Así viviremos en las futuras estaciones espaciales

En los próximos años, distintas iniciativas impulsadas por compañías privadas y grandes agencias espaciales multiplicarán nuestra presencia en el espacio, primero en las proximidades de nuestro planeta, y con el tiempo, en otros rincones de nuestro barrio galáctico. Pero la aventura no será fácil, y quienes se embarquen en ella afrontarán numerosos riesgos.

estación espacial
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El pasado mes de abril, la agencia espacial china puso en órbita el módulo central de lo que será su futura estación espacial, que, según sus responsables, estará operativa a finales de 2022. Aproximadamente en las mismas fechas, Roscosmos –la agencia espacial rusa– anunció que planea retirarse de la Estación Espacial Internacional (EEI) en 2025 para construir la suya y lanzarla en 2030.

Mientras tanto, la vetusta EEI, cuyo primer componente fue lanzado en 1998, no tiene claro su futuro. La NASA asegura que desde un punto de vista técnico es viable más allá de 2028, cuando se estima que concluiría su vida útil, pero quiere compartir con otros usuarios potenciales los costes de su mantenimiento, que rondan los 1100 millones de dólares al año. No obstante, para ello, primero debe encontrar a alguien interesado en el proyecto, y, de momento, a nadie parece entusiasmarle.

Desde que en 2004 el presidente estadounidense George W. Bush anunciara que quería hacer realidad la canción de Frank Sinatra Fly me to the Moon y poner una base en la Luna, los planes para empezar a colonizar nuestro espacio inmediato no se han detenido, al menos sobre el papel: rusos y chinos quieren construir un asentamiento en el satélite en 2033, algo que también se encuentra en los planes de la Agencia Espacial Europea y la NASA.

Los estadounidenses, además, buscan la forma de enviar a Marte una misión tripulada en esa década, y varias compañías privadas pretenden poner en órbita hoteles espaciales para turistas adinerados. Uno de ellos, bautizado Voyager Station, ideado por la Fundación Gateway y la Orbital Assembly Corporation, podría estar listo en 2027.

 

¿Nos encontramos ante los primeros pasos hacia la construcción de una auténtica ciudad espacial? Para hacernos una idea de cómo podría ser una de estas estructuras podemos echar un vistazo a las propuestas de la ciencia ficción. Las dos más famosas y realistas son la instalación en forma de rueda de 2001: una odisea del espacio (Stanley Kubrick, 1968) y el enorme hábitat cilíndrico Babylon 5, de la serie de televisión homónima concebida por Joseph Michael Straczynski, que se emitió en los años 90.

En todo caso, el verdadero pionero en este sentido fue el físico Gerard K. O’Neill. En su visionario libro de 1977 The High Frontier estableció cómo se podrían erigir grandes urbes en el espacio con la tecnología de la época. Uno de sus modelos más famosos es Isla Tres, a la que O’Neill otorgaba un tamaño moderado. Se trataba de un disco de 6 kilómetros de diámetro, con una superficie de unos 1300 kilómetros cuadrados –algo más de dos veces la de la ciudad de Madrid–, una presión atmosférica similar a la terrestre a 1500 metros de altura y capacidad para acoger a varios millones de personas –en la citada Babylon 5, de 8 km de largo, vivían un cuarto de millón de humanos y alienígenas–. Pero ¿por qué esa forma de rueda?

El principal problema con el que tendrían que lidiar los habitantes de una estación orbital permanente de gran tamaño sería la falta de gravedad, algo que solo se puede generar si hay una importante cantidad de masa y energía involucrada, capaz de provocar un cambio radical en la estructura del espacio-tiempo. Pero como este no es el caso, la solución pasa por simularla, esto es, hacer algo que se parezca a ella. Quien mejor entendió esto fue Albert Einstein.

En noviembre de 1907, mientras reflexionaba sobre las implicaciones de la teoría que había formulado dos años antes, la relatividad especial, una idea le vino a la mente. “Si una persona cae libremente, no siente su propio peso. Este simple pensamiento me impresionó profundamente. Me impulsó hacia una teoría de la gravitación”, dejó escrito. Einstein se había topado con el llamado principio de equivalencia: encerrados en un armario, no hay forma de distinguir a través de la experimentación si nos encontramos en un planeta o si nos llevan por el espacio a una aceleración constante. Esto es, gravedad y aceleración son intercambiables.

Pues bien, a partir de este principio, solo tendríamos que hallar un modo de acelerar una estación para que sus habitantes pensasen que están en un lugar con gravedad. Para ello, se puede aprovechar la fuerza centrípeta, que obliga a los objetos a rotar.

