Como os trajes espaciais do futuro vão ser?
Trajes espaciais são maravilhas da tecnologia.
Eles mantêm pressão, temperatura e fluxo de oxigênio nos níveis ideais para que astronautas consigam trabalhar nos ambientes mais extremos em que já estivemos.
São praticamente espaçonaves individuais.
Mas eles são desajeitados.
São grandes, desconfortáveis e limitam bastante o movimento do corpo.
Quando a humanidade chegar em Marte, precisaremos de trajes para construir nossa colônia e finalmente nos tornarmos uma espécie interplanetária.
Mas e se houver opções melhores?
Trajes mais confortáveis e com mais mobilidade e que realmente se pareçam com o futuro de ficção científica que a gente sempre sonhou?
Bom, vamos falar sobre isso!
Manter pessoas vivas em ambientes com baixa pressão não é só uma preocupação de agências espaciais.
Equipamentos especializados ou trajes de alta altitude se mostraram necessários assim que os aviões começaram a ter capacidade de voar mais alto.
Nosso corpo evoluiu para lidar com a quantidade de oxigênio disponível nas camadas mais baixas da atmosfera.
Os cerca de 21% de oxigênio presentes no ar a uma pressão de 1 atmosfera é mais do que suficiente para (respirarmos) a gente respirar com tranquilidade.
À medida que a altitude aumenta, a pressão atmosférica cai e, consequentemente, a pressão parcial de oxigênio também.
E o que exatamente eu quero dizer com pressão parcial de oxigênio?
A atmosfera terrestre é composta por uma mistura de gases.
Há nitrogênio, oxigênio, dióxido de carbono, água, hidrogênio e outros gases em quantidades bem pequenas.
Essa mistura de gases tem uma pressão.
Ao nível do mar (nós dizemos) a gente diz que essa pressão equivale a 1 atmosfera.
E pressão é essencialmente uma quantidade de força aplicada em uma unidade de área.
Ou seja, a atmosfera está exercendo força no seu corpo constantemente.
Outra unidade de pressão comum é o milímetro de Mercúrio.
Não se preocupe em entender por que essa unidade se chama assim agora, só lembre que ela representa a pressão de um gás ou de uma mistura de gases.
Eu vou usar ela pra facilitar a explicação para não envolver números decimais.
1 atmosfera equivale 760 milímetros de mercúrio.
Essa é a pressão total da mistura de gases que eu e você respiramos ao nível do mar.
E essa pressão total equivale à soma das pressões parciais que cada um dos gases presentes nessa mistura possui.
Para simplificar as coisas, vamos assumir que só os 2 gases em maior quantidade compõem a atmosfera terrestre: o nitrogênio e o oxigênio.
A mistura é composta por mais ou menos 79% de nitrogênio e 21% de oxigênio.
Os 79% de nitrogênio tem uma pressão parcial ao nível do mar de cerca de 600 milímetros de mercúrio.
E os 21% de oxigênio tem uma pressão parcial ao nível do mar de cerca 160 milímetros de mercúrio.
Isso significa que se eu pegasse 1 metro cúbico de ar atmosférico ao nível do mar, ou seja, uma caixa com 1m x 1m x 1m, e separasse todas as moléculas de nitrogênio e todas as moléculas oxigênio em duas outras caixas com o mesmo tamanho, a pressão dentro destas caixas seria de 600 mmHg na de nitrogênio e 160 mmHg na de oxigênio.
À medida que a altitude aumenta, a pressão total e as pressões parciais dos gases diminui, mas a proporção da mistura continua relativamente a mesma.
Então se eu pegar uma caixa de 1 metro cúbico de ar atmosférico a uma altitude de 50 mil pés, ele vai ter significativamente menos moléculas de nitrogênio e moléculas de oxigênio, mas a proporção ainda vai ser mais ou menos a mesma.
Então, a uma certa altitude, não há moléculas de oxigênio o suficiente e começamos a ter sintomas de hipóxia.
Então, como você resolve isso?
Bom, ao invés de aumentar a pressão e consequentemente a quantidade de moléculas respiradas, você pode manipular a mistura de gases respirados.
Ao invés de respirar uma mistura de nitrogênio e oxigênio, você respira oxigênio puro usando uma máscara.
Isso funciona bem até uma certa altitude.
Mas quando a pressão cai o suficiente a quantidade de moléculas respiradas fica baixa demais e começamos a ter sintomas de hipóxia de novo.
