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jueves, 28 de septiembre de 2017

UNA BASE EN LA LUNA: EL REGRESO DEFINITIVO

Fuente: ESA

Recientemente los medios han difundido la noticia [1] y [2] de un acuerdo entre Rusia y los EEUU para construir y poner en órbita una estación espacial en La Luna.
Esta futura estación espacial lunar servirá igualmente a que los investigadores puedan realizar trabajos en un entorno privilegiado. Junto con esto, sería una base intermedia para un viaje al planeta Marte, tal y como vaticinan, para 2030.
Esta estación lunar significaría el regreso de las misiones tripuladas a La Luna. La última fue en 1.972, con el Apolo XVII, una misión en la que uno de sus tripulantes fue un científico, el geólogo Harrison Schmidt.
Junto con este proyecto, La Agencia Espacial Europea persigue ir más allá, construyendo una base en la superficie Lunar. Su director, Jan Wörner, declaró el pasado febrero de 2016 el plan de construir una base permanente, “una estación abierta a los diferentes estados miembros de todo el mundo”




¿Cuáles son las razones que justificarían este proyecto? Una es la disponibilidad de recursos naturales. En la luna hay los metales, minerales y agua helada. Otro gran recurso Lunar es el helio-3, capaz, según Ouyang Ziyuan, científico jefe del Programa de Exploración Lunar chino, de resolver los problemas energéticos del mundo, como fuente de energía de fusión nuclear. Otra sería la posibilidad de tener unas plataformas de observación astronómicas. Se podría situar, como indica el director de la ESA, Wörner, “un telescopio de radio en la cara oculta de la luna”. Y de igual modo que plantean para la estación orbital, una base Lunar serviría como rampa de salida para misiones interplanetarias.
Desde tiempos de la carrera espacial se han propuesto ideas acerca de cómo sería una base Lunar. Incluso el cine y la televisión se hicieron eco de este propósito (recordemos “2001, una Odisea en el Espacio” y “Espacio 1999”). En ambas, se esperaba la existencia de una colonia Lunar en los albores del siglo, pero ya casi dos décadas más tarde, la situación de los vuelos tripulados es prácticamente similar a los inicios de la era espacial.
Base luna "alpha" de la serie "espacio 1999"
Las dificultades de llevar a cabo esta empresa lo explican. Para llevar a cabo este sueño, se nos plantean importantes factores a tener en cuenta. Nos encontraríamos en un entorno hostil, sometido a radiación y a temperaturas extremas, sin alimentos ni atmósfera respirable. Para ello habría que realizar construcciones robustas, capaces de soportar estas condiciones extremas y así mantener de forma segura a los ocupantes de la base. Asimismo, sería necesario establecer un sistema de suministros desde La Tierra, similar al de la Estación Espacial Internacional, que abastece de oxígeno, agua y alimentos a los astronautas.
Todo ello implica además unos enormes costes, tanto para transportar esas estructuras desde La Tierra como para mantener una flota permanente de lanzadores hacia La Luna. 
De acuerdo a las fuentes consultadas [6], el coste de construcción de una base lunar oscilaría entre 10 mil a 35 mil millones de dólares, y su mantenimiento será de 7 mil 350 millones de dólares al año. Por ello se entiende que las grandes misiones espaciales sean emprendidas merced a acuerdos internacionales, como el que han suscrito los EEUU y Rusia.
Para afrontarlo, la Agencia Espacial Europea propone una solución, basada en aprovechar uno de los recursos lunares: el polvo lunar. Bernard Foing, director del Grupo Internacional de Exploración Lunar explica cómo hacerlo: "Una de las ideas que se nos ocurrió fue que podíamos utilizar este material en tres dimensiones para construir una estructura o módulo lunar habitable; y creemos que se puede hacer, es posible. Nuestro concepto es que un vehículo robot aterrice en la superficie de la luna, infle una especie de cúpula hinchable que sirva de base para construir la capa protectora que protegerá a los astronautas en su interior sin peligro".




