VI. NUESTRO LABORATORIO EN �RBITA TERRESTRE
LAS condiciones que hacen de la �rbita terrestre un laboratorio con caracter�sticas �tiles y �nicas (imponderabilidad, visi�n amplia, radiaci�n directa y alto vac�o) son favorables a la experimentaci�n hoy y a la industria del ma�ana. La combinaci�n de estas condiciones genera numerosas y nuevas alternativas, y los experimentos y actividades en �rbita 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 investigaci�n aeroespacial, se esfuercen y asuman el riesgo de equivocarse al tratar de se�alar los caminos que actualmente se identifican como los m�s prometedores.
En su conjunto, estas condiciones, repetimos, hacen posible la conducci�n de experimentos imposibles de realizar en tierra, pero, sobre todo, nos falta intentar estimar las probabilidades reales de que cient�ficos de M�xico y de los dem�s pa�ses en desarrollo puedan utilizar la �rbita terrestre para sus propios fines de investigaci�n. Es necesario tambi�n que nuestros cient�ficos e ingenieros, especialmente los que no tengan contacto directo con este tema, se mantengan cuando menos enterados de las numerosas t�cnicas espaciales, aun cuando sea s�lo por medio de la participaci�n de un n�mero muy reducido de investigadores que s� est�n al corriente de un conocimiento directo de lo que ocurre en la frontera del avance espacial.
Recordemos, adem�s, que como en el pasado, las actividades que hoy en d�a se realizan en el espacio, repercutir�n finalmente en el avance de muchos otros campos que afectan el bienestar de la poblaci�n. Para ilustrar este punto basta un ejemplo: los sat�lites meteorol�gicos fueron en un principio resultado del inter�s de los meteor�logos, que deseaban observar zonas m�s amplias del globo terrestre, para entender c�mo afectan las formaciones de nubes, las temperaturas y la velocidad de los vientos, el clima de grandes sectores del globo, o de una regi�n o ciudad; actualmente se sabe que el clima es un efecto global, que s�lo puede comenzar a entenderse si utilizamos la informaci�n amplia que proporcionan los sat�lites. Ahora, con base en esta informaci�n se puede alertar a la poblaci�n sobre desastres naturales inminentes y su posible evoluci�n, con varios d�as de anticipaci�n; con esta aplicaci�n pr�ctica se ha ahorrado miles de veces el monto de la inversi�n para la construcci�n, puesta en �rbita y operaci�n de dichos sistemas de alerta basados en sat�lites. Algo equivalente puede decirse de los sat�lites de comunicaciones.
Por motivos ajenos al desarrollo tecnocient�fico, el efecto socialmente ben�fico
que puede tener la tecnolog�a aeroespacial es de mucha menor magnitud de lo
que permitir�a su avance en la actualidad. Esto resulta, primero, de la pol�tica
de proteccionismo de la tecnolog�a que detentan muchos de los llamados pa�ses
desarrollados, que impiden el flujo de tecnolog�as a pa�ses necesitados de ellas.
Para esto basta tambi�n un ejemplo: los centros de investigaci�n de la
NASA de los Estados Unidos no permiten en sus instalaciones el trabajo
temporal de cient�ficos de pa�ses que califican como amigos en temas tecnol�gicos
o de ciencia aplicada, solamente admiten candidatos que realicen estudios en
ciencias puras, esa parte de la investigaci�n generalmente más alejada
de las aplicaciones pr�cticas. Segundo, es necesario considerar que la investigaci�n
y la pr�ctica de la ingenier�a aeroespacial generan con frecuencia productos
colaterales, que a la larga, se sabe por muchas experiencias anteriores, impulsan
avances t�cnicos de muy diversa naturaleza y alcance. �stos son, por lo general
de mucha utilidad para el bienestar social, aunque su valor sea dif�cil de estimar
de momento, y con suficiente confiabilidad.
Entre las tendencias m�s notables de la actualidad se debe se�alar que las cifras de lanzamiento de veh�culos espaciales van en continuo aumento (780 toneladas de carga �til s�lo en 1987) y, a la vista de los esfuerzos por parte de un creciente n�mero de pa�ses con programas espaciales propios, �stas seguir�n aumentando en el futuro. Aparte de las grandes potencias, las cuales probablemente proseguir�n dominando el panorama espacial por varias d�cadas, toda una gama de pa�ses se adentran en programas espaciales s�lidos, entre ellos, los que participan en la Agencia Espacial Europea, China, Jap�n, la India y Brasil, por lo pronto; asimismo, es previsible que se organicen otras agencias multinacionales (una latinoamericana, desde luego) en las pr�ximas d�cadas.