Los entusiastas del espacio saben que la forma más barata y eficaz de crear gravedad artificial es hacer girar sobre su eje una estación o una nave. Ahora bien, para que una instalación como la citada Isla Tres de O’Neill obtuviera una gravedad como la de nuestro planeta y, con ello, un aspecto lo más parecido a un hábitat terrestre, debería rotar sobre sí misma una vez cada dos minutos.

¿Realmente es necesaria la gravedad?

El futurista Marshall T. Savage publicó en 1992 ‘The Millennial Project’, una obra que rápidamente se convirtió en lectura obligada de todos aquellos que defendían que el destino de la humanidad estaba entre las estrellas. Su colonia espacial, llamada Asgard, es un entorno totalmente diferente al de las clásicas estaciones espaciales. “En vez de un complejo formado por latas presurizadas, será un grupo de simples globos”, escribió Marshall. Estas burbujas de silicona impermeable mantendrían su estructura gracias a la presión que ejerce el aire en su interior.

Savage razona que en el espacio no se puede sobrevivir sin este, pero sí sin gravedad. Es más, considera que una estación con gravedad nos arrebata el potencial de vivir en un espacio de tres dimensiones. Por ejemplo, cada habitante de Asgard poseería una habitación esférica de 6,5 metros de radio. Parece pequeña, pero en ese enclave hay que pensar en metros cúbicos, y no en cuadrados. Por ejemplo, una casa de tres dormitorios tiene unos 100 metros cúbicos. En las burbujas de Savage, cada persona dispondría de 1130, como una mansión en la Tierra.

Estas burbujas se agruparían en formaciones de doce: seis se colocarían en los vértices de un hexágono, tres se conectarían encima y otras tres debajo, formando una gran superburbuja. Además, esta podría juntarse con otras de la misma manera, originando a su vez estructuras mayores, similares a las muñecas rusas, que encajarían unas dentro de otras. De este modo, una agrupación de burbujas de 200 metros de lado podría acomodar a 100 000 personas. Eso sí, deberían aprender a vivir en un entorno sin gravedad.

Por desgracia, hay multitud de procesos donde el efecto de esta fuerza de la naturaleza es determinante. Por ejemplo, si ponemos un puchero con agua al fuego empiezan a formarse gran cantidad de diminutas burbujas, pero, en el espacio, se produce solo una, enorme. Lo sabemos porque en 1992 se hizo tal experimento a bordo de un transbordador espacial. La dinámica de fluidos es una de las disciplinas más complicadas de la física, y hasta entonces nadie tenía idea de lo que sucedía cuando se hervía agua en ese entorno. Ahora tenemos constancia de que ese peculiar efecto se debe a la ausencia de dos fenómenos causados por la gravedad: la convección –que hace que el agua caliente suba y la fría baje– y la sustentación hidráulica –que determina la flotabilidad de las burbujas–.

Una consecuencia más desagradable de la ausencia de convección es que el calor que produce nuestro cuerpo no se aleja de la piel. En esencia, no dejamos de transpirar, en un vano esfuerzo de nuestro metabolismo por refrigerarnos. Para empeorar las cosas, la ausencia de gravedad hace que ese sudor ni gotee ni se evapore; se queda ahí, pegado a nosotros, empapándonos.

Los ensayos realizados estas décadas en distintas naves y estaciones espaciales han mostrado que las bacterias se reproducen más deprisa lejos de la Tierra. La especie Escherichia coli , que todos tenemos en nuestros intestinos, lo hace dos veces más rápido. Algunas, además, se vuelven más peligrosas. En 2007, se realizó un estudio controlado con Salmonella en el transbordador Atlantis y se encontró que el ambiente espacial había cambiado la expresión de 167 genes; esto es, los genes sintetizaron otras proteínas que no eran para lo que estaban programados. Tras el vuelo se comprobó que unas mutaciones hicieron que esta colonia fuera tres veces más virulenta que las que estaban en tierra.

¿Por qué? Por un lado, en ausencia de gravedad las bacterias tienen más espacio para crecer; no se apelotonan en el fondo de las placas de Petri, como sucede en la Tierra. Por otro, los cambios en la expresión de los genes pueden ser el resultado de una respuesta al estrés de la proteína Hfq, que controla tal proceso. La microgravedad impone un estrés mecánico en las bacterias, pues cambia la forma en que los líquidos se mueven por ellas. Se cree que la Hfq responde a esta nueva y agobiante situación entrando en una especie de modo de supervivencia, que aumenta la virulencia del microorganismo.

Aun así, el principal problema de la vida en ausencia de gravedad son sus efectos biomédicos. El llamado síndrome de adaptación al espacio (SAE) incluye síntomas como la palidez, mareos, desorientación, pérdida de motivación, irritabilidad, somnolencia, malestar y ganas de vomitar –infrecuentes, pero repentinas–. El SAE es impredecible. Es difícil de adivinar quién lo va a experimentar, y un astronauta que lo sufre en una misión no tiene por qué padecerlo en la siguiente. Los ensayos sobre este asunto muestran que se da en un 10 % de ellos de forma severa, y en casi el 50 %, leve. Las molestias suelen desaparecer al tercer o cuarto día de vivir en microgravedad.

