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¿Son los hábitats espaciales el camino del futuro?

¿Son los hábitats espaciales el camino del futuro?


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Según algunos, el futuro de la humanidad está en el espacio. Además de las propuestas de naciones como China, que han anunciado planes para establecer un puesto de avanzada en la Luna en la próxima década, algunas empresas aeroespaciales privadas buscan realizar viajes regulares a la Luna y más allá de una realidad.

Algún día, esto podría conducir a empresas como el turismo espacial, donde los clientes pueden reservar un viaje a la órbita, la Luna e incluso Marte, e incluso la creación de estaciones espaciales comerciales y colonias lunares y marcianas.

Durante generaciones, los seres humanos han fantaseado con el día en que la gente pudiera vivir en la Luna o en Marte. Pero con todos los desarrollos que han sucedido en la última década, estamos llegando al punto en el que algunas de estas ideas comienzan a parecer más factibles.

Esto plantea la pregunta: ¿cómo vivirán los seres humanos en el espacio a largo plazo? ¿Deberíamos plantar nuestras raíces en el suelo de otros planetas y alterarlos (y / o nosotros mismos) para asegurar nuestra supervivencia? ¿O deberíamos buscar la creación de hábitats en órbita con microclimas y gravedad artificial?

En términos de recursos, tiempo, esfuerzo y alojamiento, ¿son los hábitats espaciales el camino a seguir? Y a partir de un análisis estrictamente de costo / beneficio, ¿es una mejor opción que colonizar planetas, lunas y otros objetos celestes?

Colonizar el espacio

Durante el taller Planetary Science Vision 2050, que tuvo lugar en febrero de 2017 en la sede de la NASA en Washington DC, científicos de todo el mundo se reunieron para compartir investigaciones y presentaciones sobre el futuro de la humanidad en el espacio.

Fue aquí donde Valeriy Yakovlev, astrofísico e hidrogeólogo del Laboratorio de Calidad del Agua en Kharkiv, Ucrania, presentó un artículo titulado "Terraformación de Marte: el camino equivocado".

En lugar de colonizar y transformar los diversos cuerpos del Sistema Solar, argumentó, la humanidad debería construir hábitats espaciales. Al abordar la idea de establecer una colonia permanente en Marte, afirmó que:

"[Un] obstáculo radical para esto es la falta de disponibilidad de los seres humanos para vivir en condiciones de gravedad reducida de la Luna y Marte, estando en sus cuerpos terrestres, al menos en las próximas décadas".

"Si el camino de la exploración espacial es crear una colonia en Marte y, además, los intentos posteriores de terraformar el planeta, conducirá a una pérdida injustificada de tiempo y dinero y aumentará los riesgos conocidos de la civilización humana".

La razón de esto, según Yakolev, es que los hábitats superficiales y la terraformación no abordan los principales desafíos de la colonización del espacio. Su preocupación es que, más que centrarse en cómo llegar hasta allí o cómo pretendemos crear la infraestructura necesaria, el principal desafío de vivir en el espacio se reduce a la dificultad de tener bebés en el espacio.

Los peligros de vivir en el espacio

Seamos realistas, no hay escasez de peligros cuando se trata de vivir en el espacio. Además del peligro de vivir en una lata sellada y presurizada que es lo único entre los ocupantes y el vacío del espacio, también hay todo tipo de cosas que pueden matarte.

Los micrometeoroides son un peligro. Estas pequeñas partículas de desechos espaciales pueden representar una amenaza para las operaciones de las naves espaciales en la órbita de la Tierra. Aunque es pequeño y pesa menos de un gramo (0.035 onzas), pueden alcanzar velocidades tremendas y generar una fuerza de impacto significativa.

La velocidad promedio de los micrometeoroides en relación con una nave espacial en órbita es de aproximadamente 10 km / s (6.2 mi / s), lo que resulta en 36.000 kilómetros por hora (22,500 mph). Si bien es poco probable que los impactos individuales rompan un traje espacial o el casco de una nave espacial o estación espacial, la exposición a largo plazo puede causar un desgaste significativo.

