Fibra de carbono para resistir 3.000 grados: la tecnología vasca para traer polvo de Marte

El hombre ha pisado Marte en varias ocasiones…. en la ficción cinematográfica. La gran pantalla lo aguanta todo (o casi todo) en esto de los viajes tripulados al planeta rojo, pero fuera de los límites de la ficción hay un paso previo a la salida de una misión tripulada a Marte: Traer una o varias muestras físicas del planeta. Este objetivo previo cobrará cuerpo con la futura misión internacional Mars Simple Return (MSR) que pretende llevar una cápsula al segundo planeta más pequeño del sistema solar para traer de retorno muestras físicas a la Tierra.

La cápsula que regrese de Marte romperá récords en la historia espacial en cuanto a la velocidad de reentrada a la Tierra, alcanzando una velocidad prevista de 50 veces la del sonido, y la temperatura a soportar, que podría alcanzar hasta 3.000 grados. El reto es importante. Para poder aguantar el flujo de calor es necesario crear un escudo térmico que proteja a la cápsula con materiales de última generación que respondan de forma eficaz a las altas velocidades y al rozamiento con la atmósfera. La Agencia Espacial Europea (ESA) se ha enmarcado en esta misión dentro de un proyecto que ha tenido como tripulante al centro de investigación y desarrollo tecnológico Tecnalia. La compañía vasca ha participado junto ArianeGroup -formado por Airbus y la multinacional de alta tecnología Safran- y DLR en la creación de un demostrador a escala real de esa cápsula de regreso a la Tierra desde Marte.

Para aguantar el flujo de calor es necesario crear un escudo térmico con materiales ablativos de última generación que respondan de forma eficaz a las altas velocidades y al rozamiento con la atmósfera

Tecnalia ha contribuido a la creación del escudo térmico que cubre la cápsula que vuelve a la Tierra a partir de materiales ablativos ligeros de nueva generación que se descomponen –la otra tecnología disponible, la reutilizable, es la que utilizaba el transbordador espacial, diseñado para realizar un centenar de misiones-. Los materiales ablativos exigen menor coste y sólo se pueden utilizar en una ocasión. La protección térmica del demostrador construido está basada en cinco paneles que van pegados a una estructura con forma ovalada de un metro de diámetro. La firma vasca se ha encargado de la caracterización del nuevo material y el ensamblado, integrando todos los sensores y realizando la operación de mecanizado final de las losetas, las cuales recibía de forma previa de ArianeGroup.

El material utilizado está compuesto de fibra de carbono impregnada de resina fenólica. Se trata del “único material que puede aguantar el flujo de calor cuando el regreso a la Tierra se produce, no desde la estación espacial internacional, sino desde un planeta”, según expone el gestor de proyectos de Tecnalia, Jorge Bárcena. Este material ha sido desarrollado específicamente para el retorno a la Tierra en las condiciones más severas, y que son las que soportan este tipo de misiones. Para comparar, en el regreso desde la estación especial internacional la temperatura habitual de retorno a la tierra es de 1.600 grados frente a los 2.500-3.000 grados que puede llegar a alcanzar en la vuelta desde Marte. “Este material se ha empleado en Estados Unidos y ahora hemos trabajado en la versión europea del material, que se fabrica de manera más barata”, precisa Bárcena.

La fibra de carbono impregnada de resina fenólica es el "único material" que puede aguantar el flujo térmico y Tecnalia ha contribuido a abaratar el coste y reducir los plazos de fabricación

Tradicionalmente, los paneles se mecanizan a partir de un bloque, lo que requiere de mucho tiempo y conlleva el desperdicio de la mayor parte del material. Sin embargo, este proyecto, que ha contado con financiación de la ESA, ha permitido modificar "radicalmente" el proceso de fabricación de las losetas, a partir de un material pre-conformado con la forma necesaria, que ha permitido disminuir el tiempo, coste y material desperdiciado durante las tareas de mecanizado.

