martes, 19 de abril de 2016

Colonización marciana: ficción y (brutal) realidad - parte III


En los post anteriores vimos las incongruencias que se muestran en las películas de ciencia ficción sobre la colonización de otros mundos. Mucha ficción y poca ciencia. En este tercer post dedicado a la colonización marciana vamos a terminar de comentar los aspectos bio-médicos y vamos a ver cual es la recomendación de los expertos para un primer intento de colonización.


Comentábamos que para una futura expedición fuera de la tierra sería necesario lanzar  varias cosas cosas con los astronautas: alimento, agua, aire ...y gravedad. la gravedad debe de estar forzosamente en la lista de cosas que se necesitan. La vida se ha desarrollado en la tierra bajo la acción constante de la gravedad. Todo puede cambiar; el clima, los océanos, la desertización, etc, pero hay algo que siempre será constante: la gravedad. No es muy complicado entender que intentar pasar a una civilización sin gravedad de repente es algo descabellado. La gravedad es algo de lo que no nos nos podemos desprender. El problema es que aún no sabemos cual es la prescripción mínima. La dosis que nos permita sobrevivir y cuales serían los efectos secundarios al no contar con la cantidad de gravedad adecuada. Existen máquinas aceleradoras en los institutos de investigación en la tierra que nos empiezan a mostrar la importancia de la gravedad. Podemos reproducir los efectos de 1/2 gravedad, o un tercio. ¿Qué ocurriría si encontramos que un tercio de la gravedad no fuera suficiente para poder desarrollar una vida normal? La respuesta es bastante simple: no podríamos establecer una colonia permanente en Marte (...ni en la Luna).

La radiación ionizante

Una de las cosas que más se criticaron en la estupenda película "The Martian", fue precisamente que no se hubiera hecho referencia al tipo de tecnología que pudiera permitir una protección eficaz contra este tipo de radiación. En efecto, a pesar de que la gravedad es importante a largo plazo, la radiación ionizante es el verdadero problema que nos impide empezar una exploración del espacio profundo. Estamos hablando de rayos cósmicos, galácticos, protones y electrones que van a bombardear nuestros cuerpos en cuanto salgamos de la protección atmosférica.  Para más información sobre este tema relacionado con la aviación se pueden leer los posts dedicado a ello:


En la ilustración se muestra como los iones pesados pueden hacer mucho daño cuando impactan en los núcleos de nuestras células, donde se encuentra el ADN. El efecto puede ser directo o indirecto, en presencia de agua, donde se crean los radicales libres. 1.030 gramos por centímetro cuadrado es el valor de la protección que nos ofrece la atmósfera terrestre de forma pasiva contra este tipo de radiación. El módulo lunar que llevó al hombre a la Luna solo posee una protección de 5 gramos por cm cuadrado. No hay que ser muy espabilado para comprender que las misiones de exploración del espacio profundo dependen de que encontremos una protección adecuada.

El REID 

Riesgo de exposición a una muerte inducida o REID (Risk of Exposure Induced Death) es el término estadístico que se emplea para designar el riesgo de sufrir cáncer por estar expuestos a los efectos del espacio y las radiaciones cósmicas. El riego aceptable por la NASA es el de sufrir un incremento del 3%. Si el lector fuera un astronauta su carrera profesional dependerá de la edad y de su género. Quizás no se ha dado cuenta el lector, pero casi todos los astronautas (sobre todo al principio del programa espacial) los candidatos para salir al espacio fueron hombres cincuentones. Ello es debido precisamente a que el organismo de la gente joven no acepta tan bien la radiación como el de las personas mayores. Alguna ventaja deberíamos de tener. 


El número de dosis rem que se propone ahora es menor que en 1989. Hemos pasado de los 325 rems a unos 150 para hombres de 45 años y de 175 a 60 para mujeres de 35 años. Pero esto no quiere decir que seamos más conservativos. Lo que quiere decir realmente es que la radiación es mucho más dañina de lo que en un principio nos pensábamos.

Debajo de pueden ver los datos recogidos el RAD dentro del famoso rover Curiosity que está en Marte. Las dosis de radiación medidas en su interior (en miliSieverts) son más de 200 veces del equivalente medido en la tierra a nivel del mar. Para ponerlo en perspectiva, cada 19,4 horas usted recibiría el equivalente a un año de radiación terrestre. 


Es fácil entender ahora que los famosos trabajos rutinarios (EVA's) de astronautas en el espacio, la superficie lunar o marciana que se nos muestran en las películas o en ilustraciones como la que se muestra a continuación no van a ocurrir. 

Este diseño de unos rovers presurizados es totalmente incorrecto desde un punto de vista bio-médico actual.

