VI. NUESTRO LABORATORIO EN ÓRBITA TERRESTRE
LAS condiciones que hacen de la órbita terrestre un laboratorio con características útiles y únicas (imponderabilidad, visión amplia, radiación directa y alto vacío) son favorables a la experimentación hoy y a la industria del mañana. La combinación de estas condiciones genera numerosas y nuevas alternativas, y los experimentos y actividades en órbita que se pueden llevar a cabo no es posible incluirlos en una mera lista, aunque tampoco se debe sucumbir al temor de intentar hacerlo, aun de manera incompleta, porque todos en general esperamos que quienes usan los recursos nacionales en investigación aeroespacial, se esfuercen y asuman el riesgo de equivocarse al tratar de señalar los caminos que actualmente se identifican como los más prometedores.
En su conjunto, estas condiciones, repetimos, hacen posible la conducción de experimentos imposibles de realizar en tierra, pero, sobre todo, nos falta intentar estimar las probabilidades reales de que científicos de México y de los demás países en desarrollo puedan utilizar la órbita terrestre para sus propios fines de investigación. Es necesario también que nuestros científicos e ingenieros, especialmente los que no tengan contacto directo con este tema, se mantengan cuando menos enterados de las numerosas técnicas espaciales, aun cuando sea sólo por medio de la participación de un número muy reducido de investigadores que sí estén al corriente de un conocimiento directo de lo que ocurre en la frontera del avance espacial.
Recordemos, además, que como en el pasado, las actividades que hoy en día se realizan en el espacio, repercutirán finalmente en el avance de muchos otros campos que afectan el bienestar de la población. Para ilustrar este punto basta un ejemplo: los satélites meteorológicos fueron en un principio resultado del interés de los meteorólogos, que deseaban observar zonas más amplias del globo terrestre, para entender cómo afectan las formaciones de nubes, las temperaturas y la velocidad de los vientos, el clima de grandes sectores del globo, o de una región o ciudad; actualmente se sabe que el clima es un efecto global, que sólo puede comenzar a entenderse si utilizamos la información amplia que proporcionan los satélites. Ahora, con base en esta información se puede alertar a la población sobre desastres naturales inminentes y su posible evolución, con varios días de anticipación; con esta aplicación práctica se ha ahorrado miles de veces el monto de la inversión para la construcción, puesta en órbita y operación de dichos sistemas de alerta basados en satélites. Algo equivalente puede decirse de los satélites de comunicaciones.
Por motivos ajenos al desarrollo tecnocientífico, el efecto socialmente benéfico
que puede tener la tecnología aeroespacial es de mucha menor magnitud de lo
que permitiría su avance en la actualidad. Esto resulta, primero, de la política
de proteccionismo de la tecnología que detentan muchos de los llamados países
desarrollados, que impiden el flujo de tecnologías a países necesitados de ellas.
Para esto basta también un ejemplo: los centros de investigación de la
NASA de los Estados Unidos no permiten en sus instalaciones el trabajo
temporal de científicos de países que califican como amigos en temas tecnológicos
o de ciencia aplicada, solamente admiten candidatos que realicen estudios en
ciencias puras, esa parte de la investigación generalmente más alejada
de las aplicaciones prácticas. Segundo, es necesario considerar que la investigación
y la práctica de la ingeniería aeroespacial generan con frecuencia productos
colaterales, que a la larga, se sabe por muchas experiencias anteriores, impulsan
avances técnicos de muy diversa naturaleza y alcance. Éstos son, por lo general
de mucha utilidad para el bienestar social, aunque su valor sea difícil de estimar
de momento, y con suficiente confiabilidad.
Entre las tendencias más notables de la actualidad se debe señalar que las cifras de lanzamiento de vehículos espaciales van en continuo aumento (780 toneladas de carga útil sólo en 1987) y, a la vista de los esfuerzos por parte de un creciente número de países con programas espaciales propios, éstas seguirán aumentando en el futuro. Aparte de las grandes potencias, las cuales probablemente proseguirán dominando el panorama espacial por varias décadas, toda una gama de países se adentran en programas espaciales sólidos, entre ellos, los que participan en la Agencia Espacial Europea, China, Japón, la India y Brasil, por lo pronto; asimismo, es previsible que se organicen otras agencias multinacionales (una latinoamericana, desde luego) en las próximas décadas.
Los esfuerzos de Brasil y la India tienen para nosotros una significación particular, pues simbolizan la conciencia de un grupo de países en desarrollo interesados en que sus sociedades avancen a través de la ciencia y la tecnología, manejadas con oportunidad y de manera apropiada. En ambos casos, se aprecia la visión que los gobernantes de estos países tuvieron para iniciarse en el camino de las actividades espaciales, que otros han percibido como un lujo, lejano a sus presupuestos y posibilidades. Incluso estos países ya han podido cosechar los primeros frutos: la India posee hoy la capacidad de fabricar y lanzar sus propios satélites de comunicaciones, meteorología y percepción remota y en un futuro próximo esta capacidad será rentable. Brasil, por sus propios medios, ha hecho posible un programa para el lanzamiento de satélites de comunicaciones y de percepción remota de diseño nacional. Pronto, ambos iniciarán actividades aún más elaboradas que, en el momento propicio, se reflejarán en el avance de múltiples campos de la ciencia y la tecnología en beneficio de sus pueblos. Cabe mencionar aquí un notorio ejemplo de la industria aeroespacial: Brasil ha colocado más aviones comerciales en el mercado de los Estados Unidos, que éstos en el de Brasil, un país que, por cierto, comparte con México muchos de sus problemas económico-sociales, como el estar casi aplastado por la deuda. Esta situación ilustra claramente cómo la tecnología aeroespacial llega a volverse rentable, y a funcionar como un motor de desarrollo industrial que favorece el avance de un país, aunque a veces sólo sirve para mantenerlo a flote.
