21.3.07



Lanzamiento:
18 de septiembre de 2006-
Misión: Soyuz TMA-9-
Retorno:
19 de marzo de 2007
Construcción de Ciudades Espaciales

Con la experiencia adquirida en anteriores construcciones, y con el entusiasmo de saber que lo que estás construyendo es tu futuro hogar, no se escatimarán esfuerzos para construir el primer hábitat espacial con capacidad superior al centenar de personas.

¿Y cómo será?
Bueno, podríamos usar los diseños del Informe Ames y construir una réplica de Isla Uno o Isla Dos, pero antes de ello vamos a examinar las opciones que tenemos teniendo en cuenta distintas características.

Las cuestiones más importantes a considerar son dos:
La Forma del Hábitat
El Tamaño
Etapas del proyecto “Construcción de una ciudad espacial en orbita”
No se puede empezar la construcción de una casa sin poner antes unos cimientos sólidos. La construcción de ciudades en el espacio pasa por una serie de etapas que serían necesarias antes de que pueda hacerse realidad.


PRIMERA FASE: Abastecimiento de energía a la Tierra

Construcción de un Puerto Espacial
Ensamblado del Habitáculo Espacial Alfa
Primer Satélite de Energía Solar
Antenas Receptoras de Microondas en la Superficie Terrestre
Conclusión

SEGUNDA FASE: Abastecimiento de Material al Espacio

Base Lunar
Acelerador de Masas
Receptor de Masas en Lagrange Interior
Factoría Espacial
Conclusión

TERCERA FASE: Alimentos producidos en el espacio

Primera Granja Espacial
Conclusión

PRIMERA FASE: Abastecimiento de energía a la Tierra
Puerto Espacial Alfa

Cuando se decidió la construcción de una estación espacial, se presentaron tres propuestas que se denominaron Alfa, Beta y Gamma. La propuesta ganadora fue la primera y durante mucho tiempo se denominó Estación Alfa.Con la participación en el proyecto de las agencias espaciales rusa, europea y japonesa se quiso internacionalizar el nombre de la estación por lo que se le dio su nombre actual, Estación Espacial Internacional.Personalmente me gusta más el nombre Alfa, la primera letra del alfabeto griego, que representa el principio de todo.Como no está patentado, ese es el nombre que he decidido darle a la primera estación permanente en el espacio.


Este puerto será prefabricado en la Tierra en módulos que sean fácilmente manejables.
Se enviarán en sucesivos viajes de la lanzadera hasta una órbita baja, unos quinientos kilómetros de altura, y serán ensamblados por la tripulación de la lanzadera. Posteriormente un equipo de diez personas permanecerá allí para montar el resto de los elementos del puerto espacial conforme vayan llegando.


El diseño de este puerto espacial tendría cierto parecido con la Estación Internacional que actualmente se está construyendo en el espacio, aunque ésta está orientada a tareas de investigación y este puerto debe estar pensado como una estación de tránsito a donde asciendan las lanzaderas y cohetes que suban desde la Tierra. Una vez allí, la lanzadera aparcará y el pasaje y la carga podrán pasar al puerto.
Cuando finalice la construcción se lanzarán desde la Tierra varios elementos que tendrán su base permanente en el puerto espacial:


Un Módulo Lunar.Tendría capacidad para aterrizar en la superficie de la Luna y volver a despegar con un pasaje de unas diez personas.Una característica bastante útil, ignoro si ello es posible, sería que pudiera acoplarse a una carga de treinta mil Kilos para hacerla descender con suavidad en la superficie lunar, teniendo en cuenta que esa carga se quedará allí, por lo que el peso en el despegue puede ser de sólo unos cinco mil Kg.

Dos o más Cohetes Iónicos.Pensados para realizar transferencias orbitales. Los satélites que se quieran enviar al espacio se enviarán a órbita baja con lanzaderas. Una vez en el puerto espacial se sacará la carga, se le acoplará un cohete iónico (los satélites deberán diseñarse de tal forma que permitan el acoplamiento) y serán transferidos a la órbita deseada.Los Cohetes Iónicos dispondrán de un pequeño hangar e irán tripulados en muchas ocasiones, pero cuando tengan que realizar tareas rutinarias podrán ser dirigidos por control remoto.

