8 de febr. 2011

Vacances a la Lluna


Conferència de Ignasi Casanova, Director del programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia Aeroespacial de la UPC

Presentació:

Un dels grans somnis de científics i tecnòlegs de l'espai és arribar a establir assentaments humans a planetes llunyans. I, com a pas intermig, a la Lluna. Ciència ficció? Pel que sembla, no tant. De fa anys s'investiga en nous materials i sistemes per a garantir la possibilitat d'una base lunar.

La Lluna és un espai que ens pot semblar molt proper. Té molts punts màgics i romàntics, però també té un entorn físic en què ves a saber què hi podem fer i què no. Perquè ens ho expliquin i ens diguin si algun dia serem capaços de muntar-hi la nostra casa amb el nostre hort ens acompanya una persona que entén molt aquest tema.

Entén de nanotecnologia, la ciència que estudia les coses més petites possibles, i entén també de l’espai, entre altres coses perquè és assessor de l’Agència Europea de l’Espai (ESA). Ell és Ignasi Casanova, expert en materials, sobretot extraterrestres.

Conferència:

Avui parlarem de la Lluna, tot i que no la veurem. Més en concret, parlarem del tema menys romàntic d’aquesta.

En aquests moments estic treballant en qüestions de nanotecnologia i de l’espai. Nanotecnololgia és el més petit i espai i és el més gran. Sovint em diuen que vaig d’allò més petit a allò més gran, oblidant el que hi ha al mig. Quina és la relació entre el més petit i el més gran? No ho sé i per això m’hi dedico. Si ho sabés ja no tindria emoció.

Parlarem del que no sabem, del que sabem i del que podem arribar a saber. I com el que podem arribar a saber ho podem fer servir per les coses més o menys banals.

El títol de la xerrada, “Vacances a la Lluna”, pot semblar un títol molt banal. De fet, la idea és la següent: imaginar, en un període d’estiu, fantàstic per parlar de vacances, d’anar a un lloc remot. I com que com més lluny millor, desitjar d’anar a la Lluna. Anem a l’agència de viatges i diem: “Quan puc esperar? Val la pena demanar un crèdit per fer aquestes vacances?”. L’agència de viatges, segons quina (comencen a haver-hi algunes agències de viatges que tenen la Lluna com a objectiu), respon: “vostè ha de saber on es fica”.

Quines són algunes de les preguntes que s’haurien de fer a fer a una agència de viatges si ens interessés una destinació remota? En base a aquestes respostes es pren una decisió. I òbviament amb això arribar a entendre les limitacions i treure els mites que moltes vegades, tot i que amb bona intenció, es diuen sobre el que es pot fer i el que no més enllà de la Terra.

Fa deu anys hi va haver una sonda espacial que va anar a donar voltes a la Lluna. Portava un detector que s’encarregava de detectar hidrogen. Van detectar hidrogen a la Lluna, un lloc a on gairebé ningú s’ho esperava.

Va ser una detecció indirecta. Immediatament, aquest hidrogen es va interpretar com presència d’aigua en forma de gel, perquè l’aigua líquida no pot existir a la superfície de la Lluna. La presumpta existència de gel a la superfície de la Lluna va fer explotar una sèrie de elucubracions, especulacions sobre què es podia fer i què no. Fins i tot va fer parlar la gent de vacances a la Lluna.

El primer, anem de viatge i diem: “on anirem i quan es triga”. Tothom, més o menys, sap que la Lluna està molt lluny, a uns centenars de milers de kilòmetres, com gairebé 10 voltes a l’Equador. Però no només està lluny, sinó que també s’ha d’anar molt ràpid. Per sortir del camp gravitatori de la Terra s’ha d’anar a 40.320 km/h, més o menys. Si no s’arriba a aquesta velocitat acabarem donant voltes. No sortirem, ens convertirem en un satèl·lit. Per tan, és necessari un motor bastant potent per sortir d’aquest camp gravitatori.

Isaac Asimov, científic i divulgador de la ciència, va dir que si la Terra no fos tan gran l’espècie humana ja hagués arribat molt lluny en el Sistema Solar, però com que és bastant gran costa sortir. Estem dissenyats per aquest planeta.