Los esfuerzos de Brasil y la India tienen para nosotros una significaci�n particular, pues simbolizan la conciencia de un grupo de pa�ses en desarrollo interesados en que sus sociedades avancen a trav�s de la ciencia y la tecnolog�a, manejadas con oportunidad y de manera apropiada. En ambos casos, se aprecia la visi�n que los gobernantes de estos pa�ses 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 pa�ses ya han podido cosechar los primeros frutos: la India posee hoy la capacidad de fabricar y lanzar sus propios sat�lites de comunicaciones, meteorolog�a y percepci�n remota y en un futuro pr�ximo esta capacidad ser� rentable. Brasil, por sus propios medios, ha hecho posible un programa para el lanzamiento de sat�lites de comunicaciones y de percepci�n remota de dise�o nacional. Pronto, ambos iniciar�n actividades a�n m�s elaboradas que, en el momento propicio, se reflejar�n en el avance de m�ltiples campos de la ciencia y la tecnolog�a en beneficio de sus pueblos. Cabe mencionar aqu� un notorio ejemplo de la industria aeroespacial: Brasil ha colocado m�s aviones comerciales en el mercado de los Estados Unidos, que �stos en el de Brasil, un pa�s que, por cierto, comparte con M�xico muchos de sus problemas econ�mico-sociales, como el estar casi aplastado por la deuda. Esta situaci�n ilustra claramente c�mo la tecnolog�a aeroespacial llega a volverse rentable, y a funcionar como un motor de desarrollo industrial que favorece el avance de un pa�s, aunque a veces s�lo sirve para mantenerlo a flote.
El ejemplo de Brasil da a su vez entrada a otro, de mucho mayor importancia: entre los esfuerzos de cient�ficos mexicanos por participar directamente en el avance y utilizaci�n de la tecnolog�a espacial, se han tratado de establecer temas de colaboraci�n de inter�s mutuo con el Instituto de Pesquisas Espaciales (INPE) de Brasil (el organismo que en el pa�s hermano se encarga del programa espacial brasile�o). Entre los primeros pasos dados por los brasile�os para colaborar con nosotros, podemos citar gustosamente su ofrecimiento de entrenar a uno de nuestros colegas en todos los aspectos t�cnicos y de manufactura de materiales compuestos —aquellos basados en fibras de carbono inmersas en termopl�sticos—, uno de los materiales con m�s futuro. Este es, estimado lector, un cabal ejemplo de transferencia tecnol�gica: sin ataduras ni trampas y sin intereses mezquinos detr�s, que ejemplifica lo que a nuestro juicio es la cooperaci�n internacional, y m�s espec�ficamente la cooperaci�n latinoamericana, presagio hist�rico y paso concreto en la inevitable integraci�n de la Am�rica Latina, sue�o y proyecto de tantos de nuestros pr�ceres m�s destacados.
Los pa�ses sin programas espaciales nacionales, una vez percibidas las amplias ventajas socioecon�micas 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.
Adentr�ndonos en el tema concreto de este cap�tulo, podemos comenzar pregunt�ndonos: �cu�l ser� el mejor camino a seguir para que usemos el espacio como extensi�n de nuestros laboratorios? La cooperaci�n internacional parece, en plena crisis, el �nico camino viable en la actualidad. Los pa�ses m�s avanzados en materia espacial han manifestado diversos grados de disposici�n para cooperar con los pa�ses en v�as de desarrollo. Con los Estados Unidos, que son los que mejor conocemos por la amplia frontera que compartimos, se ha dado cierta cooperaci�n, sobre todo cuando requieren de alg�n servicio: instalaci�n de estaciones receptoras de datos de sat�lites geogr�ficamente favorecidas para su funcionamiento, recuperaci�n de equipo desviado de su trayectoria normal, vuelos de aeronaves con funciones de seguimiento, estudio o calibraci�n de equipo, colectas de plantas como la candelilla, de donde extraen una cera de alta calidad que utilizan en el proceso de elaboraci�n de combustibles s�lidos de cohetes y explosivos; con este pa�s, M�xico ha sido invitado a participar en los vuelos de viajeros espaciales, aunque, hay que decirlo, con mucho m�s contenido propagand�stico que tecnocient�fico. La URSS, por su lado, tiene tambi�n requisitos t�cnicos similares, pero ha subido al espacio personal con dos a�os de intenso entrenamiento de casi todos los pa�ses socialistas, as� como de Francia, la India, Afganist�n y Siria (a juzgar por los informes de actividades de estos vuelos, s� existe justificaci�n m�s all� de la publicidad, pues aunque entre sus invitados han tenido pocos cient�ficos y s� muchos militares, �stos han subido a cumplir trabajos que, aun con la poca informaci�n, parecen eminentemente civiles). Sin embargo, para una comparaci�n justa se debe considerar que los sistemas de lanzamiento de la URSS implican requerimientos m�dicos m�s estrictos, pues someten a sus tripulaciones a niveles superiores de aceleraci�n durante el despegue, con lo que se reduce la elegibilidad de candidatos.
En el futuro, las actividades espaciales de tripulantes provenientes de pa�ses en desarrollo pueden esperar una expansi�n gradual, y con las experiencias previas ya asimiladas, seguramente se propugnar� por una mejora en la calidad de su participaci�n; para esto es indispensable que aumente la actividad de nuestros cient�ficos e ingenieros espaciales en el dise�o aut�nomo o cooperativo de experimentos y t�cnicas de observaci�n en la �rbita terrestre y los que operan en la atm�sfera; estos equipos ser�n instalados en las plataformas y estaciones espaciales de las potencias dispuestas a compartirlas, como una expresi�n concreta de su responsabilidad y disposici�n de colaboraci�n con los pa�ses en desarrollo.
