Proponen proyecto alternativo al Ares

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Proponen proyecto alternativo al Ares

Área: Espacio — Lunes, 21 de Julio de 2008

Un grupo de ingenieros, en su mayoría anónimos, proponen un sistema alternativo al oficial Ares de la NASA como sustituto de la lanzadera espacial.

Sistema Ares. Foto: NASA.

Unos ingenieros de la NASA, algunos de los cuales están trabajando en el proyecto oficial del sistema Ares que sustituirá la lanzadera espacial y permitirá el retorno a la Luna, usan parte de su tiempo libre en el desarrollo de una alternativa. Lo más curioso es que realizan esta labor de forma más o menos anónima. Según ellos la nueva alternativa, que denominan Júpiter, sería más segura, barata y fácil de construir que el sistema Ares.
Hace un tiempo la NASA, ante los planes presidenciales de volver a la Luna, propuso el sistema Ares, que sustituiría a la lanzadera espacial. Este proyecto consiste en dos lanzadores independientes, uno (el Ares I) para llevar a los astronautas dentro de una cápsula tradicional hasta una órbita baja y otro un cohete lanzador de cargas pesadas (Ares V) no tripulado.
Desde que se propuso ha habido varios problemas técnicos, pese a que la tecnología implicada sería una modificación de la ya existente, pero lo suficientemente diferente como para dar problemas. Por ejemplo, los propulsores de estado sólido, basados en los ya existentes empleados por el trasbordador pero de más segmentos, presentan problemas de vibraciones entre otros. Esto hace pensar que el comienzo de la nueva etapa se retrase y deje a EEUU apartado de la carrera espacial durante unos años, justo ahora que China quiere llegar a la Luna. El último viaje del shuttle será en 2010, pero no esperan el primer vuelo del Ares hasta 2015 (como mínimo) y un viaje a la luna para 2020.
Los ingenieros implicados en el Júpiter pertenecen al Marshall Space Flight Center de la NASA, realizan esta otra labor en su tiempo libre con la ayuda de expertos ya jubilados y otros entusiastas espaciales, totalizando 57 voluntarios.
Alguna autoridad de la NASA ha rechazado ya este proyecto por considerarlo muy preliminar. Los responsables del proyecto Ares tampoco saben cuáles de sus ingenieros trabajan paralelamente en el Júpiter. De todos modos estos personajes critican el diseño del Júpiter afirmando que no funcionaría. Algo que no deja de ser paradójico si los que lo desarrollan son los mismos ingenieros que trabajan para la NASA en el Ares.
El diseño del Júpiter se basa en la misma tecnología que el shuttle. Consistiría en eliminar el orbitador y modificar el tanque de combustible exterior para que sea el cuerpo principal del cohete. Se usaría los mismos cohetes de combustible sólido que ahora y sobre el tramo superior iría la carga. Los motores serían los mismos que ya existen e irían en la base del cohete en configuración de dos o tres según el modelo. También se añadiría una segunda etapa para cargas pesadas y el viaje a la Luna, viaje éste que se haría con un solo cohete en lugar de dos como en el Ares.
Además las rampas de lanzamiento a utilizar y otros recursos en tierra serían los mismos que ya existen para la lanzadera al conservarse las mismas dimensiones de base que el actual sistema.

Comparativa entre la lanzadera espacial, el sistema Júpiter y el sistema Ares. El Saturno V aparece en semitransparecia al fondo. Foto: Directlauncher.

Según sus cálculos con el diseño Júpiter la NASA ahorraría 19.000 millones de dólares en costes de desarrollo y 16.000 millones en costes de operaciones en dos décadas.
Steve Metschan, un ingeniero de la NASA y que apoya el proyecto Júpiter, dijo que las elecciones presidenciales cambiarán el escenario y acusó a la NASA de suprimir información que muestra que el Júpiter funcionaría mejor que el Ares. La máxima preocupación de alguno de estos ingenieros es que la NASA destruya las instalaciones en tierra para que ya sea irreversible la adopción del Ares.
¿Está el mundo espacial listo para proyectos Wikirocket? Ya veremos.

Fuentes y referencias:
Ares I.
Ares V.
Júpiter.
Vídeo sobre el proyecto.

