El Equipamiento Adecuado Para Las Súper Naves EspacialesLas naves espaciales de mañana serán construidas usando materiales con propiedades alucinantes“Lo que en realidad estoy buscando”, le dices al vendedor, “es un coche que aguante al menos 10,000 millas entre repostajes, que se repare automáticamente, viaje a 500 mph (millas por hora), y pese solo unas pocas libras”. Mientras el se queda con los ojos abiertos, tu agregas, “Oh sí, y solo puedo gastar cerca de un cuarto de lo que esos otros coches cuestan”.
| Un pedido como este seguro que te haría tomarte a risa el nuevo coche. Pero en distintas formas, este coche de ensueño es una metáfora para los vehículos espaciales que necesitaremos para expandir nuestra exploración del sistema solar en las próximas décadas. Esas nuevas naves espaciales necesitaran ser más rápidas, livianas, baratas, más confiables, más durables, y más versátiles, todo al mismo tiempo. ¿Imposible?. Antes de que responda, considere como debió haber reaccionado un ranchero de hace 200 años si un hombre le hubiera pedido comprar un caballo que pudiera correr a 100 mph durante horas y más, llevar su familia completa y todas sus maletas, y cantarle sus canciones favoritas ¡todo al mismo tiempo! Hoy las podemos llamar minivan. La revolución de la tecnología -- como la Revolución Industrial que reemplazó los caballos con coches -- puede hacer que lo que parece imposible hoy sea común mañana. Justo ahora está sucediendo tal revolución. Tres de las ciencias que más rápido crecen en nuestros días -- biotecnología, nanotecnología, y tecnología de la información -- están convergiendo para dar a los científicos un control sin precedente de la materia a escala molecular. Emergiendo de esta intelectual mina de oro hay una nueva clase de materiales con sorprendentes propiedades que encajarían mejor en casa en una novela de ciencia-ficción que en la mesa de trabajo de un laboratorio.
Con estos alucinantes materiales a mano, construir la mejor nave espacial comienza a no verse en una fecha tan lejana después de todo. Peso equivale a dinero El reto de las naves espaciales de la próxima generación depende de unos pocos asuntos principales. Primero y más importante, por supuesto, el costo. ”Incluso si todos los obstáculos técnicos se solucionaran hoy, explorar nuestro sistema solar aún necesita ser costeable para ser práctico”, dice el Dr. Neville Marzwell, director de Revolutionary Aerospace Technology (Tecnología Aeroespacial Revolucionaria) para el Equipo de Planeación de la Próxima Década de NASA. Disminuir el costo de un vuelo espacial significa principalmente reducir el peso. Cada libra recortada es una libra que no necesitará propulsión para escapar de la gravedad de la Tierra. Naves espaciales más livianas pueden tener más pequeños, más eficientes motores y menos combustible. Esto, a su vez, ahorra más peso, creando así una espiral benéfica de peso ahorrado y reducción de costos. El reto es recortar peso mientras se incrementa la seguridad, confiabilidad, y funcionalidad. Solo eliminando piezas no se conseguirá.
Materiales compuestos, como los usados en raquetas de tenis de fibra de carbono y palos de golf, ya han hecho mucho para ayudar a disminuir el peso en diseños aeroespaciales sin comprometer la fuerza. Pero una nueva forma de carbono llamada “nanotubo de carbono” promete una radical mejora sobre los compuestos: Los mejores compuestos tienen 3 o 4 veces la fuerza del acero por peso -- ¡para los nanotubos, son 600 veces! ”Esta fuerza fenomenal viene de la estructura molecular de los nanotubos”, explica Dennis Bushnell, el jefe de científicos en Langley Research Center (Centro de Investigación Langley LaRC), el Centro de Excelencia para Estructuras y Materiales de la NASA. Son similares a tela metálica enrollada dentro de un cilindro con átomos de carbono colocados en cada una de las esquinas del hexágono. Los nanotubos son generalmente de 1.2 a 1.4 nanómetros de un lado a otro (un nanómetro es una billonésima de un metro), lo cual es cerca de 10 veces el radio de los mismos átomos de carbono. Los nanotubos fueron descubiertos apenas en 1991, pero debido al intenso interés en la comunidad científica ha avanzado tremendamente nuestra habilidad para crear y usar nanotubos. Solo hace 2 o 3 años, los nanotubos más largos que se habían fabricado eran de cerca de 1000 nanómetros de largo (1 micra). Hoy, los científicos son capaces de hacer crecer tubos con una longitud de 200 millones de nanómetros (20 cm). Bushnell advierte que hay al menos 56 laboratorios en todo el mundo trabajando para producir en masa estos pequeños tubos. ”Se están haciendo grandes adelantos, así que hacer materiales voluminosos usando nanotubos probablemente se hará realidad”, dice Bushnell. “Lo que no sabemos es cuanto de estas 600 veces la fuerza del acero se manifestará en un material voluminoso. Todavía, los nanotubos son nuestra mejor apuesta”. Más allá de ser simplemente fuertes, los nanotubos serán probablemente importantes para otra parte del plan de pérdida de peso de la nave espacial: materiales que pueden servir para más de una función.
