Ir al espacio exterior no es nada fácil, sobre todo si pensamos en un futuro establecer desarrollos humanos en otros cuerpos cercanos incluidos Luna, Marte y Venus. Hay barreras detectadas cuya derrota posible es espacio de estudio, prospección, ciencia y tecnología que aún está en desarrollo, con grandes oportunidades para Chile. La humanidad irá a los planetas y tal vez a las estrellas, ya hemos dicho que preferentemente deba hacerlo en nombre de la paz, la ciencia y la colaboración: El espacio no pertenece la humanidad, es un desafío de infinitas dimensiones para explorar ojalá en colaboración, para ir más allá, no lo podemos evitar, siempre lo hemos hecho.

En 1903 Konstantin Tsiolkovsky, desarrolló a partir de la tercera ley de Newton y la conservación de la cantidad de movimiento, masa por velocidad, una fórmula para calcular el máximo cambio de velocidad de un cohete que expulsa masa a gran velocidad. Por acción-reacción, es posible así que el cohete se eleve aumentando su velocidad.

Esta antigua y notable ecuación es una barrera importante si se desea transportar al espacio una carga. Estamos de hablando de llevar por ejemplo gente, suministros, equipos, computadores robots, etc. y una futura estación habitable a la Luna. A mayor carga el cohete requiere más combustible y eso a su vez agrega masa. Mientras más grande y pesado sea el cohete necesitará casi exponencialmente más combustible inicial y eso matemáticamente tiene un límite. Hoy día por seguridad muchos sistemas son redundantes (duplicados) usan miles de sensores, computadores y cámaras, o sea más peso.

Como el asunto es sobre la cantidad de movimiento, masa por velocidad, una solución para proyectar hacia arriba una misma masa podría venir aumentando la velocidad como el cohete expulsa la masa, lo que implicaría combinaciones distinta a las usadas hasta ahora o nuevas tecnologías como posibles arreglos termonucleares, ionicos, de pulsos, etc, el asunto es poder llevar mayores cantidades de masa útil hasta más de los 28.000km por hora para orbitas bajas y de allí impulsar al espacio al menos a 40.000 km por hora.

En el caso de la apolo11 la cápsula de aluminio de apenas 6 metros cúbicos donde viajaron los tres astronautas pesaba 5.960 kg, más resto del conjunto, módulo de servicio y de mando, todo junto pesaba del orden de 30 toneladas, en el caso de la cápsula Orion, Integrity, del programa Artemisa esta es notablemente más grande, 9 metros cúbicos con mayores protecciones y con la carga de tripulación pesa unas 10 toneladas. Agregados el adaptador del módulo de la tripulación y el módulo de servicio de la ESA, ya más eficiente, que entrega energía y servicios vitales, el conjunto pesa unas 26 toneladas.

Ahora si se quisiera llevar carga útil como para construir algo sólido allá en la Luna, la ecuación del cohete encuentra límites muy difíciles y caros de conseguir. El cohete de la misión apolo 11 pesaba 3000 toneladas, El cohete de la misión artemisa pesaba 2600 kilógramos puede llevar hasta 27 toneladas de carga a órbita lunar, justo en el límite.
El combustible usado ahora es hidrógeno líquido LH2 que debe estar muy frio (criogénico) y Oxígeno líquido LO2 como oxidante. Entre el 90 y el 95% del peso total del cohete es combustible. Artemisa lleva, además, dos etapas de combustible sólido, polibutadieno acrilonitrilo (PBAN) y oxidante Perclorato de amonio, que se separan a los 2 minutos. Los cálculos actuales indican que cada kilógramo transportado costará entre 1000 y 10.000 dólares, y no es sólo cosa de dinero, recordemos la ecuación del cohete. Resulta difícil pensar en transportar prefabricados habitables por humanos, aptos para el vacío y condiciones lunares.

A la Luna han llegado, con satélites, robots, sondas, exitosamente y/o fallidamente, la antigua Unión Soviética, en 1966; ese mismo año llega Estados Unidos de América; ya este siglo XXI han llegado China en 2013, India en 2023 y Japón durante 2024. Vale decir, son varios los países que han demostrado capacidad para enviar objetos varios a la Luna. Ahora bien, llevar seres humanos es bastante más difícil, los humanos respiramos oxígeno, necesitan temperaturas y humedad en rango bastante estrechos, al vacío espacial se tiene unos -270°C casi el cero absoluto, una reentrada a la Tierra pude llegar a +1.600°C. Los humanos necesitamos comer, tomar agua, eliminar orinas, defecar y soltar gases.

