Desde la puesta a prueba de la impresión 3D con un material similar al suelo lunar hasta la experimentación de fármacos diseñados para tratar la pérdida muscular utilizando células cultivadas en microgravedad. Un grupo de investigaciones científicas está en ruta a la Estación Espacial Internacional a bordo de la nave espacial Cygnus, de Northrop Grumman (NG CRS-16), cuyo lanzamiento está programado para este 10 de agosto desde la instalación Wallops de la NASA en Virginia, Estados Unidos.
Los experimentos enviados en esta nave espacial se suman a una larga lista de estudios desarrollados durante más de 20 años de continua habitación humana en laboratorios que orbitan alrededor de la Tierra. Las investigaciones fueron de gran ayuda para investigadores que buscan explorar más el espacio y también han beneficiado a los humanos en la Tierra.
De polvo a hábitat
El estudio Redwire Regolith Print (RRP por sus siglas en inglés) tiene como objetivo experimentar con la impresión 3D en la Estación Espacial utilizando un material que simula el regolito, como se conoce a los fragmentos de rocas y suelo que se encuentra en las superficies de cuerpos planetarios como la Luna.
Los resultados de esta investigación podrían ayudar a determinar la viabilidad de utilizar el regolito como materia prima y la impresión 3D como técnica para la construcción a pedido de habitaciones y otras estructuras durante misiones de exploración espacial en el futuro.
Además, el uso de los recursos disponibles en la Luna y Marte para construir estructuras y hábitats podría disminuir la cantidad de material que los futuros exploradores necesitan transportar desde la Tierra y, a la vez, reducir significativamente el costo del lanzamiento.
Esta investigación imprime las muestras utilizando la Instalación de Fabricación Aditiva Made in Space y las devuelve a la Tierra para análisis y comparación con muestras producidas en una instalación terrestre antes del lanzamiento. La comparación ayuda a validar que el proceso funciona a niveles de gravedad inferiores a los de la Tierra.
“Redwire Regolith Print demuestra la capacidad de fabricación clave para construir infraestructura crítica en la Luna", dijo Andrew Rush, presidente y director de operaciones de Redwire. "La tecnología que nos permite utilizar los recursos locales disponibles para producir lo que necesitamos fuera de la Tierra es fundamental para las misiones Artemis de la NASA y la exploración sostenible de la Luna, Marte y el más allá", añadió.
Preservando los músculos
Cuando las personas envejecen y se vuelven más sedentarias en la Tierra, comienzan a perder masa muscular. Esta condición se llama sarcopenia e identificar los fármacos para tratar esta enfermedad es complicado porque su desarrollo toma décadas. En busca de una solución a esta dolencia, la investigación Músculo Cardinal pretende descubrir si la microgravedad se puede usar como un instrumento de investigación para comprender y prevenir sarcopenia.
El estudio busca determinar si una plataforma de tejido diseñada en microgravedad forma la característica fibra muscular que se encuentra en el tejido muscular. Esta plataforma podría resultar en una forma de evaluar rápidamente los posibles fármacos antes de pasar por estudios clínicos.
“Dado que la sarcopenia se desarrolla en un periodo de décadas, ha sido muy difícil estudiar los potenciales tratamientos para combatir este síndrome en la Tierra,” comentó el principal investigador Ngan F. Huang, profesor asistente de cirugía cardiovascular en la Universidad Stanford.
“Creemos que la bioingeniería esquelético muscular puede ser útil para realizar estudios de detección de drogas de alto rendimiento en microgravedad que podrían beneficiar a los astronautas durante misiones espaciales extendidas, y ayudar a las millones de personas que sufren de sarcopenia en la Tierra”, agregó.
Eliminando el calor de los viajes espaciales
El Experimento de Ebullición y Condensación de Flujo (FBCE por sus siglas en inglés) tiene el objetivo de desarrollar una instalación para recopilar datos sobre el flujo de dos fases y la transferencia de calor en microgravedad. La comparación entre la información recolectada en microgravedad y la gravedad de la Tierra es necesaria para validar herramientas de simulación numérica para diseñar sistemas de mantenimiento térmico.
Las misiones espaciales más largas necesitarán generar más energía, produciendo más calor que debe ser disipado. La transición a sistemas de gestión térmica de dos fases reduce el tamaño y el peso del sistema, lo que provocará una eliminación de calor más eficiente.
Los sistemas de transferencia de calor monofásicos actuales utilizan un líquido como agua o amoniaco para eliminar el calor de un lugar y moverlo a otro mientras permanece en la misma fase (líquido). En cambio, los sistemas de dos fases utilizan la fuente de calor para hervir el líquido, transformando el líquido en vapor. Debido a que se intercambia una mayor energía térmica a través de la vaporización y la condensación, un sistema de dos fases puede eliminar más calor por la misma cantidad de peso que los sistemas monofásicos actuales.