 
En la construcción de dicha capa protectora se emplearían tecnologías basadas en la denominada “fabricación aditiva”, es decir, empleando una “impresora 3D” gigante que depositara el polvo lunar. Esta solución fue desarrollada por el arquitecto británico Norman Foster [5].
En cuanto al mantenimiento, podemos pensar que habría que abastecer, del mismo modo que con la ISS, de recursos como oxígeno, alimentos y agua. En relación a esto, Bernard Foing, se fija en la disponibilidad de recursos de nuestro satélite, tanto de hielo, como de luz solar. En relación al oxígeno, es posible extraerlo de las rocas lunares:
“La Luna está llena de recursos. Hemos encontrado hielo en los polos lunares, y hemos encontrado áreas expuestas constantemente a la luz del día. Estos lugares nos pueden ofrecer los recursos que necesitamos para la construcción y el sostenimiento de los astronautas en la base lunar”
Pese a la plausibilidad de este proyecto, se necesitan aún 20 años hasta que toda la tecnología esté lista. Lo importante es ponerse en pie para comenzar a desarrollar toda esta tecnología, “reiniciar el ciclo”, como afirma Andreas Mogensen, Astronauta de la ESA.
La estación orbital en la luna será otro paso de la humanidad. Sin embargo, el nuevo “gran salto” lo emprenderemos cuando el hombre haya establecido la primera base Lunar, abandonar por primera vez  “la cuna de la humanidad”, como decía Konstantin Tsiolkowsky.






Referencias
[1] Rusia y EEUU construirán juntos una estación espacial que orbitará la Luna
[2] NASA NASA, Roscosmos Sign Joint Statement on Researching, Exploring Deep Space
[3] ¿Listos para construir una base permanente en La Luna?
[4] Todos los detalles sobre la base que Europa planea construir en la Luna
[5] Una impresora 3D podría construir la primera base lunar
[6] The case for a Moon base
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viernes, 8 de septiembre de 2017

MURMULLOS DE LA TIERRA (40 AÑOS DEL DISCO DEL VOYAGER)

El pasado 5 de septiembre de 2017 se conmemoró el lanzamiento de la misión Voyager 1. Curiosamente, su compañera, la Voyager 2, fue lanzada antes, en agosto de dicho año. Junto con ésta, la misión Voyager posee otras peculiaridades que la destacan del resto de las misiones espaciales. De todas ellas, hay dos especialmente importantes.
La primera es que se trata de la misión espacial más exitosa. Su duración estaba prevista para cuatro años y ya lleva cuarenta. El objetivo principal de ambas misiones consistía en explorar los planetas exteriores. Y el resultado fue espectacular. Realizó importantes descubrimientos, y una vez alcanzados los planes de exploración previstos, prosiguió. Y aún sigue haciéndolo, enviando todavía datos científicos a La Tierra.
La segunda es que es la primera sonda espacial que abandona el sistema solar. La Voyager1 Lo hizo en 2012, aunque estrictamente hablando, lo que ha abandonado es la heliosfera. El hecho es que es el objeto terrestre que ha alcanzado la distancia más lejana, habiendo recorrido más de 20.700 millones de kilómetros. El Voyager envió la fotografía de La Tierra más lejana, a 6.000 millones de kilómetros, como “un punto azul pálido” a que se refirió Carl Sagan.
Las sondas Voyager viajan actualmente a una velocidad de 48.000 kilómetros por hora. La situación actual de la misión Voyager la podéis revisar en este enlace.
Conmemorando la gesta del Voyager 1 y 2, me gustaría recordar mi experiencia personal al respecto, obviamente como espectador. Trata de otra peculiaridad importante que caracterizaba a esta misión.  Un libro que cayó en mis manos allá por el año 1.981.