Energía solar desde el espacio

Al final nada sale gratis y ahora que empezamos a utilizar las energías renovables nos encontramos también con sus inconvenientes. La energía solar es irregular al igual que la eólica. Los aerogeneradores cambian el paisaje y según algunos matan más aves de lo aceptable. ¿Qué tal una fuente de energía que nos venga del cielo?

Una  central solar satelital seria un gigantesco satélite dotado de paneles solares y destinado solo a generar energía. La idea original fue de  Peter Glaser a principios de los años 1970.  Las ventajas en cuanto a rendimiento eran claras.  No más problemas con las nubes, ningún riesgo de daños por tormentas, nada de limpiar los paneles de polvo y suciedad para mejorar su rendimiento. Y aún mejor, 24 horas de sol cada día durante unos 360 días al año si eran colocados en órbita geoestacionaria.

Pero también tenía inconvenientes. Empezando por el costo de fabricar, y colocar en órbita, kilómetros de paneles modulares.  O su vulnerabilidad ante un ataque militar. Sin embargo, la dificultad más importante era el envío de la energía para ser utilizada en la Tierra. La energía solo puede transmitirse en forma de radiación electromagnética, muy probablemente microondas, y apenas tenemos experiencia para las enormes potencias que serian necesarias. Además el proceso implica perdidas al generar la radiación, perdidas en la transmisión a través de la atmósfera y perdidas en los receptores. 

Las opción mas estudiada es el uso de las microondas a diferentes frecuencias. Tenemos cierta experiencia generándolas y hay diseños de antenas rectificadoras que  convierten las microondas en corriente continua con una eficacia cercana al 90%. Para evitar los efectos en el ecosistema, básicamente que si alguien o algo interceptan el haz acaben asados como en un  horno, se utilizarían intensidades muy bajas y antenas enormes.

¿Utopía? Tal vez. Pero se sigue trabajando en ello. El último, y muy interesante,  estudio de la NASA sobre centrales solares  en el espacio data de 2004. Proponía nuevas órbitas y diseños simplificados para ahorrar costes de lanzamiento y construcción. Según sus conclusiones, la opción más rentable seria una combinación de instalaciones solares en tierra y el espacio que garantizarían un suministro eléctrico puramente solar durante las 24 horas del día. Se eliminaría así el complicado problema de almacenar la energía o transmitirla a muy largas distancias para garantizar el suministro nocturno.

Y, como otras tecnologías, puede que lo primero sean aplicaciones limitadas o “de nicho”. Este mismo año, un estudio de la  agencia de seguridad nacional para el espacio  (NSSO) del departamento de defensa de los Estados Unidos propuso la utilización de  pequeñas centrales solares en el espacio como suministro energético para sus soldados.   El objetivo seria ahorrar combustible y la enorme logística necesaria para transportarlo y protegerlo hasta el campo de batalla.  Aunque seguro que también están pensando que desde el espacio se puede apuntar a cualquier sitio.

Alcanzar las estrellas I: Ahora tenemos la bomba

Esta entrada es el comienzo de una pequeña serie que iré alternando con otras de anotaciones. La idea es explicar distintos conceptos de naves diseñadas para viajar a las estrellas más cercanas utilizando la ciencia y la tecnología actuales o ligeramente más avanzadas. Si alguna vez lo logramos probablemente sea en una nave muy diferente pero ya sabemos lo suficiente para empezar a soñar.

El combustible es peso y reducirlo es el objetivo de cualquier vehículo que desee desplazarse rápidamente. Esto es algo importante en los aviones pero es definitivo en un cohete hasta el punto de marcar si puede o no construirse. Para viajar a la estrella más cercana, Alfa Centauri situada a unos cuatro años-luz o 41 billones de kilómetros, es imposible utilizar combustibles químicos, el viaje seria tan lento que la nave desharía de puro vieja. Por eso los primeros diseños tuvieron que esperar hasta que se desarrolló la energía atómica.

Muy pronto, hacia 1947, surgió  Orion. Inicialmente era un proyecto para acortar radicalmente el tiempo necesario para viajar a otros planetas del sistema solar. Sin embargo, conforme avanzaba el diseño, se comprobó que era posible utilizarlo para viajar a las estrellas. El principio era simple, utilizar una pequeña bomba nuclear que explotaría a corta distancia de la nave empujandola mediante su onda expansiva. Aun así serían necesarias cientos de explosiones sucesivas para lograr las velocidades deseadas. Esto implicaba, como mínimo, dos problemas graves: proteger la nave de la explosión y minimizar los residuos radiactivos.

