Microgravedad

Física Dinámica. Movimiento. Gravedad. Caída libre. Vuelo parabólico. Aplicaciones de la microgravedad en la Ingeniería. Sistemas de propulsión

  • Enviado por: Peter
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 14 páginas

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INDICE

  • Introducción……………………………………………...……………. 2

  • Simulación de condiciones de microgravedad………...…………3-5

  • Experimentos en microgravedad de aplicación en física e ingeniería……………………………………………...…………... 6-10

  • Experimentos en microgravedad aplicados a las ciencias de la vida…………………………………………………………………10-11

  • Efecto de la microgravedad en los seres humanos .…………12-13

  • Bibliografía…………………………………………………………….14

INTRODUCCIÓN

La gravedad es una parte tan asumida de nuestras vidas, que raramente pensamos en ella, a pesar que afecta todo lo que hacemos. Cada vez que dejamos caer o arrojamos algo, y lo miramos caer al suelo, vemos la gravedad en acción. A pesar que la gravedad es una fuerza universal, hay veces que desearíamos poder desarrollar investigaciones científicas sin su influencia. En estos casos, los científicos realizan sus experimentos en "microgravedad - una situación en la que los efectos de la gravedad son fuertemente reducidos, descrita a veces como "falta o ausencia de peso."

La palabra "microgravedad", es un término de dudosa utilidad que crea confusión entre los no especialistas y que es intercambiable por el término "ausencia de peso", que como veremos nos acerca mejor al fenómeno físico que ocurre en situación de caída libre. Por microgravedad los científicos, se refieren a una situación de caída libre donde la única gravedad que se debe tomar en cuenta es la insignificante atracción gravitacional que ejercen las paredes del recipiente sobre la muestra.

Cualquier objeto en "caída libre" experimenta condiciones de "microgravedad" (o falta de peso), que ocurre cuando el objeto cae hacia la Tierra con una aceleración igual a la de la gravedad (unos 9,8 metros por segundo al cuadrado [m/s2], o 1 g en la superficie de la Tierra).

El peso se define como la acción de la gravedad sobre un objeto y va a existir mientras exista la gravedad, sin embargo para medir el peso, debemos poner un dinamómetro, o una balanza, apoyada en el suelo y así medir la resistencia que hace la balanza al objeto, es decir su “antipeso”. Si algo permanece cayendo, no tenemos donde medir su peso, ya que no hay un suelo que le haga resistencia y por lo tanto se dice equivocadamente que le "falta peso" o mejor, que está en situación de caída libre.

Se pueden conseguir breves períodos de estado de microgravedad (o falta de antipeso) en la Tierra arrojando objetos desde torres altas. Se pueden lograr períodos más largos utilizando aviones y cohetes (en vuelos parabólicos), o naves espaciales.

SIMULACIÓN DE CONDICIONES DE MICROGRAVEDAD

-SIN SALIR DE LA ATMÓSFERA:

-TORRES DE CAÍDA LIBRE: se detallan dos ejemplos de torres de caída libre reales, una de las cuales está en nuestro país.

-TORRE DE CAIDA LIBRE DEL INTA:

La torre de caída del INTA es un tubo vertical de 21 metros de altura en cuyo interior pueden depositarse cargas que experimentan condiciones de microgravedad de entre 10-3g-10-5g durante un tiempo de 2.1 segundos. Estos dos rangos de microgravedad se obtienen instalando el experimento en el interior de una de las dos cápsulas de experimentación disponible (cápsula simple y cápsula doble). En la cápsula simple el experimento se fija en el interior de la cápsula, con lo cual el volumen disponible es mayor y el nivel de microgravedad es de 10-3g. El frenado es el de la cápsula externa. En la cápsula doble el experimento se fija en la cápsula interior, con lo cual el volumen disponible es menor y el nivel de microgravedad es de 10-5g. Esta cápsula cae dentro de la cápsula exterior, que actúa como escudo aerodinámico. La cápsula interior se frena mediante amortiguadores y muelles. Para el seguimiento del experimento se dispone de cámaras de video y sistemas de adquisición de datos. En el interior de la torre la caída es al aire libre, ya que carece de sistema de vacío.