Luego está el peligro que representa la radiación en el espacio. Gracias a la atmósfera de la Tierra y su campo magnético protector, los seres humanos en naciones desarrolladas como los Estados Unidos están expuestos a una radiación de fondo promedio de alrededor de 0.31 rem (3.1 mSv), con otros 0.31 rem (3.1 mSv) por año provenientes del hombre. fuentes.

Sin embargo, más allá de la protección de nuestra atmósfera y magnetosfera, los astronautas están expuestos a niveles mucho más altos de radiación solar y rayos cósmicos galácticos (GCR). También existe la radiación elevada que viene con los eventos de partículas solares (SPE).

Según estudios de la NASA, los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) durante seis meses están expuestos a dosis de radiación ionizante en el rango de 50 a 2000 mSv.

Estos y otros estudios han establecido un límite superior de 500 mSv por año para los astronautas, que es la dosis anual más alta para la que no se observó un aumento en la tasa de aparición del cáncer en humanos.

Sin embargo, la exposición prolongada aumenta drásticamente el riesgo de enfermedad aguda por radiación, cáncer, daño al sistema nervioso central, mayor riesgo de enfermedad degenerativa, daño genético e incluso la muerte.

Efectos a largo plazo de la baja gravedad

En la Tierra, la fuerza de la gravedad es igual a 9,8 metros por segundo por segundo (9,8 m / s²). Esto significa que cualquier objeto en caída libre hacia la superficie se acelera a una velocidad de 9,8 metros (32 pies) por cada segundo que cae.

La exposición prolongada a la microgravedad (que experimentan los astronautas en órbita), o niveles más bajos de gravedad, puede tener efectos perjudiciales en todas las criaturas vivientes que han evolucionado en la gravedad "normal de la Tierra" (o 1 gramo). Se han realizado múltiples estudios sobre este fenómeno, principalmente a bordo de la ISS.

Esto incluye el seminal Estudio de gemelos de la NASA, donde los astronautas Scott y Mark Kelly se utilizaron para el análisis comparativo. Mientras Scott Kelly actuó como sujeto de prueba y pasó un año a bordo de la ISS, Mark Kelly permaneció en la Tierra y actuó como control.

Se realizaron múltiples exámenes físicos a ambos astronautas después de que Scott Kelly regresara a la Tierra. Además de la pérdida de densidad muscular y ósea, los estudios mostraron que las misiones de larga duración al espacio conducían a una disminución de la función de los órganos, la vista e incluso cambios genéticos. Readaptarse a la gravedad normal de la Tierra también puede ser arduo y doloroso para los astronautas.

En la actualidad, se desconoce por completo si los avances médicos pueden contrarrestar estos efectos. También se desconoce si las estrategias de rehabilitación, como las que involucran centrifugadoras, serán efectivas durante largos períodos de tiempo.

Esto plantea la pregunta, ¿por qué no simplemente establecer hábitats que sean capaces de simular la gravedad normal de la Tierra? Los habitantes no solo no necesitarían una intervención médica para prevenir la degeneración física, sino que también podrían tener hijos en el espacio sin preocupaciones adicionales sobre los efectos de la microgravedad.

En cuanto al tipo de hábitats espaciales que podríamos construir, hay una serie de opciones, todas las cuales han sido exploradas en ciencia ficción y estudios oficiales.

Historia del concepto

Al igual que la investigación sobre cohetería y exploración espacial, la idea de crear hábitats en la órbita terrestre o en el espacio es anterior a la Era Espacial y se remonta a principios del siglo XX.

También es aquí donde se debe una gran deuda a Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935), uno de los padres fundadores de la cohetería y la aeronáutica. En 1903, publicó un estudio titulado "Investigación de dispositivos de cohetes del espacio exterior", donde sugirió usar la rotación para crear gravedad artificial en el espacio.

En 1928, el ingeniero de cohetes esloveno Herman Potočnik publicó su libro seminal Das Problem der Befahrung des Weltraums der Raketen-Motor (El problema de los viajes espaciales: el motor cohete). Aquí, sugirió construir una estación giratoria en forma de rueda con un diámetro de 30 metros (~ 100 pies) que podría colocarse en una órbita geoestacionaria.

