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Cómo podríamos realmente construir una colonia espacial

octubre 15, 2021

Nombre: Esfera de Bernal; Toro de Stanford; Cilindro O’Neill

Nombrado para: Respectivamente, el científico británico John Desmond Bernal, quien propuso la idea en 1929; un programa de estudios de verano realizado por la NASA en 1975 en la Universidad de Stanford; El físico de Princeton Gerard K. O’Neill en un libro de 1976 sobre colonización espacial.

Representaciones de ciencia ficción seleccionadas: Las estaciones espaciales tipo toro de Stanford se representan en la película de 1968 2001: una odisea espacial y 2013’s elíseo. Un cilindro de O’Neill modificado sirvió como base para la estación espacial Babylon 5 en la serie de televisión del mismo nombre de la década de 1990 y en las novelas Rama de Arthur C. Clarke.

El deseo de vivir en nuevos lugares ha llevado a nuestra especie a asentarse en los climas más duros de la Tierra, desde los desiertos hasta las tundras. Algún día, ese mismo impulso (o, de manera menos optimista, la devastación de nuestro mundo natal) podría llevarnos a colonizar el entorno más difícil de todos: el espacio.

Aunque suenan increíblemente futuristas, las estaciones espaciales que albergan a miles de personas están en realidad dentro de nuestro conocimiento técnico y de ingeniería. Los científicos han argumentado que los puestos de avanzada espaciales permanentes posiblemente podrían construirse por menos de lo que Estados Unidos gasta anualmente en sus fuerzas armadas.

En la década de 1970, por ejemplo, los investigadores financiados por la NASA investigaron la viabilidad de múltiples diseños de colonias. Y tuvieron que hacerlo por menos de $ 35 mil millones (más allá de los $ 200 mil millones en dólares de hoy). «Todo tenía que basarse en lo que estaba disponible en ese momento», dijo Jerry Stone, líder del Proyecto SPACE (Proyecto de estudio de ingeniería de colonias avanzadas) de la Sociedad Interplanetaria Británica, que ahora está actualizando los diseños de décadas de antigüedad para tomar nuevos materiales como la fibra de carbono en cuenta, así como los robots modernos y la potencia informática.

Ese taller de la década de 1970 produjo tres conceptos de diseño distintos a los que todavía se hace referencia ampliamente en la actualidad: la esfera de Bernal, el toro de Stanford y el cilindro de O’Neill. Así que los usaremos como nuestra guía de lo que se necesitaría para construir una colonia próspera en el espacio. Los tres diseños contienen esencialmente un espacio habitable girado para inducir la gravedad, siendo la forma utilizada la diferencia clave.

La esfera de Bernal

Exterior de una esfera de Bernal. (Crédito de la foto: Sociedad Espacial Nacional)

Una esfera de Bernal es esencialmente un globo de aproximadamente un tercio de milla de diámetro que gira casi dos veces por minuto para proporcionar una gravedad similar a la de la Tierra a lo largo de su ecuador. (Esta sensación de gravedad artificial desaparecería cerca de los polos).

Alrededor de 10,000 personas podrían poblar el espacio interior, sus edificios alineados en la curva y apareciendo claramente en lo alto a través de la extensión de la esfera.

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Interior de una esfera de Bernal. (Crédito de la foto: Rick Guidice / NASA)

El Stanford Torus

Un toro de Stanford, un tubo en forma de rosquilla de 430 pies de grosor con un diámetro de 1,1 millas, gira una vez por minuto para producir su gravedad. La parte interior del tubo está abierta, como en la película. Elíseo, o encerrado por un material transparente para dejar entrar la luz.

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El exterior de un toro de Stanford. Un espejo, situado sobre el toro, dirige la luz solar hacia el anillo del hábitat. (Crédito de la foto: Don Davis / NASA)

El toro albergaría un número similar de colonos como la esfera. Los horizontes se inclinarían hacia arriba, y el anillo del paisaje habitado que se elevaba sobre sus cabezas haría desmayar a los recién llegados. Seis radios conectan el anillo del hábitat a un eje central donde pueden atracar las naves espaciales. Una estimación de masa: 10 millones de toneladas.

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El interior de un toro de Stanford. (Crédito de la foto: Don Davis / NASA)

El cilindro de O’Neill

La tercera forma es el cilindro O’Neill, cuyo cuerpo principal mide aproximadamente 5 millas de ancho y 20 millas de largo. Tres franjas de tierra se extenderían a lo largo del interior, con tres franjas intercaladas del mismo tamaño que servían como ventanas gigantes selladas.

El enorme tamaño del cilindro significa que un suave giro de una revolución cada minuto y medio sería suficiente para la gravedad terrestre. Sin embargo, un problema es que los objetos quieren rotar sobre sus ejes largos, por lo que se necesitaría un sistema de control activo para mantener la velocidad de giro del eje corto deseable. O’Neill también imaginó que los cilindros siempre vendrían en pares de contrarrotación para compensar los efectos giroscópicos desestabilizadores que harían que los cilindros se desvíen de sus ángulos pretendidos orientados al Sol.