-TORRE DE CAIDA DE BREMEN:

La torre de caída al vacío, de 146 metros de altura y única en Europa, propiedad del Centro de Tecnología Espacial Aplicada y de Microgravitación (ZARM). Se trata de un laboratorio espacial excelente en el que se realizan experimentos en condiciones de ingravidez. Una caída en picado de una cápsula de prueba desde la punta hasta el zócalo sólo dura 4,6 segundos, lo suficiente para llevar a cabo experimentos e investigaciones que sólo serían factibles en el espacio.

-VUELOS PARABÓLICOS CON AERONAVES: La técnica de los vuelos parabólicos es una de las pocas técnicas que permiten experimentar la gravedad cero en la tierra y es la que más se acerca a la microgravedad ultraterrena. En el mundo existen tres agencias que realizan este tipo de vuelo: la NASA, la Agencia Europea y los rusos del CGTC (Yuri Gagarin Trainning Center).

El procedimiento es similar en todos los casos, así que comentemos por ejemplo el caso de la Agencia Espacial Europea (ESA). Ésta utiliza un Airbus A300 especialmente adaptado y reforzado, operado por la compañía francesa Novespace. El avión despega desde el aeropuerto de Burdeos-Mériñac (Francia) y asciende hasta una altitud de aproximadamente 6000 metros. La maniobra parabólica empieza elevando el avión a 45 grados a toda potencia. Tras 20 segundos, a una altitud de 7600 metros, el Airbus decelera los motores hasta casi detenerlos, pasando así a un estado de caída libre, comenzando el periodo de 20 o 30 segundos de gravedad cero a bordo. Al igual que una pelota se curva al lanzarla al aire, el avión sube un poco más antes de que el morro haya trazado la parábola completa y empiece a caer. Es ahora cuando se encienden de nuevo los motores a plena potencia y el avión vuelve a la posición de vuelo horizontal, de vuelta a los 6000 metros y listo para la próxima parábola. El inicio de la parábola y la terminación de la misma somete a las personas y a los equipos de abordo a casi 2 G, en la parte superior de la trayectoria parabólica es donde se logra la micro gravedad durante unos 20 á 30 segundos y es del orden de 0,1 G. 

'Microgravedad'
'Microgravedad'

'Microgravedad'
-TANQUES DE FLOTACIÓN NEUTRAL: El agua es el medio que mejor imita la microgravedad del espacio. Es por esta razón por la que se crearon los tanques de flotación neutral, grandes piscinas de agua que se usan para entrenar al astronauta a realizar un EVA (Actividad Extra Vehicular); es decir, cuando el astronauta sale de una nave en órbita con su traje espacial para realizar una tarea. Se suelen colocar dentro de estas piscinas maquetas a escala natural de las naves, para familiarizar al astronauta con las maniobras necesarias para realizar una tarea con el traje espacial.

En el Centro del Espacio Marshall se encuentra el tanque de flotación neutral, una piscina de 22,5 metros de diámetro y 12 metros de profundidad. En el, los astronautas practican técnicas de construcción en el agua, un medio que imita la ingravidez del espacio.

-FUERA DE LA ATMÓSFERA:

-COHETES DE SONDEO: No todos los experimentos de microgravedad requieren grandes periodos de ingravidez. Cuando con unos pocos minutos es suficiente no es necesario usar un satélite o un laboratorio en orbita porque un cohete de sondeo ofrece una solución mas barata. Los cohetes de sondeo proporcionan un a forma de obtener una microgravedad de buen nivel durante mas de 10 minutos, alcanzando una altitud de 1000 Km. De esta manera se pueden realizar experimentos a bordo durante unos 15 minutos bajo condiciones de microgravedad. Su manera de obtener microgravedad está basada en la caída libre desde el espacio, que ya intentó explicar Newton. Imaginó un cañón que disparaba balas esféricas en la cima de una montaña muy alta. En cada bala actuaban dos fuerzas: la fuerza de la explosión y la fuerza de gravedad. La combinación de las dos fuerzas hace que las balas viajen en arcos. Si las balas fueran disparadas con más y más energía, alcanzarían el suelo cada vez más lejos del cañón. Si la bala del cañón fuese disparada con la energía suficiente, caería completamente alrededor de la Tierra y regresaría a su punto de partida completando una órbita.