En esto último, los sanitaros, se han gastado millones de dólares y los sistemas han fallado en cápsulas y misiones del transbordador, con pérdidas desastrosas. Gracias a esto se inventaron los pañales desechables como gran aporte a la humanidad y varios modelos de sanitarios al vacío, con succión mecánica y etc. Pero aun fallan. Por estas o otras varias razones, la ciencia mira a los robots y avatares sintéticos para realizar viajes y misiones. El sanitario espacial aun no da la última palabra y representa una buena zona para investigar lejos de lanzar cohetes.

La Tierra tiene un enorme campo magnético formado por la rotación en el sentido inverso de la rotación del planeta de un núcleo de hierro y níquel de unos cien quintillones de toneladas, más del 30% de la masa del planeta, algo imposible de lograr imitar con nuestra tecnología, también debemos reconocer que es algo que suponemos, deducido científicamente dado que jamás nos hemos acercado o tocado. Este verdadero escudo para vida nos protege hasta 65.000 kilómetros en el espacio. Nos protege de varias cosas, nuestro Sol emite plasma en todas direcciones e incluso algunos eventos de explosiones de plasma (explosiones termo nucleares), tormentas solares, a veces con algunos brazos direccionados hacia la Tierra.

Este “viento solar” trae partículas atómicas ionizadas, con carga eléctrica, protones y electrones. Esa radiación solar intensa haría imposible la vida orgánica que conocemos en la Tierra. Buena parte de estos iones el campo magnético los desvía hacia las zona polares (auroras boreales y australes). A la distancia de la estación espacial internacional que va a 28.000 kilómetros por hora entre 300 y 400 kilómetros de altura (ven 16 amaneceres por día). La estación está dentro de la cúpula protectora del campo magnético.

La Luna está a 384.000 kilómetros, nuestro campo no la protege y tampoco tiene uno y he allí una barrera notable para habitar la superficie lunar, se calcula que se necesitan al menos 10 metros de roca o regolito lunar para amortiguar la radiación solar, el agua puede ayudar, pero se requieren enormes cantidades y en la Luna casi no hay. La atmósfera Terrestre también filtra un poco, pero no lo suficiente. Atención, en Marte tampoco hay campo magnético.
Nuestra magnetósfera o cúpula magnética también nos protege de algo mucho más intenso y peligroso que la radiación solar: La radiación cósmica , principalmente protones (90%), partículas alfa, helio y núcleos atómicos más pesados (10%), electrones y positrones (2%) y otras partículas. Es una radiación omnidireccional y se supone provienes de novas, supernovas, hasta fuentes fuera de nuestra galaxia, el detalle importante es que viajan a velocidades cercanas a la de la luz y son proyectiles subatómicos capaces de atravesar el mejor acero, capas de plomo y etc. Una bala super-rápida de cañón terrícola moderno va hasta 5 km/ s. la luz viaja a unos 300.000 km/ s.

Tal como ocurre con la radiación nuclear de nuestras bombas y accidentes atómicos, la radiación absorbida se mide en dosis. En la Luna se calcula que un astronauta recibe del orden de 1000 veces más radiación que en la Tierra, según mediciones recientes del módulo lunar chino changE4. Los efectos de la radiación cósmica en el cuerpo humano son largos de describir, las altas dosis pueden enfermarnos, afectar el ADN y llegar a ser mortales, como lo hemos visto y han padecido seres humanos en Hiroshima, Nagasaki, Chernóbil, Fukushima.

La medida del peligro para los humanos es la intensidad, los tiempos de exposición y las protecciones posibles. La estadía de seres humanos por semanas y meses en la superficie lunar frente a la radiación solar y la cósmica es algo que debe calcularse, medirse y tomar previsiones al respecto. Al parecer la solución actual es disponer de una gran masa lunar sobre los visitantes, algunos calculan entre 200 y más metros bajo la superficie para estadía relativamente largas, usar fisuras, túneles de lava, incluso excavaciones. Y por supuesto, usar máquinas robóticas o telecontrol para las faenas de superficie.

Para un viaje a Marte de 2 años ida y vuelta, no tenemos aun solución viable para evitar dosis mortales. He aquí el principal desafío a resolver, para los viajes humanos al espacio deberán ser muy rápidos y protegidos, fuera de la protección de la atmósfera y magnetósfera.