El ejemplo de Brasil da a su vez entrada a otro, de mucho mayor importancia: entre los esfuerzos de científicos mexicanos por participar directamente en el avance y utilización de la tecnología espacial, se han tratado de establecer temas de colaboración de interés mutuo con el Instituto de Pesquisas Espaciales (INPE) de Brasil (el organismo que en el país hermano se encarga del programa espacial brasileño). Entre los primeros pasos dados por los brasileños para colaborar con nosotros, podemos citar gustosamente su ofrecimiento de entrenar a uno de nuestros colegas en todos los aspectos técnicos y de manufactura de materiales compuestos —aquellos basados en fibras de carbono inmersas en termoplásticos—, uno de los materiales con más futuro. Este es, estimado lector, un cabal ejemplo de transferencia tecnológica: sin ataduras ni trampas y sin intereses mezquinos detrás, que ejemplifica lo que a nuestro juicio es la cooperación internacional, y más específicamente la cooperación latinoamericana, presagio histórico y paso concreto en la inevitable integración de la América Latina, sueño y proyecto de tantos de nuestros próceres más destacados.
Los países sin programas espaciales nacionales, una vez percibidas las amplias ventajas socioeconómicas del desarrollo aeroespacial, habremos de realizar un esfuerzo especial para no quedar a la zaga en cuanto al uso y aprovechamiento de los medios y herramientas que prodiga tal actividad.
Adentrándonos en el tema concreto de este capítulo, podemos comenzar preguntándonos: ¿cuál será el mejor camino a seguir para que usemos el espacio como extensión de nuestros laboratorios? La cooperación internacional parece, en plena crisis, el único camino viable en la actualidad. Los países más avanzados en materia espacial han manifestado diversos grados de disposición para cooperar con los países en vías de desarrollo. Con los Estados Unidos, que son los que mejor conocemos por la amplia frontera que compartimos, se ha dado cierta cooperación, sobre todo cuando requieren de algún servicio: instalación de estaciones receptoras de datos de satélites geográficamente favorecidas para su funcionamiento, recuperación de equipo desviado de su trayectoria normal, vuelos de aeronaves con funciones de seguimiento, estudio o calibración de equipo, colectas de plantas como la candelilla, de donde extraen una cera de alta calidad que utilizan en el proceso de elaboración de combustibles sólidos de cohetes y explosivos; con este país, México ha sido invitado a participar en los vuelos de viajeros espaciales, aunque, hay que decirlo, con mucho más contenido propagandístico que tecnocientífico. La URSS, por su lado, tiene también requisitos técnicos similares, pero ha subido al espacio personal con dos años de intenso entrenamiento de casi todos los países socialistas, así como de Francia, la India, Afganistán y Siria (a juzgar por los informes de actividades de estos vuelos, sí existe justificación más allá de la publicidad, pues aunque entre sus invitados han tenido pocos científicos y sí muchos militares, éstos han subido a cumplir trabajos que, aun con la poca información, parecen eminentemente civiles). Sin embargo, para una comparación justa se debe considerar que los sistemas de lanzamiento de la URSS implican requerimientos médicos más estrictos, pues someten a sus tripulaciones a niveles superiores de aceleración durante el despegue, con lo que se reduce la elegibilidad de candidatos.
En el futuro, las actividades espaciales de tripulantes provenientes de países en desarrollo pueden esperar una expansión gradual, y con las experiencias previas ya asimiladas, seguramente se propugnará por una mejora en la calidad de su participación; para esto es indispensable que aumente la actividad de nuestros científicos e ingenieros espaciales en el diseño autónomo o cooperativo de experimentos y técnicas de observación en la órbita terrestre y los que operan en la atmósfera; estos equipos serán instalados en las plataformas y estaciones espaciales de las potencias dispuestas a compartirlas, como una expresión concreta de su responsabilidad y disposición de colaboración con los países en desarrollo.
También es imprescindible preguntarnos: ¿qué tipo de actividades nos conviene realizar en órbita? Pero la respuesta sería muy vasta para incluirla aquí, y conviene contestarla refiriéndonos más adelante a los esfuerzos concretos que se realizan en la actualidad. Principalmente, y quizá por prejuicio profesional, se nos presenta el reto de la ciencia de los materiales, aunque también son muy importantes las actividades medico-biológicas y de teledetección de recursos, ya mencionadas. Así pues, describiremos a continuación algunas actividades científicas y tecnológicas seguramente de mucho interés para diferentes disciplinas, pero no sin antes advertir que, dadas las muchas aplicaciones de los experimentos espaciales, que van desde la fisiología hasta la física de fluidos, nadie en sus cinco sentidos puede pretender hacer justicia a todos los temas en un escrito corto como éste. Advertidos de esta necesaria limitación, procedamos a referir algunas de las experiencias en camino.
