En la entrada anterior nos aclaramos sobre donde construir el tren, ahora nos queda tener claro a qué nos enfrentamos en el espacio. ¡Y ojo! no me refiero solo a todo lo que afecta a los seres humanos, sino también a los circuitos eléctricos. Hoy vamos a hablar de esto, al menos de los problemas más elementales y difíciles de superar. Y también me pararé brevemente a dar mi opinión sobre el tren lunar de Northrop Grumman (del que os hablé al principio del blog), el cual tiene sus luces y sus sombras. En esta entrada os contaré los problemas, pero tranquilos que en la siguiente hablaremos de las soluciones. ¡A ver si se os ocurre antes de leerlo!
No te das cuenta de todo lo que te protege la Tierra… hasta que te falta
Vamos a empezar con las buenas noticias: no hay atmósfera, por lo que olvídate del concepto de “climatología” y “meteorología”. No hay vientos huracanados, ni riadas, ni una erosión continuada. Por haber no hay ni terremotos (en realidad, y aunque suene inventado, sí los hay y se llaman lunamotos; pero a efectos prácticos podemos despreciarlos. Enlace). Si hay que definir el entorno lunar con un adjetivo, este sería tranquilo… Las cosas han sido iguales desde hace miles de millones de años, y seguirán siéndolo en el futuro. Por lo que la parte “positiva” es que no hay que considerar el tiempo como una variable que afecte a la estructura (olvidaros de conceptos como “periodo de retorno” o “costes de mantenimiento”), al menos no en el sentido que tenemos aquí en la Tierra. Si construimos algo perfectamente adaptado a las condiciones lunares, podemos estar seguros de que aguantará millones de años aunque nos extingamos mañana. Dicho esto, entremos en faena: ¿qué significa “perfectamente adaptado a las condiciones lunares”? Pues simplificando, aquello que aguante las siguiente cuatro cosas: la radiación, la oscilación térmica, el impacto de meteoritos y el polvo lunar.
A menos que seas una piedra, la radiación va a ser un problema… lo que incluye tanto a las personas como a los sistemas eléctricos. De hecho, a día de hoy este es uno de los mayores problemas en los viajes espaciales. Como curiosidad: ¿sabías que la tripulación de los aviones comerciales tiene que hacerse chequeos médicos con mayor frecuencia debido a su mayor exposición a la radiación al estar a grandes altitudes? Y eso que esta gente está a unos 12 km de altura. Los astronautas de la Estación Espacial Internacional están a 400 km y en 12 días reciben lo que la tripulación en un año (enlace). Esta diferencia se debe a que la radiación electromagnética interactúa con las partículas de la atmósfera, perdiendo energía. Por lo que cuanta más atmósfera tengas sobre ti, más protegido estás… pero no es lo único. Hay una cosa llamada magnetosfera, generada en el núcleo externo terrestre y responsable de que los imanes apunten al norte, que también nos protege de radiaciones emitidas por el sol (el llamado viento solar). Este viento solar son mayormente electrones, protones y partículas alfa; nada especialmente energético… pero vienen en muchísimas cantidades, por lo que sería un problema si no tuviéramos este escudo. Luego están los realmente peligrosos: los rayos gama o, peor aún, los rayos cósmicos; los cuales están generados sobre todo en la vía láctea. No voy a entrar en mucho detalle por no hacerlo largo, pero los rayos gamma son los que han hecho famoso a Chernóbil. Estos últimos solo te los para la atmósfera, no la magnetosfera; que, por cierto, tiene un alcance en el lado diurno de unos 65.000 km. Ahora la parte negativa: la Luna no tiene atmósfera ni magnetosfera, y está a unos 384.000 km de la Tierra. Es decir, toooooda la radiación le da de lleno. Parte de esa radiación la para un traje espacial, pero la que no para es unas 200 veces superior de lo que recibimos en la superficie terrestre (enlace). Para que lo entiendas mejor: una dosis letal en humanos sería de 5.000 mSv (enlace), mientras que en la Luna (en condiciones normales) hay una exposición de 1.92 mSv/día. Por lo que aguantarías unos 7,1 años en la Luna si solo consideramos el tema de la radiación (si consideramos la radiación de una tormenta solar aguantarías menos de un mes). Luego está el tema de los dispositivos eléctricos: tampoco voy a entrar en detalles, pero en esencia cualquier radiación de alta energía genera un campo magnético que vuelve loco (o directamente fríe) los dispositivos eléctricos que no estén protegidos mediante una jaula de Faraday. Esa es la idea de los pulsos PEM que preceden a un ataque nuclear, o las tormentas solares con la que nos atosigan los pronosticadores del fin del mundo.