En lugar de ser disparados por un cañón desde lo alto de una montaña, una nave espacial es lanzada [por un cohete cuyo motor actúa por algunos minutos] en una trayectoria que se curva sobre la Tierra. Al alcanzar cierta velocidad y altura, la trayectoria de caída de la nave será paralela a la curvatura de la Tierra, consiguiendo la condición, o ambiente, de microgravedad.

-VUELOS A BORDO DE NAVES ESPACIALES (SATÉLITES, NAVES TRIPULADAS, LABORATORIOS TRIPULADOS): ejemplos:

  • EURECA: Es un nuevo tipo de satélite (European Retrievable Carrier) que se lanzo en julio de 1992 con el Shuttle. Este satélite es enteramente automático y esta provisto de un laboratorio ideal para estudios de microgravedad donde las aceleraciones parasitas suelen ser bastante bajas.

  • COLUMBUS Y LA ESTACIÓN ESPACIAL INTERNACIONAL: En 1998 los Estados Unidos y Rusia empezaron a poner en órbita una gran estación espacial (ISS). El COF es un laboratorio cilíndrico presurizado adjunto a la base de la estación tripulada. Mide cerca de 6.7 m de largo y 4.5 m de diámetro y pesa cerca de 12000 Kg en el lanzamiento. Se usó para experimentación bajo condiciones de microgravedad, ciencias de materiales, fluidos físicos y el estudio de la vida así como nuevas tecnologías y aplicaciones industriales.

  • LABORATORIO ESPACIAL "SPACELAB": Estos laboratorios tienen una cabina presurizada dentro de la cual los astronautas trabajan en experimentos bajo condiciones de microgravedad (como si estuvieran en el vacío). El primer laboratorio espacial fue entregado a USA en 1980 y su 1ª misión (Spacelab-1) se produjo en 1983, y por 1ª vez los astronautas trabajaron elevados (en el espacio) durante 24 horas, vigilando los 72 experimentos que transportaba. En abril de 1985 el Spacelab-3 transportaba 15 experimentos de microgravedad. El programa de Spacelab ha permitido a los europeos adquirir la experiencia que es esencial para los vuelos tripulados y abrirnos el camino para Columbus.

EXPERIMENTOS EN MICROGRAVEDAD DE APLICACIÓN EN FÍSICA E INGENIERÍA

En un laboratorio, la gravedad es utilizada por su constancia como elemento de control y medición: por ejemplo, al sedimentar un material, al vaciar un líquido en un vaso de precipitado, al pesar un objeto en una báscula, y cuando se mezclan solos dos líquidos con diferente temperatura. Además en los casos de convección térmica, las corrientes que se forman con estos movimientos (llamadas corrientes convectivas) son causadas por la gravedad terrestre y su estudio y comprensión tienen una gran importancia práctica.

Nos centraremos en cuatro experimentos físicos que se relacionan entre ellos mediante la mecánica de fluidos y la investigación de los efectos electrostáticos que se pueden producir en los líquidos al someterlos a ebullición, en el movimiento de las partículas con aerosoles, etc. A continuación, se describen unos cuantos fenómenos estudiados en microgravedad que podrían influir en el avance de la ingeniería en el futuro.

- Experimento basado en el estudio del efecto del campo electrostático en la dirección de los fluidos y en una transferencia térmica. En un estado de ingravidez se entendería con mayor facilidad la influencia de fuerzas adicionales debido a la aparición de los campos eléctricos. Por otra parte, se esta investigando el efecto de un campo electrostático en una transferencia de calor en líquidos, para entender aún mejor los mecanismos que subyacen y para mejorar el diseño de las máquinas térmicas, en concreto para aplicaciones en vehículos espaciales.