Tambi�n es imprescindible preguntarnos: �qu� tipo de actividades nos conviene realizar en �rbita? Pero la respuesta ser�a muy vasta para incluirla aqu�, y conviene contestarla refiri�ndonos m�s adelante a los esfuerzos concretos que se realizan en la actualidad. Principalmente, y quiz� por prejuicio profesional, se nos presenta el reto de la ciencia de los materiales, aunque tambi�n son muy importantes las actividades medico-biol�gicas y de teledetecci�n de recursos, ya mencionadas. As� pues, describiremos a continuaci�n algunas actividades cient�ficas y tecnol�gicas seguramente de mucho inter�s para diferentes disciplinas, pero no sin antes advertir que, dadas las muchas aplicaciones de los experimentos espaciales, que van desde la fisiolog�a hasta la f�sica de fluidos, nadie en sus cinco sentidos puede pretender hacer justicia a todos los temas en un escrito corto como �ste. Advertidos de esta necesaria limitaci�n, procedamos a referir algunas de las experiencias en camino.
LA EXPERIENCIA DE LA UNAM EN �RBITA
En 1985, en la Universidad Nacional se firm� un convenio con el Consejo Nacional
de Ciencia y Tecnolog�a (CONACyT) y la Secretar�a de Comunicaciones
y Transportes (SCT), cuyo objetivo es desarrollar las primeras
estaciones de experimentos autom�ticos para funcionar en la �rbita terrestre.
Para dar cauce al proyecto, se propuso aprovechar las relaciones de trabajo
entre la SCT y la NASA, dirigidas a poner en �rbita
el sistema de sat�lites Morelos. As� 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 percepci�n remota.
Como antecedente cabe mencionar que, con el advenimiento del transbordador, la NASA organiz� un programa promocional llamado "Peque�os Experimentos Aut�nomos" (PEA), que tiene una serie de requerimientos relativamente sencillos: primero, la actividad no debe interferir con las misiones del transbordador; segundo, debe ser totalmente aut�nomo en cuanto a energ�a; y, claro est�, no debe generar ning�n efecto indeseable para el transbordador y sus equipos, ni para la tripulaci�n desde luego; las cargas �tiles que van a ponerse en �rbita tienen un l�mite de peso de 90 kg; deben sellarse 60 d�as antes del despegue y no requerir de la NASA m�s que para la activaci�n de un interruptor durante el vuelo. Los costos son claramente promocionales (10 000 d�lares por contenedor), lo que los hace accesibles a cualquier instituci�n interesada en utilizarlos. Los usuarios m�s comunes de los contenedores que asigna la NASApara este prop�sito son las universidades y las agencias espaciales de otros pa�ses. La distribuci�n de contenedores reservados hasta el primer semestre de 1988 era la siguiente: EUA, 400; RFA, 41; Jap�n y Canad�, 19 cada uno; 12 de Inglaterra; 11 de Australia, y dos de M�xico, entre otros. En suma, el programa PEA hace posible el acceso de equipos cient�ficos a seis o siete d�as 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 investigaci�n del pa�s, con lo que se conform� una lista inicial de experimentos viables. A continuaci�n se hizo un proceso de selecci�n que tom� en cuenta el tiempo necesario para preparar cada experimento y sus costos probables; finalmente se obtuvo una lista de diez experimentos, cuyo costo se estim� en 271 000 d�lares, presupuesto que fue puesto a disposici�n de los investigadores encargados. Adem�s, se consider� 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 �rbita del segundo sat�lite Morelos.
La falta de especialistas en ingenier�a aeroespacial en el pa�s llev� a localizar alg�n grupo universitario experimentado en la materia y dispuesto a colaborar con los cient�ficos de la UNAM. Durante los primeros meses de 1985 se realiz� una revisi�n sistem�tica sobre el tipo de trabajo de investigaci�n realizado en �rbita durante la �ltima d�cada, lo que nos permiti� establecer cu�les son las universidades, principalmente norteamericanas, con experiencia en el tema. En una de las revistas que difunden el quehacer de la tecnolog�a espacial, incluida en la bibliograf�a, encontramos un art�culo que describ�a los trabajos espaciales de la Universidad Estatal de Utah (USU), que ten�a adem�s la ventaja de que identificaba por su nombre a varios profesores destacados de aquella instituci�n.
Desde el primer contacto telef�nico, los profesores de la USU se mostraron interesados y abiertos a la cooperaci�n, por lo que al d�a siguiente se llev� a cabo una reuni�n entre los profesores de los centros de Ingenier�a Espacial y de Ciencias de la Atm�sfera de la USU, y un representante de la Universidad Nacional. La reuni�n cont� con la presencia de ocho profesores experimentados en el tema, incluidos los directores de los mencionados centros, y dio inicio con una descripci�n de los experimentos seleccionados por nosotros, as� como con una explicaci�n 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 continuaci�n se discuti� detalladamente cada uno de los experimentos, sus objetivos, alcances y metas. Es justo dar aqu� reconocimiento al esp�ritu de cooperaci�n surgido espont�neamente entre cient�ficos universitarios, que a pesar de provenir de pa�ses con muy diferentes mentalidades, no tuvieron reservas en cooperar.
