Científicos de la NASA diseñan una cortina electrostática para repeler el polvo lunar.
¿Alguna vez ha recibido usted un artículo frágil, empaquetado en una caja llena de esferas de espuma de poli estireno?
Hunda sus manos dentro de ellas para buscar el artículo y cuando lo saque, las esferas se le habrán pegado en los brazos.
Derecha: Una partícula minúscula e irregular de polvo lunar. Micro-fotografía cortesía de David McKay, NASA/JSC
Trate de quitárselas y no se caerán; por el contrario, pareciera que saltaran, sólo para pegarse en sus piernas o en cualquier otra parte.
Cuanto más pequeñas las esferas, más tenaces parecen ser.
De hecho, si rompe una esfera de este material en pequeños pedazos, es casi imposible sacudirse los minúsculos y livianos fragmentos.
Este es el clásico comportamiento de la atracción electrostática.
Es también el comportamiento del polvo lunar y posiblemente también del polvo marciano.
La docena de astronautas de las misiones Apolo que alunizaron en nuestro satélite entre 1969 y 1972 descubrieron que el polvo lunar era un reto inesperado.
No solamente era tan abrasivo que desgastaba parcialmente la cubierta exterior de los guantes de sus trajes espaciales, sino que también se quedaba pegado en todos lados.
Cuanto más trataban de sacudírselo, más se impregnaba en la tela de los trajes espaciales.
Parte de la adherencia insistente del polvo se debía a las formas irregulares y filosas de los granos de polvo individuales, formados a través de millones de años por impactos de meteoritos, que repetidas veces fusionaron los peñascos unos con otros, transformándolos en cristal, y posteriormente fracturaron estas vítreas rocas reduciéndolas a polvo de cristal.
Los bordes angulosos de las partículas eran casi como garras que se prendían a los objetos, como abrojos microscópicos.
Pero otra razón era la carga electrostática del polvo.
Los inclementes rayos ultravioleta del Sol que caen en una Luna desprotegida, tienen suficiente energía para expulsar los electrones de las capas superiores del regolito (suelo), dejando la superficie de cada partícula de polvo con una carga neta positiva.
Cuanto más pequeñas eran las partículas, su masa era menor y la magnitud de su área superficial cargada era mayor; por consiguiente se adherían aún más, tal y como sucede con los minúsculos fragmentos de las esferas de espuma de poliestireno.
Sin embargo, un equipo dirigido por Carlos I. Calle (científico líder del Laboratorio de Física especializado en Electrostática y Superficie en el Centro Espacial Kennedy de la NASA) ha utilizado algo de judo intelectual para encontrar una solución y aprovecharse de la carga electrostática de los granos de polvo, para repelerlos.
De hecho, han planteado una nueva aplicación con base en una antigua idea.
"En la década de los 70, Senichi Masuda, catedrático de ingeniería eléctrica de la Universidad de Tokio —y famoso por ser un pionero en la electrostática— ideó la 'cortina eléctrica'", recuerda Calle.
Masuda, sin siquiera haber pensado en la Luna o en Marte, se encontraba trabajando en filtros de polución.
Como las partículas de nieblas tóxicas a menudo tienen cargas eléctricas, Masuda ideó un prototipo de lo que él llamó la cortina eléctrica.
Fundamentalmente, la cortina eléctrica era una serie de electrodos paralelos —alambres de cobre delgados— espaciados a una distancia aproximada de un centímetro (media pulgada) en una tarjeta de circuitos impresos.
Masuda les aplicó corriente alterna, tal como la que se obtiene de cualquier enchufe en la pared. La palabra "alterna" se refiere al hecho de que los electrones en los alambres se mueven rápidamente —60 veces por segundo en los Estados Unidos, 50 veces por segundo en Europa— hacia delante y hacia atrás a lo largo del alambre, en vez de hacerlo en una dirección solamente, como sucede con la corriente directa que proviene de una batería.
Pero en vez de proporcionar la misma corriente alterna para todos los electrodos paralelos al mismo tiempo, Masuda hizo algo ingenioso.
Retardó ligeramente la llegada de la corriente a cada electrodo consecutivo.
Ese ligero retraso hizo que el campo electromagnético de cada electrodo se desfasara del de sus vecinos, creando una onda electromagnética que viajaba velozmente en forma horizontal a través de la superficie en la cual se encontraban los electrodos.
Además, cualquier partícula cargada que se encontrara en la superficie era elevada y movida por esa onda electromagnética ambulante, como si fueran surfistas que estuvieran siendo empujados por una ola oceánica.
Regresando al presente: Después de ver cómo el polvo Marciano que se junta en los paneles solares del Mars Pathfinder lo priva de energía eléctrica y le causa problemas de funcionamiento, Calle y sus colaboradores comenzaron a preguntarse si la cortina eléctrica podría ser adaptada para mantener los paneles solares en la Luna y en Marte libres de polvo. Después de todo, discurrió, "ni los astronautas humanos ni los astronautas robots pueden pasar todo el tiempo limpiando ventanas".
El dispositivo, sin embargo, necesitaría electrodos transparentes para permitir el paso de la luz solar.
Así que en vez de usar alambres de cobre, Calle y sus colegas construyeron electrodos a partir del óxido de indio-titanio (ITO), óxidos semiconductores transparentes, "que hoy en día son una tecnología establecida, ya que se utilizan en las pantallas táctiles de los asistentes digitales personales (PDAs)", explica Calle.
También acercaron los electrones unos a otros un poco más —sólo los separaban unos cuantos milímetros.
El resultado fue una película transparente que "es flexible, como una hoja de vinilo", a la que ellos llaman Escudo Electrodinámico Contra Polvo.
Cuando el escudo transparente contra polvo estuvo cubierto del simulado polvo lunar o marciano (el cual es en su mayor parte ceniza volcánica pulverizada y rescoldos provenientes de volcanes terrestres) y se colocó en una cámara de vacío a la que posteriormente se le inyectó la enrarecida presión atmosférica de Marte o de la Luna, funcionó de mil maravillas.
Se deshizo de la mayor parte del polvo, haciéndolo hacia un lado en segundos.
Sin embargo, en ninguno de los suelos simulados, tanto en el de la Luna como el de Marte, existen hierro puro o los fragmentos vítreos que se encuentran en el polvo lunar real.
Esta diferencia puede afectar la efectividad del escudo.
"Espero efectuar el experimento de nuevo con una muestra de polvo lunar verdadero", observa. Mientras que Calle es optimista acerca de la efectividad del escudo contra polvo en superficies grandes y planas o en superficies ligeramente curvadas tales como los paneles solares y los visores de los cascos de los astronautas, "los pliegues en la tela de un traje espacial son un reto más complicado", dice.
"Los ITOs son flexibles, pero después de cierto punto se rompen".
También está trabajando para afinar el voltaje, la frecuencia, la fase y otras propiedades eléctricas de la onda electromagnética ambulante para que se pueda repeler la máxima cantidad posible de polvo.
Y tiene curiosidad por ver cómo se comportaría en una gravedad más débil.
Hay mucho trabajo por hacer, afirma Calle, pero un día su dispositivo podría poner punto final a los problemas con el polvo lunar.
Fuente:
NASA CIENCIA
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