LA EXPERIENCIA DE LA UNAM EN ÓRBITA
En 1985, en la Universidad Nacional se firmó un convenio con el Consejo Nacional
de Ciencia y Tecnología (CONACyT) y la Secretaría de Comunicaciones
y Transportes (SCT), cuyo objetivo es desarrollar las primeras
estaciones de experimentos automáticos para funcionar en la órbita terrestre.
Para dar cauce al proyecto, se propuso aprovechar las relaciones de trabajo
entre la SCT y la NASA, dirigidas a poner en órbita
el sistema de satélites Morelos. Así las cosas, un grupo de universitarios se
puso en contacto con la NASA para analizar la factibilidad de
realizar una serie de experimentos en microgravedad, inicialmente relacionados
con las ciencias de materiales y la percepción remota.
Como antecedente cabe mencionar que, con el advenimiento del transbordador, la NASA organizó un programa promocional llamado "Pequeños Experimentos Autónomos" (PEA), que tiene una serie de requerimientos relativamente sencillos: primero, la actividad no debe interferir con las misiones del transbordador; segundo, debe ser totalmente autónomo en cuanto a energía; y, claro está, no debe generar ningún efecto indeseable para el transbordador y sus equipos, ni para la tripulación desde luego; las cargas útiles que van a ponerse en órbita tienen un límite de peso de 90 kg; deben sellarse 60 días antes del despegue y no requerir de la NASA más que para la activación de un interruptor durante el vuelo. Los costos son claramente promocionales (10 000 dólares por contenedor), lo que los hace accesibles a cualquier institución interesada en utilizarlos. Los usuarios más comunes de los contenedores que asigna la NASApara este propósito son las universidades y las agencias espaciales de otros países. La distribución de contenedores reservados hasta el primer semestre de 1988 era la siguiente: EUA, 400; RFA, 41; Japón y Canadá, 19 cada uno; 12 de Inglaterra; 11 de Australia, y dos de México, entre otros. En suma, el programa PEA hace posible el acceso de equipos científicos a seis o siete días de microgravedad.
Para dar el mejor uso a los recursos invertidos en el convenio mencionado, se consultaron, hasta donde el tiempo lo hizo posible, docenas de especialistas de diferentes institutos de la Universidad Nacional y otros centros de investigación del país, con lo que se conformó una lista inicial de experimentos viables. A continuación se hizo un proceso de selección que tomó en cuenta el tiempo necesario para preparar cada experimento y sus costos probables; finalmente se obtuvo una lista de diez experimentos, cuyo costo se estimó en 271 000 dólares, presupuesto que fue puesto a disposición de los investigadores encargados. Además, se consideró necesario consultar especialistas de la NASA para tratar de establecer si era posible llevarlos a cabo en un periodo menor de 8 meses, para que coincidieran con la puesta en órbita del segundo satélite Morelos.
La falta de especialistas en ingeniería aeroespacial en el país llevó a localizar algún grupo universitario experimentado en la materia y dispuesto a colaborar con los científicos de la UNAM. Durante los primeros meses de 1985 se realizó una revisión sistemática sobre el tipo de trabajo de investigación realizado en órbita durante la última década, lo que nos permitió establecer cuáles son las universidades, principalmente norteamericanas, con experiencia en el tema. En una de las revistas que difunden el quehacer de la tecnología espacial, incluida en la bibliografía, encontramos un artículo que describía los trabajos espaciales de la Universidad Estatal de Utah (USU), que tenía además la ventaja de que identificaba por su nombre a varios profesores destacados de aquella institución.
Desde el primer contacto telefónico, los profesores de la USU se mostraron interesados y abiertos a la cooperación, por lo que al día siguiente se llevó a cabo una reunión entre los profesores de los centros de Ingeniería Espacial y de Ciencias de la Atmósfera de la USU, y un representante de la Universidad Nacional. La reunión contó con la presencia de ocho profesores experimentados en el tema, incluidos los directores de los mencionados centros, y dio inicio con una descripción de los experimentos seleccionados por nosotros, así como con una explicación de la oportunidad que nos brindaba la SCT junto con la NASA. Fueron estos profesores los que sugirieron realizar dichos experimentos dentro del programa PEA de la NASA. A continuación se discutió detalladamente cada uno de los experimentos, sus objetivos, alcances y metas. Es justo dar aquí reconocimiento al espíritu de cooperación surgido espontáneamente entre científicos universitarios, que a pesar de provenir de países con muy diferentes mentalidades, no tuvieron reservas en cooperar.
