La gestación de la Estación Espacial Internacional (ISS) comenzó en 1979 cuando la NASA tuvo que abandonar el proyecto Skylab debido a los retrasos en el programa de la Lanzadera espacial, un sistema de lanzamiento reutilizable que iba a ser el nuevo vehículo de conexión entre la Tierra y el Skylab. Debido a estos retrasos, la NASA decidió comenzar un nuevo proyecto de estación espacial. El nuevo proyecto comenzó a diseñarse en 1983 e incluyó colaboraciones de las agencias espaciales de Japón (entonces NASDA, actualmente JAXA), Canadá (CSA), y algunas agencias nacionales de Europa. Tras la caída del muro de Berlín en 1989 se incluyó a la antigua Unión soviética en el proyecto dando lugar así a un proyecto internacional de estación espacial. De este modo, en 1998 los rusos pusieron en órbita el primer módulo de la Estación Espacial Internacional (ISS) denominado ‘Zarya’. El objetivo de esta misión fue la de crear una estación orbital que sirviera como centro de investigación para todos los investigadores que quisieran experimentar en unas condiciones tan únicas como las que ocurren en una órbita baja de la Tierra. Para ello, se debía crear un hábitat para la tripulación que llevase a cabo estas investigaciones y observaciones astronómicas.
La creación de la ISS es el proyecto más complejo y caro que ha acometido hasta el momento la humanidad y ha sido posible gracias a la colaboración de distintos equipos internacionales entre los que se encuentran actualmente la NASA, Roscosmos (Rusia), ESA (Europa), CSA y JAXA.
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La sección habitable de la ISS se compone de módulos cilíndricos unidos entre sí por medio de nodos. Los módulos han sido añadidos por fases por lo que el conjunto habitacional ha ido creciendo a lo largo de los años. En este trabajo estudiaremos los módulos conforme están colocados en la actualidad, según se muestra en la Figura 75.
En la estación siempre se encuentra un equipo de 6 personas con miembros de las agencias participantes que van rotando cada 6 meses.
Por otro lado, la ISS también contiene un sistema estructural de celosías que soportan los módulos habitables y albergan el equipo técnico de alimentación, paneles solares, baterías y radiadores entre otros elementos.
El primer módulo fue lanzado por los rusos en 1998. El bloque de carga funcional (FGB) o Zarya “es un módulo autosuficiente con un volumen presurizado de 71.3m3. Contenía el sistema funcional principal de electricidad, energía, comunicaciones y el control de altitud, hasta que el módulo de servicio fue acoplado. Se desarrolló a partir del módulo base de la MIR. Actualmente se usa principalmente para almacenaje y sistema de apoyo.”76 Dos semanas después, la NASA ancló el Nodo 1 o Unity al Zarya como puerto de conexión para más módulos (habitables y de servicio). En hitos posteriores la ESA ha fabricado dos nodos más (Nodo 2 o Harmony y Nodo 3 o Tranquility) algo mayores que el primer nodo, que da servicio, además de a otros módulos, a las naves de transporte.
76 HÄUPLIK-MEUSBURGER, Sandra. Architecture for astronauts - an activity based approach
Figura 75. Configuración actual (2019) de la ISS. Se indican los módulos habitables de la ISS. Fuente: NASA con modificaciones propias.
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Figura 76. Bloque de carga funcional Zarya. Fuente: NASA.
Figura 77. Interior del bloque de carga funcional Zarya. Fuente: NASA.
Figura 78. El interior del bloque de carga funcional Zarya es el más pequeño de todos. Fuente: NASA.
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Figura 81. Interior del nodo 1. Fuente: NASA.
Figura 80. Interior del nodo 2. Fuente: NASA.
