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Diferentes tecnologías y técnicas que pueden ser útiles para los viajes espaciales.

Creada01-06-2015
Modificada19-05-2017
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Diciembre1

Reseña del Documental Escapando de la Tierra de la serie El Universo Conocido

Escapar de la Tierra

Documental de la serie El Universo Conocido producido el año 2.011, en el que se describen diferentes tecnologías y técnicas que pueden ser útiles para los viajes espaciales.

La conquista del espacio es una de las tareas más caras y peligrosas que se practican actualmente en la Tierra. Todo el material y las personas que se lanzan al espacio lo hacen mediante el uso de cohetes, quemando toneladas de combustible en unos escasos minutos con el fin de adquirir la velocidad necesaria para situarse en órbita.

El ir montado en una compleja maquinaria repleta de productos químicos combustibles y explosivos es sumamente peligroso. Y muy caro. Cuesta más de 10.000 dólares enviar un Kg de material al espacio. Un astronauta que pese 80 Kg costará 800.000 dólares. Un traje espacial que pesa 140 Kg cuesta 1.400.000 dólares.

Se están estudiando otros medios de elevar materiales y personas al espacio. Medios que sean menos peligrosos y, a ser posible, más baratos.

El Ascensor Espacial

Ascensor EspacialSe ha propuesto fabricar un cable que vaya desde la superficie de la Tierra hasta el espacio. Tendría más de 30 Mm (Mega·metro=Mil Kilómetros) de longitud.

No sé de dónde han sacado esa cantidad. En realidad, por otros documentales y artículos que he visto, el cable debería medir más de 70 Mm. Aunque el puerto espacial estaría a unos 36 Mm de altura, el cable debe continuar hasta unos 70 Mm para situar un contrapeso que mantenga el cable vertical en tensión por la fuerza centrífuga.

Una cabina situada en el suelo dispondría de unas ruedas acopladas al cable y mediante motores eléctricos harían girar las ruedas haciendo que la cabina trepe por el cable. Para evitar llevar pesadas baterías, la electricidad se le enviaría mediante rayos láser desde la base del ascensor a unas placas fotovoltaicas situadas bajo el suelo de la cabina.

Nanotubos de CarbonoEl mayor reto de este proyecto es el cable. No hay ningún material que sea capaz de soportar su propio peso colgando de un cable de más de un Mm.

Pero en los últimos años se está experimentando con nuevas estructuras en viejos materiales. Un material tan viejo como los átomos de carbón es susceptible de formar estructuras muy finas y resistentes llamadas nanotubos de carbono. Un cable fabricado con nanotubos de carbono sí sería capaz de soportar su propio peso, y el de una cabina de ascensor, en una longitud de más de 100 Mm.

Acoplamiento Espacial

Una de las tareas más complejas y peligrosas que se pueden realizar en el espacio es el acoplamiento. Se trata de colocar una nave, sea una cápsula o un transbordador, junto a una gran estructura como la Estación Espacial Internacional en el lugar exacto, con una precisión de centímetros, para que unos enganches los acoplen justo donde están las puertas de ambos módulos.

Cualquier fallo podría dar al traste con la operación y si el fallo es excesivo podría dar lugar a la destrucción del transbordador o incluso de la estación.

La Estación Espacial Internacional ha costado hasta ahora (2.011) 76.000 Millones de Euros. El Transbordador Espacial, 1.200 Millones de Euros. Y por no hablar de las irreemplazables vidas de las tripulaciones perdidas en algunas misiones.

Los astronautas siguen un exhaustivo entrenamiento en simuladores virtuales, pero se está trabajando para que el proceso de acoplamiento sea automático, controlado por ordenador.

Aterrizajes y Alunizajes

Cuando intentamos aterrizar en una superficie lunar o planetaria sin atmósfera tenemos un problema de bastante gravedad. La gravedad atrae al módulo de aterrizaje y si no hacemos nada para evitarlo lo irá acelerando hasta que el impacto sea a una gran velocidad que podría destrozar el módulo.

Podemos usar, tal como se ha hecho con alguna sonda enviada a Marte, paracaídas para reducir la velocidad de caída hasta un margen tolerable, y airbags para amortiguar el impacto con el terreno, pero si no hay atmósfera no se pueden usar paracaídas y los airbags no serían suficientes para evitar los daños del impacto.

La única forma de evitar esos daños es frenar la caída, y eso es algo que hasta ahora se ha hecho con cohetes, pero ya se están diseñando y construyendo sistemas de aterrizaje formados por varias bombonas de aire comprimido situados en la base del módulo dirigidos de forma automática por computadoras que controlarían los últimos metros del descenso. En vez de depender de la pericia de los astronautas, dependería de la programación de los ordenadores del módulo.

Exploradores de Superficie

Una vez en superficie hace falta un vehículo capaz de desplazarse por cualquier tipo de terreno. Hasta ahora, los exploradores que hemos enviado a la Luna o Marte son similares a los vehículos terrestres, pero las ruedas que funcionan tan bien en las carreteras no funcionan tan bien donde no hay carreteras, sino arenales, rocas y abruptas pendientes.

