Con la experiencia adquirida en anteriores construcciones, y con el entusiasmo de saber que lo que estás construyendo es tu futuro hogar, no se escatimarán esfuerzos para construir el primer hábitat espacial con capacidad superior al centenar de personas.

¿Y cómo será?

Bueno, podríamos usar los diseños del Informe Ames y construir una réplica de Isla Uno o Isla Dos, pero antes de ello vamos a examinar las opciones que tenemos teniendo en cuenta distintas características.

Las cuestiones más importantes a considerar son dos: La Forma del Hábitat y el Tamaño

La Forma del Hábitat

Para que una ciudad espacial tenga una zona habitable donde las personas puedan vivir de manera normal, necesitamos que la ciudad esté rotando. La fuerza centrífuga resultante simulará una fuerza gravitatoria que evitará los perjuicios de la ingravidez en el organismo.

Las formas que puede adoptar una ciudad espacial pueden ser muchas, como ejemplo vamos a describir algunas posibles:

Torre centrífuga	Una torre de bastante longitud en cuyos extremos se colocan dos módulos de igual masa. Cada módulo tendría el tamaño de un edificio de varias plantas. Al girar la estación alrededor de un eje situado en el centro de la torre, la fuerza centrífuga en los extremos sería similar a la gravedad terrestre, lo que permitiría una vida normal. La comunicación entre los dos módulos opuestos será mediante escaleras o ascensores que recorren el interior de la torre. Este tipo de construcción es el más económico, fácil y rápido de construir para una población de hasta unos pocos cientos de habitantes, pero tiene la desventaja de que las condiciones de vida en su interior serían las de un bloque de apartamentos o un hotel. De lujo, sí, pero un hotel sin paisajes ni zonas verdes.
Anillo	Un anillo girando alrededor de su eje. Dos o más torres comunican el anillo con su centro, donde se emplazarán las partes de la estación que requieran ingravidez. Esta es la forma de la estación orbital que aparece en la película "2001, una Odisea Espacial", aunque el gráfico adjunto es de un diseño de Werner von Braun en los años 1950. Su construcción será un poco más compleja que una Torre Centrífuga, pero no mucho más, y tiene la ventaja de que en tamaños grandes, en ella sí tendremos la posibilidad de instalar extensiones de zonas verdes.
Esfera	Una esfera girando alrededor de su eje. Las viviendas se situarían cerca del ecuador. Este es el diseño de Isla Uno. Su forma proporciona el mayor volumen posible con la mínima cantidad de masa de construcción, aunque tiene la desventaja de que sólo una estrecha franja de terreno a ambos lados del ecuador tendrá el terreno más o menos horizontal. El resto conformará una ladera cada vez más empinada en la que la fuerza de pseudogravedad disminuye conforme ascendemos.
Cilindro	Una superficie cilíndrica girando alrededor de su eje. En un tamaño pequeño, menos de quinientos metros de radio, sería la mejor opción para construir granjas y campos de cultivo. En radios mayores podría usarse para construir las mayores ciudades en el espacio, con capacidad para cientos de miles y hasta millones de habitantes. Es la forma que proporciona mayor cantidad de superficie habitable para una masa determinada.

En todos estos modelos existen dos partes claramente diferenciadas: La ciudad o zona habitable y el resto de la estación, fábricas, laboratorios, observatorios astronómicos, etc. que deben permanecer inmóviles para aprovechar la ingravidez del espacio.

Estas dos partes deberán comunicarse entre sí permitiendo que las personas puedan trasladarse de la ciudad a las fábricas sin necesidad de usar trajes espaciales.

Al estar las fábricas, laboratorios y otras dependencias en condiciones de ingravidez, carece de sentido hablar de la forma que tengan o de cómo se dispongan los diversos módulos conforme se construyan.

No obstante, y con el fin de simplificar lo más posible la geografía de la estación, propongo la construcción de una torre de la longitud deseada que se pueda ampliar según se necesite.

Las paredes de la torre estarán dotadas de numerosas compuertas estancas en cada una de las cuales se podrá acoplar un módulo de trabajo, investigación o incluso un cohete o lanzadera para transbordar mercancías o personal.

En el punto de unión entre la torre, que permanece inmóvil en el espacio, y el hábitat que está girando para producir pseudogravedad, se deben instalar unas salas que permitan la unión al mismo tiempo que impiden que el movimiento del hábitat afecte a la inmovilidad de la torre.

