Diez avances tecnológicos que podrían revolucionar la conquista del espacio

Por Daniel Marín, el 29 enero, 2013. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sistema Solar • sondasesp ✎ 46

Habitualmente se suele decir que en temas espaciales ya está todo inventado. Y visto el estado actual de la exploración espacial resulta difícil no estar de acuerdo con esta afirmación. Por suerte, siempre queda lugar para la innovación y la imaginación. El grupo de Conceptos Avanzados e Innovadores (NIAC) de la NASA lleva años intentando hacer realidad lo imposible, imaginando cómo las nuevas tecnologías podrían cambiar la conquista del espacio. Veamos unas cuantas:

Sistemas de propulsión mediante fragmentos de fisión

Las reacciones de fisión nuclear generan normalmente partículas con carga eléctrica que pueden alcanzar el 4% de la velocidad de la luz. Normalmente estos fragmentos chocan con otros átomos en el núcleo del reactor y fin de la historia. Pero si creamos un reactor a base de polvo de uranio suspendido en un campo eléctrico podríamos dirigir estos fragmentos y expulsarlos para crear empuje. Claro que esto es más fácil decirlo que hacerlo. Para construir un motor de este tipo deberíamos crear antes un sistema de contención electromagnético mediante imanes superconductores con una masa de varias decenas de toneladas. Además habría que tener mucho cuidado en dirigir el haz de fragmentos radiactivos, ya que cualquier parte de la nave que entrase en contacto con el mismo sufriría daños irreparables en poco tiempo. El empuje sería muy bajo, comparable a los motores eléctricos (iónicos), pero la eficiencia podría llegar a ser bestial, del orden de los 530000 segundos de impulso específico. Un sistema así sería capaz de propulsar una nave tripulada por todo el Sistema Solar. Si empleamos un propelente extra como puede ser hidrógeno calentado por el reactor para aumentar el empuje, entonces este sistema sería aún más espectacular. La pega es que primero debemos demostrar que se puede construir un motor de fragmentos de fisión a un costo razonable.

Concepto de nave tripulada interplanetaria dotada de un motor mediante fragmentos de fusión (NASA/NIAC).
Esquema de un motor a base de fragmentos de fisión nuclear (NASA/NIAC).

Generación de electricidad mediante sistemas que no usen radioisótopos

Si quieres viajar más allá de Júpiter, no te queda más remedio que prescindir de los paneles solares y usar generadores de radioisótopos (RTGs) -o reactores nucleares- para producir electricidad. Pero hay un problema, y es que los RTG emplean plutonio-238 para generar calor a través de la desintegración radiactiva de este isótopo. Y, como diría Doc Brown, no es que el plutonio se pueda comprar en la farmacia de la esquina. De hecho, la escasez de esta sustancia es tal que se ha convertido en un verdadero quebradero de cabeza para la NASA, que se ha visto forzada a adquirir plutonio de origen ruso para sus misiones espaciales. ¿Existen alternativas a los RTGs? Por ahora no, pero se podrían usar sistemas a base de reacciones químicas con metales que generarían electricidad mediante turbinas y motores Sterling. Entre las reacciones propuestas se encuentran combinaciones de litio y hexafluoruro de azufre, aluminio y agua, magnesio y dióxido de carbono o litio y dióxido de carbono. Estas baterías de metales tendrían una vida superior a las baterías convencionales, pero inferior a los RTGs de toda la vida. A cambio serían mucho más baratas y no sólo servirían para explorar el Sistema Solar exterior, sino que se podrían emplear en misiones a los polos lunares o a Venus.

Los sistemas de generación de electricidad alternativos a los RTGs podrían servir para explorar todos los rincones del Sistema Solar. Arriba vemos una propuesta de sonda a Venus (NASA/NIAC).

