Primer escudo magnético del mundo para la (re)entrada de naves espaciales
Cuando las naves espaciales entran en atmósferas planetarias a velocidad hipersónica, las ondas de choque calientan la superficie de la nave a unos 1 600 °C, con el consiguiente riesgo de daños en su estructura, fallos en los sistemas e incluso la pérdida de la misión. Se han desarrollado escudos térmicos protectores de materiales metálicos, cerámicos, compuestos o ablativos, pero aumentan el peso de la nave y reducen la carga útil. También requieren pruebas exhaustivas y costosas, mientras que todavía no se consideran totalmente fiables, requieren mantenimiento y, con frecuencia, sustitución después de cada misión. Además, el plasma que queda detrás de la nave puede bloquear las ondas de radio y causar cortes en las comunicaciones entre los astronautas y el control de la misión. El proyecto MEESST, financiado con fondos europeos, ha introducido un cambio de paradigma al explorar el blindaje magnético. Mediante superconductores a altas temperaturas (SAT), el dispositivo de MEESST genera un campo magnético que desplaza la onda de choque y la vaina de plasma que rodea la nave espacial, mitigando los flujos de calor de la superficie y también, potencialmente, los cortes de las comunicaciones por radio. «Nuestra solución cambia las reglas del juego gracias a sus reducidos requisitos de masa, volumen, potencia eléctrica y refrigeración criogénica en comparación con los superconductores de baja temperatura tradicionales, a la vez que genera campos magnéticos más elevados de lo que era posible hasta ahora». También es más ecológico, ya que es reutilizable, lo cual evita más basura espacial», afirma Andrea Lani, coordinador del proyecto MEESST.
Pruebas de flujos de plasma de magnetohidrodinámica reducidos e interrupción total de las radiocomunicaciones
Los socios del proyecto MEESST desarrollaron y probaron el demostrador mejorado por magnetohidrodinámica (MHD), una sonda experimental parecida a la punta de una nave espacial con un imán SAT integrado y refrigerado criogénicamente. A continuación, se probó en condiciones de reentrada representativas, con y sin campos magnéticos aplicados, para cuantificar los efectos de mitigación sobre los flujos de calor (en la instalación de propulsor a arco electrotérmico PWK1 del Instituto de Sistemas Espaciales) (sitio web en alemán) y la interrupción total de las radiocomunicaciones (en el plasmatrón del Instituto Von Karman). Se realizaron un total de cuatro campañas experimentales, dos para cada caracterización (flujos de calor e interrupción total de las radiocomunicaciones). En cuanto al flujo térmico, se ha observado una fuerte atenuación en los plasmas supersónicos de aire, de hasta el 40 % para el retorno lunar (60 megajulios por kilogramo) y de hasta el 80 % para el retorno interestelar (80 megajulios por kilogramo), con la máxima intensidad de campo magnético alcanzable (0,67 tesla en la superficie de la sonda). En cuanto a la interrupción total de las radiocomunicaciones, los resultados de los plasmas de aire (Tierra) y CO2 (Marte) arrojaron efectos de atenuación más débiles de lo esperado: una reducción de hasta cinco decibelios (en la pérdida de señal), lo cual sugiere futuras pruebas con un mejor posicionamiento de la antena, una mayor velocidad (supersónica) del flujo y un campo magnético más elevado. «Combinados, estos resultados demuestran el potencial real de esta tecnología para una amplia gama de misiones espaciales que implican la reentrada a velocidades más altas y mayores tasas de ionización, como los retornos a la Luna o Marte o la minería de asteroides», señala Lani. Los avanzados programas informáticos de modelización desarrollados para simular ambos escenarios (flujos de plasma por MHD e interrupción total de las radiocomunicaciones, respectivamente) —COMET de la KU Leuven, y BORAT de la KU Leuven y la https://www.uni.lu/en/ (Universidad de Luxemburgo)— pueden servir ahora de ayuda para la creación de prototipos virtuales de futuros sistemas de blindaje magnético de entrada.
Preparar el escudo térmico para su comercialización
El equipo de MEESST trabaja actualmente en la ampliación de su sistema a un escenario de vuelo real, con planes para crear una empresa emergente a fin de comercializar la tecnología. Además, el equipo busca apoyo en el Consejo Europeo de Innovación para preparar una demostración de reentrada en órbita terrestre baja (LEO) de la cápsula Nyx de The Exploration Company. Eso atraería a tres mercados principales: Vuelos de carga LEO (para la fabricación o la investigación y desarrollo en microgravedad), exploración espacial (para el retorno lunar y marciano), así como minería espacial y de asteroides. «Trabajamos para proporcionar tecnología que permita la próxima generación de misiones espaciales, protegiendo a las personas, los equipos, los materiales y los suministros en sus viajes por el espacio exterior y de regreso», añade Lani.
Palabras clave
MEESST, Marte, Tierra, Luna, atmósfera, escudo térmico, magnético, plasma, espacio, reentrada, nave espacial, órbita terrestre baja