El resultado de aquella reuni�n fue, en primer t�rmino, cerciorarnos de que el proceso de selecci�n de los experimentos autom�ticos hab�a producido una lista competente de actividades experimentales y observacionales en �rbita; segundo, nos permiti� prepararnos para la primera reuni�n que habr�amos de tener al d�a siguiente en el Centro Espacial de la NASA en Houston, para definir la solicitud que se iba a someter a su consideraci�n; y tercero, se nos ofreci�, dada la premura del suceso, la oportunidad de trasladarnos con un equipo de trabajo al Centro de Ingenier�a Espacial de la USU, donde se nos brindar�a todo el apoyo a su alcance, cosa que ocurrir�a durante los siguientes meses. La primera reuni�n 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 t�pico de pl�ticas entre personas de pa�ses con grandes diferencias en desarrollo. Por un lado, un representante del cliente (M�xico, comprador de sat�lites) con un firme prop�sito 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 reuni�n se fueron limando las asperezas y los malentendidos, y se clarific� 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. Despu�s de una larga reuni�n, resultaron casi todos convencidos de varias cosas: primero, que era posible desarrollar incluso la lista completa de los experimentos seleccionados; segundo, que se podr�a cumplir con la fecha tope, a pesar de que �sta era la limitante principal; tercero, que se pod�a presuponer que ninguno de los obst�culos y retos encontrados durante el desarrollo del equipo resultar�an insolubles; adem�s, 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 parec�an realizables. El tiempo nos dio la raz�n.
Un d�a despu�s de esta �ltima reuni�n, los funcionarios de la SCT
y del CONACyT ten�an en sus manos un escrito inform�ndoles sobre
la viabilidad del proyecto; sin embargo, habr�an 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 p�blicamente 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 "antolog�a antiburocr�tica",
ya que las dependencias participantes procedieron de manera sorprendentemente
r�pida, en casi todos los complejos tr�mites.
Con el proyecto aprobado, se concert� una reuni�n directamente con los especialistas del programa PEA del Centro Espacial Goddard de la NASA, a la que asistieron cinco investigadores de la UNAM; la mayor�a 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 requer�an del acceso a la amplia visi�n orbital ni a la radiaci�n del medio ambiente. Para la conducci�n de los experimentos dentro de esta primera estaci�n requerir�amos, como veremos, s�lo de microgravedad y de una conexi�n que permitiera hacer vac�o dentro de una c�mara. La segunda estaci�n autom�tica requer�a de todas las condiciones orbitales, incluyendo la visi�n amplia y la radiaci�n directa, por lo que fue necesario que para este segundo equipo se preparara un contenedor que pudiera abrirse estando en �rbita. En la figura 25 se muestra un diagrama y una fotograf�a de los dos tipos de estaciones autom�ticas.
Cuando todo parec�a reducirse a un delicioso reto tecnocient�fico, surgieron inesperadamente nuevos problemas: fue necesario un viaje del subsecretario de la SCT, acompa�ado del coordinador del proyecto, con el objeto de estar en una reuni�n con el director general de Operaciones Comerciales en la central de la NASA en Washington, para, digamos, limar las �ltimas asperezas. Despu�s de esta reuni�n, se traslad� el grupo de diez universitarios a las instalaciones de la USU, para iniciar el dise�o y construcci�n de la primera estaci�n; desde aquel entonces se plante� integrar la segunda en las instalaciones de la UNAM.
Quiz� para algunos resulte did�ctico conocer que, durante el tr�mite para dar vida al proyecto, ocurrieron cuando menos unas cinco "muertes y las correspondientes resurrecciones" del mismo, que si bien repercut�an en el �nimo de algunos en el grupo, hac�an m�s tenaces a los dem�s. No fue nada f�cil, ni esperamos ni nos ilusionamos que en el futuro lo sea.
EXPERIMENTOS DE LA PRIMERA ESTACI�N AUTOM�TICA
Dentro de la primera estaci�n de experimentos autom�ticos se ten�a planeado incluir cuatro experimentos de la UNAM. Sin embargo, acabamos instalando siete experimentos a bordo, porque hubo necesidad de negociar con otras universidades una reservaci�n que nos diera el acceso a vuelo lo m�s pronto posible. De esta manera, junto con el equipo de la UNAM se incluyeron experimentos de tres universidades estadunidenses, uno de ellos proven�a de la USU, para retribuir en algo su colaboraci�n. Sin embargo, la responsabilidad por la seguridad de cada uno de los experimentos del contenedor sigui� 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 aut�nomos para realizar experimentos en �rbita. En
la fotograf�a 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 m�vil.