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Interior del cilindro O’Neill. (Crédito de la foto: Rick Guidice / NASA)

Si bien cualquiera de estas colonias espaciales sería mucho más vasta que el proyecto de infraestructura espacial más grande de la humanidad hasta la fecha, la Estación Espacial Internacional, sus diseños no plantearían desafíos de ingeniería insuperables. «Desde el punto de vista de la ingeniería, la estructura es muy fácil: los cálculos de ingeniería son totalmente válidos», dice Anders Sandberg, investigador del Future of Humanity Institute de la Universidad de Oxford, que ha estudiado conceptos de megaestructura.

Explotando la Luna

El mayor problema es la logística. Lanzar suficiente material al espacio para construir una colonia costaría mucho dinero. Una mejor apuesta: establecer instalaciones de fabricación sencillas en un espacio diseñado para utilizar materias primas extraídas de la luna o asteroides.

El verdadero ahorro de costos que O’Neill imaginó sería instalar una gran catapulta electromagnética en la luna. Estos dispositivos, que son populares entre los aficionados a las armas de fuego, utilizan electroimanes para impulsar una carga útil magnetizable por un eje. Gracias a la débil gravedad de la luna, solo una sexta parte de la de la Tierra, arrojar abundante material al espacio sería pan comido.

«Lo bueno de un lanzador electromagnético, una vez construido, los costos de lanzamiento son prácticamente cero», dice Stone. «No tienes que proporcionar combustible, solo electricidad, y la obtienes del sol mediante la energía solar».

Los ingredientes lunares o asteroides crudos podrían transformarse molécula a molécula, gracias a la tecnología de impresión 3D, en la mayoría de los componentes necesarios para la colonia. «Sabemos por las muestras de Apolo la composición de las rocas lunares y el suelo», dice Stone. «Hay mucho oxígeno, que necesitamos para respirar; mucho aluminio, que se necesita para las partes estructurales; hay silicio, para las ventanas; y magnesio y titanio y otras cosas útiles».

Otros elementos estructurales clave incluirían paneles solares para energía y espejos para inclinar la luz solar reflejada en los recintos del hábitat a través de sus ventanas. Los robots podrían manejar gran parte de la construcción por sí mismos, guiados por humanos o trabajando de forma autónoma. El suelo y otros elementos específicos de la Tierra, como la vida silvestre, necesitarían, con cierta dificultad, ser transportados a lo alto.

Colonias construidas para durar

Las colonias completadas residirían en el punto Lagrangiano conocido como L5, una isla de estabilidad donde se equilibra la atracción gravitacional de nuestro planeta, la luna y el sol. Las áreas agrícolas dedicadas (ubicadas en toros adicionales fuera de la esfera de Bernal, o en las tapas de los extremos del cilindro O’Neill, con controles ambientales optimizados) mantendrían a los colonos bien alimentados con alimentos frescos. El comercio con otras colonias y la Tierra proporcionaría cualquier artículo que no estuviera disponible.

Para proteger las colonias de los impactos de meteoritos, la escoria sobrante de la fabricación podría acumularse como relleno en el exterior de la colonia. En general, dicen los expertos, los meteoritos deberían ser una molestia manejable.

«Un meteorito con suficiente velocidad cinética para romper un panel de ventana podría ocurrir cada tres años», dice Stone, basado en estudios sobre el tema. Las ventanas estarían hechas de muchos paneles pequeños, por lo que uno se rompía de vez en cuando, no hay problema; se necesitarían siglos para que el aire de la colonia se filtrara.

Sin embargo, proteger a los residentes de la radiación espacial dañina es más complicado. Los rayos cósmicos del espacio profundo no podrían detenerse razonablemente si los humanos vivieran fuera de la protección de la atmósfera de nuestro planeta. Los residentes del espacio tendrían riesgos de cáncer ligeramente elevados, mitigables con exámenes frecuentes, dice Stone.

En cuanto a la radiación del sol, varias pulgadas de protección contra el agua bloquearían la mayor parte. Durante las erupciones solares raras veces intensas, los colonos podrían refugiarse en «refugios para tormentas» densamente blindados, algo parecido a las precauciones para los principales eventos climáticos aquí en la Tierra.

Un beneficio: las colonias espaciales serían inmunes a los desastres naturales terrestres. «En las colonias no habría terremotos, huracanes, tsunamis ni volcanes», dice Stone. «Además, prácticamente controlas el clima en un cilindro de O’Neill. Debido a que es tan grande, se forman nubes de lluvia naturales allí».

Ese nivel de control, y la oportunidad de prosperar en la última frontera, debería motivar a la humanidad a dejar nuestro hogar planetario. Como escribió O’Neill en Física hoy en 1974: «Creo que hemos llegado al punto en el que podemos, si así lo decidimos, construir nuevos hábitats mucho más cómodos, productivos y atractivos que la mayor parte de la Tierra».

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