Un poco de física y mucha cuerda

#1#9 de junio de 2000: Se puede generar energía eléctrica para satélites orbitales. O se puede prevenir el deterioro de la órbita de la Estación Espacial Internacional. También se puede forzar a un objeto en órbita alrededor de la Tierra a caer en la atmósfera y hacerlo arder. Éstas son sólo algunas de las aplicaciones que están siendo exploradas por científicos de la NASA y por empresas privadas para la tecnología notablemente elegante llamada de las correas espaciales. «Un correa espacial es una larga cuerda o cable que conecta dos objetos que están juntos en órbita», dijo el Dr. Dennos Gallagher, científico investigador del Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA. «Una correa orbital tiende a enderezarse a lo largo de una línea radial a causa de que la fuerza de gravedad varía ligeramente a lo largo de su longitud. El tirón de la gravedad es más fuerte cuanto más cerca de la Tierra y más débil cuanto más lejos. Lo cual significa que hay una fuerza neta en la correa que la estira y mantiene la línea tirante. Esto no es simplemente un ejercicio de física, aunque estas correas tienen muchas aplicaciones útiles. Las correas espaciales fueron un importante punto de debate la semana pasada en el décimo primer Taller Avanzado de Investigación sobre Propulsión Espacial en Pasadena, CA, que fue patrocinado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro y el Centro de Vuelo Espacial Marshall. «Existen dos tipos de correas: correas electromagnéticas y correas que intercambian el momento (NT: el momento entendido mecánicamente como cantidad de movimiento)», dijo el Dr. Robert Hoyt, presidente de Tethers Unlimited, Inc., quien presentó un artículo llamado Diseño y simulación de impulso por correa para transporte terráqueo, lunar y marciano. Las correas que intercambian el momento permiten transferir el movimiento y la energía entre objetos en el espacio. Las correas electrodinámicas interactúan con la magnetósfera terrestre para generar energía de propulsión». #2# Las correas electrodinámicas ya han sido probadas en vuelo, y la idea ha demostrado ser una tecnología viable. De hecho, está siendo considerado como un medio de contrarrestar la ligera resistencia aerodinámica en la Estación Espacial Internacional, reduciendo la necesidad de nuevos impulsos que dependen de los propulsores químicos convencionales. Tal sistema puede posiblemente ahorrar al programa alrededor de mil millones de dólares en costos operacionales durante la vida de la estación. Las correas que intercambian el momento están todavía en fase de desarrollo experimental, y probablemente no estén preparadas para los experimentos en órbita hasta al menos dentro de cinco años, según los científicos que trabajan en esta tecnología. Ambos tipos de correas prometen reducir el coste de poner satélites en órbita y mantenerlos o quitarlos de allí. «Ahora mismo si se necesitase poner una gran carga en órbita geosincrónica haría falta un cohete de 200 millones de dólares», dijo Hoyt, «sin embargo, usando un sistema de correa [de las que intercambia el momento] se podría hacer quizá con un cohete de 20 millones de dólares». En una variante de las correas que intercambian el momento, el sistema de correa de movimiento más rápido, atrapa un satélite de movimiento más lento en una órbita más baja usando un gancho al final de una línea de correa entre 20 y 200 kms de largo. Una vez juntos, tras orbitar alrededor de la Tierra, el sistema rotante de correas lanza el satélite hacia una órbita más alta, algo así como cuando un patinador de competición agarra a un compañero y lo arroja hacia delante. El primer patinador transfiere algo de su momento al segundo, y tras esto pasa a desplazarse más lentamente. De igual modo, el sistema de correas dona parte de su movimiento al satélite, y acaba en una órbita más baja. #3# La correa de intercambio de momento, pues, necesita una manera de regresar a su órbita original para poder asir el siguiente satélite. En los diseños habituales, el sistema de la correa de intercambio de momento tomará el impulso que necesita actuando como el otro tipo de correa – una correa de conducción electrodinámica –. Las correas electrodinámicas habitualmente miden entre cinco y veinte kilómetros de largo. Mientras el largo cable se mueve por el campo magnético de la Tierra, el cambiante campo magnético en su vecindad induce una corriente que fluye hacia lo alto de la correa. Si se añade un transformador eléctrico al sistema de correa y se usa para conducir corriente en la otra dirección, una correa electrodinámica puede “empujar” contra el campo magnético de la Tierra para levantar la órbita de la nave. La mayor ventaja de esta técnica comparada con otros sistemas de propulsión espacial reside en que no requiere ningún propulsor. El movimiento ganado por estos sistemas de correas está a fin de cuentas tomado del movimiento rotacional de la Tierra. #4# «Realmente, se está transfiriendo el movimiento rotacional de la Tierra al satélite», dijo Kira Sorensen, un ingeniero aeroespacial implicado en la investigación de las correas de intercambio de momento del Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama. «Se le está restando fuerza giratoria a la Tierra». No obstante, dado que la masa de la Tierra es muchas veces mayor que la del satélite, el impacto en la rotación terrestre es infinitesimal, apuntó Sorensen. Las correas electrodinámicas pueden ser usadas como un freno al igual que como un acelerador. Si la corriente no se fuerza a marchar hacia abajo en la correa, el movimiento de ésta a través del campo magnético de la Tierra creará una corriente viajando hacia arriba. Esto produce una fuerza que ralentiza el sistema en lugar de acelerarlo. Ralentizar un satélite lo transforma en incapaz de rotar alrededor de la Tierra lo suficientemente rápido como para “vencer” la gravedad, con lo cual cae de retorno en la atmósfera. Sin escudos contra el calor, el satélite acabará ardiendo. Instalar tal mecanismo de suicidio en los satélites es en verdad más útil de lo que parece. #5# «Las compañías de satélites comerciales ya han reconocido que si dejaran los satélites ahí arriba, en poco tiempo éstos acabarían estando en el camino de los otros satélites que quieran poner en órbita», dijo Hoyt. Sin uno de estos “frenos” electrodinámicos, un satélite que ya ha cumplido su vida útil puede tardar meses o años en caer desde la órbita. Pese a lo elegantes y útiles que las correas espaciales puedan ser algún día, la tecnología aún no está preparada para el gran momento. «Hay unos pocos asuntos por resolver que impiden que esto llegue a ser una tecnología utilizada rutinariamente», dijo Dr. Nobie H. Stone, un científico senior del MSFC. Un cuestión es la supervivencia de las correas a largo plazo. Dado que la atmósfera en altitudes de Baja Órbita Terrestre (LEO) es extremadamente tenue – millones de veces más tenue que el aire a nivel de mar – está mayormente compuesta por átomos de oxígeno, que es muy corrosivo. Los micrometeoritos de alta velocidad suponen incluso un desafío mayor. No está claro cómo podemos proteger exactamente el delgado material de las correas electrodinámicas frente a los granos que viajan a decenas de cientos de miles de kilómetros por hora. «No creo que estemos en condiciones de resolver este problema», dijo Stone. El Dr. Robert Forward, vicepresidente de Tethers Unlimited, apuntó que su compañía está trabajando en el diseño de una correa de intercambio de momento que usa líneas redundantes interconectadas a fin de dotar a las correas de una alta tolerancia contra los impactos de micrometeoritos. El próximo vuelo de prueba para la tecnología de las correas será la misión Propulsive Small Expendable Deployer System (ProSEDS), programada para su lanzamiento en diciembre de 2000. #6#