NeoFronteras

El espacio un poco más accesible

Área: Espacio — miércoles, 7 de octubre de 2009

Tres nuevos resultados acercan al ser humano a la estación espacial, a Marte, a la Luna y a otros lugares del Sistema Solar.

Foto
Concepción artística de una nave impulsada por un motor VASIMR. Foto: Ad Astra Rocket Company.

Varias noticias surgidas estos días nos hacen pensar que el espacio exterior y la exploración espacial están ya un poco más cerca.
La razón por la que no volvemos a la Luna, no establecemos una colonia allí o exploramos el sistema solar de una manera tan lenta es sobre todo porque es muy caro y utilizamos una tecnología muy anticuada. Básicamente seguimos utilizando la misma tecnología cohete de hace 50 años, pero ya se están dando tímidos pasos en otras direcciones.
Por un lado está el problema de colocar cargas en órbita baja. Esto es necesario para abastecer la estación espacial, colocar satélites en órbita baja o, a partir de ese punto, subirlos a órbitas más alejadas o incluso abandonar la Tierra.
Pero hacer estas cosas sale muy caro porque utilizamos tecnología cohete. Utilizar un ascensor espacial saldría mucho más barato, pero esto es ahora (y probablemente lo será por siempre) ciencia ficción. Aunque quizás la ciencia ficción del pasado nos eche una mano al respecto. ¿Qué tal el cañón de Julio Verne? Tal cual no funcionaría, pero según John Hunter con algunas modificaciones la idea sí podría funcionar, al menos para lanzar cargas a órbita baja.
El concepto viene de un cañón de hidrógeno comprimido de 47 metros que este físico ayudó a construir en el Lawrence Livermore National Laboratory. El cañón era capaz de lanzar proyectiles de unos pocos kilogramos a 3 km/s.
Ahora se ha juntado con otros colegas para fundar en San Diego la compañía Quicklaunch, que pretender desarrollar esta tecnología hasta alcanzar su viabilidad comercial, según informa NewScientist.
Según los nuevos diseños, presentados en Boston durante el congreso Space Investment Summit, un cañón de 1100 metros de longitud sería capaz de lanzar cargas de 450 kilogramos a 6 km/s. Como esta velocidad no es suficiente como para situar dicha carga en órbita baja (LEO), un pequeño cohete terminaría el trabajo.
Lo mejor es que con este sistema el precio por kilogramo situado en LEO sería diez veces menor que con la tecnología actual. Aunque estiman el coste de construcción del sistema en 500 millones de dólares.
Lo malo es que la aceleración tan brutal en el interior del proyectil destruiría cualquier carga delicada y mataría a cualquier persona. Sin embargo, este sistema podría abastecer de combustible a la estación espacial o situar cargas robustas en órbita. Otro escollo es el calor generado por la fricción con la atmósfera, aunque según los proponentes se podría solucionar con un buen escudo y gracias al corto periodo tiempo que el proyectil necesita para cruzar la atmósfera. Su velocidad no obstante se vería reducida en 0,5 km/s debido a esta fricción atmosférica.
También se podría instalar en la Luna donde no hay atmósfera y por tanto no hay fricción atmosférica. Hasta cierto punto esta idea recuerda la tecnología del cañón electromagnético que de vez en cuando también parece resucitar, aunque últimamente lo hace como arma a bordo de barcos de guerra.

La segunda noticia proviene de la compañía Ad Astra Rocket que está desarrollando un motor a plasma desde hace unos años: el VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket). En una prueba en cámara de vacío realizada recientemente han conseguido batir una marca de 201 kw de potencia con su modelo VX-200. Este motor, como ya vimos en estas páginas, acelera un plasma de argón a altas velocidades gracias a campos electromagnéticos.
Este mismo motor podría ser acoplado a la estación espacial para darle impulsos periódicos (y así evitar su caída) con muy poco combustible y alimentado con electricidad procedente de paneles solares. Ese sistema abarataría mucho los gastos de mantenimiento de la estación espacial. En lugar de las 7,5 toneladas anuales de combustible que se consumen en la actualidad se necesitaría sólo 0,3 toneladas de argón para realizar el mismo trabajo.
Este motor, a esa potencia de consumo, produce un empuje de unos 5 newtons que, aunque parezca pequeño, es suficiente para llevar dos toneladas de carga desde las cercanías del Sol hasta Júpiter en 18 meses.
Una versión mayor de este tipo de motor, de entre 10 y 20 Megavatios, permitiría hacer un viaje rápido a Marte de 40 días, disminuyendo así la exposición de los astronautas a la lesiva radiación espacial (el factor más limitante ahora mismo para un viaje a Marte además del económico).
También podría servir para desviar asteroides peligrosos cuyas órbitas se acerquen en exceso a la Terrestre y evitar así una colisión.
El competidor más cercano a este motor es el impulsor Hall de 50 kw de la NASA que acelera iones a alta velocidad como chorro de propulsión. Sin embargo, se dejó de desarrollar en 2005 debido a recortes presupuestarios.
Aunque hay otros motores iónicos funcionando en el espacio para acelerar sondas espaciales, su potencia es muy inferior a la de estos casos.
La compañía espera probar su VASIMR en el espacio el próximo año con vistas a ser utilizado en la estación espacial para 2013.
Pero si queremos aplicaciones de gran potencia, como la misión corta a Marte, el VASIMR no puede ser alimentado con energía solar, sobre todo en misiones alejadas del sistema solar interior. En ese caso se necesita alimentación nuclear.