En 1929, el científico irlandés John Desmond Bernal escribió "El mundo, la carne y el diablo: una investigación sobre el futuro de los tres enemigos del alma racional" en el que describía un hábitat espacial esférico hueco que medía 16 km (10 millas) de de diámetro, lleno de aire y capaz de albergar una población de 20.000 a 30.000 personas.

En la década de 1950, los científicos de cohetes germano-estadounidenses Wernher von Braun y Willy Ley actualizaron la idea como parte de un artículo y se difundieron para Revista Colliers - titulado "¡El hombre conquistará el espacio pronto!"

Von Braun y Ley imaginaron una rueda giratoria de 3 pisos con un diámetro de 76 metros (250 pies). Esta rueda giraría a 3 rpm para proporcionar gravedad artificial (un tercio de la gravedad de la Tierra) y actuaría como un punto de parada para las naves espaciales que se dirigen a Marte.

En 1954, el científico alemán Hermann Oberth describió el uso de cilindros giratorios masivos para viajes espaciales en su libro "Personas al espacio: nuevos proyectos de cohetes y viajes espaciales" (Menschen im Weltraum - Neue Projekte für Raketen- und Raumfahrt).

En 1975, el Centro de Investigación Ames de la NASA y la Universidad de Stanford realizaron conjuntamente el primer Estudio de Verano anual de la NASA. Este programa de diez semanas vio a profesores, directores técnicos y estudiantes reunirse para crear una visión de cómo la gente podría vivir algún día en una gran colonia espacial.

El resultado de esto fue el Stanford Torus Space Settlement, un diseño para una estación espacial con forma de rueda que albergaría a 10,000 personas y rotaría para proporcionar la sensación de gravedad normal o parcial de la Tierra.

En 1974, mientras enseñaba en la Universidad de Princeton, el físico Gerard K. O'Neill propuso el concepto de un cilindro giratorio en el espacio exterior, que se detalla en un artículo de septiembre de 1974 de La física hoy - titulado "La colonización del espacio".

Esta idea fue el resultado de un estudio cooperativo en el que los estudiantes de O'Neill tenían la tarea de diseñar estaciones que permitieran la colonización del espacio para el siglo XXI, utilizando materiales extraídos de la Luna y los asteroides cercanos a la Tierra (NEA).

O'Neill amplió esto en su libro de 1976, La alta frontera: colonias humanas en el espacio, enfatizando cómo este tipo de "islas en el espacio" podrían construirse utilizando la tecnología existente.

"Ahora tenemos la capacidad tecnológica para establecer grandes comunidades en el espacio", escribió, "comunidades en las que se podrían realizar la fabricación, la agricultura y todas las demás actividades humanas".

Según su descripción, este cilindro constaría de dos cilindros contrarrotantes que miden 8 kilometros de diámetro y 32 kilometros largo. Esto proporcionaría gravedad artificial y al mismo tiempo anularía cualquier efecto giroscópico.

Durante la década de 1990, se propusieron varias versiones actualizadas de estos conceptos, gracias en gran parte al Concurso de Asentamiento Espacial lanzado por la NASA y el NSS en 1994.

Estos incluían versiones actualizadas de cilindros O'Neill, Bernal Spheres y estaciones de rueda que aprovecharían los últimos avances en tecnología y ciencia de materiales.

En 2011, Mark Holderman y Edward Henderson, del Equipo de Evaluación de Aplicaciones Tecnológicas (TAAT) de la NASA, diseñaron un concepto para una estación espacial con ruedas giratorias. Esto se conocía como el transporte universal no atmosférico destinado a una larga exploración en los Estados Unidos (Nautilus-X).

El concepto se propuso originalmente para misiones de larga duración (de 1 a 24 meses) para limitar los efectos de la microgravedad en la salud humana. Más recientemente, se exploró la idea como un posible módulo de dormitorios que se integraría con la ISS.

Esto permitiría experimentar con gravedad artificial sin destruir la utilidad de la ISS para experimentos en microgravedad. La investigación también podría ayudar a perfeccionar los conceptos de las naves espaciales que pueden simular la gravedad mediante una centrífuga.

En 2010, la NASA comenzó a trabajar para cumplir su visión del futuro de la exploración espacial humana, ahora conocida como su programa "Moon to Mars". Este programa preveía el desarrollo de una nueva generación de vehículos de lanzamiento pesados, naves espaciales y estaciones espaciales que permitirían la exploración humana más allá de la Tierra.