La brutal realidad de los hechos bio-médicos nos dice que si algún día el hombre quiere vivir en la superficie lunar o marciana, deberá de hacerlo bajo tierra, como hormigas o gusanos. Esta sería la única protección medianamente eficaz. Gran salida para los que estudien ingeniería de minas.

La mejor solución

Los científicos han desarrollado una nueva escala de protección para la radiación. Esta se puede ver debajo. Es significativo ver que la RP100 o protección que se obtiene en la Tierra (1.030 gm/cm cuadrado), cae inmediatamente a una RP 50 (la mitad) a los 18.000 pies de altitud. La protección de un traje espacial actual es de solo RP 0,1. Todos hemos oído hablar de los niveles de protección de la estación espacial internacional... pero la realidad es que en esta escala es solo de RP 2.


Si algún día colonizamos otros mundos, deberemos de proveer a nuestro habitat con un nivel de protección equivalente al de la Tierra. A continuación se pueden ver algunos valores de protección que nos ofrecen los tres candidatos propuestos (La Luna, Marte y Deimos): para alcanzar el nivel de protección equivalente a la Tierra, se deberá, de excavar unos 4 metros en la Luna, algo menos de 3 metros en Marte (2,67) y unos 7 metros en Deimos.

Si queremos establecer bases permanentes en el espacio debemos de hacer frente a los numerosos problemas que existen (radiación, hipogravedad, regolito, efectos sinergéticos, etc.), para ello es inevitable el tener que hacer grandes excavaciones. Estas grandes excavaciones deberán de ser llevadas a cabo por grandes máquinas y robots, pero nunca por humanos. La tecnología ideal es aquella que pueda ser manejada por nosotros los humanos en la tierra. Esto es lo que se conoce como Telerobótica y Teleminería.
Por todo esto que se comenta, la Luna y Marte podrían ser únicamente destinos para pequeñas salidas desde la Tierra. Los ambientes deben de ser protegidos bajo la superficie, los EVAs deberán ser restringidos al mínimo y siempre en periodos cortos con programas de rotación entre tripulaciones. Se debe de determinar cual es la prescripción gravitatoria mínima para plantas, animales y humanos, pero teniendo en cuenta múltiples generaciones. Para el viaje hasta el asentamiento que se elija, se deberá de volar en un a nave espacial totalmente diferente a la famosa Hermes de la película "The Martian". La tripulación deberá de estar protegida en su interior para tratar de ralentizar el reloj bio-médico que limita la carrera espacial de un astronauta (las dosis del 3% REID). Se requiere al menos un RP 5 en el viaje y un RP 100 en el destino. 

El candidato ideal

Debajo se puede ver una lista de los requerimientos para establecer una colonia permanente:


Delta V se refiere a la velocidad de escape.

Algo parecido a la Tierra, con la particularidad de que nosotros tenemos un pozo gravitatorio muy grande (Gran Delta V). Los únicos cuerpos celestes que cumplen todos estos requisitos son los asteroides. Efectivamente. ¿Cuál de ellos se encuentra más cerca de nosotros? Fobos y Deimos. Pues el mejor de todos es DEIMOS. Deimos se encuentra dentro del pozo gravitacional de Marte y tiene todo lo que podamos necesitar para el establecimiento de una base permanente. Deimos siempre mira hacia Marte. Está claro que acabaremos por llegar primero a Marte, pero ese es un lugar que no podremos mantener para la colonización permanente por todo lo que se ha dicho en esta serie de posts. Nuestro destino final es sin duda Deimos.


 
De lo que se trataría es de hacer un gran túnel dentro de Deimos, tal como se muestra en la ilustración inferior. Con el material extraído se obtendrían recursos que se podrían reutilizar. La naturaleza de Deimos, su densidad, volumen y composición química, nos lleva a sospechar que se podría obtener agua desde los elementos de su composición interna. Se estima que se podrían extraer millones de litros de agua. Suficientes para una serie de colonias permanentes. Se estima que dentro del asteroide podrían vivir 11 colonias de 10.000 personas cada una y situadas dentro una al lado de otra en el túnel realizado en su núcleo. La protección contra la radiación sería suficiente para mantener estas colonias a salvo de los rayos cósmicos y desde este privilegiado entorno se podrían hacer expediciones de corta duración a la superficie marciana. Desde el asteroide se podrían manejar robots y maquinaria de telepresencia para obtener otros recursos de Marte.


Este sería el aspecto de uno de estos núcleos de población en el interior de Deimos: 


Los núcleos de las colonias se podrían rotar para obtener la gravedad necesaria. Con los conocimientos científicos y técnicos que hoy en día tenemos podríamos transformar el interior del asteroide para convertirlo en un lugar parecido a esto:


Así que para terminar vamos a quedarnos con la visión optimista que nos dice que muy probablemente podremos hacer esto dentro de unos cuantos años. En la imagen de abajo se puede ver lo que quiero decir.