Como primera etapa de un proyecto espacial es suficiente con eso, no hará falta gran cosa más así que podría realizarse en poco más de un par de años y a un coste muy inferior a los 17.000 millones de dólares que costará la Estación Espacial Internacional.

Otra ventaja adicional es que si más adelante se desea ampliar el puerto o añadirle módulos de investigación científica la infraestructura desarrollada permitirá hacerlo a un coste muy inferior que el actual.

HABITAD ESPACIAL ALFA

Conforme se iban realizando viajes y más viajes para la construcción del puerto espacial, en cada viaje se ha utilizado un tanque de combustible de unos cuarenta y siete metros de largo por ocho de diámetro.En las misiones que actualmente llevan a cabo las lanzaderas este depósito es soltado y dejado caer a tierra poco después del despegue. No costaría mucho (sí, costaría mucho, pero no tanto como para que sea imposible) hacer que los depósitos, una vez agotado el combustible, siguieran su camino hacia el espacio y fueran dejados bien sujetos en algún lugar que no estorbe y que no esté demasiado lejos de Alfa.Una vez terminada la construcción tendremos unos treinta depósitos vacíos de combustible (figura 1)

Lo primero que haremos será abrir agujeros en ellos y colocar pasillos y escotillas que comuniquen unos depósitos con otros formando dos racimos de siete depósitos cada uno.
En el extremo del depósito central del racimo acoplaremos un pasillo de unos dos metros de diámetro y cincuenta de longitud construido con paneles prefabricados en la Tierra.Del extremo de los otros depósitos saldrán unos cables, también de cincuenta metros de largo que serán los que sujeten el peso de los tanques.


Tanto el pasillo como los cables van a dar a un depósito en el que se habilitarán escotillas para salir al exterior y que hará las veces de vestuario: en él se dejarán los trajes espaciales cuando los obreros hayan terminado su trabajo en el exterior.
A la izquierda vemos la forma en que se unen siete tanques externos de la lanzadera espacial para formar un módulo habitable.Del tanque central parte la torre que comunica con el otro extremo mientras los demás tanques están también sujetos con cables de acero.
La misma imagen vista desde la parte inferior del módulo. A cada tanque se le han añadido varias compuertas para comunicarse con los tanques adyacentes.El tanque central será de servicios y los que lo rodean serán los residenciales.
A la derecha vemos como dos módulos están sujetos entre sí por una torre y seis cables que se unen en un tanque central. (figuras 2, 3, 4)

Una vez todo sujeto, la estación se pondrá a rotar en el plano de la elíptica, al principio a dos rotaciones por minuto.Con esta velocidad de rotación los objetos pesarán la mitad que en la Tierra, por lo que no será tarea difícil terminar de acondicionar el interior de los depósitos para hacerlos habitables.
El diseño interior de cada depósito puede quedar como un reto a los decoradores de interiores. Al fin y al cabo se trata de un cilindro de ocho metros de diámetro por casi cincuenta de alto, a ver qué diseñador acepta el reto de fabricar muebles que se adapten a paredes curvas.
Sean como sean los muebles que pongamos, se pueden habilitar quince plantas de cincuenta metros cuadrados cada una. Si multiplicamos esta cantidad por los doce depósitos externos (supondremos que en los dos internos están los servicios comunes, como cocinas, gimnasios, escaleras y salas de ocio) tendremos un total de 9.000 m² habitables.Un portal de vecinos típico de nuestras ciudades suele tener cinco plantas de cuatro pisos de unos ochenta metros cuadrados.


