Un dels reptes que ha obert la NASA Solve en el darrer any ha estat com millorar la impressió 3D per construir un hàbitat en la Lluna o en Mart.
Portar tonelades de material per construir ciutats i laboratoris a Mart seria una despesa enorme. Podríem dissenyar un sistema d'impressió en 3D que imprimeixi una casa a Mart amb recursos que la pròpia impressora pren de Mart?
"Imprimiendo con arena del desierto. El proyecto “Solar Sinter” fue creado por Markus Kayser y aborda la falta de materia prima. Así es como decidió crear una impresora 3D que utiliza uno de los materiales más abundantes de la Tierra, arena. La tecnología detrás de la impresora 3D se basa en el Sinterizado Selectivo por Láser, sin embargo, utiliza rayos solares en lugar de rayos láser.
En primer lugar, los rayos se enfocan con un sistema de lupa para fundir la arena del desierto a una temperatura de 1000 ºC. Se agrega otra capa de arena y se sinteriza hasta que se termina la estructura final ¡Sin duda una propuesta ecológica de materiales de impresión 3D increíble!"
Si soc un astronauta i vaig a Mart ja em podria trobar la meva pròpia casa construïda i adaptada. És possible o és una fantasia?
Hi ha alguna empresa que intenta fer-ho realitat:
"El laboratorio ha creado objetos impresos en 3D con materiales que simulan los recursos marcianos y lunares, demostrando que quizá podríamos hacer lo mismo con el polvo marciano o lunar. El estudio ha sido publicado en la revista Scientific Reports.
Los materiales simuladores cuentan con la aprobación de la NASA y tiene una composición, forma y tamaño similar al polvo que se encuentra en la Luna y en Marte. El equipo de Shah mezcló este polvo con solventes y biopolímeros, y luego utilizaron una sencilla impresora 3D para crear una variedad de objetos, como herramientas básicas y bloquecitos.
Estos objetos están compuestos de 90 por ciento polvo pero, según el equipo de investigación, los mismos son flexibles, elásticos y duraderos, como el caucho. El material se puede cortar, enrollar, doblar y moldear. El equipo está trabajando ahora en una forma de calentar este material para que se asemeje a la cerámica."
Contínuament, la NASA, a través del seu projecte NASA SOLVE, obre reptes per tal que tothom qui vulgui pugui ajudar-los a resoldre els seus grans desafiaments.
Algunes propostes van destinades a enginyers, altres a estudiants universitares i altres a pre-universitaris.
Es un equipo cerrado herméticamente, que incluye un dispositivo de respiración y que le permiten al ocupante moverse libremente por el espacio. Es la única prenda destinada a realizar cualquier actividad extravehicular y una medida de seguridad para la reentrada; pues protege a los seres humanos del calor, el frío, la radiación y la nula presión atmosférica del espacio. Este traje se puede ocupar en actividad extra vehicular (EVA por sus siglas en inglés) fuera de la nave y en el desplazamiento por la luna.
El ingeniero militar español Emilio Herrera diseñó en 1935 por primera vez un traje espacial llamado escafandra estratonáutica, que inspiraría posteriormente los utilizados en la carrera espacial.
El traje espacial fue usado por un astronauta por primera vez en la Unión Soviética. En un principio los trajes eran confeccionados a medida, posteriormente se aplicaron técnicas para adaptar la prenda a los distintos usuarios y por último se adoptó una opción intermedia donde algunas piezas son comunes y otras a medida.
Funciones del Traje Espacial
Un traje espacial debe desempeñar diversas funciones para que su ocupante permanezca cómodo y seguro. Debe proveer:
Una presión interna estable. Esta puede ser menor que la presión atmosférica de la tierra, y por eso normalmente no es necesario llevar nitrógeno en el traje. Una menor presión permite una mayor movilidad para su ocupante, pero conlleva con la posibilidad de que ocurra un mal de descompresión.
Movilidad. La movilidad esta normalmente opuesta a la presión del traje. La movilidad también esta dada por las uniones del traje.
Oxígeno respirable. La circulación de oxígeno respirable está controlada por el Sistema Primario de Soporte Vital.
Regulación de la temperatura. Distinto a la tierra, donde el calor puede ser transferido por convección en la atmósfera, en el espacio el calor puede perderse solo por radiación o por conducción con los objetos en contacto directo con el traje. Como la temperatura en el espacio puede variar considerablemente, la temperatura del traje esta regulada por ropa de Enfriamiento Líquido, mientras que la temperatura interior del traje esta regulada por Sistema Primario de Soporte Vital.
Escudo contra la radiación ultravioleta.
Escudo limitado contra la radiación.
Protección contra pequeños meteoritos.
Sistemas de comunicaciones.
Formas para el cómodo almacenamiento de desechos sólidos y líquidos.
Formas para maniobrar, engancharse y desengancharse de la nave.
Partes del traje espacial
El traje espacial lo componen varias piezas que se ajustan unas a otras y algunas son intercambiables con otros trajes:
Perneras: el traje se compone de unos pantalones y un anillo ventral ajustable en altura y anchura para ser usado por distintas personas.