La tercera noticia versa precisamente sobre el desarrollo de un futuro generador nuclear espacial que alimente de corriente eléctrica este tipo de sistemas de propulsión o provea de energía a una hipotética base lunar.
La NASA ha efectuado una serie de pasos crítico hacia el desarrollo de un generador nuclear de fisión del tamaño de un cubo de basura. Este sistema estaría alimentado con uranio enriquecido y basado en reacciones en cadena de fisión nuclear, en lugar de hacerlo en la desintegración espontánea de isótopos de plutonio, como venía siendo el caso de las sondas enviadas al sistema solar exterior.
En este paso, en el que no se ha empleado material radiactivo, se ha querido comprobar el sistema térmico que obtendrá la energía a partir del calor generado por la fisión nuclear. Paradójicamente se basa en un motor Stirling como el empleado en algunos sistemas de energía solar térmica terrestre y que hemos cubierto en NeoFrontera alguna vez. El concepto de motor de Stirling se basa en diseños de motores de combustión externa del siglo XIX realizador por Robert Stirling. Los ciclos de expansión de un gas en un circuito cerrado permiten transformar calor en movimiento y a partir de éste y un generador eléctrico puede obtener energía eléctrica.
En las pruebas efectuadas también se trataban de testar los materiales empleados y la transferencia de calor en el sistema.
El próximo paso será la prueba en 2012 de un prototipo que aúne radiador térmico, motor Stirling y generador eléctrico, pero sin el reactor nuclear propiamente dicho.
Un sistema nuclear de este tipo, y del tamaño mencionado, proporcionaría unos 40 kw de potencia eléctrica, que sería suficiente para alimentar una base lunar o marciana. Para otras aplicaciones se podría utilizar una batería de estos generadores o escalar el sistema a un tamaño a uno mayor.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa en pdf.
Nota de la NASA
¿Cómo ir a Marte?
Alto rendimiento en energía solar térmica.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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15 Comentarios

  1. radek:

    Si fuera Bill Gates (o alguien con mas de 30000 millones) ya mismo estaria fabricando una nave en orbita con estos adelantos junto con lo del escudo electromagnetico.

    Como no lo soy, me tengo que conformar con proponer una nave espacial de codigo abierto…

  2. txeik:

    Siempre he pensado que la solución estriba en un cañón de unos 4 Km situado en la falda de una montaña próxima al ecuador como pudiera ser el Kilimanjaro.
    El impulso podria venir de diferentes técnicas no incompatibles entre si, desde motores lineales hasta expansión de gases, creando vacios parciales por delante del cohete. La densidad del aire a 6 Km de altura es casi la mitad con lo que con una pequeña carga de combustible adicional deberia ser suficiente.

    Pero bueno! Tan solo son sueños de pequeño que todavia perduran.

  3. Pabloxiti:

    Chicas, chicas, no se emocionen demas, los problemas economicos seguiran rondando la cabeza de los politicos que autorizan los presupuestos para estos proyectos. Ultimamente me asombre a mimismo pensando que la solucion a esto, esta en de forma definitiva sean las empresas las que tomen la delantera en el desarrollo y exploracion del sistema solar interior y posteriormente el exterior, yo que siempre pense que la solucion para el desarrollo espacial tenia que pasar necesariamente por las manos del estado. En fin todo cambia.

  4. JOrge:

    (suspiro) antigravedad, navegación sin inercia, “navegación de impulso” ¿donde estan? ¿hasta cuando la gravedad seguirá frustandonos? :-)

    Necesitamos una revolución en propulsión, o el espacio será tan caro que nunca lo conquistaremos.

  5. NeoFronteras:

    Estimado Jorge:
    Es que esos conceptos son físicamente imposibles, al menos con la Física conocida.
    Algunas especulaciones aparecen aquí:

    http://neofronteras.com/especiales/?p=29

  6. Txus:

    Siempre he estado intrigado sobre un tema. En caso de realizar una misión tripulada a Marte. ¿Cómo tienen pensado librarse de la gravedad de marte para volver?
    Es decir tendrían que llevar un sistema de propulsión bastante potente como para librarse de los 3,71m/s^2 de la gravedad de Marte. Es mas de el doble que los 1,6 de la luna. ¿Existe ya un sistema lo suficientemente “portable” que permita alcanzar la velocidad de escape de Marte?
    Y ya olvidemos de poder explorar planetas mas grades. Si hubiera otro del tamaño de la tierra, con los actuales sistemas de propulsión, sería imposible enviar una misión tripulada. Bueno, lo imposible sería que volvieran. Tendrían que montar una plataforma de lanzamiento.