Eso hace un total de 1.600 m² para unas sesenta o setenta personas.
Según esa proporción, en Alfa podrían vivir cómodamente unas cuatrocientas personas, pero no sería conveniente saturar la estación. Más bien pienso que las personas que trabajen en el espacio acabarán muy cansados, y después de darse una ducha y comer una hamburguesa con Coca-Cola, (no olvidemos que, al menos al principio, la mayoría serán estadounidenses) querrán relajarse y olvidarse del duro trabajo realizado. Si no pudieran disfrutar de las pocas horas de ocio que tengan, los nervios y las tensiones se irán acumulando hasta provocar conflictos interpersonales.Y aquí no puedes desahogarte dando un portazo al salir, así que es mejor mantener una población menor, quizás hasta cien habitantes, y ofrecer más espacios de esparcimiento, relajación y ocio.


Así pues, construidas por fin las habitaciones, habilitadas las cocinas y los aseos, los gimnasios y las discotecas, con las jardineras plantadas de hermosas flores, ha llegado la hora de habitar en él.
La velocidad de rotación se aumentará hasta tres rpm., con lo que en la planta baja, a cien metros del eje de rotación, pesarás lo mismo que pesabas en la Tierra.Conforme subieras por las escaleras del cilindro central irías pesando cada vez menos y, en la planta superior pesarías poco más de la mitad, si en la Tierra pesabas 80 Kg., allí solo pesarás unos 45. (figura 5)


Ahora tienes que subir cincuenta metros por una escalera de mano. Esto son veinte pisos, una barbaridad, desde luego y nadie en su sano juicio se plantearía algo así de forma habitual. Pero por cada escalón que subes pesas un poquitín menos. Al subir veinticinco metros pesas 25 Kg. así que en vez de estar cada vez más cansado resulta que te sientes más y más ligero conforme subes.Llegará un momento en que empezarás a usar sólo las manos, sin necesidad de apoyar los pies en los escalones, aunque eso será ya a punto de entrar en el módulo central de la estación.Para bajar, en cambio, se puede seguir un procedimiento similar al de los bomberos, una barra por la que se deslice la gente. Al bajar iremos aumentando de peso pero sólo pesaremos la mitad que en la Tierra al llegar a la primera planta (permitidme establecer una convención que me parece bastante lógica: en todas las estaciones orbitales de tipo torre centrífuga que se construyan, las plantas se numerarán desde arriba hacia abajo).

Al llegar al centro de la torre te encuentras en otro depósito que ha sido acondicionado como vestuario. Las paredes están cubiertas de paneles donde se guardan los trajes espaciales y a cada extremo de la sala hay una esclusa.

Arriba tenemos un diseño más simple que el mío, en el que sólo dos tanques se han habilitado como habitáculos. Vemos que la torre que une los dos tanques opuestos pasa por un módulo desde el que se puede pasar a otros módulos que no están sometidos a rotación. (figura 6)
A medida que se realicen nuevos viajes, los depósitos vacíos que sigan llegando se acondicionarán para usarlos como laboratorios o nuevos habitáculos. Si el uso de la estación aumentara más de lo que pienso, con cada quince depósitos se podría construir un habitáculo similar o aumentar la capacidad de Alfa. Si no, los depósitos sobrantes se podrían seguir uniendo para usarlos como laboratorios, almacenes o cualquier cosa que se necesite.


En cualquier caso, este hábitat no puede ser permanente. La falta de blindaje adecuado hace que sólo pueda ser usado para estancias cortas, de pocos meses de duración.

merhg



Satélites Solares


La idea de instalar satélites solares en el espacio no es nueva, ya hace muchos años que fue planteada y Gerard K. O'Neill, al desarrollar sus ideas en los años setenta, contaba con que éste fuese el motivo principal que podría atraer las inversiones de gobiernos y empresas privadas. Por desgracia, en la época en que O'Neill hizo su estudio, el coste de lanzamiento era muy superior a lo que es hoy en día y el riesgo de accidente era muy superior al actual, por lo que la idea fue aparcada hasta que las condiciones económicas lo permitieran.Y las condiciones económicas parecen estar a punto.


Japón, país en el que las inversiones a largo plazo son mucho más habituales que en ningún otro sitio, ha hecho sus cuentas y tiene casi a punto el primer satélite de energía solar que será lanzado seguramente en el transcurso del año 2.000.Será un modelo pequeño, pero será el prototipo de los que vengan a continuación.


