El sistema de frenado de las naves puede levantar partículas que pongan en peligro el correcto funcionamiento de la misma a la hora del siguiente despegue o dañen de forma irremediable los sistemas de comunicación o navegación. Un nuevo estudio explica cómo evitar esto.
Una de las mayores proezas espaciales fue el aterrizaje de la sonda Philae en el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko. Parte de la misión Rosetta, la sonda se convirtió en la primera en no solo orbitar un cometa, sino también en aterrizar en uno. Rosetta había sido lanzada en marzo de 2004 y viajó 6.400 millones de kilómetros a través del Sistema Solar antes de llegar al cometa el 6 de agosto de 2014. El aterrizaje comenzó a una distancia de 22,5 km y su descenso duró unas siete horas, en pocas palabras: el proceso fue tan lento que le tomaba un minuto para recorrer 53 metros. En suma, el aterrizaje es una de las maniobras más complejas y peligrosas dela exploración espacial.
Cuando un módulo de aterrizaje desciende, sea hacia la Luna, o un planeta rocoso, un asteroide o un cometa, la columna de escape del cohete interactúa con la superficie, provocando erosión y levantando partículas de regolito. La capa resultante de escombros puede crear un peligroso efecto limitando la visibilidad y dañando potencialmente la nave espacial o los equipos cercanos.
En un estudio publicado en Physics of Fluids, científicos de la Universidad Nacional de Chungnam, la Universidad de Edimburgo, la Universidad Nacional de Gyeongsang y el Instituto de Información Científica y Tecnológica de Corea, liderados por Byoung Jae Kim, desarrollaron un modelo para describir la interacción entre la columna de escape de un cohete y la superficie de un cuerpo planetario en condiciones de casi vacío. Los resultados se pueden utilizar para evaluar la seguridad y la viabilidad de un lugar de aterrizaje propuesto y para optimizar el diseño de naves espaciales y motores de cohetes para aterrizajes planetarios.
“Comprender la interacción entre la columna del cohete y la superficie – explica Kim – es importante para la seguridad y el éxito de las misiones espaciales en términos de contaminación, erosión, precisión de aterrizaje, protección planetaria y diseño de ingeniería, así como para la comprensión científica y la exploración futura”.
Un conocimiento que también se aplica a medicina
La simulación realizada por los expertos tiene en cuenta todas las variables de la nave, sus motores y la composición y topografía de la superficie, así como las condiciones atmosféricas y las fuerzas gravitatorias en el lugar de aterrizaje. Al considerar la interacción del gas del cohete con las partículas sólidas, la simulación estima la forma y el tamaño de la columna de escape, su temperatura y presión y la superficie, y la cantidad de material erosionado o desplazado. Lo hace de una manera que es computacionalmente más eficiente que los métodos anteriores.
“Nuestra herramienta puede simular el problema de interacción de la superficie de la columna de escape para aplicaciones prácticas de ingeniería, por ejemplo para predecir trayectorias de partículas y así evitar daños al módulo de aterrizaje”, añade Kim. En el modelo, las partículas de regolito alcanzaron grandes alturas y causaron daños importantes durante el descenso y el ascenso. Por el contrario, las partículas más grandes no tuvieron una influencia tan negativa.
“Los conocimientos obtenidos de este estudio de los efectos de diferentes parámetros en la interacción entre la superficie y la columna de escape permiten desarrollar tecnologías de aterrizaje más efectivas y eficientes”, concluye Kim.
Pero la simulación no solo mejora nuestro conocimiento sobre cómo aterrizar en un cuerpo rocoso, o aumenta las capacidades de la física y las reacciones químicas en astronomía, el modelo, según los autores del estudio también se puede aplicar a otros escenarios físicos, incluidos los sistemas de administración de fármacos sin agujas. Y este es apenas uno de los resultados de una investigación que solo parece centrada en física, pero que puede aplicarse a campos mucho más cercanos a nosotros.