Aire. El componente esencial para la existencia de vida en la Tierra y el elemento que diferencia nuestra atmósfera de la de otros cuerpos celestes. Es, también, el principal problema a abordar cuando se trata del diseño de futuras naves espaciales que sean capaces de regresar al planeta.
¿La razón? La fricción que se genera al reingresar las naves a la atmósfera produce temperaturas tan altas que no existe en la actualidad materiales que las resistan sin sufrir desgastes. Sólo los transbordadores espaciales han logrado sortear esa barrera y no gracias a una estructura distinta, sino al diseño de una lenta y muy calculada ruta de reingreso que reduce al máximo la fricción.
Pero ¿qué sucedería si se trata de una nave que regresa de distancias mayores que la Estación Espacial Internacional? Su velocidad sería muchísimo mayor y las posibilidades de controlar una ruta de reingreso mucho, mucho menores.
Es por eso que uno de los grandes objetivos en la carrera espacial en el siglo XXI es la búsqueda de nuevos materiales cuya composición les permita resistir las altas temperaturas impidiendo que el calor ingrese al vehículo, pero que también –teniendo un grado de flexibilidad y versatilidad- sean capaces de tolerar condiciones extremas sin perder su forma y resistencia general.
En una jornada de seminarios sobre materiales avanzados estructurales y funcionales, organizado por el Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, se dieron cita investigadores chilenos y japoneses a debatir sobre este y otros temas.
El escudo de calor de la nave Orion debía ser capaz de resistir temperaturas de hasta 4.000 grados Farenheit, es decir, poco más de 2.200°C (Foto: NASA)
El retorno a la tierra: La última frontera
A menos que se cuente con un dispositivo que relativice el tiempo y el espacio -idea que es permanente en los relatos fantásticos y de ciencia ficción- no es posible evadir la atracción que ejerce la Tierra sobre los objetos que ingresan a su atmósfera, especialmente si lo hacen a alta velocidad.
Ese reingreso implica someterse a tan altas temperaturas que no existe material que las resista sin desgastarse. Y esto también aplica para vehículos hipersónicos, no solamente para aquellos que, en un futuro distante, pudiesen retornar de potenciales exploraciones.
“La resistencia al calor extremo es, por lejos, uno de los puntos críticos. En el caso de los vehículos hipersónicos -si bien para ellos la temperatura del reingreso no es tan alta, aún lo es lo suficiente como para que pierdan su forma- y es lo que se debería preservar en el largo plazo. A Mach 6 o Mach 8, no hay materiales que puedan mantenerse intactos”, indica el profesor Yasuo Kogo, investigador y académico de la Tokio University of Science en Japón.
“Ahora, si el problema es solo el calor y no la forma, uno de los materiales más interesantes es el ablator, un vital componente de los escudos de calor. El ablator –al reingresar a la atmósfera- se consumirá lentamente, liberando gases y disipando calor en el proceso, de manera que el calor no llega al interior”, agrega el investigador experto en materiales avanzados.
De hecho, ablator fue uno de los materiales con los que la NASA desarrolló el escudo de calor de la nave Orión, con la que se espera potenciar la exploración espacial tripulada y que tuvo su prueba experimental en diciembre del año pasado.
Otros dos materiales, advierte el profesor Kogo, son muy promisorios: los cerámicos, que en términos de resistencia a condiciones ambientales y uso de largo plazo tienen muy buen rendimiento, y los compuestos carbón-carbón. Estos últimos consisten en una fibra de carbón reforzada en una matriz de grafito y, si bien ha demostrado alta resistencia al shock de calor y se fractura menos que otros cerámicos, aún se requiere mayor investigación para otorgarle resistencia a los impactos. “De hecho, si su resistencia es mejorada, quizás también podría ser usado con otros fines que impliquen altas temperaturas y severidad mecánica”, señala el profesor Yasuo Kogo.
¿Y son estos elementos el punto crítico de la futura exploración espacial? Para el profesor Kogo, lo son: “La búsqueda de nuevos materiales que cumplan con estas características es lo esencial para que podamos diseñar las futuras naves, que –más allá de potenciar y abrir una nueva era para los viajes al espacio- permitirán uno de los objetivos más anhelados, el regreso a casa con seguridad de los exploradores”, concluye.