Cohetes de hidrógeno metálico sólido

Se trata de un concepto tan simple como exótico. El hidrógeno atómico -no molecular- en estado metálico y sólido podría ser el combustible para cohetes más eficiente jamás imaginado. ¿Cómo? Pues muy sencillo: el hidrógeno metálico sólido estaría almacenado a una presión enorme y al ser ‘liberado’ formaría hidrógeno molecular (H2) de forma espontánea, liberando energía en el proceso. Mucha. Un sistema de propulsión de este tipo sería tan eficiente que tendría un impulso específico de 1000 a 1700 segundos, una barbaridad si lo comparamos con los 460 segundos de un motor criogénico convencional. Este motor permitiría hacer realidad el viejo sueño de crear sistemas de lanzamiento de una sola etapa (SSTO) o enviar seres humanos a Marte. ¿El inconveniente? Que nadie ha logrado transformar hidrógeno sólido molecular en un sólido metálico por culpa de las enormes presiones requeridas, nada menos que del orden de 4 a 5 millones de megabares. No obstante, quizás sea posible rebajar este límite inyectando electrones en el hidrógeno molecular sólido. Nadie sabe si esto será factible, y menos aún rentable, pero las ventajas de un sistema de propulsión que haga uso de este propelente son tan grandes que merece la pena intentarlo.

Un cohete a base de hidrógeno atómico metálico en estado sólido (NASA/NIAC).

Propulsión mediante fusión nuclear

La fusión nuclear como método de propulsión avanzado para misiones interplanetarias e incluso interestelares es un concepto muy habitual en la ciencia ficción. En la realidad sin embargo se trata de una idea mucho menos prometedora de lo que pueda parecer en un principio, y eso dejando a un lado que a fecha de hoy carecemos de reactores de fusión comerciales. La mayor parte de proyectos de reactores de fusión emplean deuterio y tritio para generar helio, un combustible que produce una enorme cantidad de neutrones. Al carecer de carga eléctrica los neutrones no pueden ser dirigidos hacia el escape de un hipotético motor, por lo que esta energía se pierde en el proceso (generando de paso grandes cantidades de radiación inducida sobre la nave). Si usamos helio-3 la cosa cambia, pero este isótopo es tan escaso que no vale la pena ni planteárselo. Una alternativa barata y realista a un sistema de propulsión mediante fusión puro es emplear la energía de la fusión simplemente para calentar un propelente, que saldría expulsado a gran velocidad por la tobera del motor. Es decir, sería una especie de motor nuclear térmico a lo NERVA, pero con un reactor de fusión en vez de uno de fisión. Eso sí, la tobera sería magnética, lo que permitiría además generar electricidad. Una nave tripulada dotada de este sistema tendría una masa de unas 135 toneladas y sería capaz de viajar a Marte en unos pocos meses. Otra solución consiste obviamente en investigar la creación de motores a base de reacciones de fusión que no generen neutrones y que no empleen helio-3. Una posibilidad son las reacciones de protones con boro-11, pero aún es pronto para saber si este tipo de reactores pueden ser viables.

Propuesta de nave tripulada con un reactor de fusión nuclear usado para calentar un propelente (NASA/NIAC).

Impresión 3D en naves espaciales

La impresión en tres dimensiones está de moda. Sólo el tiempo dirá si se trata de una moda pasajera como en su momento lo fueron los superconductores de alta temperatura o la realidad virtual, ambas tecnologías muy prometedoras que se encontraron con enormes obstáculos a la hora de llevarlas a la práctica. En cualquier caso, podemos imaginar un futuro donde algunos de los componentes de satélites y naves espaciales se fabriquen mediante esta técnica, ahorrando costes de forma significativa. También podemos ir más allá e imaginar misiones en las que la propia nave sea capaz de imprimir sensores electrónicos para estudiar un objetivo determinado a voluntad. Y es que la idea de apretar el botón de ‘imprimir’ y tener disponible al instante una nave espacial es demasiado atractiva para no explorarla más a fondo. La cuestión es saber dónde está el límite práctico de esta tecnología.

La impresión 3D podría ser revolucionaría (NASA/NIAC).