Dado que era tremendamente difícil contener la explosión se pensó en alejarla de la nave e interponer un escudo de varios metros de espesor entre ella y la nave. Los análisis confirmaron que era posible absorber el empuje mediante grandes amortiguadores suavizando el impacto y proporcionando un empuje relativamente estable. Para probar que los materiales de aquella época podían soportar la radiación y el impacto se situaron  dos esferas de acero recubiertas de grafito en las cercanías de una explosión nuclear. Más tarde pudieron ser recuperadas relativamente intactas. En principio, la nave podía construirse.

Evitar la contaminación radiactiva era algo totalmente distinto. Incluso sustituyendo las bombas de fisión por bombas de fusión, tras un despegue desde la superficie terrestre la contaminación seria muy extensa y peligrosa.  Sobre todo cuando se descubrieron los graves riesgos de las explosiones nucleares en la atmósfera.  Debido a ello, en 1963 un tratado prohibió cualquier explosión nuclear que no fuese subterránea. 

Se planteó la posibilidad de colocarla en orbita terrestre y lanzarla desde allí pero, aunque el problema se reducía mucho, no parecía suficiente. Ademas el tratado también  prohibía las explosiones en el espacio.  Como consecuencia tuvo que olvidase el único diseño de nave estelar capaz de llevarnos a Alfa Centauri con la tecnología del siglo XX. Seguramente fue para bien. Pero eso no impidió que se comenzase a trabajar en nuevos diseños mas “controlados”. El sueño no había muerto.

Esta es la primera parte de una serie formada por:

Alcanzar las estrellas I: Ahora tenemos la bomba

Alcanzar las estrellas IV: Combustible en el camino

Para acabar con esta serie nos quedaba una última opción. Si no podemos prescindir del combustible la mejor alternativa es no cargar con él. y recogerlo por el camino. Hay varias opciones y una de ellas es casi, casi como en el Come-cocos.

Casi parece que la naturaleza aborrece el vacío. El espacio esta casi vacío pero sigue conteniendo una importante cantidad de hidrogeno que puede utilizarse como combustible. Esta fue la idea de Robert Bussard que origino el desarrollo del  motor Bussard. Una nave podría recoger ese hidrogeno con un gigantesco embudo y,  a partir de una determinada velocidad, este se comprimiría lo suficiente para lograr la fusión nuclear.

Un problema es que recoger el combustible frena la nave aunque puede reducirse bastante en las condiciones adecuadas. Sin embargo, el problema mas grave es el tamaño. Según la densidad del hidrogeno seria necesaria un superficie colectora de entre  6.000 y 60.000 kilómetros de diámetro. En lugar de superficies sólidas es posible utilizar campos magnéticos o electrostáticos para atraer el hidrogeno pero siguen siendo sistemas grandes y pesados. Demasiado peso incluso eliminando la carga de combustible.

Se han propuesto varias  versiones para mejorar el rendimiento  de este sistema. Por ejemplo, utilizar el hidrogeno en una reacción de fusión con litio-6 o boro-11. O  utilizar ciclos de fusión mas complejos. En última instancias también serviría añadir una pequeña cantidad de antimateria. Pero eso eliminar la principal ventaja del sistema ya que obliga a transportar  parte del combustible.

Una de las últimas ideas en este campo recupera parte del primer diseño con el que comenzamos esta serie.   Es el denominado  Mini MagOrion.  La propuesta es recuperar la idea del Proyecto Orion, impulsarse mediante pequeñas explosiones atómicas. En este caso se utilizarían pequeñas cargas que serian fuertemente comprimidas por campos magnéticos hasta explotar. La novedad es que la nave no transportaría el combustible. El combustible seria lanzado previamente en pequeñas cápsulas a lo largo de la trayectoria que debe seguir la nave. Y la nave lo iría  recogiendo y utilizando sobre la marcha. Algo parecido al come-cocos.  Se calcula que seria posible llegar a un décimo de la velocidad de la luz.

Todo lo descrito en estas entradas se basa en física comprobada y tecnología relativamente cercana a la disponible actualmente. Hay otros métodos mucho más especulativos basados en física o tecnología muy lejana a la actual. Lo que esta claro es que este sueño seguirá estimulando nuestra  imaginación durante mucho tiempo.

