Tecnologías para el futuro VIII: propulsión térmica para cohetes

Cuando pensamos en un cohete, nos viene a la cabeza la imagen de un lanzamiento con grandes llamaradas y nubes de humo, en medio de un gran estruendo. Esto se debe a que los cohetes "actuales" usan para propulsarse el principio de acción-reacción, es decir, que la fuerza que los eleva es la que resulta de empujar gases calientes hacia abajo y a gran velocidad, algo parecido a los aviones (que usan el mismo principio), pero sin turbina y en sentido vertical. Al igual que la mayoría de motores y generadores de la actualidad, la energía que los mueve proviene de una reacción química muy exotérmica, aunque en el caso de los cohetes lo es todavía más, ya que la energía que necesitan es mayor. Un motor cohete químico puede usar propelente sólido, líquido o una mezcla de ambos. La reacción se inicia en la cámara de combustión, y el resultado son los gases calientes que se aceleran a través de una tobera (o toberas) en la parte final del cohete. La aceleración de estos gases en la cámara de combustión y en la tobera es la que, según el principio de acción-reacción (Tercer Principio de la dinámica newtoniana) haciendo que el vehículo se mueva.

Asociamos el lanzamiento de un cohete espacial a esta imagen, con una gran llamarada y grandes cantidades de humo

A pesar de que la tecnología de propulsión mediante reacciones químicas ha demostrado su utilidad durante toda la carrera espacial (nos ha llevado a la Luna), tiene una desventaja bastante grande: al necesitar transportar el combustible requerido para todo el viaje, la masa de éste es enorme (y tiene que realizarse el viaje en varias "etapas", que se desprenden del cohete conforme se van agotando), haciendo que la capacidad de carga útil en proporción a la masa total sea bastante reducida, sobre un 3%. Además, los cohetes (que no los transbordadores) son de un sólo uso.

Las etapas del cohete se desprenden al agotarse el combustible

Sin embargo, esta histórica y anticuada imagen podría estar a punto de desaparecer, ya que la NASA ha ideado un sistema alternativo de propulsión, llamado "propulsión térmica" basado en el uso de haces láseres o de microondas. Esta tecnología, según sus defensores, constaría de una única etapa, sería reutilizable y tendría cinco veces más capacidad de carga (hasta el 15%). Esto permitiría abaratar enormemente los costes del lanzamiento, por lo que podrían lanzarse todo tipos de laboratorios químicos, biológicos, físicos, ... al espacio.

Jordin Kare, presidente de la empresa que la NASA ha contratado, dice que el sistema se basa en cohetes cuya fuente de energía se encuentra en el suelo, desde donde se transmite al vehículo en forma de haces de ondas, que inciden sobre un intercambiador de calor en el cohete. Los cálculos indican que es posible poner una nave en órbita en 8-10 minutos con un láser, y en sólo 3-4 minutos con microondas. Para que esto funcione, la nave no puede tener partes reflectantes, y ha de construirse en zonas desérticas alejadas del paso de aviones comerciales, sobre los que podrían incidir las ondas, causando un gran desastre.

La fuente de energía del cohete se encontraría en el suelo

Kevin Parkin, director del proyecto en el Ames Research Center de la NASA, ha trabajado en esta idea desde 2001, y montó el primer prototipo en 2006. Una nueva fuente de radiaciones microondas, llamada girotrón, disponible en el mercado por menos de un millón de dólares y cuya potencia alcanza el megavatio, podría utilizarse para los primeros lanzamientos, que tendrían un coste irrisorio en comparación con los cohetes químicos. Una matriz compuesta por varios de estos girotrones, cada uno del tamaño de un camión pequeño, podría poner un cohete en el espacio. Según Jordin Kare, "los principales componentes de la instalación terrestre necesaria para que funcione un sistema de propulsión térmica tienen una vida útil de más de diez mil horas de uso.” A diez minutos por lanzamiento, esto significa la friolera de 60.000 lanzamientos sin realizar ningún recambio. 

Sin duda alguna, esta tecnología sería muy útil a la hora de realizar investigaciones en el espacio, además de poner el conocido "turismo espacial" al alcance de (relativamente) muchos más bolsillos.

Fuente:

www.neoteo.com

Manu Gutiérrez

La tabla periódica de las formas

Todo científico o estudiante hoy en día ha tenido contacto con la tabla periódica de los elementos químicos. Ésta ha sufrido una larga evolución desde los tiempos de Mendeléiev hasta nuestros días. La tabla periódica de los elementos ha conseguido facilitar enormemente el trabajo de químicos, biólogos e incluso físicos, al clasificar los elementos en función de unas propiedades "periódicas", es decir, que se repiten reiterativamente al avanzar en la clasificación.

Tabla periódica de Mendeléiev. Le permitió predecir la aparición de nuevos elementos, como el germanio o el aluminio.

Tabla periódica actual. Clasifica a los elementos según su número atómico y su configuración electrónica.

Un equipo de matemáticos del Imperial College de Londres ha decidido emular al ruso Mendeléiev, pero como la tabla periódica de los elementos ya estaba inventada, han decidido crear una tabla periódica de las formas. De esta forma, pretenden clasificar las formas indivisibles en tres, cuatro y cinco dimensiones, aquellas que son como los "átomos" de las formas más complejas. De esta forma, pretenden crear una tabla de formas similar a la de los elementos.
En la tabla periódica de los elementos se clasifican los átomos con los que se forman todas las cosas, y además se explican sus propiedades químicas más importantes. La tabla de las formas, por su parte, clasificará y enumerará las propiedades específicas de las formas indivisibles. Según publica el Imperial College, cuando se decida qué formas incluirá la tabla se procederá a calcular las ecuaciones que las describen, con lo que esperan aumentar los conocimientos de las propiedades geométricas de éstas, y también aprender cómo combinarlas con otras.
El director del proyecto, Alessio Corti, afirma que la tabla periódica de las formas contendrá un número ingente de formas "que no podrá colgarse como un póster en la pared", pero que sí se convertirá en una herramienta tan útil como la tabla periódica de los elementos.

Una de las formas analizadas por los matemáticos del Imperial College de Londres

Lo más importante es que, además de incluir las formas "cotidianas" (tridimensionales) se incluirán formas de cuatro y cinco dimensiones, importantísimas para la ciencia. Según Tom Coates, el experto en topología y geometría del proyecto, “La mayoría de la gente está familiarizada con la idea de las formas tridimensionales. Para los que no trabajan en nuestro campo, resulta difícil imaginar formas de cuatro o cinco dimensiones. Sin embargo, comprender este tipo de formas es realmente importante para muchos aspectos de la ciencia”. Por ejemplo, según explica Coates, en robótica sería necesario calcular la ecuación de una forma de cinco dimensiones para averiguar cómo enseñar a un robot a mirar un objeto y mover su propio brazo para coger dicho objeto.
El presente proyecto, que presumiblemente concluirá en tres años, es financiado por el Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), Leverhulme Trust, la Royal Society y el European Research Council (ERC).



Fuentes:
www.tendencias21.net (noticia e imágenes)
es.wikipedia.org (imágenes)
www.mcgraw-hill.es (imágenes)

Manu Gutiérrez