No lo endulcemos. ¡Explorar la Luna no es para los débiles de corazón! Es un cuerpo sin aire, lo que significa que no hay atmósfera, las temperaturas de la superficie son extremas y hay mucha radiación. La baja gravedad también significa que nunca puedes caminar realmente sobre la superficie y tienes que rebotar en un voluminoso traje espacial hasta que te caes. ¡Luego está ese horrible polvo lunar (también conocido como regolito lunar), que está cargado electrostáticamente y se adhiere a TODO!
Buscando aprovechar esto, los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) comenzaron a probar un nuevo concepto para un rover flotante que aprovecha la carga natural de la Luna para levitar sobre la superficie. En la Luna, esta carga superficial es lo suficientemente fuerte como para hacer levitar el polvo lunar a más de 1 metro (3,3 pies) por encima de la superficie. Con el apoyo de la NASA, esta investigación podría conducir a un nuevo tipo de vehículo de exploración robótica que ayudara a los astronautas a explorar la Luna en los próximos años.
El regolito con carga electrostática es un problema en todos los cuerpos rocosos sin aire del Sistema Solar, desde Mercurio hasta los asteroides. La falta de atmósfera significa que estos cuerpos están sujetos al bombardeo regular de micrometeoroides y objetos más grandes que pulverizan la superficie, creando un fino polvo de sílice. Sin atmósfera también significa que no hay erosión por viento o agua y que este polvo está expuesto a un flujo constante de partículas solares cargadas.
El equipo detrás de este concepto estaba formado por dos estudiantes investigadores y un profesor del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT (MIT AeroAstro). Junto con ingenieros de la NASA, el equipo investigó cómo un planeador lunar hecho de Mylar podría aprovechar la carga natural de la superficie de la Luna. Su investigación se resume en un artículo que apareció recientemente en el Journal of Spacecraft and Rockets (JSR).
Al igual que un tren MagLev se basa en la inducción magnética entre los vagones del tren y las vías para viajar a velocidades muy rápidas, este planeador Mylar naturalmente tiene la misma carga que las superficies de los cuerpos sin aire. Esto crea un efecto repelente entre las dos superficies con carga similar que mantendrá el planeador flotando mientras explora cuerpos celestes sin aire. Según estudios previos de la NASA, los planeadores Mylar podrían explorar pequeños asteroides, pero no planetas o lunas (debido a su fuerte atracción gravitatoria).
El concepto del equipo del MIT está diseñado para superar esta limitación de tamaño al equipar un planeador Mylar en forma de disco (que se asemeja a un platillo volante) con pequeños propulsores de iones, conocidos como fuentes de iones de líquido iónico. Estos consisten en boquillas microfabricadas conectadas a depósitos que contienen sal fundida a temperatura ambiente (un líquido iónico). Cuando se aplica un voltaje pequeño, los iones de estas sales se cargan y se emiten como un haz estecho a través de las boquillas.
Esto es similar en concepto a la propulsión de efecto Hall (también conocido como motores de iones), donde un gas inerte como el xenón se expone a campos electromagnéticos para cargar sus partículas, que luego se enfocan magnéticamente a través de una boquilla para generar empuje. En este caso, el efecto general es cargar el vehículo y la carga natural de la superficie para generar una fuerza de repulsión más fuerte que permitiría al vehículo operar en ambientes con mayor gravedad (utilizando poca energía).
Oliver Jia-Richards, estudiante graduado en MIT AeroAstro, fue el autor principal del estudio. Como dijo en una reciente declaración de MIT News:
“Pensamos en usar esto como las misiones Hayabusa que lanzó la agencia espacial japonesa. Esa nave espacial operó alrededor de un pequeño asteroide y desplegó pequeños rovers en su superficie. Del mismo modo, creemos que una futura misión podría enviar pequeños rovers flotantes para explorar la superficie de la luna y otros asteroides”.
En un estudio de factibilidad inicial, el Prof. Lozano y sus colegas demostraron que el impulso de iones sería lo suficientemente fuerte como para levitar un vehículo que pesa alrededor de 1 kg (2 lbs) en un asteroide grande como 16 Psyche y la Luna. Para probar la idea, el equipo modeló un rover en forma de disco con propulsores de iones en la superficie lunar y luego consideró cómo los haces de iones cargados negativamente afectarían al vehículo por sí mismo. Según sus resultados, el vehículo se cargaría positivamente (similar a la superficie de la Luna), pero descubrió que esto no era suficiente para que el vehículo despegara del suelo.
Luego, el equipo consideró transferir la carga del planeador a la superficie lunar para complementar su carga natural. Para probar el concepto, el equipo elaboró un modelo matemático simple que consideraba cómo propulsores adicionales dirigidos al suelo reforzarían la levitación del rover. Como paso final, construyeron un pequeño vehículo de prueba hexagonal en el laboratorio de Lozano que pesaba unos 60 gramos (2 onzas) y estaba equipado con dos propulsores de iones (uno apuntando hacia arriba y otro hacia abajo).
El vehículo estaba suspendido sobre una superficie de aluminio equipada con dos resortes calibrados para compensar la gravedad de la Tierra y una varilla de tungsteno para medir cuánta fuerza producían los propulsores cuando se disparaban. Luego, toda la configuración se colocó dentro de una cámara de vacío para simular un entorno sin aire, y el equipo aplicó varios voltajes a los propulsores para calcular la altura que podría alcanzar el vehículo.
El modelo y los resultados experimentales fueron consistentes y mostraron que un rover de 1 kg (2 lbs) con una fuente de iones de 10 kilovoltios sería capaz de levitar un centímetro desde la superficie de un gran asteroide como Psyche y de la Luna con una fuente de 50 kilovoltios. Más potencia podría significar mayores altitudes, pero Lozano indicó que se necesitan investigaciones adicionales y modelos revisados antes de que se pueda decir algo definitivamente.
Pero supongamos que un simple aumento de voltaje permitiría una mayor levitación. En ese caso, el equipo cree que las futuras misiones a la Luna y los asteroides podrían beneficiarse de los rovers que usan propulsores de iones para flotar y maniobrar de manera segura sobre terreno desconocido (y potencialmente peligroso). Como concluyó Lozano:
“Este tipo de diseño iónico usa muy poca energía para generar mucho voltaje. La energía necesaria es tan pequeña que podría hacer esto casi gratis. En principio, con un mejor modelado, podríamos levitar a alturas mucho mayores. Con un rover que levita, no hay que preocuparse por las ruedas o las piezas móviles.
“El terreno de un asteroide podría ser totalmente irregular, y mientras tuvieras un mecanismo controlado para mantener tu rover flotando, entonces podrías atravesar un terreno muy accidentado e inexplorado, sin tener que esquivar los obstáculos”.
Lectura adicional en Inglés: MIT News, JRS
Artículo con fines divulgativos basado en el artículo original en Inglés.
Créditos: Matt Williams, Universe Today
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