Estrellas, satélites espía y marcas de agua

No hay nada peor que tener una fotografía y no recordar donde la has sacado. Bueno si. No recordar quien es esa persona que tienes al lado. O quien te la ha hecho. Como consuelo para despistados como yo, eso ha sucedido incluso con las fotografías de los primeros satélites espía.

El 29 de septiembre de 1962, poco antes de que estallase la famosa crisis de los misiles entre Estados Unidos y Cuba, un satélite KH-4 fue colocado en órbita con una cámara muy especial. La misión de este satélite era fotografiar las instalaciones militares de otros países desde el espacio.  El problema es que no bastaba con sacar una fotografía, ampliarla y localizar un silo de misiles nucleares camuflados entre sus borrosos detalles. Una vez identificados,  el siguiente paso era saber donde se encontraba exactamente, algo que tampoco resultaba fácil.

Para empezar el satélite seguía un orbita elíptica, acercándose a unos 165 kilómetros para obtener imágenes y volviendo a alejarse hasta los 460. Por otro lado, era necesario mantenerlo perfectamente orientado y, simultáneamente, girar  la cámara a derecha o izquierda de la trayectoria para localizar los puntos interesantes. Cualquier pequeño error podía ocasionar que se fotografiase una zona a decenas de kilómetros de su objetivo. No olvidemos que, a pesar de utilizar la mejor tecnología de los años 60, este modelo era uno de los precursores de satélites como el que intentan desintegrar antes de que vuelva a la atmósfera. La tecnología no era, ni es perfecta.

Sin embargo, se encontró una solución sorprendentemente simple y eficaz. El satélite portaba un altímetro láser y una cámara adicional (“stellar camera”) que fotografiaba, simultáneamente,  las estrellas “a su espalda”. La imagen de las estrellas marcaba la orientación del satélite, por otro lado el momento de disparo y la altura permitían calcular la posición en su órbita. Con ambos datos y un poco de geometría era posible saber con precisión el punto fotografiado. Esta simple idea fue un importantísimo secreto militar hasta 1995 cuando se desclasificaron varios documentos que explicaban como algunas misiones Apolo utilizaron esta misma tecnología  para fotografiar la Luna. De hecho, la idea es tan buena que aun ahora se sigue utilizando para  controlar la orientación de algunos satélites.

Todo esto lo he recordado por una noticia que he leído recientemente. Parece que Canon ha patentado la idea de incluir un escáner para el iris en sus cámaras. Al realizar la foto, la imagen escaneada del ojo se incorporaría a la misma como una marca de agua digital. Si además añadiesen fecha y la posición G.P.S. tendríamos una fotografía con todos los datos necesarios para poder archivarla correctamente. Incluso demasiados si estamos preocupados por nuestra privacidad

La energía de un sol.

El Sol es el más gigantesco reactor de fusión de nuclear que podemos tener cerca sin que nos cause problemas. Y, a muy pequeña escala, nuestros paneles solares se aprovechan de él. Sin embargo, hay quien ha propuesto planes más ambiciosos. ¿Qué tal utilizarla toda? El Sol entero y completo. Se calcula que 564 millones de toneladas de hidrogeno  se consumen cada segundo en nuestro sol. Como  media, esto es valido para cada puntito de luz que vemos en el cielo nocturno. Y los planetas que orbitan alrededor del sol interceptan solo una insignificante parte de su energía. Aunque consigamos dominar las reacciones de fusión nunca tendremos suficiente hidrógeno para producir ni siquiera una millonésima parte de esa energía. Así que hay quien ha propuesto un plan alternativo. Ya hablamos de posibilidad de colocar centrales solares en  la órbita terrestre. Es una propuesta cara y complicada pero dentro de nuestra tecnología. Pero si vamos mas allá podemos pensar en la colocación de paneles solares a lo largo de toda la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Aunque siendo realmente ambiciosos, ¿por qué limitarse a un fino cinturón de paneles alrededor del sol? ¿Por qué no crear una esfera completa que lo rodee y capture toda la energía que emite? Se conocen comoesferas de Dyson, en honor aFreeman Dyson  que fue el primero en proponerlas. No hay nada en las leyes de la física que  impida construirlas, aunque nuestra tecnología esta muy, muy lejos de poder hacerlo. El primer problema es diseñar una estructura que se mantenga estable bien girando en torno al sol o bien flotando gracias a la presión de la radiación solar. Un anillo como el famoso mundo-anillo de Larry Niven o una esfera no son estables y necesitan algún tipo de motor para mantener su posición. Una estructura basada en  velas solares  tiene mejores  posibilidades. El segundo problema es conseguir material suficiente para hacerlo. Es difícil calcular cuando se necesita porque depende mucho del grosor que queramos darle y de la distancia al Sol. Una esfera de 3 metros de grosor a la distancia de la Tierra requeriría deshacer y utilizar todos los planetas y asteroides  entre el Sol y Júpiter. En cambio, un enjambre de   finas velas solares y habitats flotantes podría construirse  utilizando un asteroide como Palas. Que aún  no podamos construirlas no significa que no podamos verlas. En realidad, la energía procedente de un sol no puede ser contenida dentro de una esfera de Dyson. Incluso después de ser utilizada, termina emitiéndose en forma de calor residual por el exterior de la esfera. Podríamos distinguirlas como estrellas con temperaturas y espectros anormales. Se han realizado algunas  búsquedas astronómicas de esferas de Dyson aunque sin resultados positivos. Al menos, de momento.