El resultado de aquella reunión fue, en primer término, cerciorarnos de que el proceso de selección de los experimentos automáticos había producido una lista competente de actividades experimentales y observacionales en órbita; segundo, nos permitió prepararnos para la primera reunión que habríamos de tener al día siguiente en el Centro Espacial de la NASA en Houston, para definir la solicitud que se iba a someter a su consideración; y tercero, se nos ofreció, dada la premura del suceso, la oportunidad de trasladarnos con un equipo de trabajo al Centro de Ingeniería Espacial de la USU, donde se nos brindaría todo el apoyo a su alcance, cosa que ocurriría durante los siguientes meses. La primera reunión con la NASA fue un acontecimiento memorable, del que se pudiera escribir un libro completo, dada la complejidad de los temas discutidos, las actitudes de ambas partes, y la presencia de un sutil ambiente de enfrentamiento, algo típico de pláticas entre personas de países con grandes diferencias en desarrollo. Por un lado, un representante del cliente (México, comprador de satélites) con un firme propósito de aprovechar la oportunidad que se presentaba, y por el otro, un equipo de ingenieros, inmersos en sus propios problemas, y no muy dispuestos a aceptar complicaciones adicionales en su trabajo. No obstante, en el curso de la reunión se fueron limando las asperezas y los malentendidos, y se clarificó el panorama de lo posible y lo alcanzable. En muchas discusiones fue necesario citar trabajos de la misma NASA para que aceptaran la viabilidad de algunas de las proposiciones. Después de una larga reunión, resultaron casi todos convencidos de varias cosas: primero, que era posible desarrollar incluso la lista completa de los experimentos seleccionados; segundo, que se podría cumplir con la fecha tope, a pesar de que ésta era la limitante principal; tercero, que se podía presuponer que ninguno de los obstáculos y retos encontrados durante el desarrollo del equipo resultarían insolubles; además, que era posible, sin tener la experiencia de un ingeniero de la NASA, proponerles y demostrarles la viabilidad de una serie de experimentos que a primera vista no les parecían realizables. El tiempo nos dio la razón.
Un día después de esta última reunión, los funcionarios de la SCT
y del CONACyT tenían en sus manos un escrito informándoles sobre
la viabilidad del proyecto; sin embargo, habrían de pasar dos largos meses,
que devoraban el tiempo necesario para el desarrollo del proyecto, antes de
tener una respuesta favorable y un acuerdo detallado sobre el financiamiento.
Al mismo tiempo, debe reconocerse públicamente que los integrantes del llamado
"Grupo de Tarea", que es el que realiza desde entonces el proyecto, hemos sido
testigos de una actitud digna de incluirse en una "antología antiburocrática",
ya que las dependencias participantes procedieron de manera sorprendentemente
rápida, en casi todos los complejos trámites.
Con el proyecto aprobado, se concertó una reunión directamente con los especialistas del programa PEA del Centro Espacial Goddard de la NASA, a la que asistieron cinco investigadores de la UNAM; la mayoría de las sugerencias de la NASA fueron muy atinadas y constructivas; por ejemplo, sugirieron dividir la serie de experimentos de la Universidad en dos equipos diferentes; en el primero, dentro de un contenedor sellado, fueron asignados aquellos experimentos que no requerían del acceso a la amplia visión orbital ni a la radiación del medio ambiente. Para la conducción de los experimentos dentro de esta primera estación requeriríamos, como veremos, sólo de microgravedad y de una conexión que permitiera hacer vacío dentro de una cámara. La segunda estación automática requería de todas las condiciones orbitales, incluyendo la visión amplia y la radiación directa, por lo que fue necesario que para este segundo equipo se preparara un contenedor que pudiera abrirse estando en órbita. En la figura 25 se muestra un diagrama y una fotografía de los dos tipos de estaciones automáticas.
Cuando todo parecía reducirse a un delicioso reto tecnocientífico, surgieron inesperadamente nuevos problemas: fue necesario un viaje del subsecretario de la SCT, acompañado del coordinador del proyecto, con el objeto de estar en una reunión con el director general de Operaciones Comerciales en la central de la NASA en Washington, para, digamos, limar las últimas asperezas. Después de esta reunión, se trasladó el grupo de diez universitarios a las instalaciones de la USU, para iniciar el diseño y construcción de la primera estación; desde aquel entonces se planteó integrar la segunda en las instalaciones de la UNAM.
Quizá para algunos resulte didáctico conocer que, durante el trámite para dar vida al proyecto, ocurrieron cuando menos unas cinco "muertes y las correspondientes resurrecciones" del mismo, que si bien repercutían en el ánimo de algunos en el grupo, hacían más tenaces a los demás. No fue nada fácil, ni esperamos ni nos ilusionamos que en el futuro lo sea.
EXPERIMENTOS DE LA PRIMERA ESTACIÓN AUTOMÁTICA
Dentro de la primera estación de experimentos automáticos se tenía planeado incluir cuatro experimentos de la UNAM. Sin embargo, acabamos instalando siete experimentos a bordo, porque hubo necesidad de negociar con otras universidades una reservación que nos diera el acceso a vuelo lo más pronto posible. De esta manera, junto con el equipo de la UNAM se incluyeron experimentos de tres universidades estadunidenses, uno de ellos provenía de la USU, para retribuir en algo su colaboración. Sin embargo, la responsabilidad por la seguridad de cada uno de los experimentos del contenedor siguió recayendo en el equipo de la UNAM, por lo cual los experimentos de las otras universidades fueron motivo de experiencia para nosotros.
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Figura 25. Contendores autónomos para realizar experimentos en órbita. En
la fotografía pueden apreciarse dos contenedores fijos a la pared del compartimento
de carga. En el esquema se representan las dos alternativas utilizadas por la
UNAM; con tapa fija y móvil.
En julio de 1985 se comenzaron a construir tres de los principales experimentos. El primero está relacionado con un estudio sobre la microestructura del Zinalco —una aleación de zinc, aluminio y cobre. Su objetivo principal es llevar a punto de fusión la muestra preparada en tierra, para que en condiciones de microgravedad (sin corrientes convectivas y sin el contacto con un crisol), se solidifique por enfriamiento dejando que su microestructura se genere espontáneamente sin tales efectos mientras todo el proceso se controle y registre por una microcomputadora a bordo.
