La tecnología de vacío en la simulación espacial

Con el lanzamiento del primer satélite Sputnik comenzó una nueva tecnología que ha permitido a la Humanidad explorar el Universo físicamente. Este alo se ha cumplido el 40 aniversario de la llegada del hombre a la Luna. De todos los esfuerzos realizados en ese empeño de conquistar el espacio exterior, como fue el primer Martizaje por la sonda Viking, o la puesta en marcha del proyecto internacional común para la construcción  de la Estación Espacial Internacional, o la puesta en orbita del Telescopio Espacial Hubble, el envio de los ingenios robotizados al sistema de Saturno de la Cassini y la Huygens (entre otros muchos), ha posibilitado que al dia de hoy, sepamos mucho mas de nuestro entorno, del Universo que nos acoge y de los objetos que lo pueblan y, cada dia que pasa, las esperanzas de colonizar otras Tierras crecen en posibilidades reales al mismo tiempo que crece el conocimiento de lo que por ahí fuera existe.

La ventana abierta hacia el espacio nos acerca al conocimiento que tenemos sobre nosotros mismos y hemos podido llegar a comprender que, estamos hechos del material fabricado en las estrellas. No olvidamos que formamos parte del Sistema Solar en el planeta Tierra y que estamos, por tanto, rodeados de vació, en medio de fuerzas gravitatorias y electromagnéticas, que convierten nuestro planeta en una maravillosa perla azul inmersa en un vasto territorio negro.

Fruto de las necesidades de conocimiento sobre el espacio exterior que nos rodea y aquel otro mas profundo y lejano, hace surgir la necesidad y el planteamiento de buscar nuevas formas de conocerlo, El espacio esta esencialmente “vacío”. Parece por tanto evidente, que los avanzados sistemas de vació actuales puedan ayudarnos a comprender mejor los procesos y sucesos que ocurren fuera de la atmósfera terrestre. No solo en el espacio interestelar, sino también sobre la superficie de muchos de los planetas y objetos celestes en los que su presión atmosférica sea menor que la terrestre. Así, un sistema de vació puede ser un entorno adecuado donde recrear diferentes ambientes espaciales, controlando algunos de los parámetros físicos del sistema para poder aprender sin necesidad de desplazarnos materialmente.

Todos sabemos la enorme complejidad que presentan las misiones espaciales y el elevado numero de inconvenientes que conllevan, sobre todo su elevado coste y, la no fiabilidad sobre la garantía del éxito de la misión que, al tener que desarrollarse en un ambiente hostil y en condiciones, casi siempre precarias donde pueden surgir agentes no deseados, hace imposible la seguridad de la misión y de su resultado final.

Todo lo anterior viene a colación de que la NASA, ha tardado 20 años en volver a mostrar interés por Marte, este es el periodo de tiempo que hay entre la sonda Viking y el Mars Pathfinder (MPf). Durante este tiempo los científicos han estudiado las 57.000 imágenes de la Viking, que ha permitido conocer la geología del planeta rojo con bastante exactitud. Sin lugar a dudas no hay planeta del Sistema solar con mejores condiciones para albergar la vida, extinta o actual, que Marte. Se parece a la Tierra en muchos aspectos: El proceso de formación, la historia climática de sus primeros tiempos, sus reservas de agua y fenómenos geológicos como los volcanes y otras.

Las misiones desde MPf tienen un carácter de exploración física y ambiental del entorno, para lo cual la exploración no solo se realiza con satélites y sondas como la Viking, sino también con Rovers (pequeños vehículos todoterrenos) que son capaces de recorrer la no pocas veces intrincada superficie marciana, cada vez con mayor autonomía. En las futuras misiones a Marte, no solo por la NASA sino también por la ESA, se desea caracterizar la climatología, así como la búsqueda de la vida primigenia, en la que mediante una tecnología basada en biosensores, se puedan analizar muestras in situ y de enviar los resultados a la Tierra en tiempo real.

Para que las futuras misiones a Marte tengan mayor garantía, se ha diseñado y fabricado La cámara de simulación de MARTE, esta especialmente diseñada para estudiar condiciones marcianas e introducir muestras electrónicas reales. Para ello, se puede modificar la temperatura en el portamuestras en un rango entre 80 K y 450 K, y además es capaz de modificar la temperatura ambiental entre 200 K y 400 K y de generar “tormentas de polvo” en su interior. El principal objetivo de esta cámara es la de probar nuevos dispositivos electrónicos “sensores”, por lo que su ámbito de aplicación se destina principalmente a la calibración de sensores e instrumentación ambiental que serán enviados al espacio en futuras misiones espaciales…

El principal reto, esta en poder combinar rangos de temperatura en el portamuestras distintos a los de la atmósfera, y cruzar estos con cambios bruscos de presión, mientras se mantiene la composición gaseosa de Marte. El portamuestras de MARTE, esta diseñado para poder soportar dispositivos electromecánicos de grandes dimensiones usando la misma geometría de las mesas ópticas, y pudiendo ser enfriado y calentado desde el interior. En cuanto a la atmósfera el interior, de MARTE cuenta con unos anillos refrigeradores de nitrógeno líquido que en función de la presión y la composición de la atmósfera permite enfriar la misma no solo por radiación sino también por conducción y conveccion.

Además la cámara, esta diseñada para poder generar tormentas de polvo en su interior mediante un ingenioso sistema  de deposición, que mediante la combinación de un tamiz vibratorio, la gravedad y la diferencia de presiones es capaz de producir una niebla de polvo de partículas de hierro, similar a las de Marte. Sobre todo este conjunto de posibilidades también hay unos pasamuros, en los que se pueden adaptar fuentes de luz halógenas y de xenón, siguiendo el esquema de movimiento del Sol en el hemisferio norte de Marte, de ese modo se simula la incidencia de luz solar en función de la dependencia angular.

Todos estos complejos sistemas han sido desarrollados para testear los sensores de la estación meteorológica REMS de la misión MSL de la NASA, así como otros proyectos para la ESA, como ExoMars. No cabe duda alguna de que, con proyectos como este de la Cámara MARTE, nuestros conocimientos avanzaran, no solo ya sobre el planeta Marte en particular, sino que, también lo hará sobre el espacio y el vació en general.

El avance de la tecnología del vació, dado por la consecución de presiones cada vez menores, es debido no solo a las mejoras de las bombas, sino también al avance en materiales contenedores de vació, “cámaras”, con presiones de vapor y permeabilidades cada vez mas bajas.

La experiencia ha demostrado que la simulación no es solo un recurso de innovación tecnológica, sino también una herramienta útil, que permite validar la responsabilidad de las misiones espaciales, que debido al alto coste de las mismas condicionan su propia viabilidad. Del fruto de la simulación de algo tan complejo y tan vasto como es un sistema climático, en el que una mínima variación de un parámetro condiciona el comportamiento global del sistema. Así que, de todas estas experiencias de la simulación se están obteniendo grandes provechos tecnológicos, que nos permitían en un futuro cada vez mas cercano verificar nuestros propios resultados, y realizarnos preguntas sobre fenómenos que ni siquiera podemos conocer.

Resumen de un articulo de los Fisicos Sres. Sobrado y Martin Gago publicado en la Revista de la RSEF.

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