Minisatélites para explorar el Sistema Solar

Enjambres de nanosatélites y minisatélites de todo tipo podrían ser lanzados de forma rápida y barata a los cuerpos menores del Sistema Solar o incluso hacia Marte y Venus. La idea es atractiva, pero garantizar las comunicaciones y la fiabilidad de los sistemas de estos pequeños vehículos no es  trivial. No obstante, cabe imaginar una nave nodriza dotada con varios minisatélites especializados preparados para ser desplegados sobre un objetivo. También se podrían lanzar satélites dotados de superficies deformables o con actuadores mecánicos para desplazarse por la superficie de cuerpos de baja gravedad, como los asteroides o Fobos y Deimos.

Robots móviles para explorar Fobos y Deimos (NASA/NIAC).

Escudos térmicos de regolito

La masa es el principal factor a tener en cuenta en una misión espacial, especialmente si es tripulada. Cuanto menos peso lleve una nave, menor cantidad de combustible deberemos gastar para alcanzar nuestro destino. Si queremos poner un pie en Marte necesitamos naves dotadas de escudos térmicos capaces de soportar las temperaturas de la entrada atmosférica y, además, para realizar maniobras de aerocaptura. La malas noticia es que los escudos térmicos son muy pesados. Una opción bastante curiosa pasa por construirlos a partir del regolito -polvo rocoso- de la Luna, los asteroides cercanos o, mejor aún, de las lunas de Marte, Fobos y Deimos. Estos escudos servirían también para proteger a la tripulación de la radiación, así que mataríamos dos pájaros de un tiro.

Concepto de nave marciana dotada de un escudo térmico de regolito (NASA/NIAC).

Naves con paredes de agua

Las estructuras metálicas de las naves espaciales son pesadas y no protegen adecuadamente a la tripulación de la radiación espacial. Módulos dotados de paredes con celdas rellenas de agua servirían para reciclar el agua de la orina de los astronautas, además de crear comida gracias a la acción de algas verdes. Y todo ello mientras se protege a los astronautas de la radiación. Esta tecnología puede usarse conjuntamente con el concepto de hábitats inflables para aumentar sus posibilidades. También podría usarse en bases situadas en la Luna o en Marte.

Paredes con celdas de agua (NASA/NIAC).

Propulsión mediante ondas de plasma

El Sol y muchos planetas del Sistema Solar están dotados de campos magnéticos dentro de los cuales podemos encontrar materia en estado de plasma. En estas condiciones es posible imaginar un sistema que genere ondas de plasma capaces de transmitir energía o presión. Estas ondas -con frecuencias que irían desde los kiloherzios hasta los megaherzios- podrían ser creadas por un vehículo dotado de una antena adecuada. La antena emitiría ondas de plasma y la nave se movería en el sentido opuesto, sin gastar ningún propelente en el proceso, aunque consumiría importantes cantidades de energía eléctrica. Este sistema sería ideal para moverse cerca de mundos con campos magnéticos, como los planetas gigantes o la Tierra.

Propulsión mediante ondas de plasma (NASA/NIAC).

Trajes inteligentes

La ingravidez es después de la radiación el principal problema de los viajes espaciales tripulados de larga duración. Para mitigar sus efectos, los astronautas podrían llevar en el interior de la nave trajes inteligentes dotados de giróscopos y otros sensores que generarían una resistencia a los movimientos. De este modo, los astronautas se adaptarían mejor a los ambientes de microgravedad al poder percibir en todo momento su orientación con respecto al vehículo. En las actividades extravehiculares, estos sistemas servirían también para orientar y estabilizar a los tripulantes.

Traje inteligente V2Suit (NASA/NIAC).

Por ahora, la mayoría de estas tecnologías son simples conceptos y lo más probable es que sigan siéndolo durante muchas décadas, puede que para siempre. Pero aunque solamente algunas de ellas se hagan realidad estaríamos ante una revolución en la conquista del espacio. ¿Por cuáles vale la pena apostar?

