Muchos en todo el mundo observarán con entusiasmo este sábado cómo la NASA lanza Artemis I, la primera misión de exploración lunar de la agencia desde la década de 1970.

El espectáculo involucra al cohete más poderoso del mundo:el Space Launch System (SLS). Con una altura de casi 100 metros y un peso de más de 2600 toneladas, el SLS produce un enorme empuje de 8,8 millones de libras (más de 31 veces el empuje de un jet Boeing 747).

Pero no es solo una ingeniería increíble lo que está detrás de la ciencia espacial y la exploración espacial. Oculta dentro, hay una química inteligente que impulsa estas hazañas fantásticas y sustenta nuestra frágil vida en el espacio.

El combustible y la chispa

Para lanzar un cohete al espacio, necesitamos una reacción química conocida como combustión. Aquí es donde los combustibles se combinan con oxígeno, produciendo energía como resultado. A su vez, esa energía proporciona el empuje (o impulso) necesario para impulsar máquinas gigantescas como el SLS hacia la atmósfera superior de la Tierra y más allá.

Al igual que los automóviles en la carretera y los aviones en el cielo, los cohetes tienen motores donde se produce la combustión. SLS tiene dos sistemas de motores:cuatro motores RS-25 de etapa central (motores de transbordadores espaciales mejorados) y dos propulsores de cohetes sólidos. Y la química es lo que proporciona una mezcla de combustible única para cada motor.

Los motores de la etapa central utilizan una mezcla de oxígeno líquido e hidrógeno líquido, mientras que los propulsores de cohetes sólidos, como sugiere el nombre, contienen un propulsor sólido, un material duro similar al caucho llamado polibutadieno acrilonitrilo. Además de ser combustible en sí mismo, este material contiene partículas finas de aluminio metálico como combustible, con perclorato de amonio como fuente de oxígeno.

Mientras que el combustible para los propulsores de cohetes sólidos se almacena fácilmente a temperatura ambiente, los combustibles del motor de la etapa central deben almacenarse a -253 ℃ para hidrógeno líquido y -183 ℃ para oxígeno líquido. Es por eso que ves capas de hielo que se desprenden de los cohetes al despegar:los recipientes de combustible están tan fríos que congelan la humedad del aire circundante.

Pero hay otra química interesante que sucede cuando necesitamos encender el combustible. Dependiendo de la fuente de combustible, los cohetes pueden encenderse eléctricamente a través de una bujía glorificada... o químicamente.

Si alguna vez vio un lanzamiento espacial y escuchó hablar sobre el "encendido TEA-TEB", eso se refiere al trietilaluminio y al trietilborano. Estos dos productos químicos son pirofóricos, lo que significa que pueden incendiarse espontáneamente cuando se exponen al aire.

Manteniendo la vida entre las estrellas

No son solo los cohetes los que se alimentan de la química. Los sistemas de soporte vital en el espacio se basan en procesos químicos que mantienen a nuestros astronautas vivos y respirando, algo que en la Tierra a menudo damos por sentado.

Todos sabemos la importancia del oxígeno, pero también exhalamos dióxido de carbono como un producto de desecho tóxico cuando respiramos. Entonces, ¿qué sucede con el dióxido de carbono en el entorno sellado de una cápsula espacial como las de las misiones Apolo a la Luna o en la Estación Espacial Internacional (ISS)?

¿Recuerdas a Tom Hanks tratando de encajar una clavija cuadrada en un agujero redondo en la película Apolo 13? Eran depuradores de dióxido de carbono que la NASA usaba para eliminar este gas tóxico del interior de las cápsulas espaciales.

Estos depuradores son filtros prescindibles llenos de hidróxido de litio (similar a un producto químico que se puede encontrar en el líquido de limpieza de desagües) que capturan el gas de dióxido de carbono a través de una simple química ácido-base. Si bien estos depuradores son muy eficientes para eliminar el dióxido de carbono y permitir que los astronautas respiren con facilidad, los filtros tienen una capacidad finita. Una vez saturados, ya no son efectivos.

Por lo tanto, para misiones espaciales extendidas, el uso de filtros de hidróxido de litio no es factible. Posteriormente, los científicos desarrollaron un sistema que utiliza un depurador de dióxido de carbono reutilizable hecho con minerales llamados zeolitas. Con la zeolita, el dióxido de carbono capturado se puede liberar al espacio y los filtros quedan libres para capturar más gas.

Pero en 2010, los científicos encontraron una forma aún mejor de gestionar el dióxido de carbono, convirtiendo este producto de desecho en otro componente esencial para la vida:el agua.

De residuos a recursos

El Sistema de control ambiental y soporte vital de la ISS reemplaza los depuradores de dióxido de carbono por el Sistema de reducción de dióxido de carbono, también conocido como sistema Sabatier. Lleva el nombre de la reacción química fundamental para su función, que a su vez lleva el nombre de su descubridor, el ganador del Premio Nobel de Química de 1912, Paul Sabatier.

Este sistema combina dióxido de carbono con gas hidrógeno para formar agua y metano. El gas metano se expulsa al espacio y, a través de un proceso llamado hidrólisis, el agua se divide en oxígeno respirable y gas hidrógeno. Este último luego se recicla para transformar más dióxido de carbono en agua.

Este proceso no solo es útil para la exploración espacial. Más cerca de casa, los químicos están investigando sistemas similares para abordar potencialmente las emisiones de gases de efecto invernadero; aunque no es una panacea, la reacción de Sabatier podría ayudarnos a reciclar algo de dióxido de carbono aquí en la Tierra.

Mientras tanto, la misión Artemis Moon de la NASA tiene como objetivo llevar a la primera mujer y persona de color a la Luna y establecer una presencia humana a largo plazo en una base lunar. La reