las mismas41.. BELEW, Leland F. Skylab, our first space station Ibíd. 40 DALTON, Maynard. Skylab experience bulletin Nº9. foot restraint systems 41 JOHNSON. Skylab experiment M487 - habitability/crew quarters 38 39. 40.

(46) Figura 31. Sujeciones de la parte de la cúpula del Skylab. Fuente: NASA. Figura 32. Rejilla triangular de separación entre el compartimento inferior y superior. Fuente: NASA.. Figura 30. Zapato con pieza triangular para sujetarse a la rejilla. Fuente: NASA. Figura 29. Sujeciones para los pies. Fuente: NASA.. 41.