El libro se titula "Murmullos de la Tierra”, y su autor era un entonces poco conocido Carl Sagan (La serie Cosmos, no se emitio hasta 1.984). El  libro describe el contenido de un mensaje que portaban las dos sondas Voyeger, con el fin de que una civilización extraterrestre conociera nuestro planeta. Este mensaje iba contenido en un disco dorado, con instrucciones para poder reproducirlo.
Disco fonográfico de las sondas Voyager (NASA)
La tecnología de entonces, los años 70, era tal que se eligió un disco fonográfico de cobre recubierto de oro. Supongo que si la misión Voyager hubiera partido en nuestra época, sería un mp3 grabado en un disco de estado sólido (SSD), mucho más ligero y con mayor capacidad.
La capacidad de este disco fue de 90 minutos de música, otros sonidos como el del despegue del Saturno V, 118 imágenes codificadas en forma de sonido, saludos en 55 idiomas, entre otros.
El responsable del contenido de dicho disco fue el  entonces poco conocido Carl Sagan, quienes él y el resto del equipo fueron autores de un libro sobre el este mensaje interestelar.
Aunque este libro ya está descatalogado, quien no pueda conseguirlo tiene la gran oportunidad de acceder a la página oficial de la NASA de la misión Voyager, en el que podrá consultar otros datos muy interesantes sobre el disco del Voyager.
Es extraordinaria la imagen nostálgica de ambas sondas planetarias, reproduciendo este disco dorado con voces, canciones y mensajes de los habitantes de la tierra, así imágenes, unos "murmullos", que con poca esperanza serán escuchados.
Mientras las Voyager emprenden su viaje, antes de que se desconecten definitivamente sus instrumentos, allá por 2030, éstas proseguirán surcando el espacio interestelar. Tal y como indican los especialistas, una vez abandonado el sistema solar, el Voyager 1 podrá alcanzar otra estrella dentro de 40.000 años, cuando lo que fuimos y somos ya solo forma parte de un recuerdo, grabado en dos discos dorados de 12 pulgadas.


Referencias
Página oficial de la misión Voyager
Misión Voyager: 40 años del viaje que ha llevado al hombre al espaciointerestelar
Carl Sagan y varios autores. Murmullos de La Tierra. El mensaje interestalar del Voyager. Ed. Planeta. 1981







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martes, 25 de julio de 2017

LAS AERONAVES COMERCIALES DEL SIGLO XXI

En octubre de 2008, dentro del programa "NASA Fundamental Aeronautics", la NASA  solicitó a la industria y a las universidades que desarrollasen conceptos avanzados de aeronaves de pasajeros, capaces de satisfacer las necesidades del transporte aéreo comercial de acuerdo a los objetivos de 2030 en cuanto a eficiencia de consumo energético, cuidado del medio ambiente y operación. Dichos estudios perseguían identificar las necesidades claves de desarrollo en tecnología para capacitar a estas previstas aeronaves y sistemas de propulsión. Se formaron cuatro equipos de investigación por personal de General Electric, del Massachusetts Institute of Technology, de  Northrop Grumman y The Boeing Company. El resultado de esta investigación fueron cuatro informes relativos a cuatro conceptos de aeronaves  y motores. Se trata de diferentes conceptos de diseño, no muy exóticos, pero prometedores en cuanto a los beneficios que presentan.
Estos fueron los resultados:

1º Concepto de diseño de avión comercial de 20 pasajeros de GE Aviation


Imagen: NASA / GE Aviation
El equipo de GE Aviation definió el concepto de diseño de un avión de 20 pasajeros que podría reducir la congestión en los aeropuertos principales (los denominados hubs) empleando aeropuertos regionales para viajes de enlace. La aeronave tiene una sección oval que permite cuatro asientos por fila. Otras características de la aeronave son la forma que reduce el flujo de aire sobre todas las superficies así como células generadoras de electricidad para suministrar energía a sistemas eléctricos avanzados. La planta motriz seria empleando turbohélices con hélices de baja emisión de ruidos. Se mitigaría en lo posible el ruido permitiendo realizar despegues y aterrizajes cortos y ascensos rápidos.

2º El concepto fuselaje extremadamente ancho (doble burbuja) D8 del MIT

Cortesia: NASA / MIT
El equipo del MIT presentó un concepto de avion de 180 pasajeros en una configuración de “doble burbuja” (double bubble) uniendo dos fuselajes que permiten una sustentacion adicional e incorporando tres motores turbofan en la cola, lo que permite bloquear parte del ruido de los motores. Una parte importante de este concepto de aeronave la forma los materiales compuestos que reducen el peso así como los mencionados motores turbofan que tienen una “ultra alta” derivación (lo que supone que el flujo de aire hacia del motor es incluso menor que hacia el ventilador o “fan”) con el fin de obtener un empuje más eficiente. A la inversa de las actuales tendencias de diseño, este concepto del MIT aumenta la relación de derivación minimizando la expansión del diámetro del ventilador contrayendo en su lugar el diámetro en la tobera. El equipo del MIT afirmó que este concepto es capaz de realizar el mismo perfil de misión que un Boeing 737-800, solo que con una cabina más espaciosa. Este concepto de diseño además permite aplicar el principio de “ingestión de capa límite” estudiado con el fin de reducir el consumo de combustible.

3º El transporte comercial de eficiencia silenciosa y bajas emisiones  de Northrop Grumman.