-Observación de la trayectoria tridimensional producida por la holografía digital del movimiento de partículas que no están en equilibrio en un aerosol. El experimento se prepara para las “interacciones en los sistemas de partículas cósmicos y atmosféricos” (ICAPS), que investigan el proyecto para ser conducido en la Estación Espacial Internacional. Este experimento nos ayuda a conocer el comportamiento de aerosoles con la presencia de reacciones químicas en la superficie de la partícula. La principal herramienta es un microscopio holográfico digital lo cual nos permitirá el análisis en un tiempo real de imágenes tridimensionales y de las trayectorias de las micropartículas que se desprenden del aerosol.

- Medición del espesor de una película de flujo anular y de gotas de presión en microgravedad. Con ésto se investigan las características de un flujo anular en tuberías. En un canal de flujo anular, el líquido va por las paredes del canal mientras que el gas se queda fluyendo en el centro de dicho canal. Es importante este comportamiento del flujo para muchos sectores, incluyendo el sector nuclear, la industria del aceite y del gas, para el reabastecimiento de combustible en vehículos espaciales y para los sistemas de refrigeración y calefacción.

- Investigación de la forma y la geometría de un nuevo compartimiento experimental diseñado para contener un plasma complejo (Pruebas preliminares para el International Microgravety Plasma Facility, IMPF). Un plasma complejo es una mezcla de gases con micropartículas ionizadas. Dicha mezcla es formada y estimulada por una serie de electrodos de radio-frecuencia. Nuevos efectos fueron observados recientemente en vuelos en microgravedad, por ejemplo, la interacción de las fuerzas electrostáticas de Coulomb que transformaban el desorden del plasma complejo en un fluido ordenado y de fase cristalina, llamado “plasma del cristal”.

-Combustión en microgravedad: La combustión es un ejemplo típico de estudio en condiciones de microgravedad. Cuando se quema un combustible en aire bajo la acción de la gravedad, el aire alrededor de la llama se calienta, disminuyendo su densidad con respecto al aire frío lejos de ella. Esta diferencia de densidades bajo la acción del campo gravitatorio genera un movimiento, denominado convección natural, en el que el aire caliente (menos pesado) asciende, siendo reemplazado por aire más frío que vuelve a calentarse. La convección natural afecta a la propia combustión en sí, ya que continuamente está renovando el oxígeno en las proximidades de la llama, facilitando la combustión.

En ausencia de gravedad la convección natural no existe, de modo que el aporte de combustible al mantenimiento de la llama por este medio desaparece y si la llama se mantiene, debe ser por otros mecanismos físicos que en presencia de la gravedad podrían ser, incluso, irrelevantes. Si el conocimiento profundo de los procesos de combustión (con y sin efectos de la gravedad) permitiese mejorar el rendimiento en tan sólo un 1%, el ahorro energético sería inmenso.

La investigación en este campo, podría usarse para el avance científico en el diseño de cámaras de combustión, toberas, y demás elementos de motores, sobre todo de vehículos espaciales que se sometan a microgravedad en alguna fase de su uso.

- Experimento Cristanar Activo: Éste se desarrolla dentro del Proyecto SEM-11 de NASA y tiene como objetivo principal estudiar el efecto de microgravedad sobre el crecimiento y las propiedades electro-ópticas de cristales KDP (fosfato diácido de potasio, KH2PO4). En el mismo lapso de tiempo, con igual proceso térmico y equipamiento, se crecerán cristales en la Tierra que serán utilizados para comparar su morfología y el coeficiente electro-óptico con los crecidos en microgravedad.

El crecimiento de cristales se realiza mediante el método de sobresaturación en solución acuosa por descenso de temperatura.

Dentro del área de propiedades electroópticas, se ha estudiado el comportamiento del coeficiente electro-óptico r63 en función de la temperatura y actualmente, se investiga el efecto de radiaciones nucleares sobre dicho coeficiente en cristales borados y no borados.