Vámonos con la variación en la temperatura. Esta es más fácil de entender: en la Tierra, la atmósfera absorbe la energía de la radiación solar y la distribuye en todas partes. Lo que a nivel macro supone una redistribución del calor a lo largo del planeta. Un poco más frío en la noche que en el día, pero tampoco mucho. En la Luna, como no hay atmósfera, no hay sistema que distribuye el calor, por lo que existe una diferencia abismal entre si te da la radiación solar (mucha energía de golpe) o no (nada de energía). ¿Cuanto? Pues hablamos de cientos de grados, tal como se observa en la siguiente imagen:
Figura 1. Variación de temperatura (en grados kelvin) en la superficie lunar para varias latitudes
Fuente: The Lunar Radiometer Experiment (enlace)
Las oscilaciones corresponden a los 14 días terrestres que dura el día lunar, seguido de otros 14 días terrestres que dura la noche lunar. La diferencia de temperatura entre uno y otra es de unos 100 K en los polos y más de 300 K en el ecuador. Por si tenéis curiosidad, la temperatura en las trampas frías llegan a los 25 K (enlace). Poco más que añadir.
¿Os acordáis de que dije que nos podemos olvidar del mantenimiento? Esto sería escrupulosamente cierto de no ser por los meteoritos. En la Tierra caen hasta 16 toneladas de meteoritos, y eso sin contar con el polvo espacial (enlace), pero la mayor parte se desintegra por el rozamiento con la atmósfera. A estas alturas ya os habréis enterado de que en la Luna no hay atmósfera, lo que hace que cada meteorito sea un proyectil que venga sin previo aviso de desde cualquier dirección posible. ¿Pero cuantos meteoritos caen en la Luna? Pues resulta que la ESA se peguntó esto mismo, y creó el proyecto NELIOTA para descubrirlo. Voy a resumiros sus conclusiones, empezando por definir qué se considera como meteorito: cualquier cosa que caiga en la superficie lunar y que tenga más de 100 gramos de masa. Siguiendo esta definición, en enero de 2019 se registraron 79 impactos en las 110,48 horas de observación, con meteoritos entre los 0,7-8 kg (enlace, enlace). Los puntos de colisión se muestran en la siguiente imagen:
Figura 2. Impactos detectados por el proyecto NELIOTA
Fuente: Proyecto NELIOTA (enlace)
Habréis apreciado que todos los impactos están entre las latitudes 60N y 60S. A decir verdad, no me ha quedado muy claro el por qué no hay en los polos, pero todo me hace pensar que es porque desde la Tierra se aprecian mucho peor, por lo que sencillamente no los han detectado. En cualquier caso, si extrapolamos estos resultados considerando la superficie total de la Luna (3,8×107 km2), tenemos: $$\(\)\frac{\frac{3.8 \times 10^7 \text{ km}^2}{2}}{\left(\frac{79 \text{ impactos}}{0.886} \times \frac{8760\text{ h año}}{110.48 \text{ h}}\right)} = 2626.8 \frac{\text{km}^2}{\text{impacto año}}$$
Donde el 0,866 es el porcentaje de superficie comprendido entre las latitudes 60N y 60S, los 8760 son las horas en un año y el área de la Luna (3,8 × 107 km2) la dividimos por la mitad porque las mediciones de NELIOTA solo se hicieron en la cara visible (supondremos que abarca la mitad de la superficie lunar). Es decir, de media cae un meteorito al año en una superficie de 2.626,8 km2. Si entiendo bien, eso hace que la probabilidad de que te caiga algo de más de 100 gramos en 1 km2 a lo largo de un año es del 0,04%… te reirás, pero que te toque la Lotería de Navidad en España es 40 veces menos probable (enlace), y bien que te compras décimos. Vale, muy bien… pero son piedras de menos de 8 kg, te preguntarás… Si te dan en la cabeza no lo cuentas, pero si le da a un edificio no pasa nada, ¿no? Pues si pasa. La energía cinética va con el cuadrado de la velocidad, y estas piedras van como un misil. El mismo estudio del NELIOTA determinó que el mayor de los 79 impactos tenía una energía de 1,16 GJ. Por comparación, la energía cinética de un Boening 747 (400 ton y 900 km/h) es de 1,25 GJ. Vamos, que esa piedrecita es como si se te estrella un avión comercial.
