El espacio es un entorno muy diferente al de la Tierra, lo que significa que los satélites deben construirse con cuidado para poder sobrevivir y operar allí. En la publicación de hoy, veremos algunos de los problemas a los que se enfrentan los satélites en el espacio y cómo se resuelven.
¿Qué problemas deben tener en cuenta los satélites?
Estos son algunos de los desafíos que se deben de tener en cuenta a la hora de construir un satélite:
- El satélite debe mirar en la dirección correcta. Si se diseña un satélite para fotografiar la Tierra desde una gran altura, las cámaras tienen que estar orientadas hacia la Tierra.
- El satélite debe poder soportar temperaturas extremas de frío y calor.
- El satélite debe poder manejar los altos niveles de radiación fuera de la atmósfera de la Tierra.
- El satélite debe de evitar los desechos espaciales, ya que estos podrían dañarlo o destruirlo.
Ya hemos hablado del problema de la basura espacial en nuestros dos posts ‘¿Qué es la basura espacial?’ y ‘¿Cómo se alimentan los satélites?’, así que trataremos otros temas en este artículo.
¿Cómo se fabrican los satélites para que miren en la dirección correcta?
La orientación de un satélite en el espacio es crucial. Por ejemplo, un satélite que tenga que mirar hacia la Tierra para sacar fotografías, pero, a su vez deba mantener sus paneles solares en dirección al sol. Si mira en la dirección equivocada, no puede ni hacer su trabajo ni alimentarse.
Afortunadamente, los satélites pueden usar sensores para decirles en qué dirección están mirando en el espacio. Por ejemplo, pueden usar sensores infrarrojos para detectar la ubicación de la Tierra, o usar sensores que contienen células solares para realizar un seguimiento del sol. Con el uso de estos sensores, un satélite puede asegurarse de que está orientado en la dirección correcta en todo momento.
Debido a que es difícil repostar un satélite, es mejor si un satélite puede ajustar su orientación sin el uso de propulsores. Esto se puede hacer usando ruedas de reacción: ruedas giratorias colocadas en diferentes ángulos en el satélite. Aumentar o disminuir la velocidad de una rueda cambiará la rotación del satélite. Debido a que estas ruedas están controladas por un motor eléctrico, pueden funcionar utilizando abundante energía solar en lugar de combustible limitado.
¿Cómo soportan los satélites las temperaturas extremas?
Sin la protección de la atmósfera, la temperatura aumenta y disminuye a gran escala. La luna, por ejemplo, puede pasar de temperaturas diurnas de más de 100 °C a temperaturas nocturnas de menos de -100 °C. Esto significa que los satélites deben poder soportar condiciones que la mayoría de las máquinas construidas en la Tierra no sufren.
El espacio no experimenta la temperatura de la misma manera que la Tierra, porque no hay suficientes moléculas de aire juntas en el espacio para transmitir calor, de la misma manera que no hay suficientes para transmitir sonido. Esto significa que la conducción y la convección, que son mecanismos de transferencia de calor que implican la colisión de partículas, no son posibles en el espacio.
Sin embargo, la radiación involucra ondas electromagnéticas en lugar de partículas, lo que significa que el calor aún puede viajar a través del vacío en forma de radiación. Es por eso por lo que el calor del sol es capaz de llegar a la Tierra, a pesar de tener que pasar primero por el vacío del espacio. En otras palabras, aunque el satélite no está rodeado de aire que el sol pueda calentar, la radiación del sol aún puede conectarse con el satélite y calentarlo directamente.
Es posible que haya notado que, en las imágenes, los satélites a veces parecen estar cubiertos por algún tipo de material brillante y arrugado. Estas son mantas de aislamiento multicapa, y su trabajo es reducir la pérdida de calor desde el interior del satélite y reflejar el calor irradiado por el sol. De esta manera, ayudan simultáneamente a evitar que el satélite se caliente demasiado o que se enfríe demasiado.
Parker Solar Probe es un satélite que fue diseñado teniendo muy en cuenta la protección contra el calor, ya que orbita el sol en un camino que lo lleva a través de la atmósfera superior del sol. Soporta el calor mediante el uso de un sistema de circulación de refrigerante y un escudo térmico grueso pero liviano a base de carbono llamado Sistema de Protección Térmica (TPS), que evita que la mayor parte del satélite se caliente.