Està lluny, a uns 380.000 km de la Terra aproximadament. Es trigarien tres o quatre dies en anar, que és el que han trigat alguns astronautes que han arribat allà. Dividint 380.000/40, veiem que amb 9 hores es podria liquidar. Però s’ha d’anar frenant, perquè sinó ens estimbaríem i ens convertiríem en un meteorit.

Una de les missions de l’ESA, que va acabar fa un parell d’anys i que es deia Smart One (vaig tenir la gran sort de participar-hi) va trigar 14 mesos en arribar a la Lluna. Del que es tractava no era tan d’arribar a la Lluna, sinó de fer una sèrie de maniobres per posar a punt el sistema de propulsió iònica i elèctrica. Per això, com més voltes es donessin al sistema de la Lluna, millor.

Els americans ho van criticar: “Nosaltres hem arribat en tres dies i vosaltres més d’un any”. El problema és que els hi hem agafat l’avantatge amb aquest sistema de propulsió, que no és l’òptim per arribar a la Lluna, però si que pot donar molt de sí.

Què hi podem esperar?
Una altra pregunta que s’hauria de fer a l’agent de viatges és què podem esperar allà. Fa calor? Fa fred? Si es realitza un viatge a Austràlia serà fàcil saber si és hivern i que s’ha de portar jersei. Però, i a la Lluna? Com diria Tomàs Molina, temperatures molt extremes. Però per què temperatures molt extremes? Què és el que fa que aquí a la Terra les temperatures no siguin tan extremes? Hi ha una atmosfera, i el gas amb què està feta gairebé no condueix la calor. A més, la mar també esmorteeix les condicions de temperatura.

Però a la Lluna no hi ha atmosfera. Hi ha un buit tan gran que és el millor dels buits que es poden fer artificialment aquí a la Terra. La tecnologia del buit és molt important aquí per a certes aplicacions. Un científic holandès que va dir: “Si nosaltres, en comptes de gastar milions d’euros en fer tecnologies de buit cada vegada millors, anéssim a la Lluna, obríssim una caixa, la tanquéssim i la tornéssim aquí, tindríem el millor buit que el millor que podríem fer aquí a la Terra amb màquines supersofisticades”.

No hi ha res d’atmosfera, només uns quants ions i àtoms voltant. Per tan, quan toca el sol a l’ecuador de la Lluna fa molta calor, uns 150 graus centígrads. Tenint en compte que el dia lunar dura uns 14 dies terrestres i la nit uns altres 14, quan no toca el sol, òbviament, es refreda molt, uns 150 graus sota zero de nit. I als pols de la Lluna, allà on es deia que potser havien trobat gel (ara és bastant probable que no tingui res a veure amb gel), les temperatures ja no depenen tan del dia i la nit, perquè la temperatura constant d’allà és d’aproximadament 150-180 graus sobre zero. Així doncs, si es va a la Lluna, a part de passar molt fred, totes les màquines que s’hi poden arribar a posar tindran seriosos problemes per fer les seves funcions correctament, perquè amb aquestes temperatures és molt difícil.

Com que toca tan el sol i no hi ha atmosfera, tothom està preocupat pels ultraviolats i si s’ha de portar crema de protecció solar. Si hi ha un factor de crema de mil milions, potser hi hauria una possible solució, però inclús un factor d’aquests no serviria.

A part del fred i la calor el problema més important que hi ha ara per ara per sobreviure a la superfície de la Lluna és la radiació. Com que no hi ha atmosfera, tampoc hi ha un camp magnètic que protegeixi de les radiacions ionitzants del sol i a la Lluna arriba molta radiació. Tanta radiació que de tan en tan hi ha explosions del sol que afecten els sistemes de comunicació de la Terra, per la quantitat d’energia en forma de partícules que arriben a emetre.

Hi ha algunes missions d’astronautes que van arribar a la Lluna a finals dels anys seixanta i principis dels setanta del segle passat. Van estar allà un parell de dies. Van tenir molta sort, perquè si en aquest parell de dies que van estar a sobre de la superfície de la Lluna caminant el sol hagués fet una explosió, no haguessin durat ni deu minuts vius, haguessin mort per la dosi de radiació. Es calcula que aproximadament en un minut haurien rebut la mateixa dosi de radiació que un treballador d’una central nuclear, treballant a prop del nucli del reactor, tindria al cap de mil anys.