Cortesia: NASA /Northrop Grumman
El equipo de Northrop Grumman prevé la gran necesidad de aviones de menos de 120 pasajeros adaptados para pistas cortas con el fin de reducir los retrasos de los grandes aeropuertos. Su objetivo consiste por tanto en operar en aeropuertos con pistas de 1.500 metros, lo que reduciría el tráfico alrededor de los grandes aeropuertos y lo distribuiría más eficientemente.El equipo describe el Transporte comercial eficientemente silencioso y de bajas emisiones (Silent Efficient Low Emissions Commercial Transport, or SELECT), un concepto “revolucionarion en sus prestaciones, aunque no en su aspecto”. Este concepto emplea en su estructura materiales cerámicos, nanotecnología y aleaciones especiales con “memoria de forma” asi como motores de ultra alta relación de derivación.

4º el SUGAR Volt de Boeing

Cortesia: Boeing
El equipo de Boeing denominado SUGAR (Subsonic Ultra Green Aircraft Research) examinó cinco conceptos, seleccionando el SUGAR Volt, una aeronave bimotor con una tecnología de propulsión hibrida, un fuselaje con forma de tubo y un ala alta arriostrada. Comparado con las alas convencionales, las alas de SUGAR Volt tiene mayor envergadura (distancia de punta a punta), es más estrecha y más recta (menor flecha). También incluye articulaciones para plegar las alas para facilitar el estacionamiento (igual que hacen algunas aeronaves de los portaaviones).  Volt empleará dos motores turbofan híbridos, empleando combustión de fuel durante el despegue y energía eléctrica en crucero.

Referencias

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viernes, 31 de marzo de 2017

¿Pudo funcionar realmente el motor de Virgilio Leret?





Recientemente en los medios [4] se ha recordado la figura de Virgilio Leret, militar e ingeniero español conocido por ser probablemente la primera víctima de la guerra civil española, pues fue fusilado en Melilla nada más estallar la insurrección. También es conocido por haber patentado  en julio de 1935 un motor a reacción en la misma época en que Sir Frank Whitlle y Hans Von Ohain estaban desarrollando sus modelos de reactores. Realmente en 1913  René Lorin   propuso una primera solución a la propulsión a chorro, con el "estatorreactor". Se trata de un motor muy sencillo, prácticamente sin piezas, pero que necesita que el aire entre en el motor a gran velocidad, como minimo a 300 Km/,  para que el aire se comprima lo suficiente y así generar la combustion y el empuje. SI queremos que nuestro motor comprima el aire a menores velocidades o con el avión parado hay que emplear medios mecánicos. Henri Coanda ya ideó en 1910 un sistema de compresión del aire, empleando un motor de pistón, sistema que empleó el avión italiano "campini".  La solución de los motores de Whittle como el de Von Ohain fue mediante compresión de aire "centrifuga", consistente en un disco que lograba empujar el aire a la periferia del disco y derivarlo al interior del motor, así se lograba comprimir el aire hasta cuatro veces su presión de entrada.

La idea de Leret consiste en un ingenioso sistema en el que la etapa de compresión es mixta, es decir compresión centrífuga  y después  volumétrica. Esto se consigue mediante unos pistones que Leret llama "embolillos" accionado por fuerza centrífuga generada por unas masas circunscritas a un rotor coaxial con el eje del compresor centrífugo[2].  Este novedoso sistema daba al invento del ingeniero español unas prestaciones que mejoraban a los otros, pues lograba una relación de compresión de 200 a 1.
Desgraciadamente este invento genial no pudo desarrollarse y cayó en el olvido hasta hace no mucho, gracias al empeño de la viuda de Leret, Carlota O´Neil, quien custodio los planos del diseño de su marido, y actualmente al de la hija de Leret [6], se ha podido rescatar el legado del gran ingeniero y militar.  Como colofón de esta iniciativa, y gracias a la participación del Ejército del Aire, en abril de 2.014  se termino una maqueta del mototurbocompresor que actualmente se puede ver en el Museo del Aire, en Cuatro Vientos (Madrid) [6][3].
Maqueta del mototurbocompresor de Virgilio Leret (fuente:Ejercito del Aire)


Hay medios que afirman que incluso el diseño del motor de Leret pudo servir para el desarrollo del reactor en Reino Unido [1][4]. Esto se justifica porque Carota O´Neill, tras salir de la cárcel donde estaba recluida y encontrar los planos del mototurbocompresor entre los efectos personales de su marido, decidió entregar una copia al agregado de la embajada Británica, quien los envío a Inglaterra.