En julio de 1985 se comenzaron a construir tres de los principales experimentos. El primero est� relacionado con un estudio sobre la microestructura del Zinalco —una aleaci�n de zinc, aluminio y cobre. Su objetivo principal es llevar a punto de fusi�n 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 espont�neamente 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 �rbita, haremos una descripci�n un poco m�s 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 mec�nicas que va a presentar el producto. Los factores que afectan dichas propiedades est�n relacionados con la distribuci�n y proporci�n de los aleantes —en este caso del zinc, del aluminio y del cobre—, el material del cual est� hecho el crisol (es decir la vasija de fundici�n que se coloca dentro del horno), la velocidad de enfriamiento desde el estado l�quido hasta el s�lido y, por �ltimo, el tipo de impurezas que acompa�an a los componentes (ning�n material es absolutamente puro, sino que generalmente est� acompa�ado de inclusiones que tienen una presencia casual y que son llamadas impurezas). De estos cuatro factores, en un laboratorio en tierra podemos controlar f�cilmente 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 t�rmicas y al contacto que tiene el metal con el crisol de fundici�n, el cual influye de dos maneras diferentes: por un lado, las paredes del crisol producen los llamados "centros de nucleaci�n", sitios donde comienzan a solidificarse, con el enfriamiento, los granos que formar�n la microestructura y cuya influencia no se puede caracterizar. Por otro lado, con el enfriamiento del crisol, y su contracci�n t�rmica resultante, se generan esfuerzos mec�nicos en la muestra, efecto que se manifiesta con variaciones desconocidas en su microestructura.
Es la �rbita el �nico lugar donde podemos fundir un metal sin que se presenten las corrientes convectivas, por lo que las aleaciones restan notablemente m�s homog�neas en cuanto a la distribuci�n de sus aleantes. Adicionalmente, es tambi�n el �nico 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 estaci�n es diagnosticar el papel y la importancia que las impurezas tienen en el proceso de solidificaci�n del Zinalco.
Para conseguir este prop�sito, se controla la velocidad de enfriamiento de la aleaci�n por medio de un elaborado sistema de medici�n y supervisi�n. La temperatura de la muestra es registrada por un dispositivo que funciona sin entrar en contacto con la muestra. Consiste en un sistema �ptico que afoca la radiaci�n infrarroja o t�rmica 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 sat�lites que realizan observaciones nocturnas desde el espacio. La radiaci�n que emite la muestra es convertida por el sistema mencionado en una se�al el�ctrica que se capta en la microcomputadora dedicada al control y registro de par�metros del experimento. Adicionalmente, se instal� un sistema redundante, que funciona con base en termopares, y registra tambi�n las temperaturas internas del horno. Este sistema puede, en caso de falla, tomar las funciones del pir�metro �ptico a fin de asegurar un control adecuado, pero incluso si este sistema fallara no se afectar�a definitivamente el experimento, ya que �ste puede seguir sin los medidores de temperaturas, con base en un tercer sistema de respaldo que hace uso de tiempos previamente estimados de duraci�n del experimento. La computadora recibe se�ales el�ctricas 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 duraci�n del experimento.
Por cierto que esta descripci�n ilustra uno de los criterios de dise�o cl�sico en equipo aeroespacial: el funcionamiento de un equipo debe incluir la tolerancia de fallas, es decir, que el equipo deber� seguir realizando su funci�n, a pesar de que fallaran algunos de sus componentes. Esto es adem�s un ejemplo con muchas aplicaciones en otras �reas, aunque se haya originado en la tecnolog�a 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 esc�pticos de la t�cnica pensar�n en Chernobil, pero ah� los culpables no fueron los dispositivos ni los sistemas redundantes, sino las personas que violaron los sistemas de protecci�n autom�ticos y que hoy d�a purgan condenas de c�rcel. Por cierto que ah�, en Chernobil, para salir del problema, actu� tambi�n la t�cnica espacial: se utilizaron aut�matas basados en exploradores m�viles, 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 t�rmica de este material. Dicho horno se calienta por medio de una resistencia que lo rodea por afuera. Originalmente la muestra tiene forma cil�ndrica 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 �ste fue cubierto con una capa de nitruro de boro, que es un material que adem�s de resistir temperaturas hasta de 800�C, evita el mojado o la adhesi�n. A trav�s de un peque�o 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 fotograf�a del horno.
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Figura 26. Horno para hacer estudios de solidificaci�n de aleaciones en
�rbita; se encuentra en la UNAM.
Aun cuando el trabajo desarrollado para la fabricaci�n de la estaci�n es producto colectivo de fisicos e ingenieros, el responsable del dise�o de los dispositivos descritos es un investigador del Instituto de Investigaci�n en Materiales de la UNAM, uno de cuyos frutos es el Zinalco.
Otro de los experimentos a bordo, propuesto por el Instituto de F�sica de la UNAM, est� dise�ado 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 microscop�a electr�nica y difracci�n de electrones, lo que, dec�amos, permite saber la posici�n de los �tomos en una superficie.