Per tan, a part del fred i la calor hi ha temes que no són tan evidents, com la radiació, dels quals ens hem de preocupar si algun dia podem anar de vacances a la Lluna. És evident que no és un lloc per posar-se tranquil·lament el vestit de bany i sortir a donar una volta.

Potser hi ha altres activitats que justifiquin les vacances, fonamentalment les de caire científic. Per exemple, a la Lluna hi ha el millor observatori astronòmic que es pot tenir a tot el Sistema Solar. A la cara oculta de la Lluna la contaminació amb ones electromagnètiques és inexistent, perquè a la cara que no està oculta no hi ha ombra i no hi ha cap mena de contaminació. És molt fosc.

N’hi ha d’altres . Per exemple, per estudiar sistemes biològics en condicions d’aïllament total i absolut no hi ha lloc més estèril que la superfície de la Lluna. Des del punt de vista biològic té unes grans avantatges.

El Columbus, un exemple d'habitabilitat
Hi ha moltes coses de què parlar, sempre i quan es pensi en una mena d’allotjament, que no és un hotel, que permeti estar allà en unes condicions més o menys segures. Això pot fer pensar que encara queda molt per fer. O com es va parlar fa 10 anys, que amb el “Boom” de la construcció les immobiliàries ja pensaven en moure’s cap allà. El cas és que ja ha començat.

Com a humans, ja tenim allotjaments que són bastant còmodes, relativament parlant, per ser a l’espai. Un dels meus preferits, tot i que estrictament parlant no és un allotjament, és un laboratori de marca europea, el mòdul Columbus. Per enviar-lo, el van col·locar a dins d’un avió anomenat beluga, de Toulouse.

Des de Toulouse va anar fins a Amèrica i el van llançar cap a l’Estació Espacial Internacional. És el Laboratori Europeu que forma part de l’Estació Espacial Internacional i que ha inspirat i inspira molts dels possibles habitacles de la superfície de la Lluna que es tenen avui en dia.

Columbus va arribar i es va encaixar i acoblar amb èxit a l’Estació Espacial Internacional el 19 de febrer del 2008. És la contribució més important que ha fet l’Agència Espacial Europea en un projecte tan ambiciós com és el de l’Estació Espacial Internacional.

Per dins és un laboratori, però dóna algunes idees importants alhora de fer arquitectura lunar. Idees com que ha d’haver-hi una certa protecció. En el cas de Columbus hi ha unes poques capes d’alumini. La intenció, i com que la Terra té un camp gravitatori bastant gran per nosaltres, és que els materials siguin el més lleugers possible. També hi ha vàries capes perquè de tan en tan pot arribar un petit micrometeorit i, perquè no és faci malbé, han d’haver-hi sistemes de protecció.

La gran avantatge pels humans que pugin allà a dalt és que es troben a 400 km de la Terra, no a 380.000 km. Així doncs, es troben dins del camp de protecció del camp magnètic de la Terra i no s’han de preocupar tan de la radiació com a la Lluna.

A la Lluna s’ha d’anar una mica més enllà en qüestions d’habitabilitat. Es parla “d’allotjament per a llunàtics”. Potser d’aquí unes quantes desenes d’anys el terme llunàtic passi a ser un terme d’explorador amb un caire positiu. Hi ha termes que al llarg de la història del llenguatge canvien, tan de bon en aquest cas també.

El Columbus és un mòdul cilíndric perquè s’ha de posar dins d’algun sistema de transport, en un Space Shuttle, en algun Ariane o a l’avió beluga, per portar-lo d’un lloc a l’altre. El mòdul cilíndric és el que funciona millor.

El mòdul ha d’estar pressuritzat. I també hi ha un detall molt important. El mòdul Columbus no té finestres (no es poden veure coses des de la superfície de la Lluna quan s’està treballant allà) perquè està recobert per una mena de sacs plens de sorra, que no és més que el material de la superfície de la Lluna, conegut tècnicament amb el nom de regòlit. És un recurs molt important per poder fabricar un escut enfront la radiació solar. Posant aquest regòlit a dins de sacs amb un gruix d’entre 30 i 50 cm les condicions de protecció davant de la radiació són bastant bones.