Otro elemento interesante de la Parker Solar Probe es el diseño de la Solar Probe Cup, una copa de Faraday utilizada para medir detalles del viento solar. Como la copa de la sonda solar no está protegida por el escudo térmico, fue necesario diseñarla para que sobreviviera a temperaturas muy altas por sí misma. Por ello, se construyó con materiales de alto punto de fusión. Por ejemplo, las rejillas que producen el campo eléctrico de la copa estaban hechas de tungsteno, con un punto de fusión de casi 3500 °C. Sin embargo, esto creó nuevos desafíos; el alto punto de fusión de las cuadrículas hizo imposible dibujar líneas de cuadrícula sobre ellas con láser, por lo que estas líneas se dibujaron con ácido.
¿Cómo se protegen los satélites de la radiación?
La radiación cósmica puede tener efectos en la salud de los humanos, por lo que la protección contra la radiación es muy importante para las estaciones espaciales y para cualquier otro satélite que pueda habitar la gente.
Sin embargo, los satélites sin tripulación también deben protegerse de la radiación para, por ejemplo, preservar maquinaria delicada o controlar las condiciones de prueba. La radiación puede causar fallos, cambios en la memoria u otros problemas en los ordenadores o en otros dispositivos electrónicos, lo cual es un problema si depende de la electrónica para mantener el funcionamiento de su satélite.
La electrónica utilizada en los satélites a menudo está diseñada para resistir el daño por radiación. Por ejemplo, un dispositivo en un satélite puede tener varias copias de seguridad de la memoria que se pueden comparar entre sí. Si una copia de seguridad difiere de las demás, es posible que haya sido alterada por la radiación y se puede corregir cambiándola para que coincida con las otras copias de seguridad. La nave espacial Orion utilizada en el lanzamiento de Artemis I tenía cuatro juegos de ordenadores de vuelo para manejar la posibilidad de problemas de radiación.
Los equipos de satélite también pueden protegerse físicamente contra la radiación hasta cierto punto, por ejemplo, mediante el uso de capas de metal. Sin embargo, además de consumir recursos en el propio escudo, agregar blindaje a un satélite hará que el satélite sea más pesado, lo que significa que se necesitará más combustible para ponerlo en órbita.
¿Por qué el vacío del espacio no separa los satélites?
En la Tierra, si tiene un vacío dentro de un recipiente y crea un agujero en ese recipiente, el aire se precipitará para llenar el vacío. Esto puede crear la impresión de que el vacío tira del aire y lo arrastra hacia el interior del recipiente. Si concluyes que el vacío atrae todo lo que hay a su alrededor, podrías esperar que el vacío del espacio separe todo lo que hay allí.
De hecho, el vacío no tira del aire en absoluto. El aire es empujado hacia el vacío por la presión del aire que lo rodea.
Es parecido a abrir un agujero en el lado de un tanque de agua. Si haces esto, el agua empezará a salir inmediatamente por el lado del tanque. Sin embargo, esto obviamente no se debe a que el aire fuera del tanque esté tirando del agua; el agua está siendo empujada fuera del agujero por la presión del resto del agua en el tanque.
Debido a esto, un satélite en el espacio no será destruido por el vacío. Incluso en la Tierra, una caja de metal puede contener un vacío sin colapsar. Un recipiente menos resistente, como una botella de plástico, podría colapsar, pero eso se debe a que el aire está presionando desde el exterior sin que haya aire dentro de la botella para contrarrestarlo; no es porque el vacío esté tirando de la botella. Es similar a la forma en que una botella de plástico llena de aire podría colapsar bajo el agua debido al peso del agua exterior. En ambos casos, la botella es empujada hacia adentro por la presión externa, en lugar de ser atraída por su contenido.
Por supuesto, esto no significa que se pueda ignorar el hecho de que el satélite operará en el vacío. El vacío del espacio crea condiciones diferentes de las que crea la presión atmosférica de la Tierra, por lo que hay que tenerlo en cuenta a la hora de construir satélites. Por ejemplo, los materiales de los satélites pueden emitir gas en el vacío, lo que puede causar problemas si el gas se condensa en lentes o en componentes sensibles.
Es importante asegurarse de que los satélites estén bien preparados para los desafíos del espacio. Si un satélite falla después del lanzamiento, podría convertirse en basura espacial y, volverse un problema para otros satélites. Tanto la NASA como la ESA operan grandes cámaras de vacío que se pueden usar para probar los satélites antes de su lanzamiento.
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