El crecimiento de una pel�cula de aluminio sobre la superficie cristalina se realiza por una evaporaci�n, aprovechando el vac�o orbital. Para estos fines, una peque�a canastilla de tungsteno, metal que soporta temperaturas arriba de 3 000�C, es cargada con aluminio de alta pureza. Al pasar una corriente el�ctrica por la canastilla, el aluminio se funde y despu�s comienza a evaporarse, como cualquier otro l�quido que alcanza su punto de ebullici�n. Los �tomos 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 s�lidos plantea una serie de preguntas b�sicas a�n por contestar y, por su importancia pr�ctica en muchos problemas de la t�cnica, como la microelectr�nica y la f�sica de superficies, requiere de estudios cada vez m�s detallados. Algunos estudios realizados por medio de simulaci�n en computadoras, basan la adhesi�n de �tomos a una superficie en dos factores principales, que en conjunto determinan la posici�n final de los �tomos sobre el cristal: el m�s importante son las fuerzas que encuentra el �tomo al acercarse a la superficie y en segundo t�rmino el �ngulo de llegada de cada �tomo. Las fuerzas at�micas, siempre presentes en la superficie de un s�lido, son el resultado de la disposici�n de los �tomos m�s cercanos a la superficie y su intensidad depende de muchos factores: el grado de orden en los �tomos, el tipo de �tomos y la forma de la superficie. Por otro lado, es f�cil imaginar que un �tomo con una trayectoria rasante, casi paralela a la superficie, tendr� una posici�n diferente antes de adherirse a �sta, que otro �tomo igual, pero que llega en direcci�n perpendicular. Asimismo, seg�n se vayan depositando los primeros �tomos en la superficie se ir�n modificando estas mismas fuerzas superficiales debido a la presencia de las llamadas "islas" at�micas (las agrupaciones de los primeros �tomos al irse adhiriendo a la nueva superficie). Estas islas, de s�lo algunos �tomos de espesor, van creciendo en tama�o hasta juntarse unas con otras, en el proceso conocido como coalescencia, algo an�logo a lo que ocurre con las gotas de agua que se unen en una ventana durante la lluvia, �ste es el fen�meno que se estudiar� al recuperar las muestras.
En el experimento espacial se espera que la mayor�a de los �tomos llegue a la superficie de los cristales con trayectorias perpendiculares y que los procesos de coalescencia sean estricta y �nicamente dominados por las fuerzas superficiales. Los tipos de cristales seleccionados para este experimento fueron mono y policristalinos, ambos de un cent�metro de di�metro, lo que quiere decir, en el primer caso, que el cristal est� formado de un arreglo at�mico uniforme, mientras que los materiales policristalinos —los m�s comunes en la naturaleza—, est�n formados de diversos granos, cada uno con su propia orientaci�n en el arreglo at�mico, pero cuyas fronteras se tocan entre s�, como en el caso de metales. Cabe anotar que la industria m�croelectr�nica utiliza principalmente monocristales de silicio, arsenuro de galio y di�xido de silicio, por lo que los estudios de las propiedades fundamentales de estos materiales son indispensables para el mejoramiento del dise�o y las caracter�sticas de funcionamiento de los microcircuitos. Dentro de los materiales policristalinos incluidos en este experimento se colocaron tambi�n cristales de plata y cobre de alta pureza. Experimentos similares han sido conducidos en naves de la NASA y pr�ximamente por investigadores de Jap�n.
En las figuras 27 a y b hay una representaci�n del dispositivo para la evaporaci�n de aluminio; consta de tres l�bulos dentro de los cuales se evaporan, sobre una serie id�ntica de cristales, diferentes cantidades de aluminio; adem�s, en dos de los l�bulos se instal� un elemento calentador, con el que se pueden someter las muestras a un tratamiento t�rmico previo o posterior a la evaporaci�n. La manera de lograr vac�o dentro de la c�mara de evaporaci�n es por medio de un orificio conectado al vac�o espacial exterior al contenedor, por lo que a partir del despegue, la c�mara comienza su evacuaci�n hasta alcanzar valores de vac�o de equilibrio para una �rbita determinada.
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Figura 27. Dispositivo mexicano para estudiar, en �rbita, el crecimiento de
cristales a partir de la fase gaseosa.
Se sabe que los valores de vac�o dependen de la altura a la que vuela la nave, pero tambi�n dependen de la interrelaci�n entre la posici�n del orificio de evacuaci�n, la direcci�n de vuelo de la nave y su atm�sfera local, que es principalmente vapor de agua que se impregna en las placas cer�micas protectoras de la nave, y que son de naturaleza porosa e higrosc�pica. Cuando el orificio coincide con la direcci�n de vuelo, el vac�o se deteriora al punto de alcanzar valores como los obtenidos con un sistema de vac�o convencional (10-4 Torr; el Torr es una unidad para medir vac�o, viene del nombre del cient�fico Torricelli, 1 Torr equivale a la presi�n de 1 mm de mercurio); en cambio, cuando el orificio apunta en la direcci�n contraria al vuelo, dentro de la cauda o estela que sigue a la nave, se pueden alcanzar vac�os extraordinarios, imposibles de obtener con equipo en tierra (10-15 Torr).
