Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Apex: el vuelo peligroso

Allí no hay humedad. Tampoco ninguna forma viviente. La temperatura es de 65 grados bajo cero. El aire es tan escaso, que una persona, en condiciones tan hostiles, inmediatamente perdería la consciencia. A pesar de ello, bajo un cielo afelpado profundamente azul, los vientos poseen gran velocidad.

No se trata de Marte ni de ningún otro planeta inhóspito. Es la zona atmosférica que se sitúa tan solo a 30 kilómetros por encima de nuestras cabezas. Allí no llegan las aeronaves convencionales, cuyas posibilidades no superan los 10 kilómetros de altura. Tampoco el Concorde, cuya altitud posible es de 15 kilómetros. Incluso el sofisticado avión-espía americano U-2 es incapaz de superar la altitud de 20 kilómetros. Por ello, únicamente unas cuantas aeronaves supersónicas e hipersónicas, han conseguido llegar hasta allá, por tiempos muy limitados. En 1960, por unos minutos, lo hizo el avión-cohete X-15. Posteriormente, en ocasiones fugaces, también han alcanzado esa zona ciertas versiones modificadas del caza soviético MIG-25.

EL INTERÉS. La NASA, a través de sus científicos del DRYDEN FLIGHT RESEARCH FACILITY, actualmente está desarrollando un costoso experimento a fin de investigar y conocer esa zona estratosférica, la estratosfera media, tan próxima y tan desconocida para nosotros. Las razones para este interés son múltiples. Ese conocimiento constituye un requisito indispensable para determinar la viabilidad de la soñada construcción de una flota de aeronaves supersónicas comerciales (los High Speed Civil Transports), capaces de volar a mayor altura y más veloces que el Concorde. Algunos críticos opinan que esas aeronaves podrían perjudicar seriamente a la estratosfera y, sobre todo, dañarían la capa de ozono. En todo caso, será imprescindible contar con un gran número de muestras y medidas procedentes de esa zona atmosférica, a fin de que su análisis proporcione información valiosa sobre la física y la química estratosféricas y los riesgos que podrían significar.

Otras razones, tanto o más importantes, radican en las aplicaciones que se derivarán en relación con las misiones destinadas a Marte, ya que la densidad y las características de la atmósfera marciana son muy similares a la zona estratosférica media terrestre a la que nos referimos. Una posible aeronave, no tripulada, navegando en la atmósfera próxima marciana, podría dotarse de sofisticados instrumentos analíticos, capaces de obtener amplias informaciones de toda la superficie marciana, mucho más completas que las conseguidas con misiones como la actual del Pathfinder y su pequeño vehículo superficial robotizado. Se piensa que el momento más oportuno para esa misión podría ser en el próximo año 2001, cuando Marte se encuentre más cerca de la Tierra.

DIFICULTADES. Las características del flujo aerodinámico son muy dependientes de un factor, que los científicos conocen como el número de Reynolds, que ayuda a conocer como se pega el aire alrededor de un cuerpo que se mueve. Para un insecto volador el número de Reynolds puede valer varios millares y para un avión a reacción es de unas decenas de millones. Sin embargo, en la zona de la estratosfera media, al flujo alrededor de un objeto volante le correspondería un número de Reynolds tan solo de unos 300.000, lo que haría que su vuelo fuese muy difícil e impreciso. Un símil puede aclararlo mejor, sobre todo para los jugadores de golf. A una pelota de golf totalmente esférica y lisa le corresponde un bajo número de Reynolds, por lo que esa pelota de golf sería mala voladora. Para que posea un buen empuje aerodinámico, y que los golpes alcancen precisión, es necesario incrementar su número de Reynolds, a través de los hoyuelos situados sobre su superficie. Debido al bajo número de Reynolds de la estratosfera media, es prácticamente imposible contar con túneles de viento simuladores, para ayudar al diseño, en escala, de las posibles aeronaves adecuadas para las condiciones de esa estratosfera, condiciones en las que los fenómenos destructivos de turbulencia se incrementan por un factor muy grande y peligroso.

Otro problema, en un vuelo a 65 grados bajo cero, sería el de la temperatura. Pero, al contrario de lo que cabría suponer, la principal dificultad es la de evitar los calentamientos, ya que los instrumentos actuantes, que gobiernan los alerones y desplegamientos, generarían un calor difícil de eliminar, ya que el aire es tan escaso que no dispondría de suficientes moléculas gaseosas para disipar ese calor.

SOLUCIÓN APEX. Para resolver todos esos problemas está en marcha, por parte de la NASA, el proyecto de una ligera aeronave APEX no tripulada, de 270 kilos de peso, capaz de volar, con seguridad y durante largos periodos, a esas altitudes. Se espera que los primeros vuelos de prueba se realicen el próximo año. Uno de los puntos delicados, ya casi resuelto, es el del diseño de las alas, a fin de alcanzar las mejores condiciones aerodinámicas, con ausencia de turbulencias. Su envergadura superará el doble de los 6 ó 7 metros del fuselaje del avión, y la solución de compromiso obligará a que la velocidad de vuelo sea exactamente los 2/3 de la del sonido y a la construcción de unas piezas metálicas especiales dispersadoras del calor. Para lograr todo ello, ante la imposibilidad de contar con túneles de viento, ha sido fundamental aplicar las técnicas conocidas como de modelado por CFD, las iniciales de la expresión inglesa Computer Fluid Dynamics.

Como detalle esclarecedor de las dificultades a vencer hay que tener en cuenta que las alas habrán de soportar fuerzas cinco veces superiores a la gravedad, manteniéndose totalmente rígidas, ya que una modificación angular de tan solo medio grado arruinaría la viabilidad del vuelo. Ha habido necesidad de desarrollar nuevos materiales, ya que los existentes, basados en el carbono, permitirían variaciones angulares de hasta 4 grados. El nuevo material se fabrica con filamentos de tungsteno, en una atmósfera de tricloruro de boro, dando lugar a un compuesto que se endurece con una resina especial, que es adquirido por la empresa encargada de la construcción por la NASA, la ADVANCED SOARING CONCEPTS, con experiencia anterior en la tecnología de las carreras de automóviles de Fórmula 1. Si todo funciona de acuerdo con las previsiones, las aeronaves APEX, a partir del próximo año, serán el punto de partida de nuevas tecnologías de múltiples aplicaciones. Además, permitirán, en un próximo futuro, conocer detalladamente la superficie de Marte, la localización y características de sus viejos lagos, y la evaluación de la existencia actual o pasada de vida en ese planeta.