¿Cómo podemos crear gravedad artificial?

Primera y segunda parte directo de la página oficial de Asgardia

Cáncer 17, 09/Jun 06, 25

Hemos comenzado a discutir la necesidad de resolver el problema de la gravedad artificial (GA) durante estancias prolongadas en el espacio. El ministro de Ciencia Floris Wuyts, cabeza del Laboratorio de Investigaciones de Equilibrio y Aeroespacial de la Universidad de Amberes y nuestro principal experto en el tema, ofreció una interesante presentación sobre varios aspectos de la GA en la 9.ª Sesión Digital del Segundo Parlamento Asgardiano.

Hoy, analizaremos los métodos de creación de GA según lo descrito por Floris Wuyts.

  1. Rotación individual: Cuando un objeto se mueve en un círculo, experimenta una fuerza que lo empuja hacia afuera, así que cierta rotación es lo primero que viene a la mente. Es cierto, esto es lo que percibimos como “gravedad artificial”.

    El Dr. Wuyts recordó que en 1998, durante la era del Transbordador Espacial, se llevó a cabo un experimento con una silla giratoria que generaba gravedad artificial por primera vez en el espacio durante la misión Neuro lab. La misma silla se instaló más tarde en Star City en 2007 y se utilizó para entrenar a cosmonautas. El profesor Wuyts llevó a cabo pruebas personalmente con 44 cosmonautas antes y después del vuelo espacial. Hace unos años, la silla se convirtió en parte de un nuevo proyecto de investigación sobre gravedad artificial llevado a cabo por el Dr. Wuyts y su equipo.

Una silla giratoria. De la presentación de Floris Wuyts.

Floris Wuyts mostró un video de los cosmonautas trabajando con la silla, incluidos los tests con el aumento de la G fuerza ejercida sobre la cabeza. También mencionó el experimento aparentemente simple, pero bastante arriesgado, del astronauta Timothy Peake, quien logró el efecto GA sin la silla, simplemente girándose a sí mismo, lo cual era arriesgado, ya que el cosmonauta no tiene control sobre su movimiento y podría golpearse la cabeza contra el equipo circundante. Y alguien necesita estar presente en todo momento, de lo contrario, el astronauta seguirá girando. Sin embargo, como dijo Timothy Peake, sintió muy bien la G fuerza en su cabeza.

Timothy Peake rota verticalmente. De la presentación de Floris Wuyts

En general, se puede decir que el método funciona, pero más bien como un medio para investigar GA. Las camas inclinadas utilizadas en experimentos en la Tierra tienen un efecto similar. Es poco probable que el método se convierta en una solución universal para estancias prolongadas en el espacio. “He probado la centrifugadora yo mismo, y puedo decirte que no es divertido”, dijo el Dr. Wuyts.

Además, los especialistas responsables de la operación de la estación tuvieron objeciones al uso de la silla, ya que las vibraciones causadas por su movimiento interrumpen su estabilidad y controlabilidad. Hace unos 10 años, casi se instaló una centrifugadora en la ISS como parte de un proyecto conjunto entre cinco agencias espaciales: ESA, NASA, JAXA de Japón, Roscosmos y el CSA de Canadá. Pero finalmente, Boeing, uno de los constructores de la ISS, canceló el proyecto porque dijeron que si tienes un dispositivo rotatorio en la Estación Espacial Internacional, causaría vibraciones. Y esas vibraciones realmente deteriorarían la solidez de la ISS. Si tienes algo que está girando, te da un momento. Y ese momento cambió esa parte del ISS. Y tienes que construir al mismo tiempo algo que está rotando en la dirección opuesta para que se contrarresten entre sí. Por eso, algunos aviones de hélice tienen sus rotores girando en direcciones opuestas. De lo contrario, tendrías un momento en que cambiaría esa parte del avión. Pero incluso tener estos dos dispositivos de rotación contraria, según los ingenieros de Boeing, causaría muchas vibraciones, que no serían buenas. Aunque esto necesita ser confirmado por investigaciones independientes.

2. Uso de vibraciones y sistemas oscilantes

Esto también podría crear GA, pero, para abreviar, el método tiene el mismo inconveniente que los dispositivos de rotación individuales, ya que actualmente no hay contramedidas disponibles para neutralizar el efecto negativo en la estabilidad de la estación.

3. Estación rotativa

Según el Dr. Wuyts, esta es la principal forma de realmente tener gravedad en el espacio: construir una nave espacial en rotación. Pero si está rotando en su totalidad, no tendrías microgravedad y las personas no flotarían. Y eso significa que tienes un área bastante limitada en la que puedes vivir.

Aquí, en la Tierra, utilizamos nuestros apartamentos y nuestras casas; sin embargo, solo hasta cierto punto. No usamos cada centímetro cúbico de ellos, solo el piso y tal vez un metro y medio por encima de él. Una nave espacial en rotación es algo similar, cuando se limita enormemente el espacio donde vivir.

