Un mismo cohete Falcon 9 de SpaceX puede reutilizarse más de 30 veces, según las últimas cifras de la compañía. Este ritmo de lanzamiento y recuperación solo los ha conseguido la empresa espacial fundada por Elon Musk, el resto de la industria persigue este mismo objetivo, donde la ciencia de materiales tiene un papel clave.
Los lanzamientos son cada vez más frecuentes y las misiones más complejas, esto requiere naves más resistentes. Varios proyectos internacionales persiguen la creación de materiales capaces de autorrepararse, no solo para mejorar la seguridad de los viajes fuera del planeta, sino también dentro del mismo, en avión o por carretera.
La Agencia Espacial Europea (ESA) ha anunciado el desarrollo de un nuevo material, un producto a base de fibra de carbono autorreparable. El material reacciona al calor cerrando las grietas que puedan ocasionarse.
Para ello, se incluyen en la nave sensores y elementos con los que aplicar ese calor sobre la fibra de carbono para que la nave espacial pueda repararse de forma autónoma. Las empresas suizas CompPair y CSEM, en colaboración con la belga Com&Sens, son las responsables del llamado Proyecto Cassandra.
Aplicando calor
Los materiales compuestos, como los polímeros reforzados con fibra de carbono, se utilizan cada vez más en las estructuras de naves espaciales. Su matriz polimérica se refuerza con capas de fibra de carbono o vidrio, lo que resulta en un material fuerte y ligero que resiste a la corrosión, ideal para las extremas condiciones que implican las misiones espaciales.
Concepto de la Crew Dragon sin la escotilla.
Omicrono
Sin embargo, estos materiales compuestos suelen ser sensibles a los daños, especialmente si se realizan viajes espaciales repetidos, tal y como recuerda la ESA en su comunicado. En esta nueva era de exploración espacial, las naves y cohetes reutilizables son una máxima que tanto empresas como agencias persiguen. SpaceX es líder en este aspecto con sus cohetes Falcon y cápsulas Dragon.
Aunque sea ínfima, una grieta puede resultar en una catástrofe en el espacio. Las reparaciones pueden ser costosas y requerir mucho tiempo, además de debilitar la integridad estructural.
Para evitar estos inconvenientes, CompPair ha desarrollado ‘HealTech’, un material compuesto que se autorizara. Al calentarlo, un agente curativo en su interior se activa y fluye para reparar los daños causados por impactos o estrés.
Primero es necesario detectar los daños, se creó un prototipo de la estructura integrando una red de sensores de fibra óptica en las fibras impregnadas de resina de HealTech.
Los sensores detectan cualquier daño en la estructura. Posteriormente, el material se calienta a 100-140 °C mediante rejillas de aluminio integradas e impresas en 3D.
Para confirmar la viabilidad del nuevo material autorreparable, se sometió a diversas pruebas con muestras de entre 2 x 10 cm y 40 x 40 cm. Las pruebas se centraron en la eficacia del control de daños, el calentamiento homogéneo y la capacidad de autorreparación del material. Además, se realizaron pruebas de choque térmico para supervisar la respuesta del material a las condiciones típicas de un tanque criogénico.
Los peligros del espacio
“Implementar esta tecnología en nuestros sistemas podría tener enormes beneficios para el transporte espacial”, afirma Bernard Decotignie, de la ESA. “Ayudará a desarrollar infraestructura espacial reutilizable y a reducir los costes de las misiones. Esto demuestra claramente el potencial de la innovación europea para el sector espacial”.
No solo se persigue alcanzar a SpaceX en su liderazgo como fabricante de cohetes reutilizables, este nuevo material podría reducir los residuos de las misiones espaciales disminuyendo la cantidad de basura espacial que se acumula en la órbita y debe ser retirada.
Investigadora sosteniendo una de las muestras de Cassandra
Omicrono
Los peligros de rotura no solo están en la violencia del ascenso o regreso, también en la propia permanencia en el espacio. El impacto de un micrometeoroide o de basura orbital puede ocasionar daños. Hay que tener en cuenta que una pequeña grieta puede afectar a tuberías de refrigeración, radiadores, líneas de combustibles y provocar fugas o la pérdida de control térmico.
Este tipo de problemas son más frecuentes de lo que parece en la Estación Espacial Internacional (ISS), su estructura antigua ha resistido décadas en la órbita terrestre, pero requiriendo numerosas reparaciones por parte de su tripulación.
Actualmente es posible detectar una fuga, monitorizando la presión, los descensos anómalos de la misma dentro de la nave. También se utilizan sistemas de visión como cámaras o sensores. En algunos casos es necesario realizar un paseo espacial (EVA), una compleja maniobra en la que los astronautas investigan el origen de la fuga y tratan de reparar la grieta.
Para repararla es posible usar parches internos o resinas especiales con las que cubrir la parte dañada. Estas soluciones son provisionales: permiten frenar la fuga y estabilizar la nave, pero normalmente se planifica una reparación más robusta cuando la situación lo permite.
Estación Espacial Internacional
En este último punto, se despresuriza y aísla el módulo afectado, y se aplican parches sellados con tornillos o sujeciones robustas para volver a presurizar la zona una vez se ha terminado la reparación.
Por ejemplo, NASA desarrolló para la ISS un kit de parche que consiste en un disco rígido que se atornilla sobre la zona dañada desde el exterior; después se inyecta un adhesivo epoxi en el interior del disco que, al curar, forma un tapón sólido que sella la grieta o agujero.
En el caso de las naves reutilizables que regresan dañadas a tierra, el procedimiento es más complejo para volver a poner a punto el vehículo espacial. Las estructuras autorreparables podrían reducir el tiempo de inspección y los costes de mantenimiento entre vuelos, a la vez que prolongan la vida útil de los componentes de la nave espacial.