Se diseñó el siguiente proceso de crecimiento en microgravedad: un ciclo térmico somete al cristal a una disolución parcial en órbita en un corto tiempo, para luego realizar un crecimiento lento durante la mayor parte del vuelo, por el método de sobresaturación, manteniendo la solución y el cristal en equilibrio de crecimiento (la cantidad de KDP que se disuelve en cierto lapso de tiempo, es igual a la que incorpora el cristal) a la temperatura de almacenamiento previo al vuelo.

Finalizado el vuelo, el cristal recristalizado en microgravedad permanece en equilibrio térmico con la solución acuosa de KDP, que actúa como medio de preservación.

-Tensión superficial : El comportamiento de los fluidos en microgravedad ha resultado ser uno de los campos de mayor interés, debido principalmente a que se han observado fenómenos inesperados, como por ejemplo sobre la tensión superficial. La tensión superficial de los líquidos, es una propiedad fundamental de los líquidos, cuya manifestación más conocida es la forma de una gota de agua: esférica cuando cae o cuando flota en una nave espacial, pero semiesférica cuando se pega a un sólido, donde surgen otras fuerzas de contacto. La forma esférica es efecto de la tensión superficial, que a su vez es afectada de manera compleja por la polaridad de las moléculas, que mientras más intensa sea, más presión interna tienen los líquidos, lo que los lleva a mantenerse juntos. En la Tierra podemos apreciar la forma esférica de las gotas con mercurio, ya que tiene casi seis veces más tensión superficial que el agua, y también podemos observar que se achatan para formar cuerpos elipsoidales por la acción de la siempre presente gravedad.

Describiremos como ejemplo el experimento de colisiones entre esferas de agua y metal:

Es un experimento típico de microgravedad que sólo puede hacerse en órbita, y se trata de observar y explicar el fenómeno de la colisión entre dos esferas, una grande, líquida, de agua, y otra pequeña, de acero. Un cañón dispara las esferas de metal, una a una, a diferentes velocidades, contra la de agua (formada en microgravedad). La esfera de metal choca contra la de agua cerca del centro y, para sorpresa de todos, se adhiere con fuerza a esta última, penetrando hasta cerca de la mitad de su diámetro, quedándose, por decirlo así, en órbita, capturada permanentemente por fuerzas de atracción entre las dos. Cuando se aumentó la velocidad del impacto, los hechos se repetían, hasta que la velocidad fue suficiente (cerca de 1 500 mm/s) para que la metálica atravesara a la esfera de agua.

Estos efectos han atraído la atención de físicos nucleares por sus características, que son formalmente análogas a fenómenos nucleares.

- Los materiales en microgravedad: Todo material sólido utilizado en la práctica de la ingeniería posee propiedades instauradas durante su proceso de producción, buena parte durante su fase líquida; otras se logran con el tratamiento térmico al que se somete la pieza acabada. Comprender el origen de las propiedades de los materiales requiere que se identifiquen las etapas críticas de su manufactura y que se analicen apropiadamente en lo que se refiere a la evolución de su microestructura. En el ejemplo de las aleaciones metálicas, su resistencia depende del tamaño y forma de sus granos o cristales, los cuales se crean durante el enfriamiento y solidificación; en gran medida dicha resistencia depende también de la uniformidad con la que los diferentes componentes se distribuyen en la aleación.

En la microgravedad, esos cristales crecen menos, pero más uniformemente, por lo que materiales solidificados en órbita adquieren propiedades diferentes, la mayoría de las veces deseables. Se sabe, por ejemplo, que al comenzar el proceso de solidificación se forman unas "islas" de átomos que se agregan ordenadamente, en las que se inicia el crecimiento de los granos cristalinos en varios puntos del material fundido; lo que se desconoce es el crecimiento, y en la Tierra la gravedad influye y causa el desplazamiento de dichas islas en las corrientes convectivas, lo que hace imposible el análisis atómico por medios como la microdifracción de rayos X (hacen visible la posición de los átomos en algunos cristales).