Imagine que el cuerpo de una nave espacial pudiera también almacenar energía, eliminando la necesitad de pesadas baterías. O que las superficies pudieran doblarse a sí mismas, haciéndolo a distancia con distintos actuadores mecánicos. O que los circuitos pudieran ser incrustados directamente dentro del cuerpo de la nave. Cuando los materiales puedan ser diseñados a escala molecular esas estructuras integrales se volverán posibles. Las pieles de la nave Los humanos pueden sentir incluso el más leve pinchazo en cualquier parte de su cuerpo. Es una sorprendente muestra de auto monitoreo -- posible debido a que la piel contiene millones de terminaciones nerviosas microscópicas al igual que nervios que llevan esas señales a su cerebro. Asimismo, los materiales que forman los sistemas críticos en una nave espacial pueden ser incrustados con sensores de escala nanométrica que constantemente monitoricen las condiciones del material. Si alguna parte comienza a fallar -- es decir, se “siente mal” --esos sensores pueden alertar al computador central antes de que suceda una tragedia.
Tu piel también es capaz de curarse a sí misma. Créalo o no, algunos materiales avanzados pueden hacer lo mismo. Los materiales auto reparables hechos con largas cadenas de moléculas llamadas ionómeros reaccionan a un objeto penetrante, tal como una bala, cerrándose tras él. Las naves usarían estas pieles debido a que el espacio esta lleno de pequeños proyectiles -- rápidos fragmentos de residuos de cometas y asteroides. Uno de esos objetos del tamaño de un grano de arena al de un guijarro podría perforar el escudo de la nave, una capa de material auto reparable mantendría la cabina hermética. Los meteroides no son el único peligro; el espacio esta lleno de radiación también. Las naves espaciales en órbitas bajas de la Tierra están considerablemente protegidas por el campo magnético de nuestro planeta, el cual forma una burbuja segura de alrededor de 50,000 km de ancho desde el centro de la Tierra. Más allá de esta distancia, sin embargo, las llamaradas solares y los rayos cósmicos son una amenaza para los viajeros espaciales.
El verdadero problema es la Radiación Cósmico Galáctica (RCG) producida en explosiones de supernovas distantes. Consiste, en parte, en iones pesados cargados positivamente -- tales como núcleos de hierro -- viajando a una gran velocidad. La combinación de gran masa y gran velocidad hacen a esas pequeñas “bolas de cañón” atómicas muy destructivas. Cuando perforan a través de las células el cuerpo humano, pueden romper el ADN, conduciendo a enfermedades e incluso cáncer. ”Esto supone que los peores materiales que usted puede usar para protegerse contra la RCG son los metales”, anota Bushnell. Cuando un rayo de radiación cósmico galáctica golpea un átomo metálico, puede destrozar el núcleo del átomo -- un proceso semejante a la fisión que ocurre en plantas de energía nuclear. La radiación secundaria producida por esas colisiones puede ser peor que la RCG de la cual el metal está protegiendo. Irónicamente, los elementos livianos como el hidrógeno y el helio son las mejores defensas contra estas bestiales RCG, porque las colisiones con ellos producen radiación secundaria pequeña. Algunas personas han sugerido rodear los dormitorios de la nave con un tanque de hidrógeno líquido. De acuerdo con Bushnell, una capa de 50 a 100 cm de grosor de hidrógeno líquido proveería protección adecuada. Pero el tanque y el sistema criogénico serían complejos y pesados.
Yendo un paso más allá, las capas de este material estructural pueden ser atadas con átomos de otros elementos que son buenos para filtrar otras formas de radiación: boro y litio para manejar neutrones, y aluminio para absorber electrones, por ejemplo. Acampando en el cosmos La superficie de la Tierra está en su mayoría a salvo de la radiación cósmica, pero otros planetas no son tan afortunados. Marte, por ejemplo, no tiene un fuerte campo magnético global para desviar las partículas de radiación, y su capa atmosférica es 140 veces más delgada que la de la Tierra. Esas dos diferencias hacen la dosis de radiación en la superficie Marciana sea cercana a un tercio la del espacio abierto sin protección. Los futuros exploradores de Marte necesitarán escudos de radiación. ”No podemos llevar con nosotros la mayoría de los materiales para una fuerte protección debido a su peso. Así que una cosa en la que estamos trabajando es en cómo construir materiales de escudo contra la radiación de elementos que encontremos allá”, dice Sheila Thibeault, una científica de LaRC especializada en protección contra la radiación.
”Usando microondas, podemos construir esos ladrillos rápidamente usando muy poca energía o equipo”, explica. “Y el polímero que usaríamos agregaría al escudo de radiación propiedades del regolito”. Los refugios de Marte necesitarán la confiabilidad de materiales auto sensibles, la durabilidad de materiales auto reparables, y el ahorro de peso de los materiales multifuncionales. En otras palabras, una casa en Marte y una buena nave espacial necesitan muchas de las mismas cosas. Todas están siendo consideradas por los científicos, dice Thibeault. Para la gente allá en casa Estos alucinantes materiales avanzados también estarán a mano en la Tierra.
Pero no todavía. La mayoría de los materiales avanzados carecen del refinamiento en la ingeniería necesario para un trabajo robusto y elegante. No están listos para el estreno. Incluso así, dicen los investigadores, es solo una cuestión de tiempo: Finalmente el vendedor de autos dejará de reír… y comenzará a vender tu maquina de ensueño de la era espacial. N. del T:*Regolito: Conjunto de materiales producto directo de la meteorización de un sustrato. Se trata de un conjunto de materiales relativamente homogéneo, formado por los fragmentos de la roca original, y de minerales neoformados durante el proceso (arcillas, carbonatos). | |||||||||||
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