Referencias:



46 Comentarios

    1. Se hace siempre y en todas partes, tu bebes las aguas residuales depuradas de otros tipos cuya ciudad está antes que la tuya en el cauce de un rio.

    2. Es que la Orina es básicamente agua, así que se mire como se mire, y más allá de nuestras comprensibles manías, en el espacio sería un desperdicio insostenible deshacerse de ella

  1. El gran problema o reto sigue siendo: un sistema de propulsion, un blindaje-proteccion efectivo y un sistema de energia, con eso se podria conquistar el universo
    Enhorabuena por le blog, pero la publicidad atrae de todo 😉

    1. Ciertamente, dicha tecnología sería mas importante y revolucionaria que todo lo aquí presentado junto, pero es un concepto MUCHO mas exótico y digamos improbable. Hay que dejar que haga los experimentos y vemos.

  2. Creo que no habrá atajos en la conquista espacial y me imagino que lo más factible será construir estaciones o puertos espaciales, primero en la Luna, luego en Marte y algunos asteroides. Y, una vez allí, proyectar nuevos sistemas de propulsión, soporte vital, seguridad, etc.

    1. El problema es que tanta propulsión nesesitas algo para frenarlo por ejemplo en el espacio no existe la resistencia por lo que un freno seria inútil se nesesitara algo mejor como una jaula de choque o una segunda propulsión mal leve para cuando quiera aterisar

  3. Creo que el acceso al espacio en una sola etapa es crucial….esos 1000 segundos son la diferencia entre seguir soñando el futuro y vivirlo. Una vez alcanzada la orbita a precios «de saldo» hasta la industrialización y explotación del espacio es posible

  4. La impresión 3D puede ir mucho más allá, y de hecho, si avanzase lo suficiente, bastaría enviar a órbita la impresora 3D y suficiente material «virgen», de manera que el satélite/nave/estación se construyese in situ. Me da a mí que enviar materia prima es mucho más barato y fácil que enviar complejos y delicados artilugios, por no hablar de igual se podría aprovechar algo de lo que hay por ahí.

    Y ya puestos a elucubrar, bastaría subir la impresora 3D una vez. A partir de ahí, ésta podría hacer copias de sí misma, así como «imprimir» versiones actualizadas según se vayan diseñando.

    1. Cuesta lo mismo enviar al espacio un kg. de cualquier cosa; si lo envias hecho ya sabes que funciona, si lo fabricas allí puede que no.

    2. Si lo envias hecho no puedes saber si funciona con seguridad, preguntaselo a los rusos con sus sondas marcianas…

      Si lo haces en el sitio, y no funciona lo puedes hacer otra vez, si lo envias hecho y no funciona lo tienes que hacer otra vez y enviarlo otra vez, doble esfuerzo y de caro.

      Si miramos el precio kg, mejor enviar 200 kg de maquinaria y usar 800 kg en el sitio(la Luna por dar un ejemplo) de materiales locales, en vez de subir una tonelada. Que sale mas caro?

      Gaizka

    3. No cuesta lo mismo, ya que un artefacto delicado (y no hablemos ya de personas) no tolera según qué acelerones, por lo que hay que lanzarlo con un cohete mucho más complejo que permita ir ajustando la potencia para no superar un número concreto de Gs. En cambio, las materias primas las podemos lanzar como nos dé la gana. Hasta a cañonazos.

    4. Una impresora 3D no imprime cualquier cosa en cualquier material. No vas a poder imprimir con una misma impresora metales y plásticos.
      Y algo que no se si se menciona: en la tierra funcionan usando la gravedad, que creo que allí arriba es un poco más escasa.

    5. Ya hay impresoras que imprimen también materiales conductores, por lo que se podría construir un artefacto electrónico directamente:

      http://www.xatakahome.com/accesorios/carbomorph-el-plastico-conductor-que-quiere-revolucionar-la-impresion-domestica-en-3d

      Y lo de la gravedad no deja de ser un pequeño impedimento técnico, fácilmente resoluble metiendo la impresora en una centrifugadora.