Debido a que los valores de vac�o dependen de toda la serie de factores anotada, no era posible conocer con anterioridad qu� niveles se iban a alcanzar exactamente, por lo que uno de los dispositivos a bordo de este contenedor es un medidor de vac�o, conocido como c�todo fr�o. Este medidor est� instalado entre el orificio que da al espacio exterior y la c�mara de evaporaci�n, adem�s de que tambi�n est� conectado a la microcomputadora que maneja los par�metros clave del experimento de evaporaci�n de aluminio y guarda los registros de las medidas de vac�o, datos que permanecer�n almacenados para su an�lisis posterior, a la vez que alimentan durante el experimento continuamente al controlador para poder utilizarlos en la secuencia de decisiones de control programadas.
Por �ltimo, se realiza una serie de medidas de temperatura en diferentes lugares de la estaci�n autom�tica. Esta actividad tiene varios prop�sitos simult�neos: por un lado, las medidas de temperatura se utilizan como medio para prevenir que la falla de alg�n 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. Adem�s, los m�ltiples puntos para realizar las mediciones nos servir�n en el futuro para validar modelos t�rmicos utilizados para predecir las temperaturas en diferentes localidades de un equipo espacial, actividad fundamental para la operaci�n en �rbita de un equipo, en el que efectuar el balance t�rmico es indispensable, como en los sat�lites de vuelo libre.
SEGUNDA ESTACIÓN AUTOM�TICA DE LA UNAM
Si bien hemos venido haciendo una descripci�n de diversas actividades experimentales que es posible realizar en �rbita terrestre, aqu� nos vamos a referir a un equipo espacial que est� en preparaci�n en la Universidad Nacional y que probablemente subir� a �rbita en los pr�ximos a�os. Como en el caso del equipo anterior, el dispositivo que vamos a describir aqu� es parte del proyecto de experimentos espaciales a bordo de transbordadores, que se inici� en 1985, y cuya primera parte estaba programada para ponerse en �rbita en marzo de 1986. El segundo contenedor con experimentos espaciales se diferencia del primero en que, como dec�amos, est� equipado con una tapa que puede abrirse en �rbita; por lo tanto, los equipos interiores quedan expuestos directamente a todas las condiciones espaciales de la �rbita terrestre.
Estrictamente, esta segunda estaci�n 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 incursi�n en temas de gran importancia dentro de las actividades que hoy se realizan utilizando la �rbita como extensi�n de nuestros laboratorios.
Quiz� el experimento m�s importante de la segunda estaci�n es el relacionado con la adquisici�n de im�genes del territorio nacional por medio de c�maras electro�pticas, es decir, c�maras que no utilizan pel�culas fotosensibles, sino que captan la imagen por medios electr�nicos. El experimento o, m�s propiamente, la observaci�n que se realizar� con estas c�maras, est� basada en la operaci�n de dos c�maras, una electro�ptica y otra una c�mara convencional de alta definici�n, capaz de discernir objetos de menos de diez metros desde la �rbita terrestre. Ambas c�maras se encuentran dirigidas hacia el mismo objeto, y sus respectivos registros tienen valor complementario. La c�mara optoelectr�nica adquiere im�genes multiespectrales, como las descritas en el cap�tulo III, y se utilizan, como mencion�bamos, despu�s de realizar un procesamiento por computadora de sus datos; las im�genes grabadas en la c�mara de pel�cula, al contrario, tienen un registro permanente, con alta resoluci�n, de los rasgos del terreno de donde fueron adquiridas las im�genes multiespectrales. La importancia de esta experiencia radica en que es el primer paso para el dise�o y fabricaci�n de un futuro sat�lite de percepci�n remota, y que adem�s se podr� instalar a bordo de aviones de control remoto o ultraligeros, de bajo costo; los datos obtenidos de estas actividades tendr�n para todos nosotros una gran importancia, ya que las im�genes de sat�lite, aunque existen, est�n fuera del presupuesto de la mayor�a de los estudiosos del tema.
Tambi�n dentro de este contenedor se colocar�n las primeras celdas solares de fabricaci�n totalmente nacional y, como es de suponerse, tambi�n este experimento est� relacionado con el desarrollo ulterior de equipo espacial que requerir� sus propias fuentes de energ�a el�ctrica. Las celdas solares son, de hecho, convertidores de energ�a luminosa en electricidad, est�n fabricadas con base en obleas (discos que presentan similitudes con las hostias) de silicio monocristalino, que s�lo recientemente se ha podido obtener en nuestro pa�s, como resultado de los tenaces esfuerzos de investigadores de la Universidad Aut�noma de Puebla.
Partiendo de la oblea de silicio se procede a depositar una serie de capas finas, fotoel�ctricas y protectoras, sobre la superficie pulida del silicio, cuyas propiedades posibilitan la conversi�n de luz a electricidad mencionada. El objetivo de colocar estas celdas en �rbita es evaluar su comportamiento en las condiciones extremosas de la �rbita terrestre. Cuando sean recuperadas, se realizar� en ellas una serie de an�lisis para determinar el tipo de degradaci�n causada por la radiaci�n solar y c�smica que literalmente "microapedrean" todo lo que orbita. Adem�s, durante el experimento, las celdas solares van conectadas a una serie de bater�as para evaluar su eficiencia durante los ciclos de carga y descarga de las mismas. Parte de la energ�a captada con los arreglos solares ser� utilizada en los dem�s experimentos a bordo.