Para ello existen dos salas que se deben situar una a continuación de la otra entre el hábitat y la torre, la Sala Diferencial y la Sala Cardan. Estas Salas de Paso sirven de amortiguación entre la zona giratoria de la estación y la zona estática.

Esta disposición es independiente de la forma del hábitat, de hecho la zona industrial puede ser idéntica en todas las ciudades que se construyan, y su acoplamiento se producirá siempre en el eje de rotación del hábitat, sea cual sea la forma de éste.

Las Salas de Paso

Cualquier estación espacial que contenga un hábitat en rotación tendrá dos zonas diferenciadas.

La zona habitacional, puede ser una torre centrífuga, un anillo, una esfera o un cilindro, y puede ser más o menos grande.

La zona industrial puede tener cualquier forma, regular o irregular, muy probablemente estará formada por uno o varios pasillos de bastante longitud a cuyos lados se acoplen diversos módulos.

Cada módulo puede ser un hangar, un almacén, un laboratorio metalúrgico o médico o una fábrica de lentillas. Cualquier proceso que pueda realizarse mejor en condiciones de ingravidez o que requiera ejecutar procesos en el vacío tendrá su propio módulo de investigación o producción.

Para ir de la zona habitacional a cualquier módulo de la laboral sería conveniente hacerlo con comodidad, sin necesidad de usar trajes espaciales, por lo que lo lógico es que ambas zonas estén unidas por pasillos.

La Sala Diferencial

Unir una estructura estática (la industrial) con otra giratoria (la habitacional) implica que sólo puede haber un acceso a la zona habitacional: Justo por el eje de rotación. Sea una torre, un anillo, una esfera o un cilindro, a la zona habitacional sólo se puede acceder por el eje, pero ese eje se puede acoplar a cualquier punto de la zona industrial.

La unión entre ambas zonas será una sala cilíndrica cuyos extremos giren entre sí, de tal forma que un extremo esté girando con el hábitat mientras el opuesto permanece estático con las fábricas.

La sala se divide en dos o más segmentos, cada uno de los cuales gira a una cierta velocidad con respecto al anterior. Junto a las paredes habrá barandillas y pasamanos para que las personas que pasen flotando en la ingravidez de una zona a la otra puedan adquirir la velocidad de rotación de su destino.

No obstante, hace falta otra sala a continuación.

La Sala Cardan

Si estamos en una barca y nos movemos en una dirección, la barca tiende a desplazarse en dirección contraria. En el espacio pasa lo mismo. Si estamos en una cápsula que pesa 1.000 Kg y un tripulante que pesa 100 Kg se desplaza un metro en una dirección cualquiera, la cápsula en su conjunto se desplazará diez centímetros en la dirección opuesta.

Normalmente la mayoría de las personas pesan menos de 100 Kg y una cápsula pesa muchísimo más de mil, pero la regla es así. Si a la hora de entrar a trabajar un número determinado de personas se desplazan en una dirección de la estación, el conjunto de la estación se desplazará en la dirección opuesta en una distancia proporcional a la diferencia de las masas en movimiento.

En una estación orbital bastante grande, el desplazamiento de personal entre las distintas zonas provocará una reacción de milímetros, lo cual carecerá de importancia, pero en una estación pequeña la reacción puede ser de centímetros, y esos centímetros, haciendo fuerza sobre el extremo de un cuerpo en rotación, podría provocar fuerzas y tensiones que conviene evitar.

Para compensarlo se recomienda colocar una serie de bloques de masa que mediante motores y cables puedan cambiar el centro de gravedad de la estación. Cada vez que una persona de 100 Kg se desplace 20 metros, una masa de 10.000 Kg se desplazará 20 cm en dirección opuesta y el centro de gravedad de la estación permanecerá estable.

Aún así, es conveniente que la unión entre la sala diferencial y la zona laboral de la estación sea una sala cardan, una sala articulada que tenga libertad de movimientos para absorber determinados movimientos del eje según las personas entren y salgan del hábitat.

Las personas que vayan del hábitat giratorio a las fábricas, primero deberán pasar por la sala diferencial. Allí detendrán su rotación y entrarán en otra sala en la que el extremo puede desviarse unos centímetros a un lado u otro del eje de rotación del hábitat.

La mayoría de las veces, la torsión de la sala Cardan será inapreciable, pero cuando llegue una nueva nave y entren varias decenas de personas con sus equipajes, la sala cardan podría acumular una torsión de varios centímetros durante unos minutos, el tiempo que los ordenadores tarden en desplazar las masas de reequilibrio de la estación.