Animales en el espacio

De bacterias a monos pasando por ratones, gatos y perros (en vuelos distintos por si las moscas). La colección de animales que han volado al espacio es mucho mas amplia que lo que pensamos.

Volar al espacio y mantenerse vivo una vez que se llega a órbita implicaba resolver algunos problemas al límite de la tecnología de mediados del siglo XX. Por ello no es extraño que muchos países decidieses enviar primero animales para probar sus equipos  antes de intentarlo con seres humanos. Lo sorprendente es la variedad de animales y los grandes riesgos, muchas veces mortales, a los que fueron expuestos. Ninguna agencia espacial se atrevería a repetirlo ahora y enfrentarse a la publicidad negativa.

Los más conocidos son los animales que “simulaban” ser tripulantes de una cápsula espacial. Inicialmente los norteamericanos eligieron los monos y los soviéticos los perros. Alrededor de  una veintena de  perros  y media docena de  monos volaron sobre los primeros cohetes sin llegar a órbita.  Dos de los monos y al menos cuatro perros perdieron la vida por fallos en las cápsulas o porque el diseño no permitía recuperarlos con vida.

Mas tarde llegaron los vuelos orbítales como el de la perra Laika. Una herramienta de propaganda que no pudo ocultar que la cápsula no estaba diseñada para permitir el regreso a la Tierra. Y, aunque se esperaba que viviese  unos días hasta terminar su reserva de oxigeno,murió a las pocas horas por el estrés  y el exceso de temperatura. Otra decena de perros volaron posteriormente y dos de ellos murieron al desintegrarse la cápsula que los traía de regreso.  Gordo, un pequeño mono lanzado como respuesta  por los norteamericanos se ahogó al fallar el paracaídas de su cápsula.

Nada de esto impidió que otras potencias menores siguieran su camino. Francia lo intentó con diversos animales desde  ratones a monos  aunque destaco por ser la única en utilizar gatos en dos misiones. En la primera  el gato Félix logro regresar sano y salvo, un segundo gato cuyo nombre no he podido localizar murió por su fallo técnico en el segundo lanzamiento.  China también realizo numerosas misiones con diversos animales pero hay poca información al respecto

Para concluir son innumerables los diversos pequeños animales que se han utilizado para experimentos en el espacio. Desde tortugas a arañas, de moscas y peces pasando por cucarachas o conejos. En este caso la mayoría son experimentos médicos con muchas aplicaciones terrestres porque amplían nuestros conocimientos todo tipo de procesos biológicos  como el crecimiento de los huesos.

Sigo siendo un firme partidario de los vuelos espaciales y, evidentemente, muchos más animales han sido sacrificados en otras investigaciones. Sin embargo,  no puedo evitar pensar que detrás de los ensayos estaban  las prisas de los políticos y no la seguridad de los astronautas. Habría sido mejor ir más lentamente y perfeccionar la tecnología antes de realizar estos ensayos. Incluso es posible que hubiéramos logrado llegar más lejos. Naturalmente solo es una opinión personal,  la NASA no esta de acuerdo.

El gran salto a la Luna

Fueron ocho años mágicos. Desde mayo de 1961 al 20 julio de 1969. Desde la decisión de Kennedy "lograr que un hombre vaya a la Luna y regrese a salvo a la Tierra antes del fin de esta década" la tecnología realizo un increíble salto.