Han sido dos años de un proyecto que ha culminado con “éxito”, como han determinado los ensayos realizados en unas instalaciones específicas ubicadas en Francia que imitan el comportamiento de la reentrada en la Tierra. Esto es, el demostrador está preparado para soportar el flujo térmico previsto, de 14 megavatios por metro cuadrado, con unas temperaturas que podrían alcanzar los 3.000 grados y una velocidad prevista de 50 veces la del sonido –la cápsula tripulada que regresó de la Luna entró a la Tierra a 41 veces la velocidad del sonido–. A más velocidad, más flujo térmico y más temperatura en la superficie, por lo que se requiere de un material más eficiente. “Nos hemos capacitado para aumentar la madurez de este material”, celebra Bárcena.

Hasta la fecha, las misiones a Marte han sido solo viaje de ida. El robot enviado ha analizado muestras de suelo y polvo rocoso y ha remitido los datos a la Tierra, pero nunca se ha traído una prueba física desde el planeta rojo. Sí existen dos precedentes de muestras físicas. En 2006 la sonda espacial estadounidense Stardust captó parte de las partículas de la estela de un cometa y en 2010 la japonesa Hayabusa recogió una muestra de un asteroide.

El proyecto del demostrador que permitirá traer muestras desde Marte, y que forma parte de una misión global internacional de “gran envergadura” en el que participan otros continentes, demuestra que Europa está “capacitada” en este tipo de tecnologías, lo que le abre las puertas a formar parte de los hitos en la trayectoria espacial. Ahora, una vez demostrada la capacitación europea para formar parte de la Mars Simple Return, Tecnalia se encuentra a la espera de que culmine el encargo para construir el prototipo real para esta misión. En todo caso, resulta imposible fijar una posible fecha para su construcción o posible puesta en órbita porque en este ámbito entran en juego muchos factores e intereses. Muchas partes se deben poner de acuerdo.

El demostrador, de un metro de diámetro, es un cono central y cinco losetas: El prototipo real será más grande, si bien "no serán muchos más paneles"

El demostrador, de un metro de diámetro, consistía en un cono central y cinco losetas. El prototipo real será más grande, si bien “no serán muchas más losetas” porque se trata de una minicápsula para traer muestras desde Marte. Otra cosa bien distinta sería en una misión tripulada, que exigiría de procesos más complejos para crear el escudo térmico. A día de hoy, la cápsula más grande que aterrizó en Marte procedente de la Tierra ha sido el Curiosity, de cuatro metros de diámetro, para integrar el robot. Para vehículos más grandes el protector térmico se debe ensamblar a partir de múltiples losetas y cada una de ellas exige un “trabajo impresionante”.

Bárcena se considera un “fanático” de los nuevos materiales para las protecciones térmicas de los escudos de las naves y cápsulas. Toda pasión tiene su origen y, en su caso, fue una estancia doctoral en Estados Unidos (Missouri) que incluyó dos días en la NASA “como investigador”, para “captar tecnología”, como bien deja constancia. Allí pudo ver los laboratorios, estar en contacto con los trabajadores… Entonces comenzó un viaje que le mantiene unido desde 2003 a Tecnalia que le ha permitido trabajar en varios proyectos de la ESA junto a Airbus. El del demostrador para traer muestras desde Marte es uno de ellos en cuanto a número. Pero, “sin duda”, es El Proyecto con mayúsculas. “Es el que más me ha llenado”, afirma, para poner de relieve que este proyecto ha implicado a varios departamentos de Tecnalia.

Tecnalia participará en otros proyectos espaciales a partir de nuevos materiales reutilizables: "Estamos capacitados para este tipo de misiones"

La firma vasca trabaja “mucho” con materiales de nueva generación reutilizables. Es difícil buscar otra utilidad a los materiales ablativos más allá del ámbito espacial. Quizás en “aislamiento para el fuego” o para “algún tema concreto en la industria”, aunque, como apunta Bárcena, “es demasiado específico”. No ocurre lo mismo con los materiales reutilizables, que se están comenzando a utilizar en otros campos al margen del espacial, como en la fusión nuclear, la energía solar de concentración, intercambiadores de calor… A este respecto, Tecnalia tiene previsto embarcarse en otros proyectos para la industria espacial a partir de nuevos materiales reutilizables. Serán otros viajes que harán visible al País Vasco desde el espacio (o más todavía, como diría uno de Bilbao). “Estamos en el País Vasco y es poco conocido que tenemos capacitación para este tipo de misiones espaciales”, constata Bárcena.