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A medida que la humanidad continúa su exploración del universo, el entorno de baja gravedad del espacio presenta desafíos inusuales para los científicos e ingenieros.
Los investigadores de la Facultad de Ingeniería de la FAMU-FSU y del Laboratorio Nacional de Altos Campos Magnéticos, con sede en la Universidad Estatal de Florida, han desarrollado una nueva herramienta para ayudar a afrontar ese reto: un novedoso diseño de simulador de baja gravedad que promete abrir nuevos caminos para la investigación y la habitabilidad del espacio en el futuro.
Su nuevo diseño para un simulador de baja gravedad basado en la levitación magnética puede crear una zona de baja gravedad con un volumen unas 1.000 veces mayor que los simuladores existentes del mismo tipo. El trabajo se ha publicado en la revista npj Microgravity.
"La baja gravedad tiene un profundo efecto en los comportamientos de los sistemas biológicos y también afecta a muchos procesos físicos, desde la dinámica y la transferencia de calor de los fluidos hasta el crecimiento y la autoorganización de los materiales", dijo Wei Guo, profesor asociado de ingeniería mecánica y científico principal del estudio.
"Sin embargo, los experimentos en vuelos espaciales suelen estar limitados por su elevado coste y el reducido tamaño y masa de la carga útil. Por ello, es importante desarrollar simuladores de baja gravedad en tierra".
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| De izquierda a derecha, el estudiante de doctorado Hamid Sanavandi y Wei Guo, profesor asociado de la Facultad de Ingeniería de la FAMU-FSU. Crédito: Wei Guo/FAMU-FSU College of Engineering |
Los simuladores existentes, como las torres de caída y los aviones parabólicos, utilizan la caída libre para generar una gravedad cercana a cero. Pero estas instalaciones suelen tener duraciones cortas de baja gravedad, es decir, de varios segundos a unos pocos minutos, lo que las hace inadecuadas para experimentos que requieren largos tiempos de observación. Por otro lado, los simuladores basados en la levitación magnética (MLS) pueden ofrecer ventajas únicas, como su bajo coste, su fácil accesibilidad, su gravedad ajustable y su tiempo de funcionamiento prácticamente ilimitado.
Pero un MLS convencional solo puede crear un pequeño volumen de baja gravedad. Cuando un simulador típico imita un entorno que es aproximadamente el 1% de la gravedad terrestre, el volumen funcional es solo de unos pocos microlitros, demasiado pequeño para la investigación y las aplicaciones espaciales prácticas.
Los investigadores también demostraron que el MLS puede fabricarse con materiales superconductores de alta temperatura ya existentes, lo que le permite funcionar con un consumo mínimo de energía.
Este trabajo podría resultar especialmente útil en la preparación de futuras misiones espaciales destinadas a la habitabilidad a largo plazo de la Luna y Marte.
"Nuestro análisis demuestra que se puede conseguir un volumen funcional sin precedentes de más de 4.000 microlitros en una bobina compacta de solo ocho centímetros de diámetro", afirma el estudiante de doctorado Hamid Sanavandi, coautor del trabajo.
"Cuando se reduce la corriente en el MLS para emular la gravedad en Marte, el volumen funcional puede superar los 20.000 microlitros, o sea, unos 20 centímetros cúbicos".
Fuentes, créditos y referencias:
Low-gravity simulator design offers new avenues for space research and mission training, npj Microgravity, DOI: 10.1038/s41526-021-00174-4
Imagen: Izquierda: Esquema del sistema de imanes diseñado por Sanavandi y Guo. Derecha: Gráfico de contorno de la energía de captura de una muestra de agua colocada en el imán propuesto, que muestra el tamaño y la forma de la región donde la gravedad es un uno por ciento de la gravedad de la Tierra. Crédito: Wei Guo/FAMU-FSU College of Engineering