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Tecnología estrella

27/03/2014

Si se observa con detenimiento el cielo al amanecer es posible ver un punto brillante en el horizonte que se traslada con rapidez.Si se tiene suerte, puede que se trate de la Estación Espacial Internacional, una obra compuesta por más de 200 t de alta tecnología espacial que da una vuelta completa a la Tierra cada 92 minutos a 360 km de altura.

Cuando en 2010 se termine su construcción, la Estación Espacial Internacional –ISS, según sus siglas en inglés– será la estructura espacial más grande y compleja jamás creada. Esta Estación, dedicada a la observación y experimentación es más que un laboratorio orbital; es el puesto de avanzadilla más importante para los futuros viajes a otros planetas como Marte y un ejemplo de colaboración internacional en ingeniería y tecnología de alto nivel.

Las 200 t de material de las que está compuesta la ISS son en realidad la mitad de la masa que orbitará en 2010, cuando la Estación esté completa. En estos momentos se puede decir que el proyecto entra en su fase final, en la que se realizarán modificaciones notables en sólo tres años.

Sin embargo, la historia de la ISS se remonta nada menos que a 1972, cuando se aprobó el desarrollo del transbordador espacial.Esa nave supondría,en principio,una manera barata de realizar viajes a la órbita de la Tierra y la posibilidad de establecer una base orbital permanente se presentaba como una fase en el camino de la exploración espacial.

Los continuos retrasos y fallos técnicos relacionados con el transbor dador supusieron, sin embargo, un auténtico freno para muchas de las misiones de la NASA –como la del telescopio espacial Hubble, por ejemplo– y en el caso de la ISS no iba a ser menos. Hubo que esperar 12 años, hasta 1984, cuando se retomó la cuestión de la construcción de una estación espacial.

En ese año, la Administración Reagan dio luz verde a un proyecto que cuatro años después, en 1988, recibiría el nombre de estación Freedom. En ese desarrollo comenzaron a colaborar Canadá, Japón, Brasil, la ESA (Reino Unido, Francia, Alemania, Bélgica, Italia, España, Países Bajos, Dinamarca, Noruega, Suecia y Suiza). En 1993 se rediseñó el proyecto y Freedom se abandonó, dejando paso a la ISS y admitiendo a un nuevo y valioso socio: Rusia.

Juntar las piezas

Fruto de la cooperación entre las diferentes agencias surgió el modelo de estación que ahora orbita sobre nuestras cabezas. Así, la modularidad y el tamaño de los elementos concebidos por norteamericanos, japoneses y europeos se ajustó a la necesidad de utilizar el transbordador espacial;y la estructura ha tenido siempre en cuenta aspectos como la reconfigurabilidad, la accesibilidad, el mantenimiento y la modularidad.

Los rusos, por su parte, emplearon su experiencia en las estaciones que ellos habían construido en los años setenta y ochenta –las Salyut y la Mir– y su filosofía en el diseño de los vehículos se centró en la capacidad para llevar a cabo operaciones automáticas y por control remoto. La construcción de una estación espacial es siempre compleja, pero en el caso de la ISS esta complejidad se ha elevado aún más por sus dimensiones y por el número de piezas de las que está compuesta.

Al igual que si fuera un sofisticado rompecabezas, se han de ir montando los diferentes módulos en consecutivos viajes. En 1998 tuvo lugar el primero de ellos, cuando se puso en órbita a Zarya (“amanecer”, en ruso), el bloque funcional de carga (FGB). Fabricado en Rusia mediante un contrato norteamericano, el Zarya –de 12,9 m de largo y de 4,1 m de diámetro– se basó en los módulos empleados en la Mir y su misión fue la de proveer de energía, comunicaciones y navegación en las primeras fases de la construcción de la Estación.

Hoy se utiliza como propulsor y almacén. A partir de esa primera pieza durante casi los siguientes diez años se han ido acoplando más y más módulos, conformando así la Estación tal y como vuela hoy y como lo hará mañana, cuando esté acabada. La cuestión es cómo unir todos estos elementos y la respuesta se encuentra en los PMA y en los nodos.

Los primeros, adaptadores presurizados de atraque, son una especie de conos de 1,86 m de largo, 1,9 m de diámetro, en su abertura más ancha, y 1,37 m en la estrecha. Disponen de dos escotillas y llevan a cabo dos misiones: unir los módulos americanos y rusos –en el caso del PMA 1– y servir de punto de atraque para los transbordadores espaciales (los puntos 2 y 3). Los dos primeros adaptadores fueron las siguientes piezas que se colocaron en la Estación tras el FGB y el tercero aún se está construyendo. Junto a los PMA 1 y 2 se colocó también otro sistema destinado a la unión de las diferentes piezas, el Nodo 1 (también llamado Unity).

Con el PMA 1 se une al FGB y por el lado contrario, con el laboratorio norteamericano Destiny. El Unity, de 5,5 m de largo y 4,3 de diámetro, tiene seis conectores a los que se pueden acoplar módulos de laboratorio, de logística o incluso otros nodos.