Un satélite solar de un Km. de lado puede producir energía eléctrica suficiente para abastecer a una ciudad de un millón de habitantes, pero no vamos a hacer nada tan grande, para empezar será suficiente con unos diez mil metros cuadrados, es decir un cuadrado de cien metros de lado.Para construirlo será preciso lanzar todas las piezas al espacio, ocupando el volumen de varias lanzaderas. Al llegar a Alfa se ensamblarán las piezas, se colocarán los paneles y se situará en órbita.A partir de ahí sólo hay que mantenerlo perpendicular a los rayos solares y la antena emisora de microondas apuntando hacia la Tierra.


Sería conveniente que la órbita fuese geoestacionaria, al menos al principio, cuando sólo va a haber una antena receptora en la superficie terrestre, de tal forma que el satélite siempre esté situado sobre la antena receptora.En el centro del satélite hay un módulo de mando y un sistema de giróscopos que mantendrán los paneles siempre orientados al sol.Toda la energía captada por los paneles solares es convertida en un rayo de microondas que se mantendrá siempre apuntando a una antena receptora que habrá en la superficie terrestre.



En la imagen podemos ver un prototipo construido por los japoneses para demostrar el funcionamiento del satélite solar que planean lanzar en el año 2.000.En la parte superior están los paneles fotovoltaicos que transforman la luz en electricidad.En la misma estructura se encuentra una emisora que envía un rayo de microondas a la antena receptora que se ve en la parte inferior de la fotografía.En esta antena el rayo de microondas es vuelto a convertir en energía eléctrica que se envía a la red eléctrica convencional.
Antenas Receptoras de Microondas

En la superficie de la Tierra, en zonas despobladas, se instalarán antenas receptoras que capten microondas y las conviertan en energía eléctrica.


Estas antenas tendrán varios kilómetros cuadrados de superficie pero su aspecto sería el de una malla de alambres con varios metros de separación entre sí sujetos por un bosque de postes similares a los de teléfonos.Los alambres serían simples cables que captarían los rayos de microondas y los convertirían en energía eléctrica. Bajo las antenas el suelo podría ser usado sin problemas para el cultivo de plantas. Ni siquiera los animales o las personas se verían afectados por las microondas que se reciben del espacio.



De hecho, algunos ingenieros han sugerido que se podrían construir invernaderos cubriendo una gran extensión de desierto y usarlos para el cultivo intensivo. Las partes metálicas de los tejados funcionarían como antenas mientras que los cristales estarían armados con malla de alambre con lo que se conseguiría que fuesen casi totalmente opacos a las microondas.


Y bajo ellos, las plantas podrían crecer sin dificultad y las personas trabajar sin correr ningún peligro.

INSIGNIA DE LA ISS - ESTACION ESPACIAL INTERNACIONAL





Fin de Fase 1

Tras esta primera fase hemos conseguido una infraestructura espacial capaz de mantener un grupo de trabajadores que realicen diversas tareas en el espacio.También hemos construido un satélite solar de unos diez mil metros cuadrados que producirá dos megawatios de potencia.Parte de esta energía se usará en Alfa, el resto será enviado a la Tierra o allá donde se necesite.

A pesar de todo, la energía producida sigue siendo cara ya que se basa en el lanzamiento desde la Tierra de todo lo que haya que construir, y si tenemos en cuenta el coste de lanzamiento (miles de dólares por cada kilo de masa), poner en órbita este pequeño satélite solar ha resultado extremadamente caro. De hecho, si tuviéramos que recuperar la inversión realizada tendríamos que pagar mil veces más de lo que actualmente nos cuesta el kWh en la factura de la luz.
Entonces ¿para qué hemos hecho esto?.¿Por qué nos hemos tomado la molestia y nos hemos gastado tanto dinero para conseguir una cosa que ya tenemos muchísimo más barata?.
Porque en realidad no pretendíamos construir satélites solares, esto no ha sido más que un subproducto de lo que realmente pretendíamos. Los satélites solares serán la solución para los problemas energéticos de la Tierra, pero tan solo cuatro o cinco años más tarde vamos a poder construirlos más grandes y más rápido a un coste mil veces menor.
Pero gracias a ellos ahora tenemos un equipo de trabajadores experimentados en realizar duras tareas en el espacio, un equipo del que se extraerán los capataces de las siguientes tandas de trabajadores que se envíen al espacio.