Uno de los últimos diseños consiste en un vehículo de cuatro ruedas que puede desplazarse por terrenos llanos pero que al llegar a un barranco puede dividirse en dos módulos separados. Uno de ellos se puede anclar al terreno y el otro, con cámaras de observación y pinzas para recoger muestras, puede descender por el barranco unido con un cable al módulo nodriza. Una vez en el fondo del barranco, se pueden recoger muestras y fotografiar el entorno y, cuando termine, volverá a subir por la abrupta pendiente recuperando el cable que lo une con el módulo nodriza.

Asistencia Gravitacional

Si queremos viajar bastante lejos en el Sistema Solar tenemos que adquirir grandes velocidades. Normalmente esto se consigue con combustible, pero hay un procedimiento para conseguir grandes velocidades sin consumir apenas combustible.

Consiste en acercarnos bastante a un planeta. Al caer hacia el planeta su fuerza gravitatoria nos acelera y al pasar por su lado habremos adquirido una gran velocidad.

Podría parecer que al alejarnos del planeta perderemos la misma velocidad que hemos ganado al acercarnos, por lo que cuando hayamos salido de su influencia gravitatoria estaremos a la misma velocidad que antes de acercarnos, pero aquí interviene un factor que cuesta algo de trabajo percibir pero que una vez entendido resulta sorprendente.

El Planeta no está en una posición fija del espacio sino que, conforme nos acercamos a él, el planeta también es atraído y acelerado hacia la nave. Cuando la nave llega a la mínima distancia el planeta se ha acelerado en la dirección de la nave. Conforme la nave empiece a alejarse, la atracción gravitatoria entre la nave y el planeta hará que ambos frenen, pero el hecho de que la nave esté separándose del planeta más rápido que cuando se acercaba hará que su influencia gravitatoria dure menos tiempo que durante su acercamiento.

Las diferencias de velocidades son inmensas, tanto como la diferencia de sus masas. La nave, con una masa muy pequeña, se acelera muchísimo. El Planeta, con una masa enorme, se acelera poquísimo. Y con la suma de ambas velocidades el alejamiento es ligeramente más rápido que el acercamiento lo que hace que cuando deje de existir atracción gravitatoria el planeta no habrá frenado del todo.

Debo insistir en que la diferencia es mínima, muy inferior a un milímetro por siglo, pero ese minúsculo incremento de velocidad, multiplicado por la masa del planeta y dividido por la masa de la nave dará un incremento de velocidad de la nave bastante apreciable.

Ver La Asistencia Gravitatoria

Motores de Plasma

Los cohetes desarrollados hasta ahora funcionan por combustión química. Se queman unos combustibles, sólidos, líquidos o gaseosos, y la combustión genera gases en gran cantidad que salen disparados por la tobera del cohete, acelerando la nave en dirección contraria. La gran desventaja es que el combustible se quema con mucha rapidez: Casi todo el combustible de las misiones espaciales se gasta en los pocos minutos que dura el despegue.

Motor de PlasmaEl ingeniero Franklin Chang Díaz ha desarrollado un motor de plasma que no funciona con combustibles sino con un gas inerte, como el argón, que por medio de la electricidad se calienta a millones de grados convirtiéndose en plasma ionizado. Con unas bobinas magnéticas los iones son acelerados hacia la popa y la reacción hace que el cohete avance.

Se pueden conseguir aceleraciones mayores que con combustibles y durante mucho tiempo, meses y años.

Un viaje a Marte con cohetes convencionales podría necesitar de siete a ocho meses de viaje. Con un motor de plasma el tiempo se podría reducir a unos 40 días.

En mi opinión

Una magnífica recopilación de las últimas tecnologías aplicadas a la conquista del espacio.

Con respecto a la posibilidad de construir un Ascensor Espacial debo decir que aunque al principio me pareció una idea genial, pronto descubrí un fallo.

¿Qué pasa con los miles de satélites y centenas de miles de fragmentos de chatarra espacial que están orbitando la Tierra a entre 500 Km y 5 Mm de altura?

No veo ninguna manera de evitar que tarde o temprano, más temprano que tarde, un satélite o fragmento choquen con el cable.

Quizás en el futuro se pueda construir un ascensor espacial, pero primero habría que limpiar toda la chatarra espacial y eliminar todos los satélites cuyas órbitas pudieran colisionar con el cable.

No es una solución tan restrictiva como parece. Se pueden dejar todos los satélites en órbita geosincrónica (36 Mm) y todos los satélites que realicen un número entero de órbitas al día.

Un satélite en órbita polar que realice, por ejemplo, ocho órbitas al día, sin un segundo de atraso o adelanto, pasará todos los días por delante o por detrás del cable, siempre a las mismas horas y distancias.

Pero si hay un segundo de atraso, las distancias de paso con la torre irían variando, la órbita barrería toda la zona hasta chocar con la torre.

Y con respecto al Motor de Plasma de Franklin Chang Díaz ¿estará a tiempo para los futuros viajes previstos a Marte?

Ver Ficha de Escapando de la Tierra de la serie El Universo Conocido

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