També seria necessari que, com a habitacle més o menys permanent, hi hagués un
sistema d’alerta. És a dir, que des de la Terra ens diguessin de vigilar a causa d’una fulguració solar, per d’aquesta manera marxar a un refugi. Aleshores sí que hauríem d’anar a un lloc molt més protegit, i per això tindríem pocs minuts. Són operacions difícils. No es pot anar a fer una passejada de dues hores perquè després, si a les dues hores de tornada hi ha una explosió inesperada del sol, potser no s’arriba.

El sistema de pressurització s’utilitza molt sovint de manera gairebé soterrada. Tornem als nostres orígens, a les coves. Aquesta és una analogia interessant, perquè per protegir-nos de la no intempèrie és necessari anar a sota terra.

Dins d’aquests mòduls les estàncies no són superiors a 15 dies, controlades pel fet d’evitar el temps de la nit de la Lluna.

Habilitat i mobilitat

S’està treballant ja molt seriosament. Les dues coses que s’han d’aconseguir per donar la llum verda a missions tripulades a la Lluna són, en primer lloc, l’habitabilitat.

Habitabilitat

Sobre habitabilitat, veiem uns mòduls, una mena de cilindres que enlloc d’estar horitzontals estan en vertical. Són uns mòduls que, ara per ara, serveixen tan per la Lluna com per Mart.

Un altre mòdul pot ser una càmera de pressurització per permetre el pas d’astronautes. Els mòduls estan aixecats amb unes potes. Per què s’han d’aixecar aquests mòduls de terra? Per evitar la pols. La pols, a la Lluna, és molt fina i està carregada elèctricament, té molta electricitat estàtica, perquè interacciona amb la radiació del sol. Qualsevol operació s’ha de fer molt en compte perquè, un cop s’aixeca la pols, triga molt en tornar a baixar.

A la Terra és diferent, una mica de pols torna a caure ràpidament per la humitat de l’atmosfera. A la Lluna, en canvi, pot estar setmanes levitant degut a les càrregues electrostàtiques que té.

En aquest cas, si s’hagués de soterrar amb sacs de regòlit seria força complicat. Així doncs, aquest concepte de prevenció de radiació fa servir aigua, no regòlit, perquè l’aigua conté hidrogen, un element tan lleuger que té molta capacitat de captar partícules. Qualsevol material que contingui molt hidrogen és un bon aïllant de la radiació.

Per qüestions pràctiques, no és gaire senzill portar aigua a la Lluna, però una capa d’aproximadament 20 cm d’aigua faria el mateix que una capa d’uns 50 cm de regòlit.

Un dels meus estudiants ha acabat una tesi doctoral que parlava sobre quins tipus de materials podrien fer l’hidrogen factible. Ara per ara, la paraula tècnica és polietilè de baixa densitat, que no són més que bosses de plàstic de supermercat. Actualment és el material més efectiu per absorbir radiació de tipus solar (no el gruix de la bossa de plàstic, sinó el material).

Mobilitat

La mobilitat és important per qüestions com tenir un cert temps de reacció davant de possibles perills. Però una de les operacions clares que s’ha de fer en aquestes qüestions és tenir capacitat per transportar coses d’un lloc a l’altre.

Els ‘rovers’ són aparells poc sofisticats. Un exemple és un ‘rover’ de 16 rodes i articulat. És una mena d’escorpí, de raptor, que existeix en l’actualitat.

El futur

S’està treballant molt activament en aquests temes, ja no són ciència ficció. Avui és tècnicament possible, tot i que no és fàcil, establir assentaments permanents a la superfície de la Lluna. Encara no és tècnicament possible a Mart, però s’està treballant també de manera molt intensa.

Al ser tècnicament possible, comporta moltes avantatges. Tota la tecnologia que es desenvolupa s’acaba aplicant a la vida quotidiana abans d’arribar-la a aplicar a les aplicacions espacials.

Qui ho farà això? Sóc bastant reticent en les dates. En qüestions d’exploració, parlar de més enllà de 15 anys és molt arriscat i agosarat. Tinc molt clar que els que s’encarreguin de posar això en marxa estan avui a les escoles de primària, fins i tot alguns a les de secundària. Hem de cuidar molt que aquesta gent pugi bé, amb les coses clares. Si d’ells depèn, som-hi.

