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La exploración espacial ha estado en curso durante muchos años, pero los científicos también han tratado de recrear el espacio exterior en laboratorios en la Tierra.
Desde principios de la década de 1960, los humanos se han estado aventurando en el espacio, siendo Cosmonaut Yuri Gagarin la primera persona en romper el límite a las estrellas. Hasta el día de hoy, los astronautas y los cosmonautas han estado involucrados en varias misiones espaciales, desde ir a la luna hasta permanecer en estaciones espaciales durante varios meses a la vez.
Este es el busto de Yuri Gagarin, la primera persona en ir al espacio, ubicada en Bucarest, Rumania. (Créditos: FRIMUFILMS/SHUTTERSTOCK)
Como probablemente sepa, el espacio exterior es un lugar duro. La mayoría de las formas de vida tienen cero posibilidades de supervivencia allí.
Obviamente, esto dificulta que aquellos que van a tales lugares, por lo que es necesario replicar entornos de espacio exterior en el laboratorio. Usamos esto para entrenar a los astronautas y probar la funcionalidad de los componentes que se utilizan en satélites espaciales y telescopios.
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Instalaciones en la NASA
Uno de los centros más destacados cuando se trata de recrear entornos espaciales para actividades espaciales humanas es el Centro Espacial Johnson y la instalación de capacitación de Sonny Carter, operado por la NASA.
Una de las funciones esenciales de este centro es el entrenamiento de astronautas, especialmente para las misiones espaciales. Los astronautas en las misiones del Apolo lo usaron como parte de su entrenamiento, y actualmente se usa para los astronautas que van a la Estación Espacial Internacional.
Una de las simulaciones de entorno espacial más significativo en el centro de entrenamiento de Sonny Carter es el Laboratorio Neutral de Boyancia (NBL).
Aquí, la instalación simula la microgravedad del espacio exterior al lograr flotabilidad neutral: La tendencia a equilibrar igualmente el hundimiento y flotación.
Esta es una fotografía de la piscina en el Laboratorio Neutral de Boyancia en Houston, Texas. (Créditos: Framalicious/Shutterstock)
El laboratorio en sí consiste en una piscina gigante de agua. Aquí, los astronautas se preparan para las caminatas espaciales que usan pesas o dispositivos de flotación apropiados para flotar dentro de la piscina para simular la gravedad cero. El NBL es el sucesor de la Instalación de Entrenamiento del Medio Ambiente (WETF), que anteriormente se usaba para el entrenamiento de flotabilidad neutral.
Sin embargo, esta configuración no simula perfectamente la gravedad del espacio exterior. Los alumnos aún podrán sentir el peso de los trajes, sin mencionar el efecto del arrastre mientras están en el agua.
A pesar de estos problemas, la flotabilidad neutral es el método más confiable disponible para la capacitación en caminata espacial.
La NASA también tiene otras instalaciones de entorno espacial en su cohorte. Estas instalaciones son para probar partes de varias naves espaciales, instrumentación y su rendimiento en entornos espaciales extremos. Algunas de estas instalaciones incluyen las diversas cámaras de vacío térmico, rayos X y instalaciones criogénicas (XRCF), complejo de entornos espaciales (SEC), simulador de entorno espacial, etc.
Las cámaras de vacío térmica proporcionan baja presión y el entorno frígido del espacio exterior para probar la nave espacial y las piezas electrónicas. Una de sus cámaras, llamada Cámara B, también alberga pruebas de operaciones de tripulación mediante la creación de una simulación de baja gravedad utilizando monorraíles de sobrecarga en un recubrimiento de vacío.
Los alumnos en sus trajes espaciales usan estos monorraíl para eliminar esencialmente su peso y les permiten moverse en dos direcciones horizontales.
Esta es una imagen de la cámara de vacío térmica A, tomada del exterior. Es conocido por ser el centro de pruebas para las misiones del Apolo y el telescopio espacial James Webb. (Créditos: el telescopio espacial James Webb de la NASA)
La SEC, situada en Glenn Research Center, Ohio, se utiliza para probar varios escenarios que involucran estrés y vibraciones de los sonidos, los impactos de la radiación electromagnética (potencialmente de las estrellas) y los problemas derivados de la exposición a largo plazo a las condiciones de vacío. También contiene una cámara de vacío que simula las condiciones del espacio, particularmente en términos de temperatura.
La Cámara de la SEC alcanza las altas condiciones de vacío utilizando bombas de desbordamiento. Las bombas de desgaste son un tipo de bomba de vacío mecánica utilizada para lograr condiciones de altas al vacío. Lo hace mediante el uso de sopladores de lóbulos rotatorios hechos de lóbulos giratorios que controlan el flujo de aire fuera de la cámara, junto con bombas mecánicas.