Venga, que ya queda poco, nos falta algo de lo que seguro que no has oído hablar: el polvo lunar en suspensión. Miles de millones de años de impactos de meteoritos junto con reacciones químicas (entre minerales) y físicas (debidas al viento solar), han hecho que la superficie lunar esté formada por un polvo finísimo llamado regolito. Quedaos con ese nombre, lo vais a leer mucho en este blog. El tamaño medio de las partículas de regolito está entre los 10 y los 50 micrómetros (enlace), lo que le da una consistencia similar a la harina. Pero los principales problemas que tienen son dos:
- Su alta reactividad y abrasión
- Están cargados eléctricamente
El primero hace que sean altamente tóxicos para cualquier persona que vaya por allí y respire ese polvo (enlace). El segundo es más curioso: el viento solar está compuesto principalmente por partículas que ionizan el polvo lunar durante el día, lo que hace que las partículas se carguen eléctricamente. Suma partículas muy livianas y cargadas y tendrás un polvo que literalmente flota unos cuantos metros sobre el suelo. Esto efecto ya se vio en las misiones Apolo, y aunque pueda parecer bonito en verdad es algo muy peligroso: el estar tan cargado hace que el polvo se adhiera a cualquier superficie como una pegatina. Además, el hecho de ser tan abrasivo hace que cualquier cuerpo desplazándose por el día tenga unas resistencias al desplazamiento y desgastes enormes. Me encantaría poder cuantificar, aunque sea aproximadamente, el efecto que tendría el polvo en suspensión en la resistencia aerodinámica (espero con ganas alguna fuente en los comentarios que me arroje algo de luz), pero no la he encontrado. En cualquier caso, el sentido común me dice que meter un tren a una cierta velocidad en un entorno con polvo abrasivo que se pega a cualquier superficie no es una buena idea.
Seguro que alguien ya lo ha pensado
¿Os acordáis del tren lunar de Northrop Grumman? Hay que reconocerles cosas chulas (me gusta especialmente lo estudiado que tienen la parte de la maquinaria necesaria y la parte económica de costes/beneficio), pero no me queda nada claro cómo pretenden solucionar estos problemas de los que hemos hablado (enlace y enlace). Por ello creo que les falta refinar la parte de trazado, afecciones y estructuras. Por ejemplo, si consideramos una barra larga soldada de 200 metros de acero (11,5×10-6 C-1 de coeficiente de dilatación), tenemos casi 70 centímetros de dilatación en el ecuador entre el día y la noche lunar. $$\(\)\Delta L = 200 \text{ m} \times 11.5 \bullet 10^{-6} \text{ C}^{-1} \times 300 \text{ C} = 0.69 \text{ m}$$
Supongo que tendrá muchas juntas de dilatación o mecanismos/materiales muy chulos para evitarlo, pero eso complica la instalación y obliga a importar piezas o materiales desde la Tierra… lo que supone un sobrecoste monumental. Por cierto, si te preguntas de donde se va a sacar el acero para las vías, enhorabuena, ¡has dado en el clavo! Pero te estás adelantado, aguanta unas entradas más. La radiación también es un problema. Por los renders parece que recubren todo el material móvil de una película metálica. Supongo que será suficiente para la radiación “cotidiana” en los aparatos (al fin y al cabo hacen satélites, asique sabrán mucho más que yo), pero tengo mis dudas de que sea suficiente para el transporte de personas. Pero lo que más me pregunto es cómo solucionan el tema del polvo en suspensión. Al final tonterías como esas son las que te arruinan un proyecto, si no que se lo pregunten al AVE de La Meca.
En definitiva, me da la sensación de que han detectado todas estas afecciones y otras tantas más. Pero las han encarado desde una perspectiva de “industriales” y “teleco”; centrándose en la maquinaria de construcción, el testeo, la comunicación y la parte de costes/beneficios. Lo cual está muy bien, pero me sabe a incompleto en algo tan básico como el trazado o las capacidades finales del tren. Qué se yo, cotillead su enlace y ya me decís. Seguro que los de teleco opinan que mi propuesta está igual de coja en su área de experiencia, pero eso es la magia de todo este proyecto: necesitas expertos de todas las áreas. Aunque si me preguntas a mí, lo que más necesitas es ingenio e imaginación para abordar todos los problemas que se acumulan en un proyecto así.
Conclusiones
Un proyecto de esta magnitud implica enormes retos, pero hay cuatro que destacan entre todos los demás por lo diferentes que son con respecto a nuestra experiencia en la Tierra: la radiación, la variación térmica, el riesgo de impacto de meteoritos y el polvo en suspensión. Cualquier solución de transporte lunar deberá hacer frente a todos estos problemas. Estas mismas afecciones las detectó el proyecto de Northrop Grumman, pero sus conclusiones apenas las mencionan. Además de que los renders que muestran no parecen solucionarlos. En la siguiente entrada veremos cómo podemos solucionar estos problemas paso a paso. ¡Hasta luego!