Si las estrellas políticas, técnicas y presupuestarias se alinean para la NASA y sus socios en los próximos años, la luna podría ser el lugar al que acudir a medida que avanza el siglo. Los astronautas volverían a explorar al vecino celestial de la Tierra, quizás poniendo en marcha futuros esfuerzos mineros para extraer hielos que probablemente acechan en cráteres tímidos a la luz del sol para procesarlos en agua, oxígeno y propulsor de cohetes. Los seres humanos que “se instalan” en la Luna bien podrían ser una perspectiva futura.

La luna de la Tierra es un habitante polvoriento del espacio profundo. Vista desde la Estación Espacial Internacional. Crédito: NASA / Jeff Williams

El próximo capítulo de la exploración humana de la luna en Estados Unidos, el Proyecto Artemis, enviará tripulaciones allí durante períodos prolongados, basándose en la herencia de Apolo. Entre 1969 y finales de 1972, una docena de astronautas levantaron el regolito polvoriento, la tierra de la superficie lunar. Pero hay un mensaje flashback de los caminantes lunares de Apolo que vale la pena prestar atención: el lugar es un Disneyland de polvo.

Durante sus aterrizajes, el polvo que se elevó hacia la delgada atmósfera lunar impactó la visibilidad de los astronautas. Una vez que las tripulaciones estuvieron en la luna, el polvo tuvo efectos nocivos en sus trajes espaciales, cascos, equipos e instrumentación. Los miembros de la expedición Apolo no pudieron escapar de rastrear material lunar dentro de sus módulos de aterrizaje lunares. Después de quitarse los cascos y los guantes, los caminantes lunares podían sentir la naturaleza abrasiva del polvo, incluso experimentando un “aroma de Apolo”, un olor distintivo y oloroso.

Como lo explicó la tripulación de aterrizaje lunar del Apolo 17:

“Creo que el polvo es probablemente uno de nuestros mayores inhibidores de una operación nominal en la Luna. Creo que podemos superar otros problemas fisiológicos, físicos o mecánicos, excepto el polvo ”, dijo el comandante de la misión Eugene Cernan. “Una de las facetas más agravantes y restrictivas de la exploración de la superficie lunar es el polvo y su adherencia a todo, sin importar el tipo de material, ya sea piel, material del traje, metal, sin importar cuál sea y su acción restrictiva similar a la fricción. a todo lo que pasa ”, dijo el piloto y geólogo del módulo lunar, Harrison Schmitt.

AGENCIA, PREOCUPACIÓN DE LA INDUSTRIA

Los grupos de estudio y los tecnólogos están evaluando formas de disminuir el impacto negativo del polvo lunar en los astronautas, su equipo y las operaciones en la superficie.

El comandante del Apolo 17, Eugene Cernan, se prepara para quitarse el traje espacial de caminata lunar cubierto de polvo. Crédito: NASA

Joel Levine, profesor de investigación en ciencias aplicadas en The College of William and Mary en Williamsburg, Virginia, fue el coordinador y presidente de un taller de la NASA sobre el polvo lunar y su impacto en la exploración humana. El mensaje de ese taller realizado en febrero fue claro. “Antes del primer aterrizaje humano de Artemisa en la luna, debemos comprender mejor la distribución del tamaño de las partículas, la estructura, la composición química, la toxicidad potencial, las propiedades magnéticas y eléctricas y la dinámica y distribución del polvo lunar”, dijo.

Los hallazgos del taller se publicaron el 24 de septiembre como un Informe de Evaluación Técnica del Centro de Ingeniería y Seguridad de la NASA, que indica que el problema del polvo “es una preocupación de la agencia y de la industria que afecta a la mayoría de los subsistemas de la misión y debe abordarse”. El informe también dijo que es crucial que los módulos de aterrizaje precursores tomen y lleven a cabo mediciones y experimentos en la superficie lunar para descubrir las características del polvo “que influirán en el diseño del hardware y proporcionarán datos de toxicología para salvaguardar la salud de la tripulación”.