Las bombas y criopumps turbomoleculares ayudan a estos sopladores a alcanzar condiciones de vacío casi en forma de espacio. Las cámaras alcanzan varias temperaturas utilizando un criohroud, que se calienta y se enfría haciendo nitrógeno líquido y gaseoso.
Los efectos de la radiación electromagnética se llevan a cabo en otra cámara en la SEC llamada Instalación de energía espacial (SPF). Aquí, se producen pruebas sobre interferencia electromagnética (EM) y la compatibilidad electromagnética de los instrumentos. Asegura que la radiación de estrellas y otras fuentes no afecte negativamente los objetos enviados al espacio.
Cámara de prueba de la instalación de energía espacial. (Créditos: servicio de distribución de información visual de defensa)
El SPF realiza sus pruebas EM en una cámara de vacío con una cubierta interior de aluminio. Permite que las olas se reflejen y permanezcan dentro de esa cámara, lo que lo hace útil para una amplia gama de experimentación de EM.
El Space Environment Simulator (SES) tiene funcionalidades similares a las cámaras de vacío térmicas discutidas anteriormente. Se usa para probar artículos mucho más grandes. El Goddard Space Flight Center alberga este simulador.
Las condiciones de vacío y temperatura se obtienen dentro por el SES utilizando bombas mecánicas de pistón y criopumps y mortajas cilíndricas usando nitrógeno líquido y gaseoso, respectivamente (como la SEC). El SES también tiene instrumentos para detectar gases residuales y moléculas de otros compuestos dentro de la cámara.
La agencia espacial europea y los vuelos parabólicos
La Agencia Espacial Europea (ESA) también tiene algunas configuraciones de entorno espacial impresionantes para entrenar a sus astronautas.
El Centro Europeo de Astronautas (EAC) en Alemania tiene un centro de flotabilidad neutral similar al de la NASA. Esta piscina de 10 metros de profundidad también entrena a los astronautas para caminatas espaciales y ayuda a los alumnos de los astronautas a usar herramientas en cero gravedad. El EAC también posee simulaciones espaciales exteriores donde los astronautas pueden entrenar.
Una ilustración que muestra astronautas en piscinas de flotabilidad submarina. (Créditos: el IMG/Shutterstock)
La ESA se ha dedicado a realizar vuelos parabólicos para comprender los efectos de la microgravedad en los humanos y realizar experimentos en tales entornos. Si bien los experimentos de microgravedad ocurren en las estaciones espaciales, los vuelos parabólicos son relativamente más baratos y más convenientes para llevar a cabo.
Empresas privadas como Air Zero G y Zero-G Corporation también ejecutan vuelos parabólicos que generan una experiencia de microgravedad, incluso para el público en general. Películas como Apollo 13 y The Mummy tuvieron procedimientos similares durante su producción, y el primero había realizado alrededor de 612 vuelos de parábola para obtener cuatro horas de entorno de microgravedad para filmar.
Imagen a la izquierda: Este es un póster de la película para la película Apollo 13. Se utilizaron vuelos parabólicos para simular un entorno de microgravedad para esta película. (Créditos: Covershots 4-15-09/Flickr) Imagen a la derecha: Esta es la imagen de la cápsula espacial que se usó durante el Apolo 13 de la filmación. (Créditos: Caribb/Flickr)
Estas rutas de vuelo también se llaman rutas de vuelo 'parabólicas', ya que la trayectoria general de estos vuelos aparece parabólica. Una parte de esta ruta de vuelo (la trayectoria entre el tiempo de maniobra de 20 segundos y 40 segundos en el diagrama a continuación), es en realidad el vértice de una órbita altamente elíptica.
Esta órbita hipotética y elíptica rodea el núcleo de la tierra (y no alrededor de toda la tierra). Por lo tanto, gran parte de esto se encuentra dentro del manto y la corteza, dentro de la superficie de la tierra.
El momento en que el avión está en esta órbita elíptica es de unos 20-22 segundos. Esto se debe a que solo una pequeña porción de esta órbita elíptica está fuera de la corteza terrestre y está disponible para que el avión manioble. Vaya a este camino orbital durante demasiado tiempo, y el avión podría sumergirse de regreso a la Tierra. Una vez que el avión ingresa a este camino orbital, todo dentro está en caída libre completa.
