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¿Congelarse o freírse en el espacio?

¡El espacio lejano es más frío que el Polo Norte en diciembre! Pero también puede ser más caliente que un volcán en erupción. En la Tierra, el aire ayuda a emparejar la temperatura. Pero en el espacio no hay aire. Puedes freírte de un lado mientras te congelas del otro.

Para una nave espacial, ¡eso significa muchos problemas!

Algunos instrumentos de la nave espacial se calientan simplemente al funcionar y necesitan eliminar ese exceso de calor. Otras piezas de la nave espacial necesitan calor adicional para funcionar correctamente.

Los ingenieros espaciales saben todo sobre el calentamiento y el enfriamiento, incluso en las naves espaciales muy pequeñas. Las naves pequeñas son especialmente difíciles de mantener a una temperatura confortable. Eso es porque tienen muy poco espacio en su interior para calentadores y enfriadores. Tampoco tienen demasiada energía eléctrica adicional para alimentar estos equipos.

Entonces, ¿cómo resuelven este problema los ingenieros?

¡Llaman a sus amigos! Y ellos son la conducción, la convección y la radiación. Son las maneras en que la energía del calor se desplaza de un lugar a otro.

Conducción

El agregar energía térmica a la materia hace que sus átomos y moléculas se sacudan aun más rápido. A medida que se aceleran, chocan contra sus vecinos, y estos también comienzan a sacudirse muy rápido.

Si colocas una sartén fría sobre una cocina caliente, muy pronto la sartén también estará caliente. Si el mango es metálico, también se calentará, a medida que las moléculas que se mueven con mayor rapidez en el metal transmiten su energía.

De eso se trata la conducción: la materia “conduce” energía a través de sí misma, debido a las moléculas que chocan entre sí.

Convección

Al igual que la conducción, la convección ocurre también en la materia, pero sólo en líquidos y gases —como el agua y el aire. Los átomos y las moléculas de líquidos y gases están más alejados entre sí que en los sólidos. Como están separados por más espacio, tienen mayor libertad para moverse. A medida que se calientan y se sacuden con mayor rapidez, se mueven mucho más lejos, transportando con ellos la energía térmica.

Los átomos y las moléculas se mueven en corrientes. Por ejemplo, la llama de una vela (que está compuesta de gases tan calientes que brillan) calienta el aire a su alrededor. El aire caliente se eleva, formando una corriente. El aire más frío se mueve hacia dentro para reemplazar el aire calentado; a su vez, se calienta y se eleva hacia la corriente.

Radiación

La radiación mueve la energía sin ninguna ayuda de la materia.

Decimos que la energía del Sol se irradia por el espacio hasta llegar a la Tierra. Eso significa que viaja en forma de ondas y que no necesita ni átomos ni moléculas para desplazarse. La energía que se desplaza por radiación se llama “radiación electromagnética”. La luz es un tipo de radiación electromagnética que podemos ver. Pero la luz es sólo una minúscula parte de todos los tipos de radiación electromagnética.

Si bien no lo podemos ver, el calor que sentimos en nuestra piel cuando estamos al Sol o cuando ponemos las manos cerca de una cocina caliente es causado por radiación infrarroja, que es otro tipo de radiación electromagnética.

Mantenerse cómodos en el espacio

Ahora bien, ¿cómo hacen los ingenieros para que todo resulte cómodo y acogedor a bordo de una nave espacial?

En el pasado, los ingenieros espaciales ponían calentadores en el interior de las naves espaciales, cerca de las cosas que tenían que mantenerse calientes. De modo similar, cerca de las cosas que debían enfriarse, colocaban radiadores que enviaban el exceso de calor hacia fuera, al espacio. Pero los calentadores y los radiadores son demasiado pesados para el despegue, ocupan espacio y utilizan mucha electricidad.

Las naves espaciales se están haciendo cada vez más pequeñas, más livianas y más eficientes en cuanto al uso de la potencia. Ahora, estos sistemas más antiguos de calefacción y enfriamiento no resultan tan convenientes.

Estos son tres satélites en miniatura de la misión Space Technology 5. El diseño de un sistema de control del calor para estas tres minúsculas naves espaciales fue un desafío para los ingenieros térmicos.

La misión Space Technology 8 está probando un nuevo sistema de administración del calor en miniatura para las naves espaciales, denominado lazo térmico. Utiliza minúsculas tuberías para conducir el calor, retirándolo de una parte de la nave espacial que se está calentando demasiado y suministrándolo a otra parte que se está enfriando demasiado. También tiene radiadores especiales que emiten calor hacia el espacio para eliminar el exceso de temperatura. Los radiadores también tienen un recubrimiento especial que puede “adaptarse” usando cantidades muy pequeñas de potencia eléctrica para dejar salir más o menos calor.

Así funciona el sistema de administración del calor con lazo térmico de Space Technology 8. El calor fluye desde los instrumentos calientes (entrada de calor) hacia los instrumentos más fríos (los evaporadores liberan el calor para mantener calientes los instrumentos más fríos). El exceso de calor fluye hacia fuera, al espacio, desde los radiadores “adaptables”.

El lazo térmico de Space Technology 8 se probará en una nave espacial verdadera para ver cómo funciona frente a los exigentes extremos de temperatura que existen en el espacio. Si todo resulta de acuerdo con los previsto, el lazo térmico estará listo para ser usado en futuras misiones a Marte... y también más allá.