Tronco: al anillo ventral se acopla una camisa con anillos en las muñecas y el cuello.
Guantes: son una parte especialmente cuidada porque debe permitir cierta sensibilidad para manejar herramientas y al mismo tiempo protegerle del espacio exterior. Suelen ser hechos a medida.
Casco: es otra pieza de especial delicadeza pues debe permitir una amplia visibilidad, ser robusto, tener varias pantallas para proteger los ojos de la radiación sin impedir ver, ofrecer uno o dos micrófonos para la radio, auriculares y una pantalla donde aparezcan mensajes escritos.
Mochila: en ella van las botellas de aire para poder respirar, el regulador para compensar la diferencia de presión, las baterías y la radio.
Tubos de evacuación una serie de conductos para permitir al astronauta orinar y defecar si fuese necesario sin que suponga un peligro ni una molestia. Hay que tener en cuenta que algunos paseos espaciales pueden prolongarse durante horas (para la reparación del Telescopio espacial Hubble fue necesario una EVA de 26 horas).
En su conjunto un traje de este tipo puede superar los 130 kilos de peso. A esta configuración se le puede añadir el módulo extravehicular (Manned Maneuvering Unit en inglés) que utilizan los estadounidenses para maniobrar fuera del transbordador espacial. Así tendríamos la configuración más completa y eficaz.
Un traje algo distintos es el llamadotraje de vuelo utilizado tanto en el despegue como en el aterrizaje y sirve como medida de precaución por si ocurre una despresurización del vehículo espacial. Al contrario que el anterior no lleva mochila. En el caso de los transbordadores americanos es de color naranja fuerte para ser visto con más facilidad y su denominación es ACES. En la Soyuz este traje es de color blanco y se denomina Sokol. Además va equipado con radio baliza bengalas, agua, raciones de comida, paracaídas, flotadores y demás equipo de supervivencia; por si se produjera un accidente y debieran abandonar la astronave en vuelo o al caer sobre agua.
Tejido del Traje
Todo traje espacial están confeccionado con varios tejidos, especialmente si la prenda está prevista para salir al espacio.
Capa exterior: es blanca o de material reflectante para disipar la mayor cantidad de luz y calor posible.
Capa de kevlar: suele estar colocado en el interior y su misión es proteger los tejidos interiores de desgarros y de pequeña basura espacial que pudiera producir cortes o perforaciones con la consiguiente pérdida de presión.
Algodón: es la parte interior para proporcionar un tacto agradable, evitar pérdidas de calor y absorber posibles sudoraciones del propietario.
Estas capas no tienen porqué ser únicas sino dobles o triples y pueden resistir el impacto de un objeto con el tamaño de un guijarro de río. Para partículas más grandes no se garantiza la resistencia; pero si se produjera un agujero del tamaño de una moneda las mochilas podrían proporcionar aire durante unos 30 minutos.
Problemas del Traje Espacial
Su alto coste: pese a lograr reducciones en este campo gracias a la experiencia, el precio de cada uno es algo que ha demostrado ser muy difícil de solucionar. Se podría conseguir fabricándolos en serie; pero muchos componentes debe ser confeccionados a medida.
El tiempo para entrar y salir: la cantidad y la precisión de ajustes que necesita el traje, lo voluminoso y delicado de sus componentes y todos las comprobaciones que necesita hacen que la operación de vestirse pueda superar la media hora o incluso más.
La incomodidad: pese a los esfuerzos el traje espacial no deja de ser un globo hinchable, lo que lo vuelve grande y aparatoso. Se han estudiado trajes de formas duras; pero por el momento no son una alternativa. También resulta muy difícil de resolver la sensibilidad, sobre todo en las manos.
Posibles Sucesores
La Profesora Dava Newman desarrolló unos trajes espaciales denominados "biotraje", similares a uno de neopreno. Estos trajes cuentan con la misma Resistencia y flexibilidad que los trajes convencionales. La diferencia que tienen es que el traje convencional se infla de aire para evitar la descompresión, por lo que reduce en gran cantidad la facilidad y precisión de la movilidad. El biotraje soluciona este problema: el traje se ajusta para producir presión directamente sobre la piel, por lo que no es necesario inflarlo.
Se han realizado y se han puesto en práctica estos trajes, y los resultados fueron satisfactorios: se podían hacer actividades cómo la escalada, totalmente imposible con el convencional de aproximadamente 126 kg.
Evolución en 40 Años
Hasta la fecha, los trajes espaciales llevados por los astronautas han sido toscos, aparatosos, lentos, y muy frágiles. Por supuesto, se han podido mejorar considerablemente con el paso del tiempo. Pero nunca, hasta ahora, se había conseguido un salto como este en materia de trajes espaciales; sin duda, la Dra.Dava Newman nos ha impresionado con su nuevo modelo de traje espacial, el Bio-Suit (traje Biológico), basandose en los ideales del Dr.Paul Webb.
Los trajes espaciales convencionales utilizan sistemas de presión de gas para aislar al astronauta del vacío, esos sistemas ocupan mucho espacio, y no permiten al usuario moverse con demasiada libertad. Pero Gracias a los avances en nanotecnología, los sistemas de compresión por gas han sido sustituidos por un complejo, pero fino sistema de maquinas de tres capas, reduciendo, de esta forma, el tamaño del traje considerablemente, y dotando al astronauta de una mayor movilidad.