Cualquier persona que estuviese en un extremo de la sala cardan durante el período de ajuste vería lo mismo que un viajero del metro al observar el vagón siguiente durante una curva, pero en una escala mucho menor, ya que la desviación, aún en los casos más extremos sería de sólo unos centímetros. La mayoría de las personas ni siquiera se darían cuenta de que existe la Sala Cardan.

 

Tamaño de las Ciudades Espaciales

Aunque se oye hablar mucho de la fuerza centrífuga, hay que aclarar bien los conceptos:

Fuerza centrífuga es la fuerza con la que una masa intenta seguir su trayectoria rectilínea en un sistema rotatorio. Y por supuesto depende de la masa, es decir que la fuerza centrífuga es equivalente al peso. Podemos decir: "Este libro pesa un Kilo y esta enciclopedia cinco" y eso podemos hacerlo igual en un campo gravitatorio como en una estación donde estemos sometidos a una fuerza centrífuga.

Solemos decir que la Fuerza de Gravedad es de 9,81 m/s² en la Tierra, pero no es cierto. En realidad debería llamarse Aceleración Gravitatoria (m/s² es una medida de aceleración).

La Fuerza de Gravedad es lo que pesan los cuerpos, y en ese sentido sí podemos decir que en la Tierra esta enciclopedia pesa 5 Kg. (fuerza gravitatoria) y en una estación orbital también pesa 5 Kg (fuerza centrífuga).

Así que en la superficie terrestre tenemos una Aceleración Gravitatoria de 9,81 m/s², es decir que todos los cuerpos que caen lo hacen con esa aceleración, tengan la masa que tengan.

La medida equivalente en una estación espacial sería la Aceleración Angular, y es la aceleración aparente con la que caerían los objetos en su interior.

La fórmula para calcular la Aceleración Angular es:

donde v es la velocidad a la que se mueve un objeto y r es la longitud del radio de rotación.

Así que la Aceleración Angular en una estación (lo rápido que caemos, vamos) depende de la velocidad a la que gire la estación y de lo grande que sea.

Aquí tenéis un cuadro donde se relacionan las aceleraciones generadas a distintas distancias del eje de rotación según el tiempo que una estación tarde en rotar.

En color verde están marcadas las aceleraciones angulares en las que los humanos podríamos encontrarnos cómodos. En color rojo aquellas que resultarían peligrosas y hasta mortales y en azul las que resultarían cómodas para relajarnos o divertirnos, pero que a la larga producirían efectos perniciosos en nuestro organismo.

Si tenemos en cuenta que para simular la gravedad terrestre necesitamos que las ciudades espaciales giren sobre su eje, nos podemos hacer a la idea de que el tamaño, mejor dicho el radio de un hábitat espacial, deberá estar en relación con la velocidad a la que gira.

Así que para que una ciudad espacial sea viable deberá:

tener	100	metros de radio y dar una vuelta cada	20	segundos
tener	225	metros de radio y dar una vuelta cada	30	segundos
tener	900	metros de radio y dar una vuelta cada	60	segundos
tener	2000	metros de radio y dar una vuelta cada	90	segundos
tener	3600	metros de radio y dar una vuelta cada	120	segundos
tener	5600	metros de radio y dar una vuelta cada	150	segundos

¿Cinco mil seiscientos?. O sea, ¿más de diez kilómetros de diámetro?.

Seamos serios, ¿realmente hay alguien que crea que se puede construir una estación tan grande en el espacio?.

Lo mismo se preguntaron en el verano del 75 mientras el equipo dirigido por O'Neill elaboraba el informe Ames, y la asombrosa respuesta fue que con los materiales y la tecnología conocidos en aquella época sería posible construir un hábitat cilíndrico de veinte kilómetros de diámetro y más de cien kilómetros de longitud.

 

Tipos de Estructuras Espaciales

Según la utilidad que queramos darle a las distintas construcciones, así deberemos elegir la forma y el tamaño de las mismas.

Huertas y Granjas

Un hábitat destinado a la producción agrícola necesita abundante luz natural, humedad atmosférica y períodos adecuados de noche y día, así como una temperatura controlada.

En su interior deberán trabajar máquinas automáticas, sembradoras y cosechadoras, por lo que interesa que el terreno de cultivo no tenga pendientes, así que lo ideal parece ser usar hábitats con forma cilíndrica.

