Generador de oxígeno atómico

Un generador de oxígeno atómico simula fuego en el cielo



La ESA ha comenzado a operar un nuevo simulador que dispara un láser para generar una variedad de oxígeno que suele encontrarse únicamente en órbitas bajas y que erosiona la superficie de los satélites.

El simulador se encuentra en el Laboratorio de Materiales y Componentes Eléctricos, un conjunto de laboratorios en el centro técnico de la ESA en los Países Bajos dedicado a simular los distintos aspectos del entorno espacial.

El objetivo de este nuevo instrumento es reproducir un fenómeno desconocido durante las primeras décadas de la era espacial. A principios de los años ochenta, cuando los primeros transbordadores comenzaron a regresar de las órbitas bajas, los ingenieros descubrieron con sorpresa que las mantas térmicas de las naves estaban fuertemente erosionadas.

El causante resultó ser un tipo de oxígeno atómico altamente reactivo: átomos de oxígeno en los límites de la atmósfera formados cuando la potente radiación ultravioleta del Sol rompe las moléculas de oxígeno normal, como el que se encuentra a ras de suelo.

Hoy en día, todas las misiones por debajo de 1.000 km de altura, como los satélites europeos Sentinel de vigilancia de la Tierra, deben diseñarse de modo que resistan el oxígeno atómico. El alcance preciso de los efectos de oxígeno atómico varía a lo largo de los 11 años del ciclo solar.

El anterior generador de oxígeno atómico de la ESA, ATOX, construido con el fin de estudiar materiales para la Estación Espacial Internacional, estaba llegando al final de su vida útil.

“Tras dos años de preparativos, por primera vez hemos podido disparar el nuevo LEOX”, comenta Christopher Semprimoschnig, responsable de la Sección de Física y Química de Materiales de la ESA.

“Diseñarlo y construirlo ha sido todo un reto, ya que teníamos que reproducir algo que directamente no existe en la Tierra”.

Hay muy pocas instalaciones en el mundo que puedan generar con fiabilidad oxígeno atómico para este tipo de pruebas.

LEOX —siglas de Low Earth Orbit Facility, o Instalación de Órbita Baja Terrestre— genera oxígeno atómico con niveles de energía equivalentes a los de la velocidad orbital (7,8 km/h) para simular el entorno espacial con la mayor fidelidad posible. También puede simular a un flujo aún mayor, ahorrando así tiempo y dinero para las pruebas.

En una cámara de vacío se inyecta oxígeno molecular purificado con un haz de láser pulsante enfocado en él. Cada vez que el láser se dispara se produce un destello violeta y el oxígeno se convierte en plasma caliente, cuya rápida expansión se canaliza a través de una tobera cónica. A continuación, se disocia para formar un haz fuertemente energizado de oxígeno atómico.

Para funcionar de forma fiable durante los ensayos, que normalmente duran horas, el láser debe estar sincronizado a una escala de milisegundos y dirigirse con una precisión de milésimas de milímetro.

“LEOX presenta varias mejoras respecto de su predecesor, incluyendo el hecho de que incorpora un espectrómetro de masas, por lo que podemos verificar en todo momento durante las pruebas que realmente estamos produciendo oxígeno atómico puro y evitando cualquier tipo de contaminación”.

“Además, al tratarse de una instalación modular, podemos transferir una muestra de LEOX a otro instrumento de laboratorio, como nuestro espectrofotómetro de rayos X (XPS), para medir los primeros nanómetros de la superficie de la muestra, sin tener que extraerla del vacío”.

“Al aplicar el XPS a las muestras de prueba con las que hemos estado trabajando, hemos confirmado que la nueva instalación funciona correctamente, ya que a escala microscópica las muestras presentan el mismo aspecto que los materiales recuperados de misiones en órbita, como el telescopio espacial Hubble, el satélite Eureca y la propia Estación Espacial”.

A partir de ahora, LEOX se empleará para probar materiales candidatos a una amplia variedad de misiones en órbita baja, incluyendo aquellos que llegarán lo más cerca posible del límite superior de la atmósfera, y hasta misiones a otros mundos, como la misión Juice de la ESA a Júpiter, ya que en teoría la alta atmósfera de Ganímedes también contiene oxígeno atómico. (Fuente: ESA)

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