La película ‘2001: Una odisea del espacio’ de Stanley Kubrick muestra un enorme doughnut rotatorio, en el centro del cual también hay un espacio donde se han creado condiciones de microgravedad y las personas pueden flotar. Además, dos secciones de una nave espacial pueden rotar en direcciones opuestas para conservar el momento angular. ‘’Esta es presumiblemente la mejor manera de hacerlo, aunque es mucho más cara, dice el Dr. Wuyts.

El presidente del Parlamento, Lembit Öpik, estaba ansioso por descubrir qué tan grande debe ser ese doughnut para generar suficiente gravedad que lo haga valioso, sin afrontar los problemas de desorientación.

Floris Wuyts dijo que si tienes un pequeño doughnut, (rosquilla), deberías girar lo suficientemente rápido para obtener la gravedad artificial necesaria al nivel de tus pies. Pero esto significaría que el gradiente entre el fondo y la parte superior sería mucho más alto, y si tienes una taza de café y la llevas a tu boca, sería más pesada cuando está abajo y mucho más ligera cerca de tu boca, lo cual es bastante inconveniente. Peor aún es que el oído interno se vería afectado. Un radio demasiado pequeño o una rotación demasiado rápida causan náuseas y desorientación. Por lo tanto, en su opinión, necesitamos un radio de al menos 30 metros.

John Fine, presidente del Comité de Comercio y Comercio, mencionó una empresa que ha construido todo un modelo de negocio en torno a una plataforma orbital en el espacio que puede producir gravedad centrífuga. Su plataforma puede generar hasta 0.56 g, según lo que están afirmando. Sin embargo, esto aún está por confirmarse.

4. Acelerando y desacelerando

Respondiendo a otra pregunta de John Fine, sobre si se están explorando otros métodos además del movimiento centrífugo para crear gravedad artificial, Floris Wuyts dijo que también había un trineo lineal que se había utilizado hace un tiempo y que también genera un movimiento hacia delante. Pero entonces, solo se puede ir de un lado a otro en este trineo, lo que realmente no brinda mucha de la misma sensación. Además, se requerirá un suministro continuo de combustible.

De todos modos, una aceleración y/o desaceleración continua sigue siendo un posible método para crear GA.

5. Imanes y energía nuclear

La Dra. Sarah E. v. Clark, presidenta del Comité de Finanzas, y su hijo, un escolar, preguntaron sobre la posibilidad de utilizar imanes fuertes o cualquier otra fuente poderosa para crear movimiento circular que a su vez podría generar GA.

Floris Wuyts era bastante escéptico al respecto. Dijo que generar movimiento en el espacio con fuerza magnética es poco probable que funcione, ya que debería haber fuerzas de reacción, acción y reacción, dando como resultado un movimiento neto de cero en su conjunto, puesto que el centro de gravedad permanecerá en el mismo lugar debido a la conservación del impulso. Es como estar en un bote e intentar empujarlo hacia delante soplando aire en la vela con un secador de pelo, mientras que el aire que sale del secador te empujará hacia atrás, y el efecto neto sería que no sucediera nada.

Resumiendo la presentación y la animada discusión que siguió, podemos citar la vívida ilustración que utilizó el Dr. Wuyts. La forma más sencilla, si no la única, de generar gravedad en el espacio es utilizando un dispositivo rotatorio. Todo lo que está en rotación está sufriendo fuerzas centrífugas. Puedes comprobarlo fácilmente si tomas un cubo, lo llenas de agua y lo haces girar alrededor de ti. El agua no se derramará. El movimiento circular proporciona la fuerza centrífuga, y eso es lo que realmente llamamos gravedad artificial. Todo lo demás es impracticable o ineficaz.

En la parte final de la conversación, discutiremos por qué es tan importante crear gravedad artificial y cuáles serán las consecuencias de su ausencia en el cuerpo humano, especialmente en el cerebro. También podrás ver la presentación detallada del profesor Wuyts.

¿Por qué es imprescindible la gravedad artificial en el espacio? Segunda parte

Cáncer 22, 09-Jun 11, 25

Con este artículo concluimos nuestra serie introductoria dedicada a la gravedad artificial (GA). En las partes anteriores intentamos dilucidar qué es la GA y qué métodos existen actualmente para crearla en el espacio.

En su presentación sobre la GA en la 9.ª Sesión del Segundo Parlamento de Asgardia, el ministro de Ciencia, el Prof. Floris Wuyts, se centró principalmente en las cuestiones fisiológicas y médicas, destacando la necesidad de crear gravedad artificial si queremos vivir o viajar largas distancias en el espacio. ¿Por qué es tan importante la gravedad artificial para los exploradores espaciales? La presentación del Dr. Wuyts tiene todas las respuestas.