En mayo de 1961, Alan Shepard realizo un pequeño vuelo suborbital. Ni siquiera una órbita completa ya que los norteamericanos no disponían de un cohete lo suficientemente potente para ello.  Avanzar desde ahí hasta pisar la Luna representaba un salto tecnológico similar al que la tecnología aérea realizo entre diciembre de 1903 y 1918. Entonces se paso de un corto salto de 36 metros  a cazas como el  Focker D.VII, un avión de 800 kilogramos que volaba a casi 200 kilómetros por hora. En ambos casos la motivación  fue una guerra. Una guerra declarada en el caso de aviación, o una "guerra fria"  en el caso de Luna. En ambos casos, se disponía de motivación política y recursos abundantes. Y la voluntad  de soportar incluso graves accidentes como la muerte en un incendio de los tres astronautas del Apolo I.

Cápsula Apolo 1 tras su incendio Fuente: Wikipedia

Por desgracia para los que estamos enamorados de la astronáutica, esa motivación ha desaparecido. En raras ocasiones en que surge la conversación no falta quien se pregunte ¿Por qué gastar dinero en ir al espacio cuando tenemos problemas mucho más urgentes aquí en la Tierra? Es una pregunta importante y necesita una buena respuesta. Lo cierto es que existen multitud de razones a largo plazo para justificar la inversión en el espacio. Desde el desarrollo de nuevas tecnologías con aplicaciones terrestres como los satélites meteorológicos al desvío de asteroides que puedan impactar contra la Tierra. Pero resulta difícil ser convincente cuando todos podemos ver otras  necesidades a corto plazo ¿por qué no retrasar todo 10, 20 o 30 años?

Hay una respuesta "política incorrecta" pero creo que acertada. Siempre tendremos problemas urgentes en la Tierra. Y lo cierto es que no dedicamos todos nuestros esfuerzos a resolverlos. Tal vez deberíamos pero no lo hacemos. Una parte de nuestro dinero y esfuerzo se dedican a otras actividades. Cultura, deporte  y exploración han formado parte desde siempre de la  historia humana aunque no tengan beneficios a corto plazo. O, si buscamos un ejemplo mas reciente, guerras, hambrunas u otros mil problemas cotidianos no detienen unas Olimpiadas. Hay problemas que son pasados por alto con  suficiente apoyo político y social.

El mismo espíritu  de exploración que fue parcialmente responsable de las misiones Apolo sigue existiendo.  Aunque ha buscado otros objetivos diferentes. En los últimos 50 años, 2.436 personas han ascendido al Everest. No sin riesgos ya  que otras  210 personas han fallecido en el intento. Casi una de cada diez. Hace unos días,once personas fallecieron en un accidente en el K-2. Esto no ha desanimado a los escaladores que siguen buscando patrocinadores, planificando expediciones y, si hay suerte, alcanzado la cima.  Ojala algún día recobremos la voluntad para mirar aún más arriba.

La extraña forma de las cápsulas Apolo

Una cápsula Apolo regresando de la Luna era el objeto tripulado más rápido de la historia. Tenia que enfrentarse a una  brutal reentrada atmosférica a casi 40.000 km/h. Debía ser capaz de proteger a sus ocupantes, reduciendo el calentamiento provocado por el roce con la atmósfera en todo lo posible. Y, sin embargo, su diseño parecía poco más aerodinámico que una plancha.

Este 16 de julio se cumplen los cuarenta años desde el lanzamiento del Apolo XI. Y, aunque suele recordarse solo el momento de pisar la Luna, la misión completa duró aproximadamente una semana. Unos tres días para ir, uno de estancia (20-21 de julio) y otros tres de vuelta. Los últimos 100 kilómetros, la reentrada en la atmósfera, eran uno de varios momentos realmente críticos. Incapaz de transportar suficiente combustible para reducir su velocidad, se utilizaba el rozamiento con la atmósfera para ello. Esto presentaba sus propios problemas. Toda la energía cinética asociada a su velocidad debía convertirse en calor y disiparse sin dañar la cápsula o a sus ocupantes. Intuitivamente, puede pensarse que la nave debería tener un diseño afilado y con poca resistencia como los aviones de gran velocidad o las ojivas nucleares. Esto permitiría un frenado y calentamiento moderados y progresivos. En cambio, las cápsulas Apolo tenia la forma de un cono truncado y entraban en la atmósfera por su parte más ancha y con mayor resistencia. ¿Que lógica tenia esto?