Beber y respirar

La siguiente parte de este puzzle en ponerse en órbita fue el módulo de servicio Zvezda (“estrella”), la primera dependencia destinada a hacer vida a bordo; además de dotar al conjunto de sistemas vitales, distribución eléctrica y medios de propulsión que pueden ser activados desde tierra.

En este módulo, también, se sitúa un compartimiento de desechos, un baño y algunos aparatos de ejercicio.Hay otro punto de la Estación en la que se puede descansar, que es el laboratorio Destiny (acoplado en el año 2000), en el que también hay aparatos de ejercicio al igual que en el Nodo 1.

A lo largo de estos módulos se pueden encontrar los sistemas de cuidados médicos, entre los que destacan los dedicados a poner en forma a los astronautas mientras monitorizan su estado general de salud, los diseñados para identificar posibles gases contaminantes y nocivos en el aire y los sistemas de mantenimiento de la salud,que incluyen una unidad de resucitación.

Distribuido por estos módulos (y con la ayuda del carguero ruso Progress, que está acoplado al módulo de servicio y los transbordadores espaciales), se encuentra el sistema de soporte vital y control medioambiental. Dado que casi todo el aire que el ser humano respira (un 99%) está compuesto por nitrógeno y oxígeno, son estos dos gases los que hay que renovar en la ISS.

Mediante un proceso de electrolisis, un aparato ruso (el generador Elektron) extrae nitrógeno y oxígeno del agua. Además existen tanques externos de nitrógeno (y en el futuro también los habrá de oxígeno) y cuando la Estación esté terminada se habrá instalado un segundo generador.

Asimismo hay un sistema que controla la presión del aire y mezcla los gases en la proporción adecuada. La correcta combinación de nitró- geno y oxígeno es monitorizada por otro sistema, mientras que diferentes aparatos se encargan de supervisar la humedad, hacer circular el aire, expulsar el dióxido de carbono y filtrar la atmósfera de la cabina.

Además del aire, es necesario contar con otro elemento esencial, como es el agua.Aunque las naves de aprovisionamiento –las Soyuz y Progress rusas, el transbordador norteamericano, el módulo logístico multipropósito italiano, el vehículo de transferencia Jaxa H-II japonés o el vehículo automático europeo ATV– llevan este líquido hasta la Estación, no se desperdicia ni una gota una vez que entra en la ISS.

Un complejo sistema de reciclaje permite convertir en agua reutilizable la que proviene de la ducha, de los trajes de astronauta, de los mecanismos de calentamiento y refrigeración, de la orina –de la tripulación y de los animales de experimentación– y hasta de la condensación de la respiración de los habitantes del ingenio espacial.

Climatización

Otro de los suministros esenciales en una instalación tecnológica son los sistemas de regulación de la temperatura (climatización), y la generación de electricidad. En cuanto a la regulación de la temperatura, en realidad no es necesario generar calor, porque los propios sistemas eléctricos lo producen.

De hecho, fabrican demasiado, por lo que lo que se hace es distribuirlo allí donde hace falta; por ejemplo utilizando cables calentados eléctricamente y tubos con amonio, además de usar materiales y pinturas especiales en algunas áreas. También hay otros métodos, como los intercambiadores de calor basados en el uso de fluidos (amonio y agua) que se recirculan por unos radiadores, unos paneles de unos 156 m2 de superficie que están en contacto con el exterior.

Para la generación de electricidad se emplean unos paneles solares de los que hay instalados en la actualidad dos módulos, aunque la versión final de la ISS tendrá cuatro. Cada uno de los paneles tiene una longitud de 73 m –mayor que la de un Boeing 777– y cubren una superficie de casi 900 m2. Generan unos 26 kW, pero cuando estén instalados los módulos que faltan esa cifra llegará a los 2.500 m2, formados por 262.400 células que dotarán a la Estación de 110 kW a través de un entramado de casi 13.000 m de cables.

Aunque los paneles disponen de un sistema de orientación al sol,existe un periodo de noche en el que la Estación no recibe sus rayos,por lo que se dispone de un grupo de baterías de níquel-hidrógeno que acumulan la electricidad para esos momentos. Buena parte de esa energía va a parar a los ordenadores y equipos de comunicaciones. En total hay más de 60 ordenadores en la Estación, 1.200 terminales remotas, más de 600 controladores y unos 90 tipos distintos de dispositivos específicos para esta instalación.

La capacidad de transmisión de la red de datos es de unos 150 Mb por segundo y el software de control en tierra comprende casi tres millones de lí-neas de código, mientras que el de vuelo estará compuesto por una cantidad similar cuando se de por concluida la instalación en 2010.

Comunicaciones

Otra parte de la electricidad también se destina a los sistemas de comunicación con la tierra, con los vehículos próximos y con los astronautas que estén dando un paseo espacial.Para ello se utilizan varias antenas que trasmiten en UHF (comunicación con vehículos), banda S (comunicación directa y a través de satélites con centros en tierra) y banda Ku (comunicación con la Tierra a través de satélites).