Esta es la trayectoria de un avión que realiza vuelos parabólicos para alcanzar condiciones de casi cero gravedad. La ruta de vuelo y la órbita elíptica alrededor del núcleo de la Tierra coinciden durante el intervalo de 20-45 segundos en esta figura, cuando está en gravedad cero. (Créditos: Wikimedia Commons)
Para alcanzar esta órbita, el avión primero debe acelerar y lanzar hacia arriba. Una vez que alcanza un ángulo de 50 grados durante este lanzamiento, el avión se sumerge y entra en caída libre durante aproximadamente 22 segundos.
Durante ese tiempo, todo dentro del avión está casi sin peso, creando un entorno de microgravedad. Solo decimos 'casi' porque el arrastre de aire en el avión evita que alcance la ingravidez absoluta. Una vez que el avión se levanta y sale de su caída libre, las personas dentro del avión ya no sienten su ingravidez.
Los experimentos de microgravedad ocurren durante estos 22 segundos. Una vez que hayan pasado esos 22 segundos, los pilotos lanzan el avión hacia arriba nuevamente. Los pilotos pueden realizar varias trayectorias parabólicas similares en un solo vuelo.
La imagen de un Airbus A300 B2, utilizada por Air Zero G para sus vuelos parabólicos. (Créditos: Wikimedia Commons)
Los científicos usan vuelos parabólicos para recrear entornos reales de baja gravedad sin usar dispositivos de agua y flotación, como en las piscinas de flotabilidad neutras. Estos vuelos permiten que estos experimentos se realicen en condiciones lo más cerca posible de aquellos en las estaciones espaciales, como la ISS.
Simulando entornos de exoplanet
Sin embargo, no termina allí. Los científicos de la Universidad de Colorado Boulder intentan replicar las atmósferas y climas de exoplanetas para realizar experimentos y determinar si la vida podría existir en tales condiciones.
El instrumento utilizado para imitar ambientes Exoplanet pesa alrededor de 2000 lb (un poco más de 900 kilogramos) y consiste en paredes de acero gruesas. A diferencia de las condiciones frías de frío y vacío del espacio replicados en las instalaciones anteriores, este instrumento puede alcanzar altas temperaturas (hasta 1000 kelvin) y alta presión (cien veces la presión atmosférica al nivel del mar).
Una vez que este instrumento obtiene las condiciones de alta temperatura y presión de algunos exoplanet, los científicos luego haz láser de frecuencia de frecuencia dentro de ese instrumento. Registran las interacciones de estas vigas con los gases dentro de la cámara.
La información espectral del planeta WASP-96 B, obtenida utilizando el telescopio espacial James Webb. Estos datos se pueden comparar con la información obtenida de las interacciones láser en el instrumento mencionado anteriormente. (Créditos: el telescopio espacial James Webb de la NASA)
Los científicos comparan estas interacciones con los datos espectrales de las atmósferas de exoplaneta obtenidas de los telescopios. Luego podemos tener una mejor idea de la naturaleza de las condiciones atmosféricas y los patrones climáticos de estos planetas, lo que puede ayudarnos a encontrar planetas fuera de nuestro sistema solar que podría albergar la vida.
Una última palabra
Simular las condiciones del espacio exterior, incluida la baja vacío, la gravedad cero e incluso las atmósferas de los exoplanetas, pueden ser extremadamente útiles. Además de poder experimentar con cómo estos alrededores impactan a los humanos y la vida (especialmente la microgravedad), lo usamos para entrenar a las personas para que entren al espacio exterior. Es crucial para aquellos astronautas que vivirán y trabajarán en estaciones espaciales como la ISS por períodos prolongados.
Este equipo de simulación también brinda capacitación para los astronautas que participarán en futuras misiones de vuelo espacial a la Luna y Marte. Además, se prueban todos los componentes mecánicos y electrónicos de los satélites y los telescopios espaciales para garantizar su durabilidad y tomar las medidas necesarias para protegerlos del daño en el espacio exterior.
Mientras la exploración espacial humana esté en pleno apogeo, el desarrollo y la recreación de entornos más allá de la atmósfera de la Tierra serán esenciales en los laboratorios.
Referencias (haga clic para expandir)
- La historia de la exploración espacial.
- Johnson Space Center Home.
- Instalaciones de flotabilidad neutral para tren espacial.
- Cámara de vacío térmico B.
- Simulador de entorno espacial.
- Entornos espaciales complejo | Centro de investigación de Glenn | NASA.
- ESA – EAC Instalaciones.
- ESA – Vuelos parabólicos.
- Tome un vuelo sin gravedad a bordo del Airbus A310 Zero G.
- Los investigadores replican los climas de exoplanetas para ayudar …
- De astronautas a actores: simulando la gravedad cero en el cine.