Imagen artística de la reentrada. Fuente: Wikipedia.

En este caso, la intuición no es una buena consejera. El diseño había sido cuidadosamente estudiado para lograr una nave estable durante la reentrada y la mejor protección frente al calentamiento. Las simulaciones demostraron que frenar “de golpe” reducía la carga térmica que soportaba la cápsula. Debido a su forma, cuando la nave reentraba a alta velocidad, el aire se acumulaba delante de la misma. Esta capa de aire actuaba como aislante térmico, se calentaba absorbiendo parte de la energía y, finalmente, escapaba por los bordes. Así se reducia el calor que llegaba hasta los tripulantes. Y cuanto menos calor llegase a la nave, mas fácil era diseñar los componentes que debían resistirlo. Aún así el calentamiento era tan alto así que fue necesario incluir un recubrimiento de tipo ablativo en la parte inferior. Este recubrimiento se evaporaba, literalmente, consumiéndose para proteger del calor al resto de la cápsula.


En el lado negativo, los tripulantes debían resistir fuertes aceleraciones y la trayectoria de regreso era relativamente corta y poco controlable. Se decidió que la siguiente generación debía ser más aerodinámica y flexible. Debido a  ciertos requisitos militares, la NASA diseño una nave mucho mayor y provista de alas de gran tamaño (Hay una anotación en Eureka donde esta magníficamente explicada la evolución del diseño de la lanzadera). Por desgracia, estas alas añadieron peso, complejidad y riesgo al diseño.  Finalmente, colaboraron en el  accidente de la lanzadera Columbia . La extraña, y exitosa,  forma de las cápsula Apolo ha vuelto a ser utilizada para su sucesor, el  Orion.

Castillos en el espacio

Buzz Aldrin ha hecho muchas mas cosas además de pisar la Luna. Por ejemplo, es uno de los proponentes de un interesante método para recorrer el sistema solar con un mínimo de coste y sin desarrollar nuevas tecnologías. La propuesta   CASTLE(castillo en inglés) podría ser lo que la exploración espacial necesita.

Imaginad que os queréis desplazar de un lugar a otro utilizando un tiovivo de feria. Podéis sentaros, ponerlo en marcha, frenarlo al llegar a destino y bajaros. Pero esto parece un mal sistema de transporte. Una alternativa mejor seria mantenerlo girando una vez que arranca. Y que otros pasajeros puedan utilizarlo, subiendo y bajando en marcha. Nuestra forma actual de desplazarnos por el espacio utiliza el primer método. Por ejemplo, cuando Aldrin viajo a  la Luna, su nave contenía todo lo necesario para un trayecto de ida y vuelta. Y fue necesario acelerarla desde la Tierra, frenarla al llegar a la Luna y acelerarla (sin el módulo lunar) para volver a casa. Desde el punto de vista energético, es un derroche.

El propio Aldrin propuso una alternativa mejor en 1985. Su idea era utilizar estaciones espaciales, los Aldrin Cyclers, en órbitas elípticas que las acercasen primero a la Tierra y luego a Marte. Además se trataría de órbitas resonantes, que se recorren en un múltiplo o una fracción del tiempo empleado por los planetas. Esto les permitiría cruzarse con ellos de forma periódica y en una posición similar. En el gráfico pueden verse las trayectorias de la propuesta inicial con solo dos estaciones intermedias. Y en este enlace, una animación con las dos estaciones  viajando entre la Tierra y Marte.

 Fuente: Circulating Transportation Orbits between Earth and Mars
 

Estas estaciones contendrían todo el equipo necesario para un largo viaje. Desde granjas hidropónicas para producir alimentos a los pesados escudos para proteger a los astronautas de la radiación. Una pequeña cápsula con la tripulación despegaria desde la Tierra,  aceleraría para igualar velocidades y se uniria “en marcha” a esta estación. Al llegar al destino se desprendería y frenaría para aterrizar. Todo el conjunto podría reutilizarse en sucesivos vuelos. Utilizando mas estaciones sería posible aumentar la frecuencia de los vuelos y tener más flexibilidad para escoger cuanto tiempo utilizar en la exploración. Además, Marte no es el único destino posible. Se han propuesto ciclos similares para viajar a la Luna,  a Venus.  o al cinturón de asteroides. En esencia, el sistema no seria muy distinto a una línea de autobuses entre dos puntos. Eso si, subiendo siempre en marcha.