En órbita, se podría aprovechar un dispositivo que permitiera visualizar el crecimiento de tales islas, ahí estáticas por la ausencia de convección. El dispositivo de estudio consistiría, quizá, en un metal entre dos placas de vidrio separadas unas micras, y un calentador capaz de fundir el metal, que luego se enfriaría y se solidificaría. Mientras por uno de sus lados se irradiaría el metal con rayos X, y por el otro se captarían los patrones de difracción con un detector de rayos X. Es previsible que con este tipo de arreglo se pueda seguir el proceso de coalescencia o formación de islas, desde la fase casi líquida hasta la sólida, información de gran valor explicativo sin duda para quienes trabajan en la investigación de las propiedades microestructurales de los materiales sólidos.

Los experimentos en microgravedad con cristales, que tienen aplicaciones importantes en la técnica moderna, han tenido hasta ahora resultados muy alentadores. Por ejemplo, en el crecimiento de compuestos de silicio, galio y germanio, materiales en los que se fundamenta la industria microelectrónica y la óptica, ya que la estructura cristalina del material espacial es considerablemente más uniforme que su contraparte terrestre, aun cuando el crecimiento o aumento de masa es menor en la órbita. En éste y en otros casos, el material crecido en el espacio es claramente superior, debido a que los fenómenos microgravitatorios enfatizan sus propiedades de más utilidad práctica.

Otros sólidos susceptibles de aprovechar la microgravedad son los materiales fibrosos y los cerámicos, así como sus posibles mezclas. Entre los materiales más novedosos por sus propiedades extraordinarias, mencionábamos los plásticos reforzados con fibras microscópicas de carbono, vidrio, boro, cerámica o metales como tungsteno y titanio, todos de alta resistencia y bajo peso.

- Las superespumas: Un ejemplo interesante que combina la necesidad de microgravedad y la de controlar precisamente la tensión superficial, lo tenemos en la fabricación en órbita de inmensas estructuras, basadas en lo que podríamos denominar "superespumas", y que se planea utilizar, en su versión pacífica, en la construcción de espejos para iluminación nocturna de ciudades y sembradíos.

Las superespumas se fabrican como cualquier material esponjoso, es decir, por medio de burbujas de diferentes tamaños adheridas unas a otras en el contacto de sus paredes, y formando geometrías tan caprichosas como desea su diseñador. A diferencia de los materiales terrestres, estas espumas tienen burbujas de varios metros de diámetro, y paredes de décimas de milímetro o menos. En tierra, con la gravedad, no puede lograrse que crezcan a tales tamaños, porque se adelgazan en la parte superior hasta romperse: un efecto del campo gravitatorio. Los tamaños que se espera sean de utilidad para estos espejos son impresionantes: de varios cientos de metros hasta varios kilómetros por lado, con espesores en metros. En tierra estas estructuras no pueden mantener ni siquiera su propio peso, pero en órbita, pueden crecer y crecer hasta ser gigantescas, ya que no pesan nada.

EXPERIMENTOS EN MICROGRAVEDAD APLICADOS A LAS CIENCIAS DE LA VIDA

En la actualidad existes gran cantidad de experimentos que se llevan a cabo en condiciones de microgravedad ya que conocer sus propiedades sería imposible en condiciones normales de gravedad. Veremos en general dos grupos: experimentos aplicados a la ciencia humana, y experimentos en vacunas.

- EXPERIMENTOS APLICADOS A LA CIENCIA HUMANA

Podemos destacar dos experimentos fisiológicos que estudian el sistema cardiaco y otros dos biológicos que se dedican al estudio de la gravitaxis de las plantas y otro al movimiento de la célula y de las partículas por ultrasonidos.

- Realización de la reanimación cardiopulmonar (CPR) en condiciones de ingravidez: Debido a la imposibilidad de seguir el procedimiento habitual, el CPR se realiza en ingravidez, rodeando el tórax del paciente con las piernas y aprisionarlas para realizar el proceso de reanimación.