También tenemos un puerto espacial y un hábitat con capacidad para alojar hasta ochenta personas. Y gracias a este hábitat, los trabajadores de Alfa podrán pasar la mayor parte de su tiempo en un ambiente que simularía la gravedad terrestre con lo que se librarán de casi todos los efectos perniciosos de la ingravidez.
Y por último, pero no menos importante, habremos construido varias estructuras en el espacio, cada vez más complejas, y nos habremos enfrentado con problemas que sólo habíamos imaginado en el papel.Ahora ya no trabajaremos sobre cálculos, hipótesis y posibilidades, sino sobre la sólida realidad de los pernos, tuercas y soldaduras.
El futuro ya no es un sueño, es una realidad.


En el próximo Reportaje de la Construcción de una Ciudad Espacial la
SEGUNDA FASE: Abastecimiento de Material al Espacio y la
TERCERA FASE: Alimentos producidos en el espacio


Geometría de las Ciudades Espaciales

Para que una ciudad espacial tenga una zona habitable donde las personas puedan vivir de manera normal, necesitamos que la ciudad esté rotando. La fuerza centrífuga resultante simulará una fuerza gravitatoria que evitará los perjuicios de la ingravidez en el organismo.
Las formas que puede adoptar una ciudad espacial pueden ser muchas, como ejemplo vamos a describir algunas posibles:


Torre centrífuga
Una torre de bastante longitud en cuyos extremos se colocan sendos módulos de igual masa. Estos módulos podrían tener el tamaño de edificios de varias plantas.Al girar la estación alrededor de un eje situado en el centro de la torre, la aceleración angular en los extremos permitiría una vida normal.La comunicación entre los dos módulos opuestos será mediante escaleras o ascensores que recorren el interior de la torre.Como ejemplo de este tipo de construcción podéis ver el Hábitat Alfa que he descrito anteriormente.Este tipo de construcción es el más económico, fácil y rápido de construir para una población de hasta unos pocos miles de habitantes, pero tiene la desventaja de que las condiciones de vida en su interior serían las de un bloque de apartamentos o un hotel. De lujo, sí, pero un hotel sin paisajes ni extensas zonas verdes.


Anillo
Un anillo girando alrededor de su eje.Dos o más torres comunican el anillo con su centro, donde se emplazarán las partes de la estación que requieran ingravidez.Esta es la forma de la estación orbital que aparece en la película "2.001, una Odisea Espacial".Su construcción será un poco más compleja que una Torre Centrífuga, pero no mucho más, y tiene la ventaja de que en ella sí tendremos la posibilidad de instalar grandes, hasta cierto punto, extensiones de zonas verdes.


Esfera
Una esfera girando alrededor de su eje. Las viviendas se situarían cerca del ecuador.Este es el diseño de Isla Uno.Su forma proporciona el mayor volumen posible con la mínima cantidad de masa de construcción, aunque tiene la desventaja de que sólo una estrecha franja de terreno a ambos lados del ecuador tendrá el terreno más o menos horizontal. El resto conformará una ladera cada vez más empinada en la que la fuerza de pseudo gravedad disminuye conforme ascendemos.


Cilindro
Una superficie cilíndrica girando alrededor de su eje.En un tamaño pequeño, menos de quinientos metros de radio, sería la mejor opción para construir granjas y campos de cultivo.En radios mayores podría usarse para construir las mayores ciudades en el espacio, con capacidad para cientos de miles y hasta millones de habitantes.Es la forma que proporciona mayor cantidad de superficie habitable para una masa determinada.


