Este año se cumple el 50.º aniversario del primer alunizaje del Apolo. Esto fue posible gracias a una aceleración extraordinaria de la tecnología espacial. En un periodo de tiempo notablemente corto previo al acontecimiento, los ingenieros dominaron la propulsión de cohetes, la informática a bordo y las operaciones espaciales, en parte gracias a un presupuesto prácticamente ilimitado.
Desde los días de estas hazañas heroicas, la ingeniería espacial se ha consolidado como un conjunto de tecnologías interconectadas que hacen posibles emocionantes misiones de ciencia espacial, un flujo continuo de datos de observación terrestre y una red de servicios globales de comunicación y navegación. Ahora podemos posarnos con sondas sobre cometas y vislumbrar un pasado más lejano que nunca antes. Pero ¿qué nos depara el futuro? ¿Qué nuevas tecnologías podrían ayudar a transformar el sector espacial en las próximas décadas y de qué manera?
Una vía prometedora en los últimos años ha sido ampliar y reducir la escala de la tecnología espacial. Gracias a un programa de investigación de diez años recientemente lanzado y respaldado por la Real Academia de Ingeniería, nuestro grupo está empezando a explorar nuevas posibilidades en los extremos de las escalas de longitud de las naves espaciales. Creemos que se trata de una región poco explorada para el diseño de misiones que podría generar nuevas ideas para el futuro.
Miniaturización
La miniaturización de la tecnología ha permitido una gama de tamaños de naves espaciales, como los satélites pequeños de 100 kg utilizados para la Constelación de Monitorización de Desastres, que consta de un grupo coordinado de satélites individuales. Incluso existen CubeSats compactos de 30x10x10cm CubeSats, satélites de pocos kilogramos que pueden transportar una variedad de cargas útiles diferentes. Con frecuencia se utilizan para la observación terrestre o para realizar experimentos científicos de bajo coste, ya que un gran número de ellos puede lanzarse como cargas útiles secundarias junto con satélites más grandes.
Nuestro objetivo es reducir la escala de la tecnología espacial en al menos un orden de magnitud. Esto comenzaría con un satélite de placa de circuito impreso (PCB) de 3x3cm y, después, con dispositivos aún más compactos. Ya se han llevado a cabo demostraciones en órbita de satélites de este tipo. Como ejemplo, tomemos el dispositivo Sprite que pesa tan solo cuatro gramos a pesar de contar con sensores, comunicaciones y procesamiento de datos a bordo.
Estos dispositivos ya se han instalado en el exterior de la Estación Espacial Internacional. Y hace muy poco, la misión KickSat-2 desplegó 105 dispositivos Sprite, con un coste inferior a 100 USD cada uno, en órbita alrededor de la Tierra. Se recibieron señales de los dispositivos el día posterior al despliegue, lo que despertó la esperanza de que estos dispositivos algún día puedan llevar a cabo nuevas tareas en el espacio.
Nuestro objetivo es construir dispositivos de vuelo libre capaces de controlar su orientación y órbita en el espacio. Esto nos permitirá desplegar grandes enjambres de sensores que podrían utilizarse para redes de detección distribuidas, lo que posibilitaría la recopilación de datos a gran escala y en tiempo real, incluida la monitorización del clima espacial. De cara al futuro, dispositivos aún más pequeños podrían dar lugar a satélites altamente integrados y fabricados en serie sobre una única oblea de silicio.
Una posibilidad apasionante es convertir estas naves espaciales diminutas en naves estelares, acoplándolas a grandes velas solares, llegar a otros sistemas solares en unas pocas décadas para estudiarlos de cerca. También podrían utilizarse para proporcionar detección omnipresente en las inmediaciones de cometas o asteroides.
Estructura masiva
En el otro extremo del espectro de tamaños también hay avances. Las pértigas desplegables de 30 metros ya se utilizan en la Estación Espacial Internacional para sostener sus paneles solares. Aquí, nuestro objetivo es dar al menos otro salto de un orden de magnitud mediante la fabricación de estructuras grandes y ligeras en órbita. Esto podría lograrse adaptando la tecnología de impresión 3D para que funcione en el vacío y en microgravedad. Creemos que este enfoque podría permitir la fabricación de antenas de tamaño ultragrande, colectores de energía o reflectores solares.
Pero ¿por qué necesitamos estructuras de este tipo? Tomemos el caso del telescopio espacial James Webb, que pronto reemplazará al exitosísimo telescopio espacial Hubble. Cuenta con un gran espejo primario protegido del sol por un escudo del tamaño de una cancha de tenis profesional. Para poder introducir esta tecnología en un cohete Ariane 5, tanto el espejo primario como el escudo solar se componen de segmentos desplegables. Estos requieren entonces una secuencia compleja de liberaciones individuales que deben activarse a tiempo una vez en el espacio, o de lo contrario se arriesga el fracaso de la misión.
La capacidad de fabricar estructuras grandes y ligeras directamente en órbita podría tener un enorme impacto en la tecnología espacial, al sortear el riesgoso obstáculo de lanzar estructuras delicadas desde tierra. Por ejemplo, si el material de soporte estructural puede imprimirse directamente sobre membranas reflectantes en un proceso de fabricación continuo, podríamos construir reflectores de tamaño ultragrande, potencialmente de varios cientos de metros de diámetro.
En órbita polar, estos reflectores podrían utilizarse para iluminar futuros parques de energía solar terrestres al amanecer y al atardecer, cuando su producción es baja, pero la demanda y los precios spot son altos. Esto supondría una clase de servicio espacial completamente nueva, en la que el producto es la energía y no la información.
También podría utilizarse para reflejar la luz con el fin de crear energía solar térmica a escala industrial para procesar material recuperado de asteroides cercanos a la Tierra. Por ejemplo, un reflector de 500 metros de radio intercepta el equivalente a 1 GW de potencia térmica, lo que equivale a la producción de una central eléctrica típica en la Tierra.
Hornear agua de los asteroides es una vía especialmente prometedora, ya que podría ayudarnos a fabricar propulsor en el espacio. La electricidad generada por energía solar podría utilizarse para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno y emplearlos como combustible. Al recombinarse y encenderse, arderán y producirán empuje para impulsar una nave espacial hacia delante. En el futuro, fabricar propulsor en órbita podría reducir el coste de futuras empresas humanas en el espacio al evitar la necesidad de trasladar combustible desde la superficie de la Tierra hasta el espacio.
Si bien el Apolo fue un ejemplo de ingeniería a una escala verdaderamente heroica, las futuras empresas espaciales pueden ser igual de emocionantes y ofrecer beneficios sociales duraderos más allá de banderas y huellas.