PROTEGER EL ENGRANAJE LUNAR

La futura maquinaria en la luna presentará desafíos, dijo Gerald Sanders, experto en utilización de recursos in situ (ISRU) de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA en el Centro Espacial Johnson en Houston. A diferencia de otros equipos e instrumentos que operan en la luna, los sistemas y el hardware de ISRU deben funcionar de forma continua y en contacto directo con el regolito lunar y el polvo durante períodos de tiempo muy prolongados. Es vital, dijo, desarrollar técnicas y tecnologías para resistir la abrasión, salvaguardar los recubrimientos ópticos y proteger los mecanismos de rotación. Al final, los componentes fácilmente reemplazables en el equipo situado en la Luna serán fundamentales.

Cascos del Apolo 17 y trajes espaciales polvorientos metidos dentro de un módulo de aterrizaje lunar después de las últimas caminatas humanas en la luna en diciembre de 1972. Crédito: NASA

“Si bien las misiones y muestras de Apolo devueltas a la Tierra han proporcionado una gran cantidad de información, no será hasta que el rover VIPER entre en una región permanentemente en sombra que tendremos una idea real de cómo es el regolito para diseñar futuros equipos de extracción de hielo. ”Dijo Sanders. El rover de exploración polar de investigación de volátiles de la NASA, o VIPER, es un robot móvil que irá al polo sur de la luna, quizás ya en diciembre de 2022 bajo el programa de servicios de carga lunar comercial de la NASA.

Philip Metzger, físico planetario de la facultad de Ciencias Planetarias de la Universidad de Florida Central, ha centrado su investigación en el transporte de polvo y sus efectos debido al aterrizaje de naves espaciales en la luna.

“El escape del motor del módulo de aterrizaje lunar expulsa polvo, tierra, grava y rocas a alta velocidad y dañará el hardware circundante, como puestos avanzados lunares, operaciones mineras o sitios históricos, a menos que las eyecciones se mitiguen adecuadamente”, dijo Metzger.

Décadas de investigación han desarrollado una imagen consistente de la física de los gases de escape de los cohetes que soplan en el suelo lunar, “pero existen brechas significativas”, agregó Metzger. “Ningún método de modelado disponible actualmente puede predecir completamente los efectos. Sin embargo, los conceptos básicos se comprenden lo suficientemente bien como para comenzar a diseñar contramedidas “.

Metzger es investigador principal del instrumento Eyecta Sheet Tracking, Opacity, and Regolith Maturity (STORM), configurado para volar en un sistema de aterrizaje y despegue vertical Xodiac de Masten Space Systems. El próximo vuelo en Mojave, California, medirá la densidad y el tamaño de las partículas que se agitan durante las simulaciones terrestres de aterrizajes lunares.

ESTRATEGIA INTEGRADA DE MITIGACIÓN DE POLVO

La NASA quiere ubicar a la primera mujer y al próximo hombre en el polo sur lunar en 2024. Esa ubicación se defiende como un futuro campamento base dado el posible acceso al hielo y otros recursos minerales. Sin embargo, aún se desconocen las verdaderas propiedades físicas del polvo lunar y el regolito en las regiones polares.

El polvo es desplazado por los gases de escape del motor del módulo de aterrizaje lunar de la misión Apolo 15, Falcon. Crédito: NASA

Jorge Núñez, del Grupo de Exploración Planetaria del Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland, dijo que es necesario abordar una serie de preguntas. “Podemos aproximarnos y extrapolar en base a los datos que ya tenemos, pero no lo sabremos realmente hasta que aterricemos en esas regiones”, dijo.

“Como aprendimos de las misiones Apolo, el polvo lunar puede causar una amplia gama de problemas, incluido ser un peligro para la salud de los astronautas, adherirse a todo tipo de superficies como trajes espaciales, viseras y ventanas, paneles solares y radiadores”, dijo Núñez. El polvo lunar también degrada sellos, telas y mecanismos. Lidiar con el polvo requerirá una “estrategia integrada de mitigación del polvo”, agregó, como el uso de movimientos lentos y metódicos y permitir el tiempo adecuado para los protocolos de limpieza del polvo, así como mantener los trajes espaciales fuera del hábitat presurizado o el rover lunar, para utilizar un escudo antipolvo electrodinámico para repeler el polvo de los materiales.