La comunicación con diversos satélites se efectúa además de para establecer conversación e intercambio de información con la Tierra, para la orientación de la Estación.Con el fin de saber la posición en la que se encuentra,la ISS se comunica con los satélites de posicionamiento global (el GLONASS ruso y el GPS norteamericano),así como mediante varios dispositivos del módulo de servicio con sensores que toman datos de orientación mediante la posición con respecto a las estrellas,el sol y el horizonte.

Para moverse, la ISS dispone, en la actualidad, de un sistema de girodinos, unas ruedas de 98 kg de acero que, accionadas eléctricamente, giran a 6.000 rpm y que combinando su orientación pueden inducir diversas fuerzas que hagan girar o desplazarse a la Estación. Cuando la fuerza de los giróscopos no es suficiente se utiliza la propulsión mediante cohetes, algo necesario por ejemplo para recuperar cada cierto tiempo la altitud que la ISS pierde paulatinamente.

Para ello se emplea el módulo de servicio, que dispone de 32 motores para controlar la actitud de vuelo, aunque también es posible usar los 24 motores del carguero Progress cuando está acoplado a la Estación.

Terminada de construir

No será hasta 2010 cuando la Estación Espacial Internacional esté definitivamente acabada, y su esperanza de vida se prevé, en principio, hasta 2016 –aunque la experiencia con otros proyectos, como la Mir o el Hubble dice que posteriormente esas fechas se suelen extender algunos años más–.

Por el camino aún queda mucho por hacer,como por ejemplo, acoplar el laboratorio europeo Columbus; el módulo experimental japonés Kibo; la Cupola (una pequeña cúpula para observación de operaciones en el exterior); habitáculos de vida a bordo que pueden soportar una tripulación de hasta siete pasajeros; dos laboratorios experimentales rusos y una estación eléctrica –también rusa–,principalmente.

Para entonces se habrán realizado más de 80 vuelos a la estación y 160 paseos espaciales, que sumarán 960 horas. Mucho trabajo considerando que, según la NASA, “construir la ISS en el espacio se ha comparado a cambiar una bujía o colgar una estantería mientras se llevan patines y dos pares de guantes de esquí con todas las herramientas, tornillos y materiales atados al cuerpo para que no se caigan”.Todo un reto, desde luego.

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EUROPA APORTA SU “COLUMBUS”

La contribución europea a la Estación se basa en la colaboración de la ESA (Agencia Espacial Europea) en el desarrollo de algunos aparatos tecnológicos con otras agencias, como la rusa o la japonesa, así como en la construcción de dos proyectos propios. En concreto se trata de un laboratorio –llamado Columbus– y un vehículo automático que se utilizará para el aprovisionamiento de suministros y el envío de piezas a la Estación. Se espera que ambos estén en activo a lo largo de 2007.

Microgravedad

El Columbus es un laboratorio de 4,5 m de diámetro y unos 75 m3 de volumen, equipado con lo necesario para que en él se puedan realizar experimentos en entornos de microgravedad, sobre todo en las áreas de ciencias de la vida, materiales y física de fluidos.

Los experimentos se llevarán a cabo con la ayuda de los denominados International Standard Payload Racks, que básicamente consisten en armarios del tamaño de cabinas telefónicas situados en los laterales y el techo del módulo (hay ocho), que cuentan, cada uno, con un laboratorio independiente con toma eléctrica y sistema de climatización, así como un mecanismo de vídeo y de datos conectados con la Tierra. Con la ayuda de un centro de control ubicado en Alemania, los investigadores podrán dirigir sus experimentos desde otras partes de Europa

 

LOGÍSTICA ESPACIAL EUROPEA

El ATV (Automated Transfer Vehicle o vehículo de transferencia automático) es la segunda gran aportación a la Estación Espacial. Pertenece a otra significativa misión para el conjunto del proyecto de la ISS; como es servir de vehículo para el aprovisionamiento de suministros y piezas.

En concreto, se espera que esta especie de camión espacial europeo lleve una vez al año hasta la Estación unas 7,5 t de carga. El preciso sistema de navegación de la nave le permite volar y acoplarse automáticamente a la ISS, tras haber sido puesta en órbita a 300 km de altura por medio de un cohete Ariane-5-. Allí se quedará acoplada durante los seis meses siguientes tras los que volverá a la Tierra cargada con 6,5 t de basura y desechos generados por la Estación Espacial.

Módulos de carga

El tamaño del ATV –4,5 m de diámetro por 10,3 m de largo– se divide entre un sistema de propulsión y otro de carga y dispone, además, de cuatro paneles solares. La zona de carga, que está presurizada y tiene un tamaño de 48 m3, conforma un espacio suficiente para ocho armarios (racks) estándares y en su interior se encuentran una serie de módulos de carga que transportan desde correo y CD-Rom, a piezas de hardware para los experimentos científicos.

Además, el área de carga también está dotada con tanques que trasladan 840 kg de agua potable, 860 kg de combustible y 100 kg de oxígeno y nitrógeno (aire). Aunque aún no se ha tomado una decisión al respecto, se espera que la ESA (agencia espacial europea) construya más vehículos de este tipo, hasta siete, dependiendo de la expectativa de vida que se le de a la Estación Espacial.