Estaciones de servicio espaciales: el próximo desafío para conquistar el sistema solar empezaría en una luna helada de Saturno

La humanidad aún no tiene resuelto uno de sus principales desafíos para la conquista del espacio: agua, oxígeno, alimentos, materiales y, sobre todo, combustible son muy pesados para una nave y requieren de enormes cantidades de energía. Y para realizar viajes mucho más allá de la Luna o Marte, transportar desde la Tierra todos los suministros necesarios empieza a resultar poco práctico.

La solución que empieza a tomar forma en distintos proyectos científicos parece sacada de la ciencia ficción: instalar estaciones de abastecimiento fuera de la Tierra para que las naves puedan obtener combustible durante sus viajes, en lugar de llevar desde el despegue todo lo necesario para completar una misión.

Un estudio de Conor A. Nixon, investigador del Centro Goddard de la NASA, junto con Ye Lu y Jennifer E. Ruliffson, analiza cómo aprovechar los recursos de Titán, la mayor luna de Saturno, para abastecer futuras misiones. Difundido en junio en la plataforma científica arXiv, el trabajo examina el potencial de sus hidrocarburos y su hielo de agua para producir combustible y otros materiales.

Titán es uno de los cuerpos más particulares del sistema solar. Aunque su superficie registra temperaturas cercanas a los 179 grados bajo cero, presenta fenómenos que resultan familiares en la Tierra: tiene nubes, lluvias, ríos, lagos y mares.

La diferencia es que allí no circula agua líquida. Debido a las temperaturas extremadamente bajas, los lagos y mares están formados principalmente por metano y etano, sustancias que en nuestro planeta suelen encontrarse en estado gaseoso.

Su atmósfera está compuesta mayoritariamente por nitrógeno, aproximadamente un 95%, mientras que el metano representa una proporción cercana al 5%. También existen otros hidrocarburos y compuestos orgánicos que podrían aprovecharse como materias primas.

“Titán está rebosante de hidrocarburos, lo que en la Tierra llamamos petróleo y gas natural”, explicó Conor A. Nixon, investigador del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

Estos recursos podrían tener aplicaciones que van mucho más allá de la propulsión espacial. Sustancias como el propano, el butano y otros compuestos derivados del carbono podrían utilizarse para fabricar plásticos, materiales sintéticos y distintos componentes necesarios para sostener instalaciones humanas o robóticas.

Otro recurso fundamental es el hielo de agua que forma gran parte de su terreno.

En Titán, gran parte del terreno está compuesto por hielo de agua, un material que, combinado con los hidrocarburos disponibles, permitiría producir algunos de los componentes fundamentales para impulsar una nave espacial.

El proceso partiría de dos recursos principales. Por un lado, el metano líquido presente en lagos y mares podría utilizarse como combustible. Por otro, el hielo permitiría obtener agua y, mediante electrólisis, separar sus moléculas para producir hidrógeno y oxígeno.

Este último elemento es indispensable porque los motores de los cohetes necesitan un oxidante para que el combustible pueda reaccionar y liberar energía. A diferencia de los motores de los automóviles, los cohetes no pueden depender del oxígeno de la atmósfera, especialmente cuando viajan por el vacío espacial.

Una investigación anterior de la NASA ya había explorado la posibilidad de diseñar una misión capaz de regresar desde Titán utilizando combustible producido en el propio satélite.

El proyecto contemplaba obtener aproximadamente 3.000 kilogramos de hielo y metano para generar los propelentes necesarios para impulsar un vehículo de regreso con muestras científicas.

Steven Oleson, investigador del Centro Glenn de la NASA, explicó en 2021 que obtener metano líquido sería relativamente sencillo desde el punto de vista químico, porque el combustible ya existe en la superficie. El desafío mayor consistiría en extraer y procesar el hielo para conseguir el oxígeno necesario.

Esto no significa que bastaría con instalar una bomba semejante a la de una estación de servicio terrestre. Sería necesario construir sistemas de extracción, almacenamiento, procesamiento y transferencia capaces de funcionar durante largos períodos a temperaturas extremadamente bajas.

