In un documento recentemente pubblicato, SpaceX ha mostrato con un dettaglio senza precedenti il funzionamento del sistema di supporto vitale della Crew Dragon o ECLLS (environmental control and life support system). In questo articolo cercheremo di dare un breve sguardo a questo sistema, che gioca un ruolo di primaria importanza per la sopravvivenza degli astronauti a bordo.
Il ruolo dell’ECLSS
SpaceX non è nuova allo sviluppo di un sistema di supporto vitale. Già nella prima Dragon cargo era presente un sistema di questo genere. Tale sistema era pensato per la sopravvivenza di alcuni topi che in più occasioni sono stati spediti (e recuperati) sulla ISS per esperimenti in microgravità.
Questo primo sistema è però molto più piccolo di quello utilizzato sulla Crew Dragon oltre a non essere rigidamente testato e ridondante. Concettualmente, il compito più importante di un ECLLS è semplice, ossia purificare l’aria dai prodotti del metabolismo umano e mantenere quindi un’atmosfera pulita. Più precisamente, vi è la necessità di rimuovere l’anidride carbonica, vapore acqueo e altri rifiuti.
Oltre a questo vi è la necessita di regolare la pressione interna e mantenere la temperatura dell’ambiente entro un certo intervallo di temperature accettabili, compito svolto dall’TCS (thermal control system) e dall’aria condizionata (AC).
Requisiti NASA
Per sviluppare la capsula Dragon, SpaceX ha dovuto seguire precisi requisiti posti dalla NASA. Tra questi vi è la pressione della cabina che deve essere compresa tra 96.5 kPa e 102.7 kPa. La temperatura nell’intervallo 18.3-26.7 gradi centigradi ed un’umidità compresa tra il 25-75%. Il documento specifica che questi parametri riguardano tutte le operazioni in volo in cui gli astronauti sono senza tuta.
La durata massima del volo della Dragon non era stata specifica nei documenti preliminari di design ma bensì concordata tra NASA e SpaceX successivamente. Essa si attesta a 5 giorni di volo libero, che sono comunque una condizione estrema per una missione nominale verso la ISS. Questo numero è dettato principalmente dagli elementi consumabili del sistema di supporto vitale.
Uno dei requisiti più importanti posti dalla NASA è sicuramente la ridondanza. Per supportare il volo umano è imprescindibile avere un’architettura capace di resistere al fallimento di una o più parti per garantire la sicurezza a bordo. Questa requisito si concretizza con l’utilizzo di più sistemi che svolgono la medesima funzione: valvole, ventole e sensori. In questo senso, quest’ultimo requisito è molto importante anche per i sistemi software, di cui abbiamo già parlato.
Il riciclo dell’aria
Il sistema di ricircolo dell’aria e quello di deumidificazione sono sottogruppi separati e posti sotto il pavimento della capsula. L’aria della cabina viene prima aspirata poi purificata e quindi rimessa in circolo da questi sistemi. Quando gli astronauti sono in una fase del volo che richiede di indossare le tute, l’aria è immessa direttamente nel sistema di supporto di ogni singola tuta oltre che all’interno della capsula.
Per purificare l’aria vengono utilizzati quattro diversi tipi di filtri, posti nel gruppo di depurazione dell’aria. Per eliminare l’anidride carbonica vengono utilizzate cartucce di Idrossido di Litio (LiOH). Direttamente nella scatola di depurazione sono poste tre cartucce sostitutive, che possono essere cambiate anche in volo secondo necessità. Queste sono derivate da quelle utilizzate per i sottomarini. Subito dopo è posto un primo filtro costruito con un tessuto in carbone attivo per filtrare contaminanti prodotti dal corpo umano.
A valle del percorso dell’aria ci sono poi dei filtri antiparticolato (HEPA) e un filtro a resina a scambio ionico per depurare l’ammoniaca. Questi ultimi due filtri vengono sostituiti a Terra. Il sistema di deumidificazione funziona con delle valvole chiamate Nafion, che sono permeabili all’acqua ma impermeabili all’aria.
Riutilizzo al centro del design
Oltre ai requisiti NASA, SpaceX ha deciso di porre particolare enfasi al riutilizzo del proprio veicolo che si concretizza con accurate scelte di design nell’ECLSS. Infatti tutti gli elementi di questo sistema vengono disposti nella capsula ad eccezione dei radiatori del TCS che sono posti sulla superficie del trunk opposta a quella dei pannelli solari.
In questo modo al rientro della capsula, per SpaceX diventa più economico riutilizzare parti del sistema esistente e sostituire solo quelle necessarie. In base a quanto affermato, SpaceX mira a riutilizzare una singola capsula per almeno 5 voli. La seconda diretta conseguenza di questo design è velocizzare a pochi mesi il tempo necessario per il cosiddetto “refurbishment”.
Molto interessante come questa filosofia sia stata applicata anche per gli elementi propulsivi. Questi ultimi, come per l’ECLSS vengono interamente posizionati solo sulla capsula e non sul trunk rendendo la Dragon di SpaceX unica nel suo genere e molto più economica. Infatti al di là dell’ECLSS, uno dei costi principali della Dragon sono i motori Draco e SuperDraco. Questo approccio comporta maggiori rischi durante il rientro a Terra, ma sembra che il primo ammaraggio abbia confermato la bontà di questa scelta.
Subsystems
La maggior parte dei sottosistemi che compongono l’ECLLS sono posti sul “pavimento” della parte pressurizzata, al di sotto dei sedili. Componenti del TCS e dell’AC sono posti anche in altre parti della capsula, come già detto, l’unico elemento del sistema di supporto vitale che si sviluppa sul trunk e il TCS con i radiatori. Questi ultimi scambiano il calore della capsule con lo spazio esterno per mantenere la temperatura interna nei livelli desiderati.
In generale SpaceX divide i sottosistemi che compongo l’ECLLS in due categorie: quelli deputati al riciclo dell’aria e quelli consumabili di ossigeno-azoto.
Il bagno
Durante il viaggio di andata verso la ISS si è intravisto per la prima volta lo scompartimento del bagno della Dragon. Si sapeva che ci fosse ma non erano trapelate informazioni sulla sua funzione precisa e sulla sua posizione. Ora sappiamo che il “bagno” è situato sotto un pannello nella parte superiore della Dragon.
Nell’immagine seguente è rappresentato un frame di una diretta del primo volo Demo-2. Nel riquadro viola il dispositivo per orinare, al centro, quello per le feci. Nel riquadro verde un dispositivo che sembra essere quello utilizzato per urinare in posizioni distanti dal bagno stesso.
Gli astronauti della prima missione della capsula Dragon hanno affermato che il sistema è molto simile a quello usato a bordo dello Space Shuttle. Nello schema del supporto vitale inserito all’inizio dell’articolo è possibile vedere le condutture che dalla toilette si spostano direttamente fino all’area rifiuti. E’ però possibile che i rifiuti vengano spostati dal bagno allo scompartimento degli scarti direttamente dagli astronauti attraverso l’uso di apposite buste.
Oltre a questo non sono però arrivate molte dichiarazioni sulla comodità (o meno) del bagno.
Continua a seguire Astrospace.it sul canale Telegram e sulla pagina Facebook per non perderti nessuno dei nostri articoli e aggiornamenti sul settore aerospaziale e dell’esplorazione dello spazio.