Para comprender las ventajas de realizar este proceso en órbita, haremos una descripción un poco más detallada del razonamiento en que se fundamenta este experimento: cuando se funde una mezcla de metales en tierra, se da toda una serie de procesos internos que determinan las propiedades mecánicas que va a presentar el producto. Los factores que afectan dichas propiedades están relacionados con la distribución y proporción de los aleantes —en este caso del zinc, del aluminio y del cobre—, el material del cual está hecho el crisol (es decir la vasija de fundición que se coloca dentro del horno), la velocidad de enfriamiento desde el estado líquido hasta el sólido y, por último, el tipo de impurezas que acompañan a los componentes (ningún material es absolutamente puro, sino que generalmente está acompañado de inclusiones que tienen una presencia casual y que son llamadas impurezas). De estos cuatro factores, en un laboratorio en tierra podemos controlar fácilmente la velocidad de enfriamiento y, hasta cierto grado, el tipo y cantidad de impurezas presentes. No obstante, nada podemos hacer respecto a las corrientes convectivas térmicas y al contacto que tiene el metal con el crisol de fundición, el cual influye de dos maneras diferentes: por un lado, las paredes del crisol producen los llamados "centros de nucleación", sitios donde comienzan a solidificarse, con el enfriamiento, los granos que formarán la microestructura y cuya influencia no se puede caracterizar. Por otro lado, con el enfriamiento del crisol, y su contracción térmica resultante, se generan esfuerzos mecánicos en la muestra, efecto que se manifiesta con variaciones desconocidas en su microestructura.
Es la órbita el único lugar donde podemos fundir un metal sin que se presenten las corrientes convectivas, por lo que las aleaciones restan notablemente más homogéneas en cuanto a la distribución de sus aleantes. Adicionalmente, es también el único lugar donde podemos prescindir del crisol, ya que la muestra puede flotar o levitar en una zona seleccionada del horno. El objetivo central del experimento preparado para esta primera estación es diagnosticar el papel y la importancia que las impurezas tienen en el proceso de solidificación del Zinalco.
Para conseguir este propósito, se controla la velocidad de enfriamiento de la aleación por medio de un elaborado sistema de medición y supervisión. La temperatura de la muestra es registrada por un dispositivo que funciona sin entrar en contacto con la muestra. Consiste en un sistema óptico que afoca la radiación infrarroja o térmica que produce la muestra al ser calentada, sobre un detector de selenuro de plomo, similar al que utilizan los equipos militares para ver en la oscuridad y aquellos instalados en satélites que realizan observaciones nocturnas desde el espacio. La radiación que emite la muestra es convertida por el sistema mencionado en una señal eléctrica que se capta en la microcomputadora dedicada al control y registro de parámetros del experimento. Adicionalmente, se instaló un sistema redundante, que funciona con base en termopares, y registra también las temperaturas internas del horno. Este sistema puede, en caso de falla, tomar las funciones del pirómetro óptico a fin de asegurar un control adecuado, pero incluso si este sistema fallara no se afectaría definitivamente el experimento, ya que éste puede seguir sin los medidores de temperaturas, con base en un tercer sistema de respaldo que hace uso de tiempos previamente estimados de duración del experimento. La computadora recibe señales eléctricas de los medidores de temperatura, compara sus valores con una tabla, previamente almacenada en su memoria, y tiene la capacidad, con base en una serie de programas, para tomar decisiones y evitar acciones que afecten el experimento, por ejemplo, puede aumentar la corriente en la resistencia que calienta al horno de grafito, donde se encuentra la muestra de Zinalco, o la puede apagar intermitentemente para fijar la velocidad de enfriamiento. Asimismo, la computadora tiene un sector de memoria en el que almacena los datos adquiridos durante la duración del experimento.
Por cierto que esta descripción ilustra uno de los criterios de diseño clásico en equipo aeroespacial: el funcionamiento de un equipo debe incluir la tolerancia de fallas, es decir, que el equipo deberá seguir realizando su función, a pesar de que fallaran algunos de sus componentes. Esto es además un ejemplo con muchas aplicaciones en otras áreas, aunque se haya originado en la tecnología espacial, en las que no se puede aceptar una falla total, como en el caso de los sistemas de enfriamiento de un reactor nuclear. Claro que los eternos escépticos de la técnica pensarán en Chernobil, pero ahí los culpables no fueron los dispositivos ni los sistemas redundantes, sino las personas que violaron los sistemas de protección automáticos y que hoy día purgan condenas de cárcel. Por cierto que ahí, en Chernobil, para salir del problema, actuó también la técnica espacial: se utilizaron autómatas basados en exploradores móviles, que fueron los que limpiaron los sectores peligrosamente radiactivos.
En el experimento del Zinalco, el horno fue fabricado con grafito en vista de su excelente conductividad, facilidad de maquinado y estabilidad térmica de este material. Dicho horno se calienta por medio de una resistencia que lo rodea por afuera. Originalmente la muestra tiene forma cilíndrica y se atornilla para el despegue a una de las paredes internas del horno. Para evitar que la muestra fundida se pegue a las paredes del horno, el interior de éste fue cubierto con una capa de nitruro de boro, que es un material que además de resistir temperaturas hasta de 800ºC, evita el mojado o la adhesión. A través de un pequeño orificio en la pared del horno, el teledetector infrarrojo registra continuamente la temperatura de la muestra. En la figura 26 se muestran un esquema y una fotografía del horno.