Los efectos de la ingravidez a largo plazo son peores. La pérdida de masa ósea sucede a un ritmo del 1-1,5 % al mes. El descenso de la densidad y resistencia de los huesos es más pronunciado en ciertas partes del esqueleto, como la pelvis. Esta desmineralización, además de una mayor fragilidad ósea, deviene en un aumento del riesgo de desarrollar piedras en el riñón y fracturas, que se sueldan peor.

Los músculos también se ven afectados por la baja gravedad: pierden masa, fuerza, resistencia y se fatigan antes, especialmente los de las piernas. Estos efectos son progresivos y empiezan a ponerse de manifiesto a los cinco días. El corazón, asimismo, se resiente. La función cardíaca disminuye y es más probable sufrir arritmias. Por desgracia, son procesos que todavía no se entienden bien, y las complicaciones que pueden surgir en estancias de muy larga duración en ausencia de gravedad aún son un misterio.

Del mismo modo, resulta sorprendente la caída de tensión arterial que tienen los astronautas tan solo por pasar de estar tumbados a sentarse. También se producen cambios en el sistema vestibular, un conjunto de sensores neuronales que nos permite permanecer de pie, estabilizar nuestra visión y comprender cómo está orientado el cuerpo. Evidentemente, ello depende notablemente de la gravedad, y si esta falta, nos sentimos desorientados y perdemos coordinación neuromuscular. Se ha observado que, cuando los astronautas regresan a la Tierra, tienen problemas para fijar la mirada, caminar o, simplemente, girarse.

Nuestro aspecto también varía en el espacio, pues el rostro se hincha, debido a una redistribución de los fluidos corporales, que suben de las extremidades inferiores a la cabeza. A ello hay que añadir la ausencia de los ciclos día-noche, algo característico de la vida en ese entorno, que altera el ritmo circadiano, la reducción en el volumen de plasma y el número de glóbulos rojos, la inmunodeficiencia y anemia pos-vuelo, la amenaza de la radiación cósmica, que incrementa de manera significativa la probabilidad de desarrollar cataratas, cáncer u otros problemas aún no conocidos... A día de hoy, la idea de habitar una estación espacial no parece demasiado atractiva.

El hecho de contar con los suministros más básicos puede ser un auténtico desafío. Por ejemplo, el agua es aún más importante que en la Tierra, ya que también se usa como fuente de aire respirable: el oxígeno se obtiene de la hidrólisis, que separa el agua en sus átomos constituyentes. Por tanto, el problema fundamental de una estación espacial es el abastecimiento de ese líquido. Según algunas estimaciones, una tripulación compuesta por seis personas en una misión de noventa días requerirían en total unos 31,4 metros cúbicos de agua, esto es, casi 31 400 kg de la misma.

Y ya que hablamos de agua, una gran estación necesitaría un sistema efectivo para lavar la ropa. Aquí, la gravedad artificial sería fundamental, pues no hay una forma sencilla de diseñar una lavadora en microgravedad. Podría probarse con limpieza química, pero existe el riesgo de que se liberen sustancias volátiles perniciosas. Asimismo, sería posible guardarla y lavarla en tierra o destruirla con la basura –como se hacia en la antigua estación soviética Mir–. Hoy, los astronautas llevan al espacio mudas suficientes para no tener que hacer la colada. Visten durante el mayor tiempo posible sus ropas, pero tampoco puede ser demasiado por algo obvio: el olor a humanidad, uno de los caballos de batalla de las estaciones espaciales; en ellas no se puede abrir las ventanas para ventilar.

La EEI posee una unidad de purificación donde uno de los componentes más importantes es el carbón activado, ese que se anunciaba como el no va más para las plantillas de los zapatos. El aire se extrae de la cabina, pasa por el carbón activado y luego por ácido fosfórico, que elimina el amoniaco. Después, el flujo de aire se divide en dos y se calienta a 400 ºC, antes de entrar en un catalizador que descompone los compuestos orgánicos en CO 2 y agua. A continuación, el aire se enfría y se envía a través de una cama de hidróxido de litio para eliminar los ácidos. Todo esto para una estación cuya zona habitable es de menos de 900 metros cúbicos: diseñar el equipo de purificación para una mucho mayor es una pesadilla.

La gestión de los residuos es también clave. En la película El imperio contraataca, de 1980, se mostraba que la flota imperial solía lanzarlos al espacio antes de saltar al hiperespacio. La EEI opera de forma similar. Los aparatos obsoletos, materiales inservibles, contenedores de comida, cápsulas de oxígeno y desechos de los astronautas se introducen en una nave de carga y se deja caer en el Pacífico, a 3900 kilómetros al este de Nueva Zelanda. En esa zona, a unos 4000 metros de profundidad, se encuentra el mayor cementerio de basura espacial del planeta.