Un cilindro de cien metros de radio y cien de longitud nos proporcionaría seis hectáreas de terreno de cultivo, mucho más de lo necesario para alimentar a 300 personas.

Aunque al principio haya mucha menos gente en el espacio, será conveniente que la primera granja espacial tenga ese tamaño con el fin de estudiar y experimentar los efectos de la rotación (tres revoluciones por minuto) y los rayos cósmicos a cuyo bombardeo estarán sometidas las primeras granjas espaciales.

Conforme la población del espacio vaya aumentando, se construirán más granjas del mismo tamaño consiguiendo una ventaja adicional, la de que cada granja espacial podrá estar sometida a diferentes ciclos de cultivo controlando la luz, la temperatura, la duración del día y de la noche, el grado de humedad y hasta la fuerza de pseudogravedad para dar a cada tipo de cultivo el ambiente en el que mejor se desarrolle.

Más adelante se podrán construir granjas y huertas más grandes, como por ejemplo, las situadas alrededor de Isla 1.

Minería y Metalurgia

Una construcción dedicada a la industria metalúrgica podrá aprovecharse de dos ventajas: Un vacío casi perfecto, muy difícil de conseguir en la Tierra, y un estado de ingravidez, totalmente imposible en la Tierra.

El vacío será muy útil en la fundición de minerales y en la fabricación de células fotovoltaicas o circuitos integrados. La ingravidez también será muy útil para manejar grandes masas con facilidad, pero sería un inconveniente en según qué tipo de trabajos.

Para satisfacer las necesidades industriales del espacio podría ser conveniente la construcción de una estación en forma de disco. En las dependencias cercanas al centro del disco, cerca del eje de rotación, la fuerza centrífuga será muy escasa por lo que se podrán manejar grandes masas sin problemas. Conforme nos alejemos del eje, la fuerza centrífuga será cada vez mayor, hasta llegar a un tercio o un medio de la gravedad terrestre. Según el trabajo que se haya de realizar se elegirá una zona donde la fuerza de gravedad sea de la intensidad que deseemos.

Observatorios Astronómicos

Un observatorio astronómico espacial necesita estar completamente inmóvil para apuntar a las estrellas, sin vibraciones de ningún tipo y con un entorno libre de radiaciones electromagnéticas.

Será conveniente elegir un lugar alejado de toda perturbación y en ese sentido los lugares ideales serían los puntos de Lagrange Externo del sistema Tierra-Luna (61.500 Km más allá de la Luna) y del sistema Sol-Tierra (a 1'5 Gm de la Tierra, en dirección opuesta al Sol). Al no necesitar rotación, no necesita tener una forma determinada y para evitar cualquier vibración lo mejor será que permanezca deshabitado, controlando sus telescopios desde un hábitat más o menos lejano transmitiendo las órdenes mediante rayos láser para evitar interferencias electromagnéticas.

Las únicas partes móviles del observatorio serán los mecanismos de enfoque de las lentes y los giróscopos que controlarán la dirección a donde se apunte.

Laboratorios de Investigación

Los laboratorios de investigación espacial, que sin duda serán muy solicitados por millares de científicos terrestres, así como universidades y empresas tecnológicas, se diseñarán casi a la medida, ya que cada experimento requerirá unas condiciones muy determinadas para llevarse a cabo.

Los laboratorios que requieran ingravidez se situarán alrededor de una torre espacial en cuyo extremo habrá una sala rotatoria que se comunique con el eje del hábitat sin necesidad de que los científicos deban usar trajes espaciales para sus desplazamientos entre los laboratorios y su alojamiento.

Habitats Espaciales

Los primeros habitats espaciales serán pequeños, seguramente serán torres centrífugas, es decir dos módulos unidos por una torre y puestos a girar alrededor del centro de la torre.

Más adelante se construirán módulos más grandes y si el proyecto tiene el éxito que espero, pronto se empezarán a construir Ciudades Espaciales.

Ciudades Espaciales

Y llegamos a las ciudades espaciales. El diseño de éstas debe ser tal que la gente en su interior esté tan cómoda como en la Tierra, y eso requiere una fuerza pseudogravitatoria similar, un clima agradable, alimentación sana, ambiente acogedor que invite a las relaciones sociales y amplias zonas de esparcimiento y deporte.

Y las formas que mejor se adaptan a estos requerimientos son la esfera y el cilindro, por lo que seguramente así serán las primeras ciudades espaciales.

 

Escrito y Publicado el 2 de Julio de 1999
Ultima modificación el 27 de Mayo de 2015