El 17 de abril, la empresa SpaceX se detuvo en las puertas de culminar uno de los grandes hitos de la exploración espacial: la primera prueba de vuelo orbital de la nave Astronave y el cohete espacial más potente jamás creado, el Super Heavy. A penas 40 segundos para el lanzamiento, un problema de congelación en una de las válvulas de presión del cohete supuso la cancelación de la mira hasta la próxima ventana de lanzamientovista previa para el 20 de abril.
Si todo se vende ahora, el Starship será impulsado por el Super Heavy durante unos 3 minutos. De ahí, ambos se disocian. El cohete amerizará en el mar cerca del Golfo de México, mientras que la aeronave continúe su trayectoria hasta alcanzar una órbita terrestre entre 150 y 250 km de altitud. Tras hora y media de vuelo (sin legar a completer la órbita) caerá en el Océano Pacífico, a 400 km de la isla de Kauai, Hawaii.
Sin embargo, la ambición de SpaceX y su CEO, Elon Musk, es llegar a Marte con una misión tripulada. No solo llegar, sino también volver a la Tierra, lo cual supone un reto tecnológico jamás enfrentado en la historia de la exploración espacial.
Lo importante es volver de Marte
Uno de los principales desafíos es el diseño de su escudo térmico. El principal requisito que debe cumplir, además de garantizar la supervivencia de la carga útil o de los astronautas que transporta, es permitir la reutilización de la nave para el regreso a la Tierra. Hasta la fecha, todos los vehículos espaciales que han utilizado un escudo térmico similar han estado expuestos a una única maniobra de reentrada en la atmósfera terrestre. En este caso tenemos que soportar dos: la marciana y la de regreso a la terre surface.
Los programas espaciales han empleado capsulas de reentrada con diseños similares desde hace décadas, incluyendo las capsulas Mercurio, Geminis, Apolo, Orión y la capsula dragón espacial. Todas ellas necesitan un escudo térmico para disipar el calor generado durante la reentrada, que puede representar hasta el 50% de la estructura del mismo.
Los escudos térmicos utilizan materiales ablativos, que degradan para disipar el calor transmitido a la cápsula por la corriente de gas a alta velocidad que rodea al vehículo. Durante la reentrada, la temperatura puede ascender hasta los 3.000 ºC en la superficie del escudo, incompatible con la vida de los astronautas en el interior. La respuesta combinada del material ablativo y la disipación de calor por radiación tendrá que evitar que la estructura de la cápsula y su interior se sobrecaliente.
¿Podrían servir las cápsulas de reentrada para un viaje de ida y vuelta? Realmente no. Estas no son reutilizables, debido a la alta degradación que sufren durante el vuelo.
El programa del transbordador espacial. Nave espacial Durante los años setenta supuso el primer paso para el desarrollo de vehículos de reentrada reutilizables. El objetivo del escudo térmico en ambos casos era el mismo: minimizar la transferencia de calor al interior del vehículo. Sin embargo, los medios usados difieren significativamente porque el transportador ahorra espacio, una trayectoria basada en un vuelo con sustentación, menos exigente a nivel térmico, alcanzando temperaturas más bajas.
El diseñador del escudo se basó en el uso de varias tejas térmicas variadas, principalmente en forma de tejas, que permitían una fácil sustitución a través de la reentrada. Estos azulejos consistían en un relleno de fibra de sílice muy poco conductivo (prácticamente formado por un 90% de superficie) donde se dotaban de la rigidez necesaria mediante un revestimiento cuyas propiedades permitían además maximizar la disipación del calor por radiación.
El transbordador espacial se reutiliza con el mantenimiento correspondiente entre vistas y, en caso de necesidad de serlo, las tejas dañadas se sustituirán por otras exactamente iguales.
En uno viajar a marte, en que el Starship tendrá que hacer una maniobra de entrada expuesta a la marciana atmósfera, es de esperar que parte de l’escudo térmico se deteriore debido a las altas temperaturas a las que vera. Seria necesario un proceso de reparacion antes de volver a la Tierra.
Sin embargo, no hay forma de detener los aviones de Elon Musk. En sus palabras: «El Starship necesita estar listo para volar de nuevo immediatamente tras el aterrizaje. Cero remodelación».
Una nave espacial con doble piel
La idea principal que rodeaba la cabeza de los ingenieros de SpaceX era absolutamente revolucionaria: una nave de acero inoxidable completamente expuesta, sin un escudo térmico que protegiera la nave durante la entrada a la atmósfera. ¿De qué manera se pretendía conseguir?
Si tomamos como referencia la propia naturaleza, podremos preguntarnos cómo refrigerará el cuerpo humano. El sudor, básicamente agua, al entrar en contacto con un ambiente seco, se evapora. Sin embargo, el agua, para evaporar, necesita energía que toma de nuestro propio cuerpo consiguiendo mantener así su temperatura. Este proceso se denomina enfriamiento evaporativo, algo que lleva empleándose décadas en la industria y en la central térmica y nuclear como mecanismo de refrigeración.
Si trasladamos esto al diseñador del Starship, se podría desarrollar una nave espacial dotada de una doble piel. La más externa sería porosa, de manera que durante la reentrada circule entre ellas un flujo de metano líquido, por ejemplo, dada la facilidad para obtenerlo en Marte. El metano absorbió gran cantidad de calor durante la reentrada, evaporándose y saliendo del vehículo a través de los poros. Pero es demasiado complejo.
Baldosas de tipo ceramico
La exhaustividad de este tipo de soluciones hizo que SpaceX se decantara por un escudo térmico pasivo que guarda bastantes similitudes con el Space Shuttle a nivel conceptual.
Al finalizar la jornada, se observó que prácticamente tres de las superficies de la nave estaban cubiertas por más de 18.000 tejas (en este caso de cerámica) en forma hexagonal, distribuidas sobre la estructura de acero inoxidable. Entre los azulejos y la estructura se encontrará una especie de manta formada por fibras de sílice o alúmina para ayudar a la estructura interna de la parte exterior, expuesta a temperaturas mayores.
Veinte fichas – Imagen tomada: 12 de enero de 2023 pic.twitter.com/6vleWbC7hZ
— Starbase Surfista (@cnunezimages) 13 de enero de 2023
Estos azulejos se fijan a través de tres puntos de unión, manteniendo el movimiento relativo entre ellos excepto en las partes más críticas de la nave, en las que se utiliza adhesivo para reducir el riesgo de desprendimiento.
La homogeneidad del diseño del escudo se ha traducido relativamente en la sustitución de las tejas dañadas por otras, sin necesidad de tener recambios específicos para cada uno de ellos como ocurría con el Space Shuttle.
noticias relacionadas
Junto con otras innovaciones en ingeniería y tecnología, el escudo térmico del Starship allana el camino para viajar a Marte, y para otras exploraciones espaciales de larga distancia, lo que podría resultar clave para el futuro de la humanidad en el espacio.
Este artículo fue publicado originalmente en La conversación. leah el original.