Investigadores crean aeronaves ultraligeras para explorar una región casi desconocida de la Tierra. Su truco: surfear la luz del Sol
Entre la estratosfera y la termosfera se encuentra una franja en la que termina el alcance de los aviones y globos, pero también donde empieza el dominio de los satélites. Se trata de la mesosfera y, en su parte más alta a unos 70 km, hay una zona inexplorada que se ha apodado con humor científico como ignorosfera.
Es extremadamente difícil de estudiar y el motivo es un problema físico. A esa altitud hay tan poco aire que un avión convencional o un globo no pueden mantenerse a flote, pero el aire restante es suficiente para frenar cualquier satélite y hacerlo caer. Sólo hemos podido medir a distancia o mediante cohetes sonda que sólo tienen unos minutos para realizar mediciones.
Sin embargo, un estudio publicado en Nature apuntó a una ingeniosa solución: aprovechar esa escasez para hacer una ‘nave’ que flote. ¿El combustible? La luz del Sol.
Idea. En dos artículos publicados en Nature, un grupo de investigadores propusieron unas naves muy particulares. De hecho, no podrían llamarse ‘naves’, sino objetos voladores con forma de disco que serían estructuras de apenas unos centímetros, ultraligeras y sin piezas móviles. Su única fuente de energía es la luz solar y la idea es que sean capaces de levitar sin motor.
Te preguntarás qué pueden medir si apenas miden lo que un palillo de dientes, pero según los cálculos del equipo un disco de ese diámetro podría cargar la friolera de… 10 miligramos. Una miseria, pero suficiente para una pequeña célula solar que alimente un sistema sensores y de comunicación que envíe datos a la tierra. Y las simulación también indican que ese aparato podría mantenerse estable durante todo un día a esos 75 kilómetros de altura.
Fotoforesis. Ese es el nombre del ‘truco’. «Foto» es luz y «foresis» es llevar, así que literalmente es algo que es transportado por la luz. Y el secreto para que funcione con esta levitación por luz solar es un diseño de doble disco que consta de:
- Dos láminas muy finas de cerámica y cromo que están separadas por una cámara de aire y unidas por pequeños pilares o ligamentos.
- Miles de agujeros microscópicos que atraviesan las láminas.
- Una capa superior que deja pasar la luz y la cara inferior que la absorbe.
Cuando el Sol incide sobre el disco, la cara de abajo se calienta más que la de arriba, provocando que las moléculas de gas reboten contra esa cara inferior, saliendo disparadas contra la cara superior más fría. Además, las moléculas se cuelan por los poros desde el lado superior frío hasta el inferior en un proceso llamado ‘transpiración térmica’, y el resultado es una diferencia de presión entre las dos caras que empuja el disco hacia arriba.
Imagen: Ben Schafer
Pruebas. La fuerza del empuje es minúscula, pero como las presiones de aire son muy bajas en esa zona y la estructura no pesa prácticamente nada, se podría conseguir que la micronave se mantuviera flotando en la ignorosfera. COn las técnicas de nanofabricación actuales sería posible crear el aparato, pero por el momento las pruebas se limitan al laboratorio.
El equipo probó una estructura de un centímetro de ancho en una cámara con una presión de 26,7 pascales, que es aproximadamente un 0,026% la presión a nivel del mar, y apuntando un láser que imita la intensidad media de la luz solar, la estructura consiguió levitar. Es la única prueba y todo lo demás, como la carga de 10 mg a 75 km de altura, sale de cálculos y simulaciones.
Retos. De lograrse dar con la tecla, algo así permitiría estudiar tanto el clima como la meteorología en una capa apenas medida, observar la Tierra en rangos de luz que no son visibles e incluso la exploración de Marte, cuya atmósfera cercana al suelo se parece a la de la alta mesosfera. El problema es que quedan muchos retos importantes por resolver.
No se sabe cuánto aguantarían los discos ahí arriba, donde la presión y luz varía demasiado. Tampoco se sabe si podrían bajar o serían dispositivos que lanzaríamos y perderíamos y, sobre todo, si se podrían construir estructuras de varios metros capaces de llevar cargas mayores.
Imagen: Ben Schafer
Interés. La teoría, y parte de la práctica, ya está ahí, y aunque una startup llamada Rarefied Technologies está interesada en esta tecnología para convertirla en un producto, parecía que no se habían dado pasos para lograrlo. Ahora bien, Rarefield siguió avanzando y dijo que tendrían la capacidad de demostrar los vuelos fotoforéticos este año y la NASA (y Rarefied) publicó un artículo en julio de este año en el que detallaban estructuras ligeras que usen la luz solar para mantenerse suspendidas periodos de meses a alturas desde 30 a 100 km.
La idea es que esas estructuras cuenten con sensores que se puedan seguir desde satélites y el objetivo sería medir el viento, la temperatura y la presión en esa zona. Eso sí, la NASA al menos no espera que vuelvan, ya que los diseñarían para que se desintegraran al final de su vida útil.
Vía | GameStar Tech
Imágenes | Ben Schafer