En solo 23 años hemos pasado de la V2 al Saturno que nos llevó a la Luna. Esto no es fantasía. Esto es historia. Tan solo 23 años es lo que nos ha llevado alcanzar el grado tecnológico suficiente como para alcanzar nuestro satélite. Esto es realmente muy poco tiempo. Debemos darnos cuenta de que alcanzar la velocidad de escape debió de sonar tan draconiano a los ingenieros de antaño, como ahora el problema de la radiación para nosotros. La humanidad sabrá como hacerlo. La supervivencia de nuestra especie nos va en ello. 

"La tierra es la cuna de la humanidad, pero uno no puede quedarse a vivir en la cuna para siempre..."

Konstantin Tsiolkovsky. 1898

4 comentarios:

  1. Nuestro final, como especie, es volver a nuestro origen... las estrellas.

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  2. Hola Manolo y demás lectores del Blog
    Hace tiempo que no escribo, aunque sigo leyendo, por supuesto ¡
    Es un tema apasionante el que tratas en el artículo, sobre todo para aquellos que nos gusta la aviación y la astronáutica.
    Es cierto todo lo que comentas sobre las dificultades del viaje espacial, y yo también espero que el hombre pueda ir haciendo frente a ellos y buscar soluciones. No obstante, el principal problema que creo que plantean este tipo de viajes es el obvio: la distancia. Las enormes distancias que hay ahí fuera.
    Probablemente podamos ir algún día a Marte y establecer algún tipo de base más o menos estable, pero eso no hace el planeta habitable para un uso, digamos, cotidiano (hablamos de poder ir a vivir a otros planetas). Necesitamos un planeta similar al nuestro. Probablemente lo haya, pero está muy lejos. Así que tenemos ese terreno vedado hasta que no solucionemos el problema del transporte. Los cohetes no nos sirven para eso.
    Creo que la solución a ese problema puede venir en un futuro lejano de la mano de los físicos teóricos. Miguel Alcubierre ya ha propuesto una solución (teórica) de cómo poder salvar distancias enormes sin violar la Relatividad. Por supuesto es totalmente inviable hoy en día y seguramente durante cientos de años, pero plantea una solución que la física permite, y eso ya es mucho. El problema es la cantidad de energía enorme que requiere. Según los cálculos permitiría alcanzar Próxima Centauri en apenas semanas (y está a 4 años luz), eso significa que de facto se viaja a varias veces la velocidad-luz, algo que es totalmente imposible. ¿Como lo hace entonces? Arrastra su propio “espacio”, de forma que, en realidad, la nave no se mueve. Curva el espacio delante y lo expande por detrás. Suena a ciencia ficción y hoy en día sin duda lo es, pero, quien sabe en el futuro !.
    Algo así permitiría alcanzar mundos factibles para nuestra biología y sería un paso definitivo en la expansión de la humanidad por ahí fuera. Mientras tanto creo que tendremos que seguir mirando al cielo estrellado.
    Un saludo.
    Carlos

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    1. Hola Carlos y muchas gracias por tu estupendo comentario. Efectivamente, hace mucho tiempo que sigo los desarrollos de Alcubierre. Como todo el mundo sabe, la métrica de Alcubierre propone soluciones alternativas para las ecuaciones de la relatividad general. Si bien es cierto que de las soluciones posibles esta es la que más nos gusta :) también es cuerto que es harto complicado. En principio no se viola ninguna Ley de la física (lo cual ya de por sí es un gran oaso), pero poder ser capaces de curvar el tejido espacio-temporal creo nos va a llevar unos cuantos (muchos) lustros :) Sin dida lo lograremos algún día.
      Un cordial saludo
      Manolo

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    2. Hola Manolo.
      Efectivamente es y será terreno vedado durante muchos muchos años. No obstante hace un par de años en la NASA descubrieron que no hacia falta tanta energia como ALcubierre planteaba en un principio. Modificando la geometria del transporte (el elemento digamos ,curvador del espacio)en forma toroidal, se reducia drasticamente la energia necesari: "solo" se necesitaba alrededor de una tonelada de antimateria en vez de los miles de ellas que en principio se pensaba. Una tonelada de antimateria es absolutamente imposible de generar hoy en dia (ni siquiera un gramo) pero estas investigaciones avanzan y, sobre todo, abren puertas inimaginables. Quizas en doscientos años nuestros descendientes disfruten de una revolución como la maquina de vapor lo fue para nosostros. Si es así, la colonización de exoplanetas será un hecho imparable.
      Un saludo.
      Carlos

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