Los hallazgos y las conclusiones del Prof. Wuyts hasta la fecha, que generosamente compartió con los miembros del Parlamento, se derivan de su trabajo con más de 80 astronautas y cosmonautas, a los que tuvo “el fenomenal honor, placer y deleite de haber puesto a prueba”. Se trata de un número adecuado y de un grupo representativo, ya que comprende más del 10 % de las personas que han viajado al espacio hasta ahora.

Son varios los sistemas del cuerpo humano que se ven afectados al mismo tiempo. El Prof. Wuyts cree que el factor crítico es “el impacto de los vuelos espaciales, sobre todo en el cerebro humano, que es presuntamente la parte más importante de nuestro cuerpo”.

De la presentación de Floris Wuyts

No solamente se trata de la radiación que aumenta el riesgo de cáncer y hace imprescindible contar con protección radiológica. Otro problema es que, cuando uno viaja al espacio, no hay “arriba” ni “abajo”, lo que significa que uno está desorientado, y eso es incómodo y tiene un gran impacto en el cerebro.

Por cierto, la portada del último número de Nature Reviews Neuroscience, una respetada publicación internacional, alude al último artículo del Dr. Wuyts publicado en esa revista, donde él y sus coautores escriben sobre el impacto de la radiación y de la microgravedad en el cerebro humano.

Portada de Nature Reviews Neuroscience. Diseño: Rachael Tremlett

Los otolitos, es decir, las estructuras de carbonato de calcio en el oído interno que forman una parte importante de nuestro sistema vestibular, también se ven afectados por un vuelo espacial, ya que empiezan a responder de forma diferente al movimiento y contribuyen al problema de la desorientación.

Otro problema significativo para los astronautas es la redistribución de fluidos en su cuerpo causada por la microgravedad. Como resultado, sus piernas pierden su masa, mientras que la parte superior del cuerpo, por el contrario, experimenta una considerable afluencia de fluidos, lo que se traduce en una cabeza congestionada y una cara hinchada.

El Dr. Wuyts mostró dos fotos de Thomas Pesquet, un astronauta francés, una sacada antes y otra durante el vuelo. Su cabeza parece mucho más redonda en el espacio que en la Tierra, lo que demuestra el síndrome de la cara hinchada y el movimiento de fluidos.

Thomas Pesquet. De la presentación de Floris Wuyts

A esto hay que añadir el síndrome neuro-ocular asociado al viaje espacial, conocido como el SANS en inglés (Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Síndrome). Una consecuencia visual del SANS es que los globos oculares de los astronautas se aplanan. Los astronautas necesitan gafas al final del vuelo, porque su visión se ve afectada. Desgraciadamente, dicho efecto permanece también después del vuelo espacial. Además, la retina se pliega, arrugándose y aumentando su grosor.

El cerebro y toda la cabeza no son los únicos órganos y sistemas que se ven afectados. Entre otros problemas cabe mencionar la pérdida de masa en los huesos que soportan peso, ya que pierden calcio. Estos huesos se convierten poco a poco en algo parecido al queso, y los astronautas pierden cerca de un 1 % de masa ósea al mes, lo que es considerable. Los músculos también se deterioran, sufriendo atrofia. Todo esto provoca el mareo espacial, experimentado en cierta medida hasta por el 100 % de la tripulación que regresa, según informa el Dr. Wuyts.

Suceden muchas cosas a la vez, y eso constituye el gran reto. Como señala el Dr. Wuyts, si se inventa una buena contramedida para una cosa, podrían empeorar otros factores. Así que los científicos tienen que ser ingeniosos. En todo caso, por el momento, los vuelos espaciales “no son un paseo por el parque” (otra cita).

Los astronautas regresan del espacio. De la presentación de Floris Wuyts

La buena noticia es que muchos de los síntomas desaparecen al cabo de un rato, parcial o totalmente, de vuelta a la Tierra. Sin embargo, los Asgardianos deben tener en cuenta que regresar a la Tierra no siempre puede ser posible. Por eso hemos empezado a ocuparnos seriamente de los problemas relacionados con la gravedad en un vuelo espacial.

Según el Prof. Wuyts, los otolitos o las estructuras similares se remontan a una época de hace aproximadamente 680 millones de años. En los seres vivos ya existía un sistema que detectaba la gravedad, presuntamente mucho antes de que pudieran oír sonidos. Esto significa que la gravedad es tremendamente importante. Por lo tanto, si se quiere que un organismo vivo sobreviva, “hay que ocuparse de la gravedad, lo que nos lleva obviamente a la gravedad artificial”, concluye el Dr. Wuyts.

Si desea saber qué sistema vestibular, el de los que viajan al espacio por primera vez o el de los que van allí con frecuencia, se readapta mejor a la gravedad terrestre, o qué es el estudio Brain-DTI o el “cerebro espaguetis” (las conexiones en nuestro cerebro), o entender los cambios en los espacios peri vasculares (PVS, por sus siglas en inglés) de los astronautas, consulte la presentación del ministro Floris Wuyts.