No todo llega a la Tierra. Por ejemplo, en 2015 el ATV-5 Georges Lemaître, un carguero no tripulado de la ESA con más de dos toneladas de basura procedentes de la EEI, ardió como una antorcha al entrar en la atmósfera a casi 29 000 km/h. Y así pasa con todos los vehículos de carga no reutilizables que se acoplan a la estación, como la Cygnus norteamericana, la Progress rusa o la HTV japonesa. La gestión de residuos en la EEI es tan importante y delicada que la NASA tiene todo un equipo dedicado exclusivamente a ello: el Trash/Waste Management Integration Group.

Pero lo más importante es que hay que clasificarlos. En la EEI, el reciclado es parte esencial del tratamiento de residuos, y solo se incineran en la atmósfera los que son irrecuperables. Si no fuera así, el volumen de basura que generaría pronto la llenaría por completo: en la Tierra, cada ser humano produce 160 kg de desperdicios al año.

Mantener viva y en perfecto estado la dotación de una estación espacial no es poca cosa. Los soviéticos tuvieron que construir cinco estaciones Salyut para empezar a añadir algunas comodidades, como una moqueta de velcro, una máquina de ejercicios o la ducha. Las siete de ellas que lanzaron con éxito proporcionaron una experiencia nada desdeñable, y con todo lo aprendido, en 1986 pusieron en órbita la Mir, del tamaño de seis autobuses. En ella, se hizo algo que hasta entonces ningún técnico se había planteado: dedicar menos espacio al almacenaje y más para vivir.

Por su parte, a finales de los 60, los EE. UU. planearon colocar en órbita una base permanente con capacidad para cien personas, un sueño que al final quedó reducido al Skylab, una estación para tres ocupantes que estuvo en servicio dos años. En su diseño se hizo gran hincapié en la habitabilidad, con una sala para comer y relajarse que tenía algo por entonces totalmente alucinante: una ventana para ver la Tierra desde el espacio. Fue un rompecabezas para los ingenieros, pues la probabilidad de que se rajara por el impacto de un micrometeorito no era nada despreciable. De hecho, este es uno de los riesgos más importantes a los que se enfrenta una estación espacial.

Ahora bien, si vamos a vivir en una de estas instalaciones de manera prolongada, no está de más que fuese cómoda, ya que ello implica también un mayor rendimiento. Los rusos descubrieron en sus Salyut que si mejoraban la calidad de la comida e introducían sistemas de entretenimiento, reducían el aburrimiento, la irritabilidad y los problemas psicológicos.

En todo caso, hay que tener en cuenta cuál va a ser su función. En el espacio vamos a tener dos tipos de trabajadores: los exploradores y los que van a desarrollar su actividad laboral. Los primeros son capaces de soportar un entorno poco confortable. Los exploradores polares, por ejemplo, asumieron condiciones de vida durísimas que muy pocos científicos estarían dispuestos a aceptar. Con ellos, el principal objetivo es asegurar su supervivencia, pero cuando toman el relevo los investigadores o colonos, el objetivo cambia. La idea, según el Panel de Investigación Polar de EE. UU., es “proporcionar un entorno saludable, feliz y efectivo para la vida familiar, trabajo y relaciones de comunidad sin la necesidad de sentir miedo, enfado, soledad, envidia...”. Por eso, el diseño de una estación debe reflejar las prioridades de quienes van a estar allí, y no las de las personas que no la van a habitar.

Así, pues, ¿qué espacio requiere un individuo para vivir cómodamente? Según la NASA, aquel aumenta con el tiempo de misión, pero no de forma continua: vayas a estar seis meses o seis años, la cantidad de espacio es la misma. Su valoración es que un volumen habitable de 5 metros cúbicos es tolerable, pero 17 metros cúbicos es el óptimo para una misión de seis meses. Otros estiman que son necesarios 68 metros cúbicos para cada persona si va a estar todo un año. En ese espacio, es necesario incluir una área privada. Eso significa que cada habitante debe disponer de una habitación esférica de 4,6 metros de radio.

Finalmente, distintos estudios sobre el comportamiento de los astronautas en las estaciones espaciales han revelado algo peculiar: la microgravedad influye en las distancias interpersonales. Evidentemente, ello depende de la cultura: los angloparlantes necesitan estar alejados en las conversaciones informales del orden de un metro o más, pero mediterráneos, árabes o asiáticos no necesitamos alejarnos tanto. En microgravedad, esas distancias aumentan: se necesita más cuando puedes flotar y charlar en posiciones nada habituales.