El concepto detrás de estas investigaciones se conoce como utilización de recursos in situ, o ISRU por sus siglas en inglés.

La idea consiste en aprovechar los materiales disponibles en el lugar donde se desarrolla una misión espacial, en vez de transportar absolutamente todo desde la Tierra.

Esto permitiría reducir el peso de las naves y la cantidad de suministros necesarios para determinadas operaciones, especialmente aquellas que requieren permanecer durante años lejos de nuestro planeta.

El principio también se estudia para futuras misiones a la Luna y Marte, donde los científicos investigan cómo obtener agua, oxígeno y otros materiales a partir de recursos locales.

En el caso de Titán, las posibilidades serían particularmente amplias. Además de producir propelentes, sus reservas de carbono, nitrógeno, hidrógeno y oxígeno podrían utilizarse para fabricar fertilizantes, materiales de construcción, plásticos e incluso componentes necesarios para desarrollar sistemas de producción de alimentos.

Una infraestructura de estas características podría funcionar como un centro de abastecimiento y producción para misiones destinadas al sistema solar exterior, aunque su utilidad dependería de las rutas, los vehículos y la energía necesaria para transportar esos recursos.

No obstante, los investigadores identifican una limitación importante: Titán parece tener una disponibilidad reducida de determinados elementos pesados, necesarios para fabricar maquinaria y componentes industriales. Eso obligaría a transportar materiales desde otros lugares o buscar fuentes alternativas, como algunos asteroides.

La principal dificultad para convertir a Titán en un centro de abastecimiento no está solamente en desarrollar la tecnología necesaria, sino en la enorme distancia que lo separa de la Tierra.

La misión Dragonfly, que la NASA prepara para explorar esta luna de Saturno, permite dimensionar el problema.

Según el cronograma de la NASA, el lanzamiento está previsto para no antes de julio de 2028, con llegada a finales de 2034. Esto representa un viaje de aproximadamente seis años.

Dragonfly utilizará un vehículo aéreo de múltiples rotores para desplazarse entre diferentes puntos de la superficie de Titán y estudiar su composición química, su geología y las condiciones que podrían favorecer procesos relacionados con el origen de la vida.

La misión está diseñada para realizar investigaciones durante aproximadamente 3,3 años y no tiene previsto construir instalaciones de producción de combustible.

“Dragonfly no es una misión para detectar vida; es una misión para investigar la química que precedió a la biología aquí en la Tierra”, explicó su investigadora principal, Zibi Turtle.

Los resultados podrían aportar información valiosa sobre el ambiente de Titán, aunque el desarrollo de estaciones de abastecimiento necesitaría futuras misiones específicamente diseñadas para comprobar la viabilidad de la extracción y transformación de sus recursos.

Durante décadas, la exploración espacial dependió casi exclusivamente de un modelo logístico: construir una nave en la Tierra, cargarla con combustible y suministros y enviarla hacia su destino.

Ese esquema permitió llegar a la Luna, explorar Marte con vehículos robóticos y enviar sondas hasta los límites del sistema solar. Pero también impone restricciones importantes para operaciones prolongadas y viajes cada vez más ambiciosos.

La posibilidad de fabricar combustible, oxígeno y materiales fuera de nuestro planeta modificaría parcialmente esa dependencia. En lugar de transportar cada kilogramo desde la Tierra, las futuras misiones podrían utilizar recursos disponibles en sus destinos o en puntos estratégicos de sus recorridos.

Titán reúne condiciones interesantes para investigar ese escenario, aunque todavía no existe una infraestructura capaz de aprovecharlas y tampoco hay un proyecto aprobado para construir allí una estación de servicio espacial.

La idea de abastecer naves en otros mundos sigue siendo una posibilidad de largo plazo. Pero plantea un cambio fundamental en la manera de pensar la exploración: para viajar más lejos, quizá no alcance con desarrollar cohetes más potentes. También será necesario aprender a producir, almacenar y utilizar los recursos que ya existen fuera de la Tierra.

Con información de La Vanguardia.