Núñez dijo que la Iniciativa de Innovación de la Superficie Lunar de la NASA está acelerando el desarrollo de muchas de estas tecnologías de mitigación de polvo que son importantes para permitir misiones humanas en la superficie de la luna.

SIMULANTES DE LUNA

La naturaleza reactiva del polvo lunar para los humanos es otra área señalada por Karl Hibbitts de APL, facilitador principal del grupo de enfoque ISRU del Lunar Surface Innovation Consortium. Se sabe que el polvo lunar es problemático en esta área desde la era Apolo. Las partículas son químicamente muy reactivas, dijo, de ahí el posible problema de salud (aunque se están explorando varias técnicas de pasivación para hacerlas menos reactivas).

Huella de bota del piloto del módulo lunar del Apolo 11 Buzz Aldrin. Aldrin fotografió esta huella de bota aproximadamente una hora después de su actividad lunar extravehicular el 20 de julio de 1969, como parte de las investigaciones sobre la mecánica del suelo de la superficie lunar. Esta foto se convertiría más tarde en sinónimo de la aventura de la humanidad en el espacio. Crédito; NASA

“Hemos intentado estudiar la reactividad de los suelos lunares en el laboratorio”, dijo Hibbitts, “pero los estudios que conozco han sido todos sobre muestras ya alteradas por la atmósfera terrestre. Es de esperar que los nuevos estudios sobre suelos lunares cuidadosamente seleccionados arrojen nuevos conocimientos “. Además, en lo que respecta a los “simulantes”, mezclas de material hecho en la Tierra para imitar las propiedades del regolito lunar, uno tiene que elegir qué propiedades se necesitan que imiten los simulantes. “No es posible crear literalmente toneladas de suelo lunar, o posiblemente incluso una pequeña cantidad. Las instalaciones recién ahora están aprendiendo cómo hacer aglutinados realistas ”, agregó, y aún no se ha reproducido el hierro metálico nanofásico que reside en el regolito de la luna.

“Estamos mejorando en la aproximación de la función de distribución de forma y tamaño, pero la reactividad solo podría ser imitada por la producción en una cámara de vacío y siempre estará limitada a pequeñas cantidades”, dijo Hibbitts a SpaceNews.

Hasta ahora, el contacto humano con partículas de polvo lunar diminutas, muy afiladas y vidriosas solo se produjo brevemente durante las misiones Apolo, dijo Peter Sim, un especialista en medicina de emergencia en Newport News, Virginia. Pero al regresar a la luna y establecer una presencia a largo plazo, el polvo lunar, en dosis suficientes, representa una “amenaza tóxica” para la salud humana, dijo.

El sistema respiratorio es particularmente susceptible, dijo Sim, pero los ojos, la piel y posiblemente el tracto gastrointestinal y otros órganos también pueden verse afectados. La prevención primaria de la exposición humana al polvo lunar “debería ser nuestro objetivo número uno”, aconsejó.

Añadió que el nuevo traje espacial de la Unidad de Movilidad Extravehicular de Exploración (xEMU) de la NASA ayudará a mantener el polvo a raya. Tiene un grupo de características tolerantes al polvo para evitar la inhalación o la contaminación del sistema de soporte vital del traje. Aún así, mantener los hábitats libres de polvo minimizando las incursiones y utilizando sistemas de filtración atmosférica efectivos será un gran desafío. “El monitoreo del polvo que está presente dentro de los hábitats lunares será crucial, ya que el hábitat es el lugar donde es más probable que los astronautas estén expuestos. Debido a esto, la cantidad, el tamaño y la toxicidad potencial del ‘polvo del hábitat’ es de suma importancia ”, dijo.

Colaborador de SpaceNews Leonard David es el autor de “Moon Rush: The New Space Race” publicado por National Geographic en mayo de 2019.

Este artículo apareció originalmente en la edición del 14 de diciembre de 2020 de la revista SpaceNews.