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El módulo de Servicio (Zvezda) fue acoplado en el año 200077 al Zarya. Esté modulo derivó del diseño previo del núcleo de la MIR. Este fue el primer módulo habitable, y posee un sistema de soporte a la vida, distribuye la energía eléctrica, procesa los datos del sistema entre otras cosas. Además, posee multitud de ventanas (14). “Fue concebido en primer lugar para alojar el espacio habitacional de la tripulación, pero se convirtió en el primer laboratorio de investigación multiusos de la ISS”78 .
77 Elizabeth Howel. International space station: Facts, history and tracking 78 Reference Guide to the International Space Station.
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Figura 85. Interior del Zvezda hacia el comedor y los camarotes. Fuente: NASA.
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Tras esto, el resto de los colaboradores del programa comenzaron a desarrollar los nodos mencionados y otros módulos laboratorios. El laboratorio americano Destiny (año 2001) fue el primer módulo científico. Este tiene diversos estantes o racks que albergan equipamiento para investigaciones y sistemas de control de la ISS. Posee una ventana de diámetro 50,9 centímetros.
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Figura 88. Interior del módulo Destiny hacia en nodo 2. Fuente: NASA.
Figura 87. Interior del módulo Destiny hacia en nodo 1. Fuente: NASA.
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El laboratorio europeo Columbus (año 2008) es un gran módulo de investigación multiusos dedicado a experimentar con materiales, la física de fluidos, y otros. También posee un espacio exterior para realizar experimentos en el vacío.
Figura 90. Esquema del laboratorio Columbus. Fuente: NASA.
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El módulo de experimentos japonés (JEM) o Kibo (año 2008-09), es un laboratorio para el procesamiento de materiales y la investigación biológica. Incluye una infraestructura externa expuesta para experimentos y un puerto de conexión para sus módulos logísticos.
Figura 92. Esquema del laboratorio Kibo. Fuente: NASA.
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La cúpula (año 2010) es un anexo del nodo 2 compuesto por seis ventanas protegidas con escudos desplegables creado para observar la Tierra y las operaciones externas de la ISS. Es un espacio muy apreciado por los astronautas puesto que les permite admirar las vistas de la Tierra.
Entre las adquisiciones de módulos presurizados más recientes de la ISS se encuentran el Módulo Permanente Multiusos (PMM) europeo (año 2011), que contiene espacio para equipamiento, experimento y suministros y el Módulo de actividad expansible de Bigelow (BEAM) (año 2016), un módulo desplegable realizado con materiales maleables y construido por dicha empresa privada que se utiliza como zona de almacenaje y ha servido para investigar sobre módulos construidos con estos materiales79.
Otros elementos menores son los Adaptadores de Acoplamiento Presurizados (PMA) que permiten una buena conexión entre los nodos y otros módulos o las naves que provienen de la Tierra; y la esclusa de aventuras que es un módulo presurizado que permite a los astronautas salir al espacio para realizar actividades extra vehiculares.
La configuración original propuesta de la estación era mayor a la configuración existente en la actualidad. En el diseño previo, además de lo existente, se incluyeron: un módulo para camarotes, cuatro nodos, dos cúpulas y dos exclusas. Los sucesivos recortes en el presupuesto limitaron el potencial de expansión de la ISS, por lo que se eliminaron del programa los módulos que no se consideraron imprescindibles, como el de los camarotes. En su lugar se dotó a uno de los nodos de cuatro compartimientos fijos para cuatro tripulantes que se suman a los dos existentes en el módulo ruso. Sin embargo, hasta la aparición de este nodo, no existía un lugar propio para cuatro de los seis miembros.
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Figura 93. Esquema del punto de observación exterior Cupola. Fuente: NASA.