Estas estaciones podrían construirse en la órbita terrestre. Luego serian desplazados lentamente hasta su órbita definitiva mediante paneles solares y propulsores iónicos. Los  mismos sistemas se utilizarían para realizar pequeñas correcciones de la  trayectoria si son necesarias.  La propuesta inicial ha sido revisada en diversas ocasiones añadiéndose mejoras y actualizaciones. La última versión que he podido encontrar es un  estudio financiado por la NASA en 2001, “Evolutionary Space Transportation  Plan for Mars Cycling Concepts”

Naturalmente, y como cualquier sistema, no esta exento de inconvenientes. El primero que los tiempos de vuelo pueden ser más largos que en una trayectoria directa. También hay que tener una gran precisión en el acoplamiento. Si se pierde el enlace con la estación, no hay segunda oportunidad. Pero el inconveniente principal es el coste inicial, más alto que en otras alternativas. Sin embargo, si nos interesa una exploración espacial de verdad, y no un viaje para plantar la bandera, este sistema ofrece la mejor alternativa para ir, volver y volver a ir.

Lectura recomendada:  Buzz Aldrin's Roadmap To Mars, A Popular Mechanics Exclusive 

Globos en el espacio

Mucha gente no sabe que podemos ver la Estación Espacial Internacional a simple vista,  sin telescopios ni otras ayudas. Basta con saber donde mirar y escoger un momento en el que refleje la luz solar. Pero hace 50 años hubo un objeto más grande, más visible y mucho más simple orbitando la Tierra.  Además, resultaba sorprendentemente útil.

Los satélites de comunicaciones significaron una revolución a la que nos hemos acostumbrado sin darnos cuenta. Resultan tremendamente útiles para transmitir información y, sobre todo, para difundirla de un modo que los cables submarinos no pueden conseguir. Por ejemplo, actuando como emisores de señales de televisión. El antecesor de todos los satélites actuales fue un simple globo.

Echo-1,  inflado en un hangar. Fuente: Wikipedia

Los satélites Echo, eran unos sencillos globos de  plástico PET  con una fina capa de metal sobre ellos. El primero, con éxito, fue colocado en órbita en agosto de 1960. Y fue seguido por otro  lanzado  en agosto de 1964. Eran vehículos ligeros y sencillos, de acuerdo con la tecnología de la época.   Pero también eran grandes, con 30 y 41 metros de diámetro, respectivamente. Esto permitía verles desde la superficie gracias a la luz que reflejaban. Y si reflejaban luz, también podían utilizarse para reflejar otras ondas electromagnéticas. El revestimiento fue diseñado para actuar como un espejo para las ondas de telefonía, radio y televisión.  En general,  el satélite fue utilizado para aprender y ensayar técnicas que luego se utilizaron en nuevos satélites activos. Estos estaban dotados de repetidores, equipos de radio que reciben la señal y la reemitía a la Tierra con mayor potencia. Pero, inicialmente, se utilizaban potentes estaciones de Tierra para emitir y grandes antenas que  recibían, a miles de kilómetros, las debilitadas señales que habían rebotado en los Echo.

Un elemento clave para hacerlo posible,  fue el  desarrollo de tecnologías de rastreo capaces de localizar el satélite y orientar las antenas al mismo. Pensemos que en aquella época no había cohetes capaces de elevar un satélite hasta la órbita geoestacionaria. Ambos satélites orbitaron a unos 1000 kilómetros de altura y cruzaban el horizonte con rapidez por lo era necesario saber donde esta si se quería utilizar. Para ello, se utilizaron  radiobalizas cargadas por energía solar. La tarea no era trivial ya que estos satélites pueden considerarse  la primera prueba de una vela solar.  La presión y la radiación solar fueron modificando su órbita y obligando a rehacer de forma periódica los cálculos sobre su velocidad y órbita.

Desgraciadamente, ya no podemos verlos en el espacio. El  frenado atmosférico ocasiono su reentrada y destrucción entre 1968 y 1969. Pero debemos recordarlos como un gran éxito. Fueron una muestra de ingenio y inteligencia con una tecnología realmente simple. Si los proyectos de  Bigelow Aerospace tienen éxito, quizás volvamos a ver brillantes estructuras hinchables en órbita.