Una parte central de la arquitectura de la misión es Deep Space Gateway, un hábitat en órbita que se construiría en el espacio cis-lunar. Este hábitat facilitaría futuras misiones a la Luna para la NASA, otras agencias espaciales y socios comerciales, al mismo tiempo que serviría como punto de parada para misiones a Marte.

En 2018, el hábitat propuesto pasó a llamarse Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G), o simplemente Lunar Gateway. La configuración propuesta requiere la creación de una estación modular que consta de ocho elementos, aportados por la NASA y socios internacionales.

Esta estación servirá como un punto de escala donde las tripulaciones lanzadas desde la Tierra, utilizando el Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) y la cápsula espacial Orion, podrán atracar y reabastecerse. Los astronautas y las tripulaciones comerciales podrán viajar a la superficie lunar utilizando un módulo de aterrizaje lunar reutilizable.

Para las misiones que se dirigen a Marte, la NASA planea agregar otro elemento de la nave espacial: el Transporte del Espacio Profundo. Esta nave espacial reutilizable dependerá de la propulsión solar-eléctrica (SEP) para realizar viajes entre el Lunar Gateway y otra estación en órbita alrededor de Marte.

Esta estación se conoce como Mars Base Camp, otra estación modular que permitirá a los astronautas atracar y reabastecerse antes de descender a la superficie marciana. Esto será acomodado por el Mars Lander, otra nave espacial reutilizable.

En enero de 2016, el Instituto Keck de Estudios Espaciales organizó una presentación en Caltech titulada "Construcción del primer puerto espacial en órbita terrestre baja". La conferencia fue presentada por miembros de Gateway Foundation, una organización sin fines de lucro dedicada a crear el primer puerto espacial del mundo.

El diseño del Gateway consta de dos anillos interiores concéntricos fijados por cuatro radios a un anillo exterior. Los anillos interiores conforman el Área de gravedad lunar (LGA), donde los turistas podrán cenar y jugar en la rotación de la estación que simula la gravedad lunar.

El anillo exterior (anillo de habitación LGA) es donde se colocan los módulos de habitación. El anillo exterior, conocido como el Área de Gravedad de Marte (MGA), experimenta una rotación más rápida y proporciona un entorno gravitacional artificial similar al que experimentarían las personas en la superficie de Marte.

El núcleo de la estación es donde residirían Hub and Bay. Aquí es desde donde se coordinarían el control de tráfico y las operaciones de Gateway. El Hub también tendrá una sala de observación donde los huéspedes podrán ver los traslados que llegan.

El concepto Gateway es uno de los muchos indicios de la creciente relevancia y presencia de la industria aeroespacial comercial en el espacio. La Fundación también prevé que los proveedores de lanzamientos comerciales como SpaceX serán invaluables para enviar los módulos del Gateway a la órbita (utilizando el Nave estelar/Super pesadosistema de lanzamiento).

Beneficios sobre las colonias superficiales

Las colonias espaciales tienen su parte justa de ventajas y desventajas. Pero en comparación con el establecimiento de colonias en planetas, lunas y asteroides, hay una serie de compensaciones realmente favorables.

Por un lado, las estaciones espaciales giratorias, ya sea que tomen la forma de cilindros O'Neill, ruedas Von Braun o Stanford Torii, se pueden girar hasta el punto en que pueden imitar la gravedad normal de la Tierra.

Esto eliminaría las preocupaciones sobre los efectos a largo plazo en la salud de los niveles bajos de g y permitiría a los colonos tener más posibilidades de tener hijos sin la necesidad de depender de tratamientos médicos o métodos artificiales.

También se podría proporcionar protección contra la radiación asegurándose de que las paredes exteriores de las estaciones estén reforzadas con material resistente a la radiación (como plomo, uranio empobrecido o aguas residuales). Posiblemente se podría proporcionar un blindaje adicional generando un campo magnético.

Los hábitats espaciales también podrían permitir una gran flexibilidad cuando se trata de dónde ubicar la colonia. Podrían estar construidos en órbita alrededor de la Tierra, la Luna, Marte o posiblemente incluso otros planetas y cuerpos importantes del Sistema Solar.