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2.3.1. DISEÑO ANTROPOMÉTRICO
ESPACIO INTERNO Y FORMA
A lo largo de su vida la ISS ha tenido distintas configuraciones, ya que la concepción del diseño lineal al que se le pueden agregar elementos ha permitido cambiar la disposición de los módulos y añadir nuevos, en función de las necesidades en las operaciones y maniobras. Los primeros módulos rusos de la ISS se heredaron de los sistemas utilizados en la MIR, mientras que el resto de los módulos partieron del programa Spacelab, un programa americano previo a la ISS que surgió tras la finalización del programa Skylab. La incorporación del resto de países al proyecto de estación espacial convirtió el proyecto Spacelab en el programa internacional que existe en la actualidad. La existencia de la lanzadera espacial como vehículo de transporte al espacio en aquel momento hizo que el diseño de los componentes americanos, europeos y japoneses de la ISS tuviera que adaptarse a las dimensiones de la misma, es por esto que el tamaño de los módulos de la ISS se limitó a la capacidad de carga de la lanzadera espacial, unos 4,572 metros, que es “el diámetro máximo de la envoltura de los módulos mientras vibra durante un lanzamiento de la Lanzadera Espacial”80.
En cuanto al diseño del interior de la nave, fueron varias las opciones que se barajaron en las fases iniciales de proyecto de la ISS, como, por ejemplo, sistemas dotados de un núcleo central de instalaciones y hardware en torno al cual se encontraba el espacio habitable. Esta propuesta se descartó debido a que el espacio habitable que quedaba era reducido y hacía imposible mezclar distintos usos en un mismo módulo. Finalmente, el diseño que prosperó fue el que colocaba las instalaciones y sistemas en el contorno de los cilindros sobre unos racks y dejaba el espacio interior restante como habitable81. De este modo, se colocaron cuatro racks alrededor del perímetro de los módulos de tal forma que se acoplaban a la sección circular del módulo y dejaban un espacio habitable ortogonal que definía paredes y techos comunes, como se aprecia en las imágenes. Un rack mide 1,0582 metros de ancho, pero varía en su altura y profundidad según el módulo en el que está instalado, puesto que, a pesar de la idea original de estandarizado, cada módulo tiene una medida distinta. Con todo esto, hay un total de 916 metros cúbicos presurizados que incluyen a los racks, y 388 metros cúbicos realmente habitables83. Cada uno de estos soportes fueron diseñados para ser fácilmente transportados a otro lugar del módulo o de la ISS. La intención de diseño con estos racks era la de crear espacios modulares que pudieran ser fácilmente reconfigurables, accesibles y mantenibles, de tal modo que permitiera que los racks pudieran ser actualizados durante la vida de la ISS, permitiendo transformar el espacio según nuevos requerimientos sin tener que cambiar por completo el módulo.
80 JONES, Rod. Performance of the international space station interior. p. 31-43 81 Ibíd.
82 Ibíd.
83 GARCÍA, Mark. International space station facts and figures
A pesar de que la adaptabilidad y el orden fue muy considerada en el diseño, la adición de nuevos elementos ha provocado que el interior de los módulos haya terminado abarrotado, y el volumen habitable diseñado originalmente no se ha mantenido o manejado bien conforme el diseño ha tenido que cambiarse a un uso distinto. Esto provoca tropiezos y extracciones de cableados. Las operaciones llevadas a cabo en el ISS demuestran que los fundamentos arquitectónicos originales no son suficientes por sí solos para gestionar la habitabilidad y cambiar el entorno. No se ha previsto este impacto ni se han proporcionado condiciones
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adecuadas para anticipar las modificaciones de la tripulación sobre el entorno en el día a día. Del mismo modo, no se han previsto añadidos de nuevos elementos de hardware, cableado, redes de datos, ni visitas de más tripulantes. Figura 95. Astronautas moviendo un rack en el módulo Destiny. Fuente: NASA. Figura 96. Módulo Destiny al poco de ser colocado en la ISS. Fuente: NASA. Figura 97. Módulo Destiny 6 (2007) años después de su colocación en la ISS. Fuente: NASA.
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MOVIMIENTO Y SUJECIONES
La disposición lineal de los módulos provoca que el desplazamiento a través de la estación se produzca en horizontal. La mayoría de los módulos permiten que este desplazamiento horizontal pueda adoptarse con una postura erguida, sin embargo, el módulo Zvezda, debido a su tamaño reducido solo permite que los astronautas se desplacen tendidos.