Hay además dos ya míticas secciones de la magnetosfera, anillos donde se concentran las partículas cargadas radioactivas que atrapa la magnetósfera, descubiertas en 1958 por James Van Allen y que todas las misiones espaciales deben sortear. Los anillos de Van Allen han sido sorteados por todas las misiones humanas a la Luna y a nadie se le puso el pelo violeta, pueden ser mortales y de nuevo el asunto es cuestión de dosis (tiempos y protecciones)

Otra barrera para los viajes humanos a la Luna con 1/6 de la gravedad de la Tierra y al espacio con gravedad cero, es la respuesta del cuerpo del ser humano evolucionado, nacido y criado con los consabidos 9,8 m/seg2, aceleración de gravedad en la superficie de la Tierra.

Todos pudimos ver a los 4 astronautas de Artemisa II, caminar apoyados en dos asistentes durante su regreso a Tierra y eso que estuvieron sólo 10 días en el espacio. También podemos ver como a los cosmonautas, astronautas y taikonautas que vuelven luego de meses en el espacio, que son recogidos en camillas y sillas de ruedas. La poca gravedad (Luna 1/6 y Marte 1/3) produce bajas musculares, y el corazón es un músculo, des-osificación, efectos sobre la vista, incluso en la masa encefálica. Pasar semanas o meses en la Luna, meses o años en el espacio con gravedades menores, hasta cero, deberá ser considerado técnicamente en el futuro espacial. Soluciones hay, como la fuerza centrífuga provocada por el giro respecto de un centro, asunto ya calculado y puesto en el diseño de futuras naves espaciales. La cuestión por resolver es aplicar alguna solución técnica factible para la Luna o Marte. Recuerde siempre la ecuación del cohete.

La atmósfera terrestre es la principal barrera protectora contra los meteoritos que vienen del espacio, desde tamaños muy pequeños hasta rocas mayores, todos viajan a velocidades por sobre los 40 km /s. al estrellarse contra la atmosfera, se destruyen. Se estima que logran caer a la superficie unos 40 diarios, que la atmósfera detiene unas 100 toneladas diarias de estos proyectiles .

Pero en la Luna, sin atmosfera estas partículas y piedras de distintos tamaños llegan todas a la superficie, durante millones de años han martillado la roca primigenia y siguen martillando la superficie permanentemente, moliendo y convirtiendo esa roca en polvo lunar conocido como regolito. Y ese polvo no es precisamente esférico es de cantos afilados como cuchillos micrométricos, están estáticamente cargados y se pegaron en los trajes espaciales y equipos de los astronautas, incluso entró por los sellos raspándolos y demoliéndolos. En Marte, con una muy delgada atmósfera , el 1% de la terrícola, también recibe el demoledor impacto de toneladas de meteoritos.

He aquí dos problemas a resolver: uno es que estadísticamente la probabilidad que un fragmento a 40.000 o 70.000 km/s golpee una instalación superficial es notablemente alta. Un fragmento pequeñísimo de roca e a esa velocidad perfora cualquier defensa metálica terrestre. Algo parecido pasa en Marte. Nuevamente, esta lluvia de proyectiles es una invitación a construir bajo la Luna, (o bajo Marte). El otro problema es ver que se hace con el regolito. Habrá que hacer junturas más finas en trajes y máquinas. Hay intentos de imaginar soluciones para aglomerar y usar el regolito como material de construcción, eso es una posibilidad y habrá que probarlo en la realidad.

Alimentos y agua para una tripulación humana en un viaje de años requieren de mucha tecnología, mucho reciclaje y recuperación, cultivo y hasta síntesis de alimentos, es eso tenemos tecnologías avanzadas ya en proceso como la hidro o aerophonia, el cultivo de espirulina y muchas otras las que además van a ayudar a la humanidad futura en su viaje más importante.

Viajamos todos los seres vivos en esa nave esférica de 12000 km de diámetro que se desplaza en torno al sol a unos 107.000 km por hora (más rápido que nuestras actuales naves espaciales), sistema solar que se mueve a 800,000 km/h, aproximadamente 220-230 km/s en torno al eje de la galaxia, galaxia que se mueve hacia las constelaciones de Leo y Virgo a más de 2 millones de km/h. La Tierra es nuestra nave espacial más rápida y nos mantiene vivos hace millones de años, ¿Seremos capaces de construir naves espaciales que resuelvan todos los problemas expuestos como lo hace la Tierra misma?

Pedro Serrano Rodríguez
Académico Arquitectura USM
Director Unidad de Arquitectura Extrema USM
Socio ACHIDE Asociación Chilena del Espacio.
Miembro Foro de Altos Estudios Sociales de Valparaíso
Fellow de ASHOKA
Presidente Consejo Directivo Fundación TERRAM

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