"Este es uno de los experimentos de la física de fluidos más sofisticados de larga duración que se llevan a cabo en microgravedad", comenta el investigador principal Issam Mudawar, director del Laboratorio de Ebullición y Flujo de Dos Fases de la Universidad de Purdue.
La investigación es “única en el sentido de que puede servir como plataforma para el uso futuro por parte de la comunidad de física de fluidos en general y no solo para un solo equipo'', señaló.
Reentradas más frías
El experimento Kentucky Re-Entry Probe busca poner a prueba un sistema de protección térmica accesible (TPS por sus siglas en inglés) para proteger las naves espaciales durante la reentrada en la atmósfera terrestre.
Hacer que estos sistemas sean eficientes sigue siendo uno de los mayores desafíos de la exploración espacial, pero el entorno único de entrada atmosférica hace que sea difícil replicar con precisión las condiciones en simulaciones terrestres.
Los diseñadores de TPS se basan en modelos numéricos que a menudo carecen de validación de vuelo. Esta investigación es una forma económica de comparar estos modelos con los datos de vuelo reales y validar diseños posibles.
"El diseño eficiente de un TPS sigue siendo una de las tareas más desafiantes de las misiones de exploración planetaria", comenta el investigador principal Alexandre Martin de la Universidad de Kentucky. "Claramente, existe la necesidad de ofrecer una forma de bajo costo para evaluar de manera rápida y confiable los materiales de TPS y proporcionar la información de validación de vuelo casi orbital”, señaló.
Tres cápsulas equipadas con una variedad de sensores y materiales viajan en la nave espacial de abastecimiento Cygnus. Cuando la nave vuelva a entrar en la atmósfera, los sensores recolectarán y transmitirán datos térmicos. Los mejores materiales y diseños para la protección térmica también tienen potencial para aplicación en la Tierra, como para incendios y desastres volcánicos.
Removiendo el CO2
El experimento Four Bed CO2 Scrubber pondrá a prueba una tecnología para eliminar el dióxido de carbono de una nave espacial. Basado en el sistema actual y las lecciones aprendidas de sus casi 20 años de operatividad, esta propuesta incluye mejoras mecánicas y un absorbente de larga duración que reduce la erosión y la formación de polvo.
Los lechos de absorción del Four Bed CO2 Srubber eliminan el vapor de agua y el dióxido de carbono de la atmósfera, devolviéndolos por la borda o desviándolos a un sistema que los utiliza para producir agua.
Esta tecnología podría mejorar la fiabilidad y el rendimiento de los sistemas de eliminación de dióxido de carbono en futuras naves espaciales, ayudando a mantener la salud de las tripulaciones y garantizando el éxito de la misión. Tiene aplicaciones potenciales en la Tierra en ambientes cerrados que requieren la eliminación de dióxido de carbono para proteger a los trabajadores y equipos.
"Four Bed CO2 Scrubber es un gran ejemplo de lo valiosa que es la Estación Espacial para aprender a construir y operar sistemas para la exploración espacial", comenta el co-investigador Michael Salopek, del Centro Espacial Johnson de la NASA. "Construir sistemas robustos y confiables sería mucho más desafiante sin estas pruebas de órbita terrestre baja", sostiene.
Moho en microgravedad
Blob, una investigación de la Agencia Espacial Europea (ESA por sus cifras en inglés), permite a los estudiantes de 10 a 18 años estudiar un moho acuático natural, Physarum polycephalum, que es capaz de formas básicas de aprendizaje y adaptación. Aunque es solo una célula y le falta cerebro, Blob puede moverse, alimentarse, organizarse e incluso transmitir conocimiento a otros mohos acuáticos.
Los estudiantes replican experimentos realizados por el astronauta de la ESA Thomas Pesquet para ver cómo el comportamiento del Blob es afectado por la microgravedad. Usando el video de lapso de tiempo desde el espacio, los estudiantes pueden comparar la velocidad, la forma y el crecimiento de los mohos de acuático en el espacio y en el suelo.
"Como parte de los doce experimentos franceses de la misión de Pesquet, Blob es una experiencia única que estimula la curiosidad de estudiantes con temas sobre el impacto del medio ambiente a organismos y el desarrollo de organismos vivos", comenta Evelyne Cortiade-Marché, jefa del departamento de educación del Centro Nacional de Estudios Espaciales.
"Este experimento educativo ofrece la oportunidad de llevar a cabo un proceso experimental científico real en un contexto divertido, colaborativo y orientado a los medios de comunicación", añade.
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Publicado: 8/8/2021