También podrían colocarse en cualquiera o en todos los puntos de Lagrange en todo el Sistema Solar. Estos son lugares donde las fuerzas gravitacionales de un sistema de dos cuerpos (como el Sol y la Tierra) producen regiones de mayor equilibrio, donde se puede "estacionar" una nave espacial.

Desafíos de hacer hábitats espaciales

Por supuesto, ninguna discusión sobre los hábitats espaciales estaría completa sin mencionar los muchos desafíos que presentan. Al igual que cualquier esfuerzo por colonizar más allá de la Tierra, el más obvio es el costo.

Para construir un solo hábitat en órbita alrededor de la Tierra se requeriría una cantidad considerable de materiales de construcción, combustible y robots de construcción. Tal como está, SpaceX Halcón 9 y Halcón pesado puede entregar cargas útiles a LEO a razón de $ 2719 y $ 1410 por kg, respectivamente.

Si bien el desarrollo de vehículos totalmente reutilizables, así como los servicios de lanzamiento smallsat y los cohetes de una sola etapa a órbita (SSTO), ha llevado a una reducción significativa en los costos de lanzamiento, enviar todos los materiales y equipos necesarios a la órbita aún sería un problema. gasto monumental.

Una posible solución sería extraer materiales de los NEA o de la Luna utilizando naves espaciales robóticas y transportadores. Luego, estos podrían llevarse a la órbita terrestre para procesarlos en materiales de construcción y ensamblarlos utilizando robots de construcción.

Sin embargo, esto aún requeriría que se enviaran megatoneladas de material y maquinaria al espacio para construir estos robots e instalaciones. Los costos se vuelven aún más prohibitivos cuanto más lejos se construyen estos hábitats.

¿Camino del futuro?

Sin embargo, esta es otra ventaja de crear hábitats espaciales. Si bien la inversión inicial para crearlos en órbita alrededor de la Tierra o en el espacio cis-lunar sería inmensa, estos hábitats podrían servir como trampolines hacia lugares más distantes.

Básicamente, tener estos hábitats entre la Tierra y la Luna significaría que las naves espaciales podrían ensamblarse en órbita utilizando materiales extraídos del espacio. También podrían lanzarse desde estas estaciones, en lugar de tener que despegar de la Tierra.

Esto significaría reducciones significativas en términos del número de lanzamientos desde la Tierra, sin mencionar la cantidad de combustible necesario para montar misiones en el espacio profundo.

Desde el sistema Tierra-Luna, las naves espaciales robóticas y las tripulaciones podrían potencialmente enviarse a Marte, el Cinturón de Asteroides y al Sistema Solar exterior e interior para construir hábitats adicionales utilizando materiales recolectados localmente.

Cuantos más lugares hayamos "colonizado" con hábitats espaciales, más fácil será expandir la presencia de la humanidad en todo el Sistema Solar. Sin embargo, es poco probable que las generaciones futuras elijan una opción sobre la otra.

Al final, parece más realista suponer que los hábitats espaciales podrían facilitar la propagación de los seres humanos a través del espacio, lo que incluye permitir asentamientos en otros planetas. Entonces, además de "marcianos" y cosas por el estilo, también habría "lagrangianos" (o como se llamen).

  • ESA - Portal espacial
  • NSS - Asentamientos espaciales
  • NASA - Memorando Gateway
  • NSS - Liquidación de espacios de cilindros O'Neill
  • The Gateway Foundation - The Gateway
  • NASA - Asentamientos espaciales: un estudio de diseño (1977)
  • KISS - Construcción del primer puerto espacial en órbita terrestre baja
  • NASA - Programa de investigación humana: el cuerpo humano en el espacio
  • Instituto Lunar y Planetario Terraformación de Marte: el camino equivocado
  • NASA - Puerta del espacio profundo para abrir oportunidades para destinos lejanos
  • NSS - "Colonias en el espacio", por T.A. Heppenheimer (1977)
    • Capítulo 2 - Nuestra vida en el espacio
    • Capítulo 3 - ¡Colonización espacial pronto!


Ver el vídeo: Como Vuelven Los Astronautas A La Tierra? (Julio 2022).


Comentarios:

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