Tratando de responder a esta pregunta de que si realmente estos planos llegaron ser consultados por ingenieros británicos, y éstos sirvieron para mejorar los problemas con los que se enfrentaba en esos momentos Whittle, solo podemos conjeturar que es bastante improbable, pues el modelo de Leret es diferente a la solución aplicada en el motor británico, por lo cual solo se nos ocurre pensar que fue archivado o simplemente olvidado en algún cajón. Solo sabemos que el agregado que se llevó los planos murió en la II Guerra Mundial y no se conoce qué es lo que hizo con éstos.
Ante la cuestión de que si, más que una simple idea que Leret concibió mientras estaba recluido,[5]  se trataba de un diseño factible, el ingeniero aeronáutico Martin Cuesta Álvarez estudió en el año 2.002 la documentación de dicha patente[2], concluyendo que no sólo era un planteamiento correcto y un diseño viable, sino que se trataba de un invento “verdaderamente ingenioso”[6]

Resultado de imagen de planos del motor de virgilio leret
Vista en sección del motor de Virgilio Leret, realizada por Martin Cuesta Álvarez[2]

Vista en seccion del motor de Sir Frank Whittle

Motor HeS3B de Hans Von Ohain

De acuerdo al estudio de Martin Cuesta Álvarez en la revista El Aeroplano, la comparación de los motores daba un empuje de 734 Kg para el motor de Leret frente a los 386 Kg de la patente de Whittle y 500 Kg del motor de Von Ohain. Se trataba por tanto de un motor con unas prestaciones competitivas y a la altura de los otros desarrollos. También sabemos que esta propuesta si captó el interés de las autoridades, pues tal y como cuentan las memorias de Carlota O´Neill, Leret pudo explicar su proyecto de motor al presidente de la Republica, Manuel Azaña, quien se interesó por el proyecto.  Azaña nombró a Leret Jefe de la Escuela de Mecánicos de Cuatro Vientos y en junio de 1.936 se comenzó a construir un prototipo, con el objetivo de probarlo y evaluarlo en los talleres de la Hispano Suiza, y ponerlo en vuelo en septiembre de 1.936. [5][7] Se trataba de un proyecto con toda seguridad secreto, del que no se tiene más testimonio que las memorias de Carlota O´Neill. Solo sabemos que poco después Leret fue destinado a la base de hidros de Melilla.[5] y allí murió tras comenzar la rebelión militar en julio de 1936. La desaparición de Leret provocó el fin del posible desarrollo de este avanzado motor. A pesar de todo, si este si se hubiera seguido adelante, se tendría que enfrentar a no pocas complicaciones, fundamentalmente la económica, dada la importante inversión que supone un desarrollo semejante. Había que tener en cuenta que llevar a cabo este proyecto hubiese implicado construir junto con el prototipo, instalaciones de pruebas donde realizar los ensayos, y nuevos diseños en el caso de necesitar implementar mejoras. Además, un motor así significaba un nuevo tipo de aeronave, un nuevo reto que de haber prosperado el motor hubiese significado también una partida presupuestaria importante. Nos hubieramos encontrado con un caso similar al del HA-300, un reactor avanzado desarrollado en La sevilla de los años 60 pero que tuvo que cancelarse por falta de fondos.
Tres años después de la injusta muerte de Leret, y cinco antes del estallido de la II Guerra mundial, despegó el primer avión propulsado por un motor a reacción, el Heinkel He 178. El modelo británico, el Gloster E.28/39, lo hizo en 1.941. Del genial invento de Leret, solo sabemos que no era una idea descabellada y que de haber culminado el prototipo, pudo haber funcionado. Junto con el autogiro, el motorturbocompresor hubiera significado una importante contribución de España  al desarrollo de la tecnología aeronáutica.


Referencias


[2] Martín Cuesta Álvarez en el número 20 de la revista Aeroplano, año 2002, editada por el Ministerio de Defensa.
[7] Carlota O´Neill Una mujer en la guerra de España. Oberon, 2003
[8] El joven cientifico. El libro de los Jets. SM. 1979
[9] The Jet Engine. RollsRoyce. 1996

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