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18 septiembre 2018

Tecnología para “tocar” el Sol sin quemarse

Astrofísica | Astronomía | Espacio | Física | Innovación
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El pasado 12 de agosto, la NASA lanzó al espacio la misión que ha sido descrita como un “viaje de exploración extrema”. Quien así la ha definido ha sido el actor William Shatner, el popular capitán Kirk de la serie original Star Trek; alguien que sabe bastante de viajes de exploración extrema, aunque solo sea en la ficción. Lo cierto es que la Parker Solar Probe (PSP), que lleva a bordo un microchip con el nombre de Shatner y de otros miles de terrícolas, batirá récords en la historia de la ciencia espacial. Esta misión tendrá que enfrentarse a la furia ardiente del Sol en un grado nunca experimentado por ningún otro artefacto de fabricación humana. “Este verano vamos a tocar el Sol”, sentencia Shatner en un vídeo de la NASA.

La PSP —bautizada en honor del astrofísico retirado Eugene Parker, que acuñó la expresión “viento solar”— tiene como objetivo analizar los campos magnéticos del Sol, la emisión de partículas energéticas y del viento solar, y el extraño calentamiento de la corona. Mientras que la fotosfera o superficie solar tiene una temperatura de unos 5.000 °C, la corona de plasma que la envuelve se calienta hasta millones de grados, un fenómeno que ha desconcertado a los científicos durante décadas.

Para cumplir sus metas, la PSP entrará en una órbita elíptica alrededor del Sol que durante los próximos siete años utilizará la gravedad de Venus como trampolín para ir cerrando su lazo en torno al astro. Aunque la sonda registrará su primer perihelio (el punto orbital de mayor proximidad al Sol) el próximo noviembre, este estrechamiento progresivo la conducirá en diciembre de 2025 a su máximo acercamiento. La PSP atravesará la corona a unos 6 millones de kilómetros de la superficie solar, lo que equivale a menos de 9 veces el radio del Sol. La potente gravedad de la estrella la acelerará hasta casi 200 km/s o 700.000 km/h, la mayor velocidad jamás alcanzada por una sonda espacial. “La Parker Solar Probe es, literalmente, la misión más rápida y más caliente —y, para mí, la más fresca— bajo el Sol”, ha dicho la científica del proyecto Nicola Fox, nueva directora de la División de Heliofísica de la NASA.

La PSP de la NASA explorará la corona, una región dinámica de la atmósfera del Sol . Crédito: NASA / SDO

Cómo protegerlo de la radiación

Pero ¿cómo podrá este ingenio desarrollar su misión sin que sus delicados instrumentos acaben achicharrados? En el perihelio, la PSP estará expuesta a una radiación solar 475 veces mayor que la presente en la órbita terrestre, y el fulgor del Sol calentará todo aquello al alcance de sus rayos hasta unos 1.370 °C; a pesar de que la temperatura de la corona es mil veces mayor, sus partículas están demasiado dispersas como para que su transferencia de calor a la nave ejerza un efecto perceptible.

Para proteger la sonda del infernal clima solar, el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (EEUU) ha creado una sombrilla hexagonal de 2,4 metros de diámetro, que con solo 11,5 centímetros de grosor será capaz de reducir la temperatura en su cara posterior hasta unos 315 °C, lo que sumado a un sistema de refrigeración por agua mantendrá los instrumentos de a bordo a unos confortables 29 grados. En un vídeo demostrativo, la ingeniera jefa del sistema de protección térmica, Elizabeth Congdon, muestra cómo una réplica de una sección del escudo puede calentarse al rojo por una de sus caras mientras la opuesta puede tocarse sin sentir calor.

El escudo de la PSP es de carbono reforzado con fibra de carbono. Crédito: NASA

El secreto del escudo es el carbono reforzado con fibra de carbono (carbono-carbono o C/C), un viejo conocido de los científicos espaciales por ser el material empleado en los protectores térmicos para la reentrada en la atmósfera de naves como los antiguos transbordadores de la NASA. El C/C ofrece una extrema resistencia a altas temperaturas, pero conduce el calor, lo que requiere interponer un aislante. Para ello se ha empleado espuma de carbono, una versión porosa del grafito de los lápices que se utiliza en medicina como simulador del hueso y que actualmente se está ensayando también en implantes para la regeneración ósea.

Los retos técnicos de la PSP

La espuma de carbono está hueca en un 97%, por lo que el vacío del espacio proporcionará el aislante necesario, impidiendo al mismo tiempo que el escudo se convierta en una bola de fuego. Curiosamente, se trata de un material altamente combustible en presencia de oxígeno, algo que Congdon pudo comprobar en una prueba de laboratorio cuando falló el sistema de vacío: “La cosa ardió en llamas”, contaba a la revista Science. Este material ocupa la mayor parte del espesor del parasol, embutido entre las dos láminas de C/C de apenas un par de milímetros de grosor, y su gran porosidad permite que el peso del escudo se quede en algo más de 70 kilos. El conjunto se completa con un recubrimiento de esmalte cerámico de óxido de aluminio, cuyo color blanco y porosidad ayudarán a dispersar el calor y reflejar la luz.

Técnicos e ingenieros se preparan para acoplar la Parker Solar Probe. Crédito: NASA Kennedy

Sin embargo, los retos técnicos de la PSP no se han limitado al escudo. Dado que la sonda girará en torno al Sol, un dispositivo automático deberá ir reposicionando el parasol. Por otra parte, los paneles solares para el suministro de energía también están refrigerados y cuentan con un sistema que mantendrá la mayor parte de su superficie a la sombra durante el perihelio. Pero no debe olvidarse un detalle esencial: para tocar el Sol —es decir, recoger y analizar sus partículas—, dos instrumentos deberán ir desprotegidos a plena luz solar, para lo cual van equipados con materiales especiales, como cables de niobio en tubos de cristal de zafiro. Alta tecnología para que este moderno Ícaro pueda volar hasta el Sol sin quemar sus alas.

Javier Yanes

@yanes68

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