  7. NeoFronteras:

    Hay dos soluciones a ese problema:

    Una es enviar allí vacío y sin combustible un “modulo marciano de despegue” pequeño, que permitiría subir a los astronautas a la órbita en la que estaría la nave de regreso a la Tierra.
    En suelo marciano se procesaría suelo y/o atmósfera para producir el combustible y oxidante para ese módulo.

    Otra solución es que los astronautas no vuelvan. Solución que se da en dos modalidades:
    a/ Llegan, hacen sus cosas y se mueren (habría voluntarios).
    b/ Viven de los recursos que hay allí como colonos al igual que la colonización de América o las islas del Pacífico. Esta posibilidad se propone seriamente.

  8. JOrge:

    Gracias por la referencia Neo.

    Supongo que, de momento, es más fácil imaginar que evolucionaremos en máquinas capaces de hacer el viaje de milenios que en sistemas de propulsión novedosos. Ciertamente la tierra es la cuna del hombre y hemos de abandonarla algún día pero no en nuestra forma actual…

  9. NeoFronteras:

    Es un poco tonto esto de repetirse, pero hay que insistir en que la Tierra es nuestro único hogar en el Cosmos. Cualquier estrella está muy lejos para que podamos emigrar allí o explorar sus planetas. Y si los hay con vida su vida sería incompatible con la nuestra.
    Eso sí, descubrir vida o vida inteligente fuera de la Tierra sería un acontecimiento histórico, y hay que presionar para que se investigue en esa dirección.
    La única manera de que unos cuantos se libren de los acontecimientos apocalipticos que se darán en la Tierra por culpa nuestra sería terraformar otro planeta, quizás Marte.
    Pero en un mundo con los mismos recursos a repartir entre cada vez más gente no creo que se financie mucho la exploración espacial o la terraformación planetaria para unos cuantos privilegiados.
    La financiación en la exploración espacial sale muy cara y no es negocio (salvo para el turismo espacial de cuatro multimillonarios). Ni el supuesto He3 de la Luna es rentable.
    Si exploramos es por otras motivaciones, sobre todo porque tenemos curiosidad y ansias de aventura y conquista.
    De todos modos, debemos ser conscientes de que tenemos que cuidar mucho la Tierra, ya que es nuestra única casa y nunca tendremos otra.

  10. radek:

    Es posible que en algun planeta exista vida inteligente, pero que por la gravedad excesiva no tengan forma alguna de acceder al espacio? Me refiero a si hay algun limite teorico para los cohetes quimicos.

  11. petrus:

    Lo mejor de la técnica es su imprevisibilidad …
    Basta ver cualquier película de ciencia ficción de más de diez años y comprobar qué pocas profecías allí contenidas se han cumplido, y cómo la técnica ha evolucionado en otras direcciones inesperadas.
    Un par de ejemplos: la comunicación interpersonal universal vía móvil, que de hecho es una inmensa revolución en la cohesión humana general y la Red, que nos provee de información instantánea ( o casi según los días ) y nos permite vivir dentro de una burbuja de información pura y dura…
    Si Jules Verne levantara la cabeza…
    Así que espero que dentro de diez años sigamos sin saber cómo salir de la Tierra pero tengamos otras cosas inesperadas no menos asombrosas.

  12. NeoFronteras:

    Apreciado Radek:
    La gravedad no tiene por qué limitar la vida en un planeta. Puede haber planetas de tipo terráqueo más masivos que la Tierra que contengan vida aunque su gravedad sea alta y los supuestos seres que allí haya lo tengan muy mal para escapar de él, sobre todo con motores químicos.
    Hay un par de novelas curiosas al respecto “Misión gravedad” y “Estrellamoto”. En ellas se especula con este concepto de vida (muy plana) que habita sitios con alta gravedad.

  13. Pabloxiti:

    Neofronteras:
    Otra solución es que los astronautas no vuelvan. Solución que se da en dos modalidades:
    a/ Llegan, hacen sus cosas y se mueren (habría voluntarios).
    b/ Viven de los recursos que hay allí como colonos al igual que la colonización de América o las islas del Pacífico. Esta posibilidad se propone seriamente.

    Una idea fantástica la opción “/b”. Pocos años más tarde, se envía otro grupo de colonos y así de a poco vamos colonizando al planeta Marte.

  14. Jose M. Pineiro:

    Siempre me he preguntado por que no se intenta usar un avion a reaccion para llevar a cuestas un cohete químico. Puede subir a gran altitud y alcanzar grandes velocidades usan motores a reaccion convencionales. A partir de ahí podría liberar el cohete químico que hiciera el resto del viaje, regresando el avion nodriza por simple planeo.

    De esta forma tendriamos varias ventajas:
    – La mayor parte del invento es reutilizable durante muchisimos años. El avion puede despegar y aterrizar con solo reponer combustible.
    – Se podria usar un combustible mas convencional, y por tanto mas economico.
    – No hay que acarrear -y pagar- el oxigeno para la primera fase.

  15. NeoFronteras:

    Ya existe algo basado en esa idea. El sistema Pegasus, comercializado desde hace ya bastantes años, es capaz de lanzar minisatélites con un cohete que despega desde la panza de un avión convencional.

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