PREGUNTES I RESPOSTES

- Vostè, que ha estat a la NASA i que pot tenir-ne una imatge, que en pensa d’aquell viatge a la Lluna, que diuen que va ser tan real?

Tenia 7 anys i em vaig aixecar perquè era matinada. Vaig posar la televisió i m’ho vaig creure. Ara en tinc 46 i encara m’ho crec. Potser he estat equivocat gairebé 40 anys de la meva vida.

- Recorda com eren les imatges?

En blanc i negre. Primer perquè la meva televisió era en blanc i negre i segon perquè a la Lluna tot és en blanc i negre, tot són roques volcàniques.

Tothom deia: “qui estava allà? Qui va filmar l’Amstrong quan va baixar del mòdul?”. És molt fàcil, tot i que s’han creat moltes històries sobre això. Hi havia un braç robòtic (un pal amb una càmera) que funcionava amb un disparador.

Sobre les imatges, segur que hi haurà algú que hi entengui més que jo, però el que sí que he fet ha estat treballar amb les roques que van portar. Les he tocat i potser sí que s’assemblen a algunes roques de la Terra, però encara no hi ha cap terraqui que sigui suficientment espavilat com per plagiar-les o dissimular-les.

La resposta que ens van donar dos dels tècnics astronautes va ser, per part d’un que era rus, que sí que eren certes. L’altre va dir que tenia molts dubtes. En qualsevol cas, sí que deien que el segon viatge va existir.

Una de les roques que va portar l’Apol·lo 11 portava una inscripció que deia “A11085”. He vist aquesta roca i el vídeo on es recollia. L’he tingut a les meves mans, l’he analitzat amb tots els elements analitzables i si això no es va recollir allà en aquell moment i no és de la Lluna, molts estem perdent el temps.

- Quan s’ha referit als 150 graus de temperatura màxima i als 150 graus de mínima, com es fa per conservar l’aigua en aquell habitacle?

Hi ha sistemes que ens permeten aïllar la temperatura de l’exterior. De fet, els satèl·lits tenen aïllants que no comporten cap mena de problema. El que no es pot tenir és aigua líquida a fora, perquè la pressió és tan baixa que s’evaporaria en un moment. L’aigua líquida a la superfície de la Terra és estable perquè hi ha una atmosfera amb una pressió que evita que s’evapori. A la Lluna no, qualsevol aigua líquida ha d’estar a dins de l’habitacle. Per protegir-lo, es fa una capa al mig plena d’aigua líquida pressuritzada. És com un recobriment realitzat a partir d’un sistema anomenat multicapes.

Quan es torna de la Lluna, a totes les pel·lícules de ciència ficció les naus entren a l’atmosfera sense problemes, però a la realitat sembla ser que és perillós i es crema tot sovint. És possible que en un futur sigui com a la ciència ficció i que es pugui tornar tranquil·lament i sense cremar?

Probablement haurem de fer una escala en òrbita. Ja es comença a parlar que la primera aplicació privada de l’Espació Espacial Internacional és aquesta, com un hotel d’escala.

Per anar a la Lluna es necessita anar molt ràpid, però per tornar també. Això requereix d’una tecnologia molt complicada. Fer-ho de tan en tan amb astronautes és controlable, però fer-ho d’una manera continuada és molt problemàtic. Tanmateix, si arribes a una estació intermèdia en òrbita al voltant de la Terra, des d’aquesta si que es pot arribar a baixar amb un vol suborbital.

Si aneu al Google i busqueu “ascensor espacial” o “space elevator” veureu un projecte, molt més seriós del que sembla, que planteja la possibilitat de que es pugui pujar a l’Estació Espacial Internacional en ascensor. És tècnicament possible, tot i que encara no gaire viable. Segur que en les properes dècades hi haurà avenços espectaculars en aquest sentit.

- La massa i la gravetat de la Lluna són més petites, però hi ha una certa gravetat. Per treure una nau de la Terra necessites molts litres de benzina per tenir l’impuls suficient. Com es fa per sortir de la Lluna?