Mesmo respirando oxigênio puro.
Mas tem um outro truque: você pode colocar uma máscara vedante no rosto do piloto e aumentar um pouco a pressão do oxigênio liberado.
Dessa forma você força mais oxigênio nos pulmões.
O efeito negativo disso é que fica bem difícil expirar.
Os pilotos vestindo máscaras como essa sem qualquer outro equipamento precisariam fazer bastante força para superar a pressão da máscara.
E isso é bastante exaustivo.
Para resolver esse outro problema criado por essa técnica, deram para os pilotos um tipo de traje que funcionava de forma parecida com os trajes contra força G.
Balões presos ao peito eram desinflados na hora de inspirar e inflados na hora de expirar, pressionando o tórax e ajudando o piloto a respirar mais normalmente.
Trajes que usam esse sistema funcionam bem até uma altitude de mais ou menos 43 mil pés ou 13 km.
Ao subir um pouco mais, há um outro limite bastante conhecido: o limite de Armstrong.
A um pouco mais de 60 mil pés, ou 19 km de altitude aqui na Terra, a pressão atmosférica é tão baixa que a temperatura do corpo humano de cerca de 37° é o ponto de ebulição da água.
Ou seja, a água presente em fluidos corporais como saliva, lágrimas e muco começa a virar gás.
Neste ponto a respiração não é seu único problema.
Uma pessoa exposta (ao vácuo) a essa baixa pressão começa a ter bolhas se formando em baixo da pele, que começa a inchar consideravelmente.
E é isso que um traje pressurizado como o EMU da NASA evita.
Ele mantém uma certa quantidade de gás pressurizado, no caso oxigênio, em torno do corpo inteiro.
Mas o grande desafio associado a isso é que assim que os trajes são pressurizados, eles inflam.
E se mover dentro deles é bem mais difícil.
Os engenheiros responsáveis pelo desenvolvimento de trajes precisam se preocupar em manter não só a pressurização mas também um nível suficiente de flexibilidade para que o astronauta seja útil lá dentro.
Mas essa pressurização, ou seja, essa força aplicada no seu corpo todo, não precisa vir de um gás necessariamente.
Ela pode ser mecânica.
E é aqui que os trajes espaciais do futuro podem ser bem diferentes e inovadores.
Essa é a Dava Newman, uma pesquisadora em engenharia biomédica aeroespacial, professora no MIT e uma das pessoas por trás do design de um traje chamado BioSuit.
Bem futurista, né?
Este é um traje chamado de "counter-pressure suit", algo como "traje de contrapressão".
Ao invés de ser um balão em formato de gente que segura a pressão necessária para manter a pessoa viva e saudável lá dentro, o próprio material pressiona o corpo da pessoa e a única área pressurizada por um gás é a cabeça, com um capacete que permite a respiração.
Essas linhas que você vê aqui são as chamadas "linhas de não extensão", que foram modeladas matematicamente e tem uma flexibilidade menor para resultar, junto com o resto do traje, na pressão correta em todas as partes do corpo.
Esse conceito de pressão mecânica ao invés de pneumática vem com alguns desafios.
Um deles é fazer isso de forma homogênea pelo corpo todo.
Partes mais cilíndricas como braços e pernas são mais simples, mas a pressão também precisa ser aplicada em partes mais irregulares como a axila e a virilha, por exemplo.
Se isso não for feito, sangue pode se acumular nesses lugares e levar a problemas cardiovasculares.
Outro desafio é compensar pelo aumento e diminuição de volume da cavidade torácica durante a respiração.
Se nenhuma compensação for feita, a pressão exercida pelo traje no tórax (será) vai ser maior à medida que ele se expande durante a respiração.
[Ou seja, é preciso ter uma compensação ativa e constante de maneira similar a que os trajes de voo que eu expliquei agora há pouco fazem].
Outro desafio que também pode ser uma vantagem para esse tipo de design é a regulação térmica.
Trajes espaciais pressurizados tradicionais acabam atrapalhando bastante o sistema de regulação térmica natural do corpo humano e precisam suplementar isso com o que se chama de "Liquid Cooling Garmet", que é essencialmente uma roupa de baixo cheia de tubos em que água resfriada passa.
Um traje de contrapressão mecânica poderia ser permeável e permitir que a água do nosso suor efetivamente evapore para o ambiente, ou seja, deixando nosso corpo regular a temperatura da maneira como ele normalmente faz.