Varios son los sistemas que facilitan el movimiento y sujetan a la tripulación en la ISS. Entre los más destacados se encuentran los asideros, las retenciones para los pies, y distintos tipos de amarres.
Entre los asideros, encontramos dos tipos, los fijos de la parte rusa, y los móviles del resto de la estación. Los asideros son usados para ayudar a la tripulación para moverse y también para mantenerse estáticos. Las asas móviles se diseñaron para poder ser redistribuidas con facilidad según las necesidades, sin embargo, para la tripulación su mecanismo de anclaje resultaba difícil de usar por lo que apenas han sido trasladadas84. La mayoría de los tripulantes han comentado que las asas han sido usadas como retenedores para los pies y que en ocasiones los prefieren en lugar de los retenedores de cintas existentes.
En cuanto las retenciones para los pies, la ISS tiene dos tipos, unas para un uso breve, y otras para un uso intensivo. Las de duración corta se anclan a los asideros en varias posiciones y poseen una plancha donde se apoya el pie sobre la que va colocada una cinta ajustable. Estas retenciones se utilizan en ocasiones para sostener piezas pequeñas durante los experimentos. Las de uso intensivo están colocadas en el frontal de los racks y están pensada para proveer un ajuste mayor y una postura más cómoda para que el usuario pueda permanecer en esa posición durante más tiempo. Se puede colocar a cualquier altura y rotarse para adaptarse a cualquier ángulo. Al igual que las anteriores lleva una plancha y una cinta que sujeta el pie. Otros sistemas de sujeción son arneses para la cinta de correr, correas y cintas elásticas. Los miembros de la ISS han expresado en general su satisfacción con la localización, cantidad y la manejabilidad general de las asas del ISS. Sin embargo, a veces los tripulantes han agarrado cables por error en lugar de los asideros. Es por esto que se ha recomendado evitar el paso de cables por zonas cercanas a los asideros y agarraderos.
84 BAGGERMAN, Susan D., RANDO, Cynthia M. and DUVALL, Laura E. Habitability and human
factors: Lessons learned in long duration space flight
Figura 99. Asas del módulo Zvzda. Fuente: NASA.
Figura 101. Retenciones para los pies de uso breve.
Fuente: NASA.
Figura 100. Retenciones para los pies de uso prolongado. Fuente: NASA.
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Figura 102. Astronauta sujetándose en asas mientras trabaja. Fuente: NASA.
Figura 103. Astronauta con arnés de retención para la cinta de correr. Fuente: NASA.
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LOCALIZACIÓN Y ORIENTACIÓN
Como ya sabemos, la orientación espacial que permite saber la posición del cuerpo relativo al entorno inmediato es muy importante para facilitar las tareas de los astronautas. Las misiones anteriores destacaron la importancia de resaltar un sistema de orientación evidente que facilitase la localización de la tripulación. La modularidad de la nave reduce significativamente la orientación visual, por lo que se han usado distintas formas para identificar lo que es el “suelo” del “techo”. En los módulos rusos se usa un sistema de colores, siendo los techos y paredes color crema blancos y el suelo verde. Que todos los paramentos tengan las mismas dimensiones, o parecidas, obliga a tener algún método de referencia para discernir entre lo que es arriba y abajo, por eso en general en los módulos occidentales/japoneses intentan colocar racks con hardware en las “paredes” y el almacenamiento en el “suelo” y el “techo”, aunque hay excepciones. En la parte occidental de la ISS, algunos módulos usan colores para identificarlos, como por ejemplo el nodo 1 y el laboratorio Destiny, que tienen la zona de la exclusa coloreada de color salmón y azul respectivamente. En el módulo Zarya todos los paramentos son iguales y no hay un sistema de referencia arriba-abajo. El resto de módulos tienen superficies y colores muy similares que se repiten, por lo que, termina siendo habitual que, al llegar a uno de estos puntos, los astronautas pierdan la referencia del lugar en el que se encuentran.