Es necessita menys energia perquè la força de gravetat és més petita, un sisè. En principi, si no es poden explotar in situ els components necessaris per fabricar combustible es pot portar de la Terra. La Lluna no està tan lluny i el transport de combustible és assequible (Mart és una altra història).

- Quins són els límits del cos humà i els principals problemes que es poden presentar alhora de fer aquestes vacances a la Lluna? Un exemple és la descalcificació, hi ha molts astronautes que arriben i que no es poden mantenir drets. També hi ha altres problemes, com el tema de l’alimentació. Quins són els grans problemes que hi ha ara mateix i com s’està responent?

Fa poc temps un senyor d’uns setanta anys que havia estat astronauta va anar a l’Estació Espacial Internacional, fent que tots els tabús sobre que s’ha d’estar en perfecta forma física s’esvaïssin. És bastant assequible. Des del punt de vista del viatge són tres o quatre dies en ingravidesa en un lloc petit. Això també és assequible. El problema és la descalcificació dels ossos quan passen a ingravidesa, tot i que a la Lluna hi ha gravetat, no flotes. Si s’estigués molt de temps allà potser sí que hi hauria alguns efectes, però segur que serien menys importants que no pas els efectes que es poden tenir a l’Estació Espacial Internacional.

Relacionat amb tot això hi ha una altra anècdota que va passar fa poc temps. A la UPC s’està fent un màster de tecnologia aeroespacial on hi vaig realitzar un curs de nanotecnologia. Al final del màster va venir una noia i em va dir que pel treball final volia fer el treball amb mi. La noia, enginyera aeronàutica, em va advertir i em va dir que era enginyera perquè no havia pogut fer medicina. Amb això, em va comentar que volia fer una tesi de final de màster aeroespacial en temes de medicina. Així doncs, vam estudiar un dels problemes de salut que tenen els astronautes: les pedres al ronyó. Amb la descalcificació dels ossos es posa calci a l’organisme, calci que és captat per les molècules quan passen pel ronyó, formant pedres. Els astronautes tenen, doncs, una propensió a desenvolupar pedres al ronyó. L’Estel, com així es diu l’estudiant, va acabar realitzant un treball sobre com es pot detectar a nivell nanomètric l’eficiència de diferents fàrmacs en la dissolució de pedres de ronyó.

Tots els astronautes són persones d’una constitució física més que notable, estan físicament molt preparats per suportar determinades condicions. Els que més ens poden parlar d’ingravidesa i dels seus efectes són els astronautes russos, que han arribat a estar a la MIR o a d’altres artefactes llunàtics mesos sencers intentant sobreviure. De fet, la seva feina era pujar allà a dalt i avorrir-se, perquè de seguida acabaven la feina i després només donaven voltes al voltant de la Terra. Després s’ha de tornar, però encara no pots. Amb aquests sí que hi haurà efectes a estudiar importants.

A banda del tema de l’hidrogen va sortir un altre tema que tenia a veure en com fabricar formigó sense aigua, aspecte molt interessant per la indústria immobiliària d’aquest país. Vau arribar a un producte molt interessant.

Es va fer formigó amb un material que es deia simulador de regòlit, que es va enviar de la NASA. Era una pols que simula molt bé les propietats físiques de la Lluna i que, barrejada amb sofre, donava un material força consistent. Té les seves limitacions, perquè un formigó amb sofre no es pot posar a l’Ecuador, ja que quan la temperatura puja a més de 116 graus comença a descompondre’s.

Tot i això, resisteix molt bé el fred. Fins i tot vam rebre una trucada d’un canadenc molt preocupat. Es dedicava a vendre un producte químic que feia el formigó més resistent i nosaltres estàvem fabricant un material encara més resistent sense necessitat del seu producte químic.

El formigó de sofre a llocs freds del Canadà es fa servir per paviments des de fa uns 50 anys. No era exactament el nostre material, però ens fa veure que hauríem de tenir més en compte les tecnologies disponibles aquí i que poden ser útils allà. /Font

Veure l'audiovisual de la conferència.

1 comentaris:

dada xu ha dit...

louis vuitton
marc jacobs handbags
doudoune moncler
nike roshe run
burberry outlet canada
pandora jewelry
ed hardy
birkenstocks
lebron james shoes 2017
polo ralph lauren outlet
chenshanshan20170315

Publica un comentari a l'entrada