      En definitiva, que no es que la impresión 3D sea una solución para hoy, pero tiene muchísimo potencial para dentro de unos cuantos años.

  5. Yo voto por las paredes verdes. No solo por su utilidad en misiones tripuladas espaciales, sino porque lo que aprendamos de esta tecnologia puede resultar muy útil en la tierra.

  6. Llama la atención la venta de humo de la NASA. Es muy facil hacerse pajas mentales (perdón por la expresión) cuando no puede ni poner a un mono en órbita.

  7. todas estas ideas me hacen acordar a las ideas que tenian los primeros hombres que querian volar, con todos esos aparatosos equipos en madera que simulaban las alas de una paloma…. creo que la revolucion espacial llegara por otro lado… algun tipo de metodo para controlar la gravedad con muy escasos recursos… no lo se, si lo supiera lo patentaría!

    1. Ola!! Estoy de acuerdo en ésto. También noto ese paralelismo y ese salto, esa revolución espacial se dará: un descubrimiento esperado o no, una nueva idea, superconductores…
      Seguro que lo leemos aquí : )

    2. Sin embargo los aviones que volaron con exito tenian alas…

      La revolucion de cosas mas mundanas como las comentadas en la entrada. Un vehiculo reusable(de verdad, no como el Shuttle) seria realmente revolucionario, algo que bajase el kg de unos miles a decenas u un par de centenares de $ el kg.

  8. Impresionante articulo Daniel.

    Apostaria por la impresora 3-D sin dudarlo, aun q hay q ver como funcionaria con microgravedad.

    y en lo que se refiere a las energias, dudo que pronto veamos alguna novedad a excepcion de generadores sin radioisotopos y otros con radioisotopos pero mas potentes.

  9. Con los sistemas de propulsión en el espacio ocurrirá lo mismo que con los automóviles,
    «pasarán mas de cien años,pasarán..»- decía la canción- y todo irá igual , bueno algo mejorado pero puafff.

  10. No està nada mal las sugerencias, lo que pasa es que se lleva mucho tiempo la implementaciòn de algunas de estas innovaciones, a la vez que hay que ver si se pueden aplicar. Me parece como que estoy viendo una pelìcula de ciencia ficciòn.

  11. Mientras no se invierta en serio en un sistema de acceso a la orbita baja asequible y eso pasa porque sea 100×100 reutilizable no pasaremos de la Soyuz que es una especie de Seat 600 Digitalizado,util y eficaz para los cutreplanes de la ISS pero nada mas.

  12. Bueno yo creo que faltaron por mencionar 2 avances tecnológicos que llevaría a la humanada finalmente a conquistar y colonizar el sistema solar 1ro es el ascensor espacia y 2do la telecomunicación cuántica

    Un saludo.

    1. Hasta donde yo sé, mientras la relatividad siga vigente la telecomunicación cuántica es imposible. No se puede transmitir información más rápido que la velocidad de la luz, qué le vamos a hacer.

  13. Dani, un reactor de fusion aneutronica con boro-hidrogeno como DPF o Polywell lo veo mas viable de lo que tu lo ves.

    Respecto al comentario que te hice ayer sobre imprimir en 3D escudos termicos de regolito seria tambien revolucionario, no solo escudos, sino paredes de naves o habitats como proteccion contra la radiacion o los micrometeoritos.

    1. la idea de una impresora 3-D de otros materiales que no sean de plastico, me imagino es justo lo que se busca, pero creo que para hacer algo de regolito primero hay q tenerlo, y eso esta en la luna.

      Creo que tienes razon, mas bien apoyo la idea de crear naves en el espacio, pero creo que primero tenemos que llegar hasta la luna y marte para que los gobiernos empiezen a plantearse estas ideas.

  14. Siguiendo la coña de algunos comentarios, lo realmente revolucionario seria crear nuevos universos con el pensamiento, y control sobre la realidad, en plan mutante de nivel 5 de marvel…

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Por Daniel Marín, publicado el 29 enero, 2013
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