Tambi�n, teniendo en mente futuros sat�lites de dise�o nacional, se colocar� a bordo de esta estaci�n una serie de sensores para determinar la orientaci�n del contenedor durante el vuelo. Los sensores funcionan detectando la radiaci�n directa del Sol, y aquella que refleja la Tierra. Estos sensores est�n colocados debajo de unas rejillas que permiten el paso de la luz solamente en determinadas direcciones y, utilizados en combinaci�n unos con otros, hacen posible que se conozca la direcci�n de la que proviene la iluminaci�n. Con estos datos se puede calcular a bordo la posici�n y orientaci�n de un sat�lite con relaci�n al Sol y a la Tierra. Es algo conocido que la posici�n de la estaci�n autom�tica, que tiene una montura fija en relaci�n con el transbordador, se conoce en todo momento debido a la informaci�n t�pica de un vuelo de este tipo. Sin embargo, el objetivo de este experimento es, una vez m�s, preparar y probar los dispositivos que ir�an a bordo de cualquier sat�lite que preparemos en el futuro.
Otro de los experimentos a bordo se relaciona con una aleaci�n que posee ciertas propiedades de "memoria" muy especiales. La termomemoria es una propiedad muy estudiada en las �ltimas d�cadas 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 espec�ficos. Si recordamos que en �rbita cualquier equipo est� sometido a ciclos de oscuridad total e iluminaci�n solar directa cada 90 minutos aproximadamente, y adem�s, que un material en el espacio baja su temperatura m�s de cien grados cuando est� a la sombra y sube hasta ciento cincuenta grados con el calentamiento solar, podemos imaginar que las aleaciones con termomemoria pueden resultar muy �tiles en varias aplicaciones, entre las que destaca la orientaci�n de colectores solares, que aprovechando los ciclos de fr�o y calor pueden dise�arse para ser orientados autom�ticamente y quiz� durante millones de ciclos en la direcci�n de m�xima iluminaci�n solar. De resultar exitoso este experimento, desarrollado en conjunto con el mencionado especialista del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, se intentar� incluir este medio de control de posici�n, que no requiere de partes mec�nicas m�viles que puedan fallar, como uno de los elementos a utilizarse en nuestros pr�ximos equipos.
Tambi�n dentro del equipo se instalar� nuestro primer dispositivo para purificar material biom�dico, por medio de la mencionada electroforesis. De nuevo, buscamos experiencia en un campo que promete resultados de gran valor en sus futuras aplicaciones. Su dise�o, hoy en pleno desarrollo, es un proceso bastante elaborado, en el que dominan los criterios dirigidos a evitar la posible contaminaci�n del producto, los medios para iniciar su proceso y frenarlo a voluntad seg�n el control autom�tico inteligente"; es decir que el experimento requiere de un elaborado programa capaz de tomar la mejor decisi�n 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, ser�a utilizado en investigaci�n inmunol�gica en el Instituto Nacional de Nutrici�n de donde tambi�n participan en el dise�o y la selecci�n de sustancias interesantes y �tiles. Se planea continuar el desarrollo de estos dispositivos hasta lograr en la pr�xima d�cada f�rmacos cada vez m�s �tiles y ahora dif�ciles de producir.
Como puede observarse con la revisi�n de los experimentos incluidos en este segundo contenedor, con estas experiencias se intenta incursionar en la serie de temas cuyo desarrollo parece ser el m�s prometedor en el panorama actual. Resumiendo, podemos calificar los trabajos en �rbita de la Universidad Nacional como un intento por encontrarnos dentro de algunas de las tendencias del avance tecnocient�fico desde los primeros momentos en que se est� gestando este nuevo campo; con ello, esperamos evitar que en diez o quince a�os, leamos con cierto celo y perplejidad los avances alcanzados por alguno de los pa�ses cuyos programas y pol�ticas espaciales les permiten desarrollar estas actividades con oportunidad. Quiz� hoy d�a muchos entre nosotros, incluyendo a cient�ficos en otros campos, todav�a no alcancen a calificar estas actividades como �tiles y necesarias para un pa�s 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 a�n insuficiente presupuesto dirigido hacia estos logros, est� absoluta y responsablemente justificado. Insistiremos: la investigaci�n espacial est� lejos de ser un lujo; es un camino nuevo del avance tecnocient�fico que fructificar� con creces los esfuerzos e inversiones por convertirlo en otro campo de investigaci�n en los que el pa�s pone sus esperanzas de que sirva, en su momento, para forjar un mejor futuro para sus ciudadanos, claro est�, en parte, en proporci�n al apoyo.
�stas son las actividades que se nos ocurren como las m�s importantes para este momento: sin embargo, el panorama futuro tiene elementos de incertidumbre a�n mayores. No obstante, en el pr�ximo cap�tulo trataremos de presentar los aspectos m�s importantes del panorama que estimamos como el futuro venidero.