En todos estos modelos existen dos partes claramente diferenciadas: La ciudad o zona habitable y el resto de la estación, fábricas, laboratorios, observatorios astronómicos, etc. que deben permanecer inmóviles para aprovechar la ingravidez del espacio.
Estas dos partes deberán comunicarse entre sí permitiendo que las personas puedan trasladarse de la ciudad a las fábricas sin necesidad de usar trajes espaciales.
Al estar las fábricas, laboratorios y otras dependencias en condiciones de ingravidez, carece de sentido de hablar de la forma que tengan o de cómo se dispongan los diversos módulos conforme se construyan.No obstante, y con el fin de simplificar lo más posible la geografía de la estación, propongo la construcción de una torre de la longitud deseada que se pueda ampliar según se necesite.Las paredes de la torre estarán dotadas de numerosas compuertas estancas en cada una de las cuales se podrá acoplar un módulo de trabajo, investigación o incluso un cohete o lanzadera para transbordar mercancías o personal.
En el punto de unión entre la torre, que permanece inmóvil en el espacio, y el hábitat que está girando para producir pseudogravedad, se deben instalar unas salas que permitan la unión al mismo tiempo que impiden que el movimiento del hábitat afecte a la inmovilidad de la torre.


Para ello existen dos salas que se deben situar una a continuación de la otra entre el habitat y la torre.

La Sala Diferencial
Esta sala comunica las dos torres y, como una de ellas siempre está girando mientras la otra debe permanecer estática, debe ser capaz de que un extremo de la sala gire con respecto al opuesto.
Para los novatos se ha dividido la sala en varios segmentos de un metro de ancho cada uno. En cada segmento hay barrotes dispuestos como una escalera que permiten pasar con facilidad de un segmento al siguiente. De todas formas, quien ya lleve tiempo en la estación podrá cruzar la sala saltando justo por en medio y agarrarse al vuelo en el otro extremo, ya que la velocidad de giro no es mucha. (Una vuelta completa tarda veinte segundos)


La Sala Cardan
Debido a la forma en que se ha diseñado la estación, tenemos dos estructuras de características muy diferentes. Una es un pasillo construido con segmentos que se puede ampliar o reformar cuanto se quiera y que permanece estático en el espacio. En todo caso estaría sometido a una rotación cada año con el fin de que los paneles solares estén siempre orientados al Sol. La otra estructura es una torre centrífuga de cien metros de radio. Para que la fuerza centrífuga en los extremos de la torre sea similar a la gravedad terrestre, la torre debe girar a tres revoluciones por minuto.


Tenemos pues el reto de unir dos estructuras bastante grandes, una de las cuales debe girar y la otra permanecer quieta, tal como un molino permanece estático aunque las aspas giren a toda velocidad. La Sala Diferencial se ocupa de ello, actuando como unos rodamientos que impiden que la torre arrastre al resto de la estación.
Pero al mismo tiempo debemos hacer que el eje de rotación de la torre centrífuga sea estable y coincida con el centro de gravedad de la estación, pues si no fuese así se producirían balanceos de una torre con respecto a la otra que, si no se corrigen a tiempo podrían perjudicar la estabilidad de la estación.


Ahora bien, las leyes de la física dicen que el eje de rotación de un cuerpo tiende a coincidir con el centro de gravedad, es decir que es necesario que ambos extremos de la torre pesen exactamente igual. Para ello se ha dispuesto un sistema de contrapesos en los ascensores, siempre que alguien suba o baje por ellos, unos sensores calcularán el peso de los pasajeros y desplazará convenientemente unos contrapesos que hay en la parte exterior de la torre con el fin de que el centro de gravedad permanezca estable.

Aún es posible que este sistema se estropease: En caso de que ocurra tal cosa, los desplazamientos de la tripulación podrían alterar el centro de gravedad de la torre.
La sala cardan se encargará de absorber gran parte de los balanceos que se produzcan, y si una persona estuviese en la puerta de la sala en esos momentos vería prácticamente lo mismo que puede ver alguien que viaja en metro al contemplar el vagón siguiente durante una curva.
De esta forma los movimientos o vibraciones de una parte de la estación no afectarán a la otra.
Esta disposición es independiente de la forma del hábitat, de hecho la torre industrial puede ser idéntica en todas las ciudades que se construyan, y su acoplamiento se producirá siempre en el eje de rotación del hábitat, sea cual sea su forma.