- Estudio del comportamiento del corazón en vuelos parabólicos: En éstos, la gravedad varía de 1,8g a 0g ; este estudio ayuda a solucionar problemas de intolerancia frente a posibles desmayos y problemas cardiovasculares en vuelos espaciales largos.

- Estudio de los parámetros fisiológicos de la Gravitaxis (movimiento lejos del centro de gravedad) en Euglena Gracilis: El experimento investiga mecanismos fisiológicos posibles en la orientación gravitacional, implicando reacciones fisicoquímicas dentro de las células que contribuyen al fenómeno de gravitaxis.

- Manipulación ultrasónica de la partícula y de la célula en microgravedad: Se trata de la separación y clasificación de partículas y células debida a la actuación de campos ultrasónicos que posee grandes usos en microgravedad (filtración y centrifugación), también permite la optimización de esos usos en la tierra.

- INVESTIGACIÓN ESPACIAL Y LAS VACUNAS. EL EJEMPLO DEL ESTUDIO DEL VIRUS MORTAL- RESPIRATORIO SINCÍTICO

Las vacunas artificiales están constituidas por anticuerpos, y estos son proteínas. La síntesis o aislamiento de estas proteínas que tienen una compleja estructura tridimensional es posible en la tierra pero no se obtienen ni en cantidad suficiente ni con un grado de pureza cristalina adecuado para que sean estudiadas en experimentos médicos. Sin embargo la ciencia ha puesto de manifiesto que la cristalización de proteínas en el espacio y en particular de proteínas que tienen carácter de vacunas es muy ventajosa tanto para obtener moléculas más puras en mayor cantidad como mejor cristalizadas y de manera más fácil, con el consiguiente ahorro de tiempo. En definitiva los estudios de proteínas y en particular de vacunas obtenidas cristalizadas en el espacio suponen un ahorro de varias decenas de años respecto a investigaciones exclusivamente terrestres. La investigación se acelera y la obtención de resultados prácticos en estudios teóricos biomédicos son más inmediatos

Citaremos un ejemplo de los avances dados por la NASA e investigadores de biotecnología industrial para caracterizar una vacuna importante. Esos científicos han dado un gran salto en el tratamiento del peligroso virus sincítico causante de neumonía e infección severa en las vías respiratorias superiores en niños pequeños. La infección ataca también en una fase más avanzada las vías respiratorias y pulmones.

Mediante investigaciones en el espacio y en la tierra de la NASA, se ha determinado la estructura tridimensional atómica de un anticuerpo de ese virus muy importante como potencial agente terapéutico (vacuna sintética que podría ser fabricada). Los anticuerpos ayudan el sistema inmunitario del individuo para neutralizar toxinas y virus cuando intentan invadir células sanas. El conocimiento de la estructura molecular del anticuerpo permitirá a los científicos entender las importantes interacciones entre el anticuerpo y virus, facilitando el desarrollo de tratamientos contra la enfermedad. Todavía no hay ninguna vacuna, pero como este anticuerpo neutraliza todas las variantes conocidas del virus, se espera que las terapias desarrolladas a partir de este anticuerpo, tengan un gran impacto sobre la elevada tasa de mortalidad causada por la enfermedad.

El anticuerpo viral ha sido usado en la Base Espacial Columbia para hacer crecer cristales del anticuerpo en el ambiente de microgravedad del espacio. Los cristales así obtenidos del anticuerpo llegaron a ser mayores y de calidad mejor que los previos de partida que crecieron en Tierra. Así se construyó un modelo del anticuerpo

EFECTO DE LA MICROGRAVEDAD

EN LOS SERES HUMANOS

El espacio es un lugar muy hostil para el ser humano. La falta de aire y de presión atmosférica puede matar a una persona en cuestión de segundos.

