Por qué el aluminio es un caballo de batalla en los vuelos espaciales
Las naves espaciales deben sobrevivir a violentas vibraciones de lanzamiento, cambios extremos de temperatura y radiación, manteniendo al mismo tiempo el peso al mínimo porque cada kilogramo de estructura cuesta propulsor. Las aleaciones de aluminio ofrecen una combinación de alta rigidez específica, buena estabilidad térmica, capacidad de protección contra la radiación-y décadas de experiencia en vuelo que pocos materiales pueden igualar. Dependiendo de la misión, entre el 50 y el 90 por ciento de la masa seca de un satélite puede ser aleación de aluminio, utilizada en la estructura primaria, tanques de propulsor, paneles, soportes e instrumentos. El material funciona de manera confiable en todo el rango de temperaturas experimentado en órbita y en la superficie lunar.
Aluminio en vehículos de lanzamiento y estructuras de naves espaciales
Las etapas, adaptadores y carenados de cohetes utilizan aleaciones de aluminio como 2219, 7075 y 6061 en láminas, placas, forjados y extrusiones. Las aleaciones de aluminio-litio son ahora comunes en los grandes vehículos de lanzamiento porque son más ligeras y rígidas que las aleaciones convencionales. Las estructuras de las naves espaciales construidas como paneles sándwich de aluminio en forma de panal proporcionan una gran rigidez con un peso muy bajo, y los tanques de propulsor de aluminio se utilizan tanto para propulsores criogénicos como almacenables. Las mismas aleaciones aparecen en el chasis y el tren de aterrizaje del rover, donde el peso ligero y la dureza bajo cargas de impacto son fundamentales.
Blindaje radiológico con aluminio
En el espacio, los dispositivos electrónicos y las tripulaciones deben protegerse de los eventos de partículas solares y rayos cósmicos galácticos. Los cascos de aluminio absorben una fracción significativa de esta radiación y el metal a menudo se combina con materiales ricos en hidrógeno-, como el polietileno, para mejorar la eficiencia del blindaje. Las mantas aislantes multi-capas con películas de polímero aluminizado reflejan el calor solar y proporcionan protección secundaria. Los módulos de estaciones orbitales y las estructuras de alunizaje utilizan paredes de aluminio como barrera primaria contra la radiación, y los futuros hábitats de superficie seguirán el mismo enfoque, posiblemente añadiendo materiales locales como el regolito como masa protectora adicional.
Procesamiento del regolito lunar en aluminio
El regolito lunar contiene aproximadamente entre un 10 y un 18 por ciento de óxido de aluminio en peso, lo que lo convierte en una fuente potencial de metal para futuras misiones. Los conceptos de extracción utilizan la electrólisis de sales fundidas o el proceso FFC Cambridge para reducir el óxido a aluminio metálico mediante energía solar. Luego, el aluminio podría usarse para estructuras, y se están probando técnicas de impresión 3D para construir elementos de hábitat directamente a partir de regolito procesado. Producir aluminio en la Luna reduciría drásticamente la masa que debe lanzarse desde la Tierra, que es la clave para las operaciones lunares sostenibles.
Aluminio en trajes espaciales y sistemas de superficie
El aluminio también aparece en los sistemas que mantienen vivos y móviles a los astronautas. Las capas aluminizadas reflectantes en las prendas exteriores de los trajes espaciales desvían la radiación solar, y el panal de aluminio se utiliza en las estructuras de la placa posterior de soporte vital para brindar resistencia con poco peso. Los cojinetes de las articulaciones y los revestimientos de las viseras de los cascos utilizan aluminio en películas delgadas y piezas de precisión. En la superficie, los marcos de los paneles solares, las estructuras de las antenas y los componentes del rover están hechos de extrusiones y láminas de aluminio, y los futuros conceptos de hábitat en Marte se basan en marcos y cúpulas de aluminio con paneles transparentes o inflables para un espacio habitable presurizado.
El camino hacia la colonización de Marte
Las misiones-de larga duración dependerán de-la utilización de recursos in situ para reducir el reabastecimiento desde la Tierra. El aluminio producido a partir del regolito marciano o lunar podría usarse para estructuras, invernaderos que protejan a las plantas de la radiación e incluso sistemas propulsores-oxidantes para vehículos de regreso. Los marcos de aluminio livianos hacen que las granjas solares sean prácticas de implementar, y las películas con soporte de aluminio-son candidatas para revestimientos de hábitats inflables. Por lo tanto, se espera que las mismas aleaciones que han servido a la industria aeroespacial durante un siglo sigan siendo la base de la expansión de la humanidad más allá de la Tierra.
Preguntas frecuentes
P: ¿Por qué se prefiere el aluminio al acero para las naves espaciales?
R: El aluminio ofrece una relación resistencia-a-peso mucho mayor, por lo que las estructuras pueden ser más livianas y al mismo tiempo sobrevivir a las cargas de lanzamiento. Sus propiedades térmicas y de fabricación también se adaptan bien a la fabricación aeroespacial.
P: ¿Se puede realmente convertir el regolito lunar en aluminio?
R: Sí, en principio. El regolito contiene óxido de aluminio y procesos como la electrólisis de sales fundidas pueden reducirlo a aluminio metálico utilizando electricidad generada a partir de energía solar, y se están realizando trabajos piloto con materiales simulantes.
P: ¿Cómo protege el aluminio contra la radiación espacial?
R: El aluminio absorbe y dispersa las partículas de radiación, reduciendo la dosis detrás de ellas. Es más eficaz cuando se combina con materiales ricos en hidrógeno-y su rendimiento se caracteriza por décadas de funcionamiento de naves espaciales.
P: ¿Qué aleaciones de aluminio se utilizan en las naves espaciales?
R: Las aleaciones comunes incluyen 2219 y 2195 para tanques y estructura primaria, 7075 para accesorios de alta-resistencia y 6061 para estructura general y soportes, seleccionadas por su resistencia, soldabilidad y resistencia a la corrosión.
P: ¿Sigue siendo relevante el aluminio para futuros programas espaciales?
R: Absolutamente. Los nuevos vehículos de lanzamiento, módulos de aterrizaje lunares, estaciones orbitales y conceptos de hábitat siguen especificando aleaciones de aluminio, y el aluminio de origen lunar-se considera uno de los recursos in-in situ más prometedores.