Isso significa que um traje assim não precisaria de um sistema de circulação de água e controle de temperatura tão complexo quanto o necessário nos trajes atuais.
O problema é que essa permeabilidade pode acabar causando a perda excessiva de água para o ambiente e consequente desidratação do astronauta.
Estimativas em um dos estudos que li sugerem que um traje destes pode causar a perda de meio litro a 4 litros de água por hora.
E se essas estimativas estiverem corretas, manter essa permeabilidade do material não será possível e toda a vantagem de não ter um sistema de circulação de água cai por terra.
E claro, isso não considera outros problemas térmicos existentes em ambientes extraterrestres, seja o ambiente a superfície de Marte ou o vácuo do espaço.
Se o ambiente for muito gelado ou muito quente o traje também precisa proteger o astronauta disso.
Trajes como o EMU, o A7L do Programa Apollo ou até o novo traje que (será) vai ser usado nas missões Artemis tem proteções contra micrometeoritos e também camadas contra abrasão.
Um traje de contrapressão mecânica também precisaria se preocupar com isso se fosse usado nos mesmos ambientes.
E mesmo que outras soluções para estes problemas sejam demandadas, a simples troca de um sistema de pressão pneumática por um sistema de pressão mecânica já pode fazer muita diferença no nível de flexibilidade que um astronauta pode conseguir.
Esse conceito de traje não é algo novo.
Na década de 60, um pesquisador chamado Paul Webb do Langley Research Center da NASA desenvolveu uma luva e um braço de um traje assim.
Estes protótipos foram testados em quase vácuo e foram relativamente bem sucedidos e os resultados foram publicados em um relatório em Dezembro de 1967.
Depois disso, esse mesmo pesquisador recebeu um contrato de pesquisa da NASA e desenvolveram e testaram um traje completo com capacete e um sistema de respiração, era o (chamado) "Space Activity Suit".
Um relatório completo sobre essa pesquisa foi publicado em 1971 e mostrou que o conceito é sim possível, mas que vem com todos estes desafios que eu mencionei.
Então, voltando ao design do BioSuit do MIT.
Segundo à pesquisadora, materiais elásticos que forneçam uma compressão passiva do corpo do astronauta não são suficientes para manter a pressão necessária sobre a pele.
Então, a ideia é usar junto desses materiais coisas como ligas com efeito memória de forma que, quando submetidas a uma certa temperatura voltam para um tamanho original.
[E isso pode ser feito ao passar uma corrente elétrica pela liga metálica, por exemplo].
Com isso é possível controlar a compressão do traje em certas áreas do corpo, ajudando tanto na hora de colocá-lo ou tirá-lo quanto em sua operação.
E embora muito progresso tenha sido feito com pesquisas sobre biomecânica e materiais no BioSuit, ele não chegou no ponto de poder ser testado em uma câmara de vácuo.
Estamos ainda um pouco longe da visão de ficção científica que a gente sempre sonhou para trajes espaciais mas podemos ter um leve vislumbre de como ser.
Muita gente vê os trajes da SpaceX com um visual mais moderno e pensa que eles são efetivamente melhores que os antigos trajes da NASA.
Mas não é bem por aí que a banda toca.
Comparar trajes como o EMU aos trajes de voo da SpaceX é comparar maçã com banana.
Os trajes de voo da SpaceX cumprem uma função bem mais básica do que trajes de atividade extraveicular para exploração da superfície da Lua ou operação na ISS, por exemplo.
Trajes de voo como esse só são efetivamente necessários caso haja uma descompressão.
Os trajes que serão usados nas missões Artemis para a Lua daqui alguns anos são um grande avanço de mobilidade e ainda são pressurizados.
Talvez no futuro vejamos designs híbridos, com luvas ou partes menos críticas com pressurização mecânica e outras partes com pressurização pneumática.
Estes equipamentos são de fato peças de engenharia muito complexas.
E eu não tenho a resposta exata de como os trajes serão no futuro, mas eu espero ter dado uma noção um pouco melhor das dificuldades envolvidas em criar algo assim.
E se você quiser entender melhor como os trajes do Programa Apollo funcionavam e como os trajes do Programa Artemis vão funcionar, eu tenho vídeos sobre isso aqui no canal.
Vai lá dar uma olhada.
Então é isso.
Eu vou ficando por aqui e até a próxima!