Un punto positivo es la señalética incluida en la ISS, casi todos los umbrales poseen un cartel que indica hacia dónde se está yendo.
Figura 104. El umbral del laboratorio Destiny con sus características paredes azules e indicaciones para ir al nodo 1, que aparece al fondo en color salmón. Fuente: NASA.
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2.3.2. ACTIVIDADES HUMANAS
Hasta el momento hemos hablado sobre aspectos generales del interior de los módulos, ahora vamos a concretar los aspectos referidos a la habitabilidad. La localización de los espacios habitables se encuentra separada por módulos de la siguiente forma:
• Zvezda: sistemas de soporte vital, camarotes, higiene, alimentación, ejercicio y observación (ocio)
• Zarya: funciones principales del sistema, almacenamiento y aseo
• Nodo 1: alimentación y almacenaje
• Destiny: trabajo, almacenamiento y ejercicio
• Nodo 2: camarotes y pequeña zona de trabajo
• Nodo 3: ejercicio e higiene
• Cupola: observación (ocio)
• Kibo: trabajo
• Columbus: trabajo
La organización de las funciones en los módulos puede llegar a ser caótica, porque en general, coinciden en un mismo espacio distintas actividades. Hay puntos en los que esta mezcla de actividades, con una buena organización, no suponen ningún problema. Sin embargo, hay lugares en los que esta coincidencia genera molestia entre los tripulantes, como por ejemplo en el módulo Zvezda donde se mezclan el espacio de comer con el de practicar ejercicio lo que lo convierte en un espacio poco higiénico.
Figura 105. Esquema de organización de los espacios funcionales en la ISS. Se indican algunos elementos más que limitan el diseño de la cosmotectura, que son, como indicamos en el primer capítulo: las zonas de
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ALIMENTACIÓN
Son dos los espacios dedicados a la preparación de la comida, el almacenaje y su consumición. Uno se encuentra en el módulo de servicio, Zvezda, y el otro en el nodo 1, Unity. Ambos poseen una pequeña zona de comida, una mesa, un dispensador de agua fría y caliente, almacenamiento, y, solo en el nodo 1, una cafetera (la ISSpresso, añadida en 2015). Las mesas poseen sujeciones para mantener la comida y los cubiertos en sobre ellas. De este modo se utilizan cintas adhesivas y velcro mayoritariamente para sujetar la comida mientras se cogen otras cosas. La mesa del Zvezda es una mesa plegable anclada a la pared dispuesta en horizontal, mientras que la mesa del nodo 1, que igualmente es plegable y se ancla a la pared, se abre en una posición reclinada, lo que deja más espacio en torno a la misma para los astronautas.
La comida se prepara en la tierra y en la nave se calienta, rehidrata y se combina con otros alimentos. Viene empaquetada en bolsas, botes, latas o botellas y se presenta precocinada, deshidratada, ligeramente hidratada, fresca, termo estabilizada o irradiada. Los alimentos, especias o condimentos que están en estado sólido tienden a flotar y esparcirse por la nave, por lo que cuando su tamaño es especialmente reducido, como la sal, se presentan diluidos o con cierta humedad, porque la tensión superficial del agua aporta viscosidad y evita que la comida salga disparada al abrir el paquete.
La hora de la comida supone un momento de relajación y entretenimiento para los astronautas, por esto, este espacio es de gran importancia para la tripulación. Estos espacios, sin embargo, tienen una serie de problemas que dificultan la tarea principal de alimentarse. Así, el artículo
Habitability and human factors: lesson learned from ISS, nos indica lo inadecuado que resulta el Zvezda para comer: “El comedor de la tripulación, dos de los tres camarotes, la bicicleta estática, la cinta de correr y el sistema de recolección de residuos están todos localizados en