Aunque siempre se supuso que la gravedad es necesaria para el desarrollo normal de la vida humana, los efectos producidos por la ingravidez son mucho más nocivos que los esperados. Osteoporosis, atrofia muscular con fuertes incidencias en el sistema cardiovascular, disminución del número de glóbulos rojos en sangre, entre otras alteraciones, obligaron a los especialistas a diseñar actividades para las tripulaciones. Asimismo, las estaciones espaciales permanentes incluyen reemplazos periódicos de sus tripulantes, con el objeto de evitar someterlos a situaciones de ingravidez prolongadas en exceso.

La ausencia de la fuerza de gravedad, cuya magnitud está relacionada con la masa de los cuerpos, implica una situación atípica que produce infinidad de trastornos de los astronautas.

Veamos algunos de ellos:

-Irrigación sanguínea: por la gravedad, los fluidos se ven atraídos hacia las piernas y se reparten correctamente por todo el organismo. En el espacio, en cambio, la sangre que debería irrigar las extremidades inferiores se redistribuye en la cabeza y el tórax y provoca, al inicio del vuelo, la característica hinchazón en el rostro de los astronautas. Se produce una respuesta del organismo a la redistribución de líquidos. Para adaptarse a la nueva situación, se elimina agua, con la consiguiente disminución del volumen corporal.

Una vez de regreso, tiene lugar la situación inversa; en consecuencia, al disminuir la irrigación en la parte superior del cuerpo, los astronautas pueden sufrir mareos y desmayos.

-Músculos: en el espacio carece de sentido la relación peso-masa. Una balanza resultaría completamente inútil a bordo de una nave espacial. Se puede apreciar si una persona es corpulenta o delgada, pero es imposible establecer su peso.

Como los astronautas flotan dentro de la nave, a la larga se produce la atrofia muscular. Con el fin de contrarrestar este efecto, los tripulantes deben realizar diariamente ejercicios y vestir trajes espaciales con fuertes elásticos en la zona de las articulaciones, para forzar los movimientos.

-Equilibrio: durante los primeros días de viaje, cerca de la mitad de la tripulación sufre del “mal del espacio”,que se manifiesta con vómitos, dolores de cabeza y sudoración. Estos son los efectos de la confusión que provoca la ingravidez sobre el sistema vestibular, el órgano de equilibrio ubicado en el oído interno.

-Alimentación: al contrario de lo que se podría pensar, los astronautas necesitan muchas calorías diarias, ya que consumen muchísima energía al realizar las cosas más simples. Pero además de incluir gran cantidad de calorías, la dieta espacial está balanceada en forma diferente de la terrestre. Por ejemplo, es fundamental que contenga un alto porcentaje de calcio, ya que este elemento que forma los huesos se pierde progresivamente en el espacio. Lo mismo sucede con los glóbulos rojos de la sangre, lo cual se contrarresta parcialmente con una alimentación rica en hierro.

La mecánica de comer y beber también es diferente. Los alimentos tienen que ser introducidos en la boca con mucho cuidado; una vez allí, la ingravidez ya no importa. Beber puede resultar más complicado. No se puede servir las bebidas en vasos, porque la tensión superficial de los líquidos hace que permanezcan dentro de su envase y, si se los agitara flotarían como globos. De cualquier modo, todo se soluciona utilizando una pajita.

Otros problemas fisiológicos importantes, que deben tenerse en cuenta en la colonización espacial, tienen que ver con el reabastecimiento de oxígeno y de otros nutrientes que, de alguna forma, deben conservar durante meses o años en la nave espacial(una solución serían los cultivos hidropónicos a partir de excreciones humanas o métodos electroquímicos);con los peligros de la radiación, y, finalmente, con el calor o el frío, así como con la presión barométrica, que puede producir la descompresión espacial.

BIBLIOGRAFÍA

  • www2.bremen.de

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SISTEMAS DE PROPULSIÓN

Esquema de un experimento exploratorio para el estudio del proceso de solidificación y coalescencia de granos metálicos.

Tres fotografías tomadas en diferentes instantes del experimento.

'Microgravedad'

Mujer en estado de ingravidez realizando un vuelo parabólico.

'Microgravedad'

Ducha en el Skylab. A la vez que el agua sale por la ducha, un aspirador recoge las gotas para impedir que floten.