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Figura 26. Horno para hacer estudios de solidificación de aleaciones en
órbita; se encuentra en la UNAM.
Aun cuando el trabajo desarrollado para la fabricación de la estación es producto colectivo de fisicos e ingenieros, el responsable del diseño de los dispositivos descritos es un investigador del Instituto de Investigación en Materiales de la UNAM, uno de cuyos frutos es el Zinalco.
Otro de los experimentos a bordo, propuesto por el Instituto de Física de la UNAM, está diseñado para estudiar el proceso de crecimiento de un material evaporado sobre una superficie cristalina cuyas propiedades se conocen por toda una serie de estudios realizados con anterioridad, como microscopía electrónica y difracción de electrones, lo que, decíamos, permite saber la posición de los átomos en una superficie.
El crecimiento de una película de aluminio sobre la superficie cristalina se realiza por una evaporación, aprovechando el vacío orbital. Para estos fines, una pequeña canastilla de tungsteno, metal que soporta temperaturas arriba de 3 000ºC, es cargada con aluminio de alta pureza. Al pasar una corriente eléctrica por la canastilla, el aluminio se funde y después comienza a evaporarse, como cualquier otro líquido que alcanza su punto de ebullición. Los átomos de aluminio que se desprenden de la canastilla viajan en todas direcciones; sin embargo, en este caso nos interesan aquellos que recorren la distancia recta que hay entre la canastilla y una serie de cristales en donde queremos que el aluminio se vaya depositando.
El crecimiento de interfases entre dos sólidos plantea una serie de preguntas básicas aún por contestar y, por su importancia práctica en muchos problemas de la técnica, como la microelectrónica y la física de superficies, requiere de estudios cada vez más detallados. Algunos estudios realizados por medio de simulación en computadoras, basan la adhesión de átomos a una superficie en dos factores principales, que en conjunto determinan la posición final de los átomos sobre el cristal: el más importante son las fuerzas que encuentra el átomo al acercarse a la superficie y en segundo término el ángulo de llegada de cada átomo. Las fuerzas atómicas, siempre presentes en la superficie de un sólido, son el resultado de la disposición de los átomos más cercanos a la superficie y su intensidad depende de muchos factores: el grado de orden en los átomos, el tipo de átomos y la forma de la superficie. Por otro lado, es fácil imaginar que un átomo con una trayectoria rasante, casi paralela a la superficie, tendrá una posición diferente antes de adherirse a ésta, que otro átomo igual, pero que llega en dirección perpendicular. Asimismo, según se vayan depositando los primeros átomos en la superficie se irán modificando estas mismas fuerzas superficiales debido a la presencia de las llamadas "islas" atómicas (las agrupaciones de los primeros átomos al irse adhiriendo a la nueva superficie). Estas islas, de sólo algunos átomos de espesor, van creciendo en tamaño hasta juntarse unas con otras, en el proceso conocido como coalescencia, algo análogo a lo que ocurre con las gotas de agua que se unen en una ventana durante la lluvia, éste es el fenómeno que se estudiará al recuperar las muestras.
En el experimento espacial se espera que la mayoría de los átomos llegue a la superficie de los cristales con trayectorias perpendiculares y que los procesos de coalescencia sean estricta y únicamente dominados por las fuerzas superficiales. Los tipos de cristales seleccionados para este experimento fueron mono y policristalinos, ambos de un centímetro de diámetro, lo que quiere decir, en el primer caso, que el cristal está formado de un arreglo atómico uniforme, mientras que los materiales policristalinos —los más comunes en la naturaleza—, están formados de diversos granos, cada uno con su propia orientación en el arreglo atómico, pero cuyas fronteras se tocan entre sí, como en el caso de metales. Cabe anotar que la industria mícroelectrónica utiliza principalmente monocristales de silicio, arsenuro de galio y dióxido de silicio, por lo que los estudios de las propiedades fundamentales de estos materiales son indispensables para el mejoramiento del diseño y las características de funcionamiento de los microcircuitos. Dentro de los materiales policristalinos incluidos en este experimento se colocaron también cristales de plata y cobre de alta pureza. Experimentos similares han sido conducidos en naves de la NASA y próximamente por investigadores de Japón.
En las figuras 27 a y b hay una representación del dispositivo para la evaporación de aluminio; consta de tres lóbulos dentro de los cuales se evaporan, sobre una serie idéntica de cristales, diferentes cantidades de aluminio; además, en dos de los lóbulos se instaló un elemento calentador, con el que se pueden someter las muestras a un tratamiento térmico previo o posterior a la evaporación. La manera de lograr vacío dentro de la cámara de evaporación es por medio de un orificio conectado al vacío espacial exterior al contenedor, por lo que a partir del despegue, la cámara comienza su evacuación hasta alcanzar valores de vacío de equilibrio para una órbita determinada.
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Figura 27. Dispositivo mexicano para estudiar, en órbita, el crecimiento de
cristales a partir de la fase gaseosa.
