El uso de los polímeros en la ciencia espacial
– Por Patricia de la Peña Sobarzo –
Muchas personas piensan que el espacio exterior está completamente vacío. Si esto fuese cierto, ¡escoger materiales para proteger las naves espaciales sería fácil! Pero el espacio está muy lejos de estar vacío, y la mayor parte de los materiales conocidos sobreviven poco tiempo en el severo ambiente espacial. En el espacio hay radiación ultravioleta, diferencias de temperatura extremas, alto vacío, radiación cósmica galáctica, micrometeoros, partículas solares, etc. Muchas de estas partículas son atrapadas por el campo magnético antes de llegar a la Tierra, y forman los cinturones de Van Allen, situados a una distancia de entre cientos y miles de kilómetros de la superficie terrestre.
Los planetas vecinos, Marte y Venus, dado que no poseen campo magnético, no tienen estos cinturones protectores. En la órbita terrestre baja (situada a altitudes de entre 200 y 700 kilómetros), los satélites y otros vehículos espaciales están expuestos a la radiación ultravioleta, a la radiación ionizante (electrones y protones) y al plasma ionosférico; asimismo, a otro factor adverso: el oxígeno atómico. En la superficie de la Tierra el oxígeno que respiramos es molecular (O2), lo que lo hace bastante estable. Pero en la estratosfera (a más de veinte kilómetros de altura) la radiación ultravioleta transforma ese oxígeno molecular en oxígeno atómico (O). Estos átomos de oxígeno se convierten en una amenaza seria para la superficie exterior de las naves espaciales.
Gran resistencia al desgaste Hoy en día los polímeros se utilizan ampliamente en vehículos o naves espaciales como materiales estructurales (recubrimientos térmicos), adhesivos y lubricantes debido a su alta resistencia y propiedades mecánicas, térmicas y ópticas. Los polímeros típicos para dichos propósitos son los fluorocarbonos, poliésteres, poliamidas, poliimidas, polisiloxanos (silicones), poliuretanos y epóxicos. Existen polímeros naturales como el algodón, la celulosa, la seda. Sin embargo, los mayormente usados en nuestra vida diaria son sintéticos.
El interés actual en el tema de los polímeros se centra en evaluar su estabilidad ante los diferentes tipos de radiación que hay en las órbitas espaciales bajas. La mayoría de los experimentos acerca de su resistencia con fines espaciales se ha realizado en los transbordadores de la NASA, la estación espacial rusa MIR y en diferentes laboratorios. Uno de los descubrimientos ha revelado que la radiación ultravioleta induce procesos degradativos en los polímeros y reduce sus propiedades de control térmico.
Más investigación Además de lo anterior, la presencia de grandes concentraciones de átomos de oxígeno conduce a la erosión por oxidación de las superficies de los polímeros, lo que se traduce en pérdida de su masa y deterioro del rendimiento. Se cree también que los átomos de oxígeno contribuyen al resplandor de los vehículos espaciales, lo que genera una seria interferencia con el funcionamiento de los sensores ópticos que operan en el espectro de lo visible y lo infrarrojo.
La estabilidad de los polímeros en órbitas espaciales más altas, en viajes interplanetarios y en la superficie de la Luna y otros planetas, como Marte, también ha sido poco estudiada. En estos ambientes, los niveles de radiación son mayores, por lo que se requiere investigar mucho más la resistencia de los polímeros a estos tipos de radiación. Los grandes avances en la química de polímeros están permitiendo desarrollar nuevos materiales con excelentes propiedades de operación que son candidatos idóneos para utilizarse en el espacio. No obstante, aún se desconoce su estabilidad ante la radiación. Dado que muchas naves espaciales y robots enviados a otros planetas deben permanecer funcionando durante varios años, los investigadores deben lograr la creación de polímeros con una gran estabilidad ante la radiación.
Aportaciones de la UNAM Los doctores Rafael Navarro-González y Roustam Aliev, del Instituto de Ciencias Nucleares, en colaboración con algunos especialistas en polímeros del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, están estudiando la estabilidad de diferentes polímeros avanzados de interés espacial ante la radiación ionizante. Los cambios químicos inducidos por la radiación en los polímeros son analizados mediante dos técnicas. La primera se basa en el análisis de gases liberados por la ruptura de enlaces químicos en las cadenas poliméricas.
La segunda consiste en la fragmentación del polímero en moléculas volátiles mediante procesos químicos o térmicos. En ambos casos, los productos se analizan mediante cromatografía de gases acoplada a espectroscopia de infrarrojo y masas con técnicas de impacto electrónico y/o ionización química. Los doctores Navarro y Aliev también estudian la estabilidad de polímeros en un ambiente extremo, como el desierto de Atacama, al norte de Chile.
Este lugar ha sido descrito recientemente por el doctor Navarro como el mejor ambiente análogo de Marte en la Tierra, ya que sus suelos son oxidantes y no contienen microorganismos ni compuestos orgánicos debido a los niveles altos de luz ultravioleta. En octubre de 2003 se colocaron diferentes polímeros en la zona de Yungay, en Atacama, con el propósito de estudiar cómo se degradan en ese ambiente. Los polímeros que se están estudiando son poliésteres, poliimida y poliestireno.
Después de casi un año de exposición se aprecian algunos cambios físicos visibles, como el color y la degradación en las placas expuestas. Se planea dejar estos polímeros por lo menos un año más antes de iniciar estudios sobre las transformaciones que puedan sufrir durante la exposición. El doctor Navarro considera que estas investigaciones podrían ser importantes tanto para la construcción de la base lunar como para las futuras misiones a Marte, programadas a partir del 2010.