Composicion del Bio-suit
La primera capa, creada gracias a los avances en el manejo del carbono, nos permiten equipar a estos trajes con una ligera y casi impenetrable protección, que supera, con creces, a la ofrecida por los trajes espaciales convencionales.
La segunda capa, realizada de un material capad de inflarse está diseñada para amortiguar la estructura, y volverla más cómoda.
La tercera capa, regula la temperatura y la humedad gracias a un gel térmico.
Només amb posar-nos una fina capa de crema solar és suficient de protegir-nos de les radiacions perilloses que ens arriben de l'espai. Això és així perquè l'atmosfera terrestre i el seu camp electromagnètic fa la resta de la feina.
El camp electromagnètic de la Terra ens protegeix de la majoria de les radiacions perjudicial que provenen de l'espai espai exterior.
Però ni l'atmosfera i ni el seu camp ens protegirien durant un viatge interplanetari. Els vents solars i els raigs còsmics penetrarien sense pietat trencant cadenes del nostre ADN. No ens transformariem en mutants, però sí que les probabilitats de tenir leucèmia (o altres tipus de càncer) en pocs anys augmentaria més d'un 200%.
Es calcula que un viatge a Mart seria com exposar-se a més de 50.000 radiografies.
Com podem protegir-nos de les radiacions?
Actualment, el científics estan treballant en diverses possibilitats per protegir-nos de les radiacions:
Recobriments protectors
És el que s'anomena protecció passiva. Consistiria en emprar materials que poden absorbir gran part de les radiacions. Alguns d'aquests materials són l'hidrogen i l'aigua (molt abundants en l'atmosfera terrestre) així com alguns tipus de plàstics.
Actualment però, els materials emprats són, majoritàriament, metàl·lics. Aquests no només proporcionen una protecció incompleta sinó, en el cas dels raigs còsmics, poden tenir un efecte amplificador.
A més, la quantitat de material aïllant necessària seria enorme i molt costosa.
Proteccions actives
Una altra possibilitat, més eficaç, seria envoltar la nau d'un camp electromagnètic (altre cop imitant el de la pròpia Terra). Aquesta opció, però, requeriria d'un consum d'energia brutal per la pròpia nau.
Proposta de disseny d'una nau interplanetària envoltada d'electroimans que generarien el camp electromagnètic necessari.
Proteccions biològiques
La NASA ha establert uns límits màxims a les radiacions que han de patir els astronautes. Els càlculs s'han realitzat per intentar assegurar que les probabilitats de desenvolupar càncer no superi el 3%.
Aquests límits porten a dues condicions recomanades per un viatge interplanetari:
- Tenir més de 60 anys. Les cèl·lules d'un individu d'avançada edat es divideixen molt més lentament que en un individu jove. Això fa que un eventual tumor provocat per un excés de radiació, evolucionaria amb prou lentitud com per no tenir efectes majors als del propi envelliment.
- Ser home. No es tracta de masclisme sinó del fet que les dones son més propenses que els homes a desenvolupar càncer degut a les radiacions. El motiu és que les glàndules mamàries són molt sensibles en aquest sentit.
En conclusió
La radiació còsmica és el gran enemic del que protegir-nos i encara estem molt lluny de trobar una sol·lució òptima al problema.
Malgrat tot, és molt probable que la solució definitiva no sigui cap de les esmentades sinó una idea senzilla i innovadora d'alguna ment creativa. I no hi ha dubte que els nens i adolescents tenen el major potencial creatiu de tots. Atreveix-te i llença alguna idea als comentaris i podrem mirar de donar-li forma entre tots!
En primer lloc perquè Mart està a 500 milions de quilòmetres, és a dir, un mínim de 6 mesos de viatge amb la nostra tecnologia actual. Malgrat tot, en el moment més proper a la Terra només es troba a 59 milions de kilòmetres, però el moviment dels planetes no ajuda a aprofitar aquesta drecera.
Es podria aprofitar la distància del periheli per escurçar el viatge?
La sortida de coets de la Terra segueix essent un repte tecnològic.
Es podria millorar la seguretat en la sortida de la terra? O reduir la gran pressió que pateixen astronautes i aparells?
Les radioacions estelars i els vents solars a l'espai danyen greument la salut dels astronautes i el funcionament dels aparells.
Es podrien millorar les proteccions contra les radiacions solars?
La pols, ja de per sí molesta a la Terra, és terrible a Mart. La pols danya tots els sistemes electrònics i a Mart és una constant. Però especialment greus són les grans tempestes capaces de crear densos núvols de pols de quilòmetres d'alçada i que es poden estendre per una gran part del planeta.
Podriem trobar un sistema efectiu de protecció a la pols? Es podrien prevenir les tempestes?
Les comunicacions amb una nau que viatgi a Mart triguen molt en arribar. Es possible que quan arribi una senyal d'auxili a la Terra d'una tripulació a Mart... ja sigui massa tard.
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