Se sabe que los valores de vacío dependen de la altura a la que vuela la nave, pero también dependen de la interrelación entre la posición del orificio de evacuación, la dirección de vuelo de la nave y su atmósfera local, que es principalmente vapor de agua que se impregna en las placas cerámicas protectoras de la nave, y que son de naturaleza porosa e higroscópica. Cuando el orificio coincide con la dirección de vuelo, el vacío se deteriora al punto de alcanzar valores como los obtenidos con un sistema de vacío convencional (10-4 Torr; el Torr es una unidad para medir vacío, viene del nombre del científico Torricelli, 1 Torr equivale a la presión de 1 mm de mercurio); en cambio, cuando el orificio apunta en la dirección contraria al vuelo, dentro de la cauda o estela que sigue a la nave, se pueden alcanzar vacíos extraordinarios, imposibles de obtener con equipo en tierra (10-15 Torr).
Debido a que los valores de vacío dependen de toda la serie de factores anotada, no era posible conocer con anterioridad qué niveles se iban a alcanzar exactamente, por lo que uno de los dispositivos a bordo de este contenedor es un medidor de vacío, conocido como cátodo frío. Este medidor está instalado entre el orificio que da al espacio exterior y la cámara de evaporación, además de que también está conectado a la microcomputadora que maneja los parámetros clave del experimento de evaporación de aluminio y guarda los registros de las medidas de vacío, datos que permanecerán almacenados para su análisis posterior, a la vez que alimentan durante el experimento continuamente al controlador para poder utilizarlos en la secuencia de decisiones de control programadas.
Por último, se realiza una serie de medidas de temperatura en diferentes lugares de la estación automática. Esta actividad tiene varios propósitos simultáneos: por un lado, las medidas de temperatura se utilizan como medio para prevenir que la falla de algún dispositivo eleve excesivamente la temperatura del contenedor; para esto existe una malla de control capaz de interrumpir cualquiera de las actividades experimentales en caso de que se registren temperaturas por encima de un umbral prestablecido por la agencia lanzadora. Además, los múltiples puntos para realizar las mediciones nos servirán en el futuro para validar modelos térmicos utilizados para predecir las temperaturas en diferentes localidades de un equipo espacial, actividad fundamental para la operación en órbita de un equipo, en el que efectuar el balance térmico es indispensable, como en los satélites de vuelo libre.
SEGUNDA ESTACIÓN AUTOMÁTICA DE LA UNAM
Si bien hemos venido haciendo una descripción de diversas actividades experimentales que es posible realizar en órbita terrestre, aquí nos vamos a referir a un equipo espacial que está en preparación en la Universidad Nacional y que probablemente subirá a órbita en los próximos años. Como en el caso del equipo anterior, el dispositivo que vamos a describir aquí es parte del proyecto de experimentos espaciales a bordo de transbordadores, que se inició en 1985, y cuya primera parte estaba programada para ponerse en órbita en marzo de 1986. El segundo contenedor con experimentos espaciales se diferencia del primero en que, como decíamos, está equipado con una tapa que puede abrirse en órbita; por lo tanto, los equipos interiores quedan expuestos directamente a todas las condiciones espaciales de la órbita terrestre.
Estrictamente, esta segunda estación no puede considerarse como un avance sobre la anterior; en realidad significa un complemento al tipo de actividades de la primera, y es igualmente una incursión en temas de gran importancia dentro de las actividades que hoy se realizan utilizando la órbita como extensión de nuestros laboratorios.
Quizá el experimento más importante de la segunda estación es el relacionado con la adquisición de imágenes del territorio nacional por medio de cámaras electroópticas, es decir, cámaras que no utilizan películas fotosensibles, sino que captan la imagen por medios electrónicos. El experimento o, más propiamente, la observación que se realizará con estas cámaras, está basada en la operación de dos cámaras, una electroóptica y otra una cámara convencional de alta definición, capaz de discernir objetos de menos de diez metros desde la órbita terrestre. Ambas cámaras se encuentran dirigidas hacia el mismo objeto, y sus respectivos registros tienen valor complementario. La cámara optoelectrónica adquiere imágenes multiespectrales, como las descritas en el capítulo III, y se utilizan, como mencionábamos, después de realizar un procesamiento por computadora de sus datos; las imágenes grabadas en la cámara de película, al contrario, tienen un registro permanente, con alta resolución, de los rasgos del terreno de donde fueron adquiridas las imágenes multiespectrales. La importancia de esta experiencia radica en que es el primer paso para el diseño y fabricación de un futuro satélite de percepción remota, y que además se podrá instalar a bordo de aviones de control remoto o ultraligeros, de bajo costo; los datos obtenidos de estas actividades tendrán para todos nosotros una gran importancia, ya que las imágenes de satélite, aunque existen, están fuera del presupuesto de la mayoría de los estudiosos del tema.
También dentro de este contenedor se colocarán las primeras celdas solares de fabricación totalmente nacional y, como es de suponerse, también este experimento está relacionado con el desarrollo ulterior de equipo espacial que requerirá sus propias fuentes de energía eléctrica. Las celdas solares son, de hecho, convertidores de energía luminosa en electricidad, están fabricadas con base en obleas (discos que presentan similitudes con las hostias) de silicio monocristalino, que sólo recientemente se ha podido obtener en nuestro país, como resultado de los tenaces esfuerzos de investigadores de la Universidad Autónoma de Puebla.
Partiendo de la oblea de silicio se procede a depositar una serie de capas finas, fotoeléctricas y protectoras, sobre la superficie pulida del silicio, cuyas propiedades posibilitan la conversión de luz a electricidad mencionada. El objetivo de colocar estas celdas en órbita es evaluar su comportamiento en las condiciones extremosas de la órbita terrestre. Cuando sean recuperadas, se realizará en ellas una serie de análisis para determinar el tipo de degradación causada por la radiación solar y cósmica que literalmente "microapedrean" todo lo que orbita. Además, durante el experimento, las celdas solares van conectadas a una serie de baterías para evaluar su eficiencia durante los ciclos de carga y descarga de las mismas. Parte de la energía captada con los arreglos solares será utilizada en los demás experimentos a bordo.
También, teniendo en mente futuros satélites de diseño nacional, se colocará a bordo de esta estación una serie de sensores para determinar la orientación del contenedor durante el vuelo. Los sensores funcionan detectando la radiación directa del Sol, y aquella que refleja la Tierra. Estos sensores están colocados debajo de unas rejillas que permiten el paso de la luz solamente en determinadas direcciones y, utilizados en combinación unos con otros, hacen posible que se conozca la dirección de la que proviene la iluminación. Con estos datos se puede calcular a bordo la posición y orientación de un satélite con relación al Sol y a la Tierra. Es algo conocido que la posición de la estación automática, que tiene una montura fija en relación con el transbordador, se conoce en todo momento debido a la información típica de un vuelo de este tipo. Sin embargo, el objetivo de este experimento es, una vez más, preparar y probar los dispositivos que irían a bordo de cualquier satélite que preparemos en el futuro.
Otro de los experimentos a bordo se relaciona con una aleación que posee ciertas propiedades de "memoria" muy especiales. La termomemoria es una propiedad muy estudiada en las últimas décadas que se relaciona con la capacidad de un metal para adquirir diferentes formas cuando es sometido a diferentes temperaturas. Conociendo y manipulando los rasgos de la microestructura de este tipo de aleaciones, se pueden fabricar piezas que respondan de la manera deseada a los cambios de temperatura específicos. Si recordamos que en órbita cualquier equipo está sometido a ciclos de oscuridad total e iluminación solar directa cada 90 minutos aproximadamente, y además, que un material en el espacio baja su temperatura más de cien grados cuando está a la sombra y sube hasta ciento cincuenta grados con el calentamiento solar, podemos imaginar que las aleaciones con termomemoria pueden resultar muy útiles en varias aplicaciones, entre las que destaca la orientación de colectores solares, que aprovechando los ciclos de frío y calor pueden diseñarse para ser orientados automáticamente y quizá durante millones de ciclos en la dirección de máxima iluminación solar. De resultar exitoso este experimento, desarrollado en conjunto con el mencionado especialista del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, se intentará incluir este medio de control de posición, que no requiere de partes mecánicas móviles que puedan fallar, como uno de los elementos a utilizarse en nuestros próximos equipos.
También dentro del equipo se instalará nuestro primer dispositivo para purificar material biomédico, por medio de la mencionada electroforesis. De nuevo, buscamos experiencia en un campo que promete resultados de gran valor en sus futuras aplicaciones. Su diseño, hoy en pleno desarrollo, es un proceso bastante elaborado, en el que dominan los criterios dirigidos a evitar la posible contaminación del producto, los medios para iniciar su proceso y frenarlo a voluntad según el control automático inteligente"; es decir que el experimento requiere de un elaborado programa capaz de tomar la mejor decisión ante condiciones variables y ante fallas de los componentes; y la capacidad de almacenar el producto hasta que sea recuperada sin que se deterioren sus propiedades activas. El producto final, si resulta exitoso en el primer intento, sería utilizado en investigación inmunológica en el Instituto Nacional de Nutrición de donde también participan en el diseño y la selección de sustancias interesantes y útiles. Se planea continuar el desarrollo de estos dispositivos hasta lograr en la próxima década fármacos cada vez más útiles y ahora difíciles de producir.
Como puede observarse con la revisión de los experimentos incluidos en este segundo contenedor, con estas experiencias se intenta incursionar en la serie de temas cuyo desarrollo parece ser el más prometedor en el panorama actual. Resumiendo, podemos calificar los trabajos en órbita de la Universidad Nacional como un intento por encontrarnos dentro de algunas de las tendencias del avance tecnocientífico desde los primeros momentos en que se está gestando este nuevo campo; con ello, esperamos evitar que en diez o quince años, leamos con cierto celo y perplejidad los avances alcanzados por alguno de los países cuyos programas y políticas espaciales les permiten desarrollar estas actividades con oportunidad. Quizá hoy día muchos entre nosotros, incluyendo a científicos en otros campos, todavía no alcancen a calificar estas actividades como útiles y necesarias para un país que busca el desarrollo, pero aquellos que trabajando en estos temas percibimos su importancia y potencial, nos sentimos absolutamente confiados en que el nada despreciable, pero aún insuficiente presupuesto dirigido hacia estos logros, está absoluta y responsablemente justificado. Insistiremos: la investigación espacial está lejos de ser un lujo; es un camino nuevo del avance tecnocientífico que fructificará con creces los esfuerzos e inversiones por convertirlo en otro campo de investigación en los que el país pone sus esperanzas de que sirva, en su momento, para forjar un mejor futuro para sus ciudadanos, claro está, en parte, en proporción al apoyo.
Éstas son las actividades que se nos ocurren como las más importantes para este momento: sin embargo, el panorama futuro tiene elementos de incertidumbre aún mayores. No obstante, en el próximo capítulo trataremos de presentar los aspectos más importantes del panorama que estimamos como el futuro venidero.