Representación de reentrada del X-37B
Naves espaciales que 'sudan': el novedoso material para poder reutilizar cohetes al reducir la temperatura en las reentradas
Un grupo de científicos e ingenieros se encuentran desarrollando un nuevo material que pretende sustituir a los escudos térmicos de las naves espaciales.
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Lidiar con el calor extremo al que se someten las naves espaciales en su proceso de reentrada atmosférica es una de las principales retos a los que se enfrentan los ingenieros y científicos. Cápsulas como la Orion han demostrado algunas deficiencias importantes en este apartado y cada vehículo que regresa a la Tierra debe ser reacondicionado de forma muy meticulosa para poder ponerlo de nuevo en la parte superior de un cohete y realizar la siguiente misión.
Se trata de una situación muy diferente respecto al resto de vehículos aéreos —como los aviones— mientras que la solución a este problema tecnológico facilitaría en buena parte los vuelos tripulados y la reutilización de plataformas. En ello está trabajando un grupo de científicos de la Universidad Texas A&M asociados con la compañía Canopy Aerospace para desarrollar un material impreso en 3D que "transpira" un gas refrigerante para proteger la estructura de las naves espaciales y sus ocupantes.
Los encargados de investigar esta nueva técnica hacen la equivalencia a que "la nave espacial sería capaz de sudar" de forma controlada para rebajar la temperatura del escudo térmico durante la maniobra de reentrada. Tal y como explican en una nota, este proyecto está impulsado por la Fuerza Aérea estadounidense con una dotación de 1,5 millones de euros y "podría permitir el diseño de naves espaciales de rápida reutilización".
Nave espacial sudorosa
Según señalan, el principal obstáculo para que una nave espacial sea completamente reutilizable es soportar el intenso calor que experimenta al reingresar a la atmósfera a altas velocidades. Y es que, las naves espaciales tradicionales utilizan escudos térmicos que se queman por completo o placas de cerámica que puede necesitar un reemplazo entre un vuelo y el siguiente.
De hecho, uno de los principales motivos por los que SpaceX consigue cadencias de reutilización tan cortas en sus naves Dragon es que cuentan con una tecnología de escudo térmico muy avanzada. En la actualidad, se encuentran experimentando varios materiales y disposiciones para su nave Starship, con muy poco éxito por el momento.
Recreación de reentrada en nave espacial
Una "nave espacial sudorosa podría eliminar los escudos térmicos de la estructura y utilizar un método llamado enfriamiento por transpiración", explican. Se trata de una tecnología que "crea una capa de gas a lo largo de la superficie del vehículo" y que, además de enfriar la propia nave, "actúa como barrera que impide el contacto directo con la atmósfera caliente".
"El gas tiene una conductividad térmica muy baja", ha afirmado Hassan Saad Ifti, profesor adjunto de ingeniería aeroespacial del departamento encargado del proyecto. "Por eso los abrigos acolchados son tan efectivos", afirma haciendo referencia a las prendas de vestir. "Atrapa el aire en estas bolsas, por lo que es el aislamiento del aire lo que te mantiene caliente, no la parte sólida de la chaqueta".
El gas artificialmente transpirado aísla el vehículo y permite prescindir de escudos térmicos desechables, que hasta ahora deben desprenderse para dejar espacio a los inflables que amortiguan el aterrizaje. Este hecho podría reducir de forma notable el tiempo de preparación entre vuelos. Desde meses, como era el caso del transbordador espacial estadounidense, a sólo unas horas. Más similar a un avión de pasajeros.
La idea de utilizar gas como aislante para naves espaciales no es realmente nuevo. Tal y como han indicado, se trata de una tecnología que se lleva explorando décadas, pero la complejidad tecnológica ha hecho posponer su despliegue. "Hasta ahora, las limitaciones de la ciencia de los materiales, la potencia computacional y la capacidad de realizar pruebas en tierra han dificultado su implementación", han asegurado.
Omicrono - Wikimedia Commons
El proyecto se apoyará en las capacidades de ciencia de materiales de la compañía Canopy Aerospace, en las instalaciones de pruebas de Texas A&M y en la experiencia en el terreno hipersónico de los investigadores de ingeniería aeroespacial para superar esas limitaciones. "Estamos en una excelente posición para reunir experiencia aerodinámica y pruebas de alta velocidad para garantizar el éxito del proyecto", ha declarado en esta ocasión Ivett Leyva, jefa del departamento de ingeniería aeroespacial de la citada Universidad.
Probando materiales
Para que la refrigeración por transpiración en los vuelos espaciales sea eficaz, el material del casco de la nave debe ser lo suficientemente resistente como para soportar presiones externas, pero lo suficientemente poroso como para que el refrigerante pueda transpirar a través de él.
Representación de la reentrada atmosférica de una nave espacial
Para llevarlo a cabo, Canopy Aerospace ya ha desarrollado el material: carburo de silicio impreso en 3D. El primer lote de prototipos se ha enviado a Texas A&M para realizar pruebas de alta velocidad.
"Deberíamos observar que la superficie del material es más fría a velocidades hipersónicas cuando se introduce el flujo de refrigerante que cuando no hay refrigerante presente", ha explicado en esta ocasión William Matthews, estudiante de doctorado en la Universidad. "Dependiendo de la eficacia con la que el gas penetre en el material, existen numerosos resultados potenciales para esta tecnología, y estas pruebas deberían ayudarnos a decidir qué dirección queremos tomar".
Las pruebas iniciales en túnel de viento del Laboratorio Nacional de Aerotermoquímica e Hipersónica de la Estación Experimental de Ingeniería de la Texas A&M "proporcionarán conocimientos básicos sobre la física del enfriamiento por transpiración en los vuelos espaciales". Asimismo, los datos recogidos también ayudarán a determinar los requisitos para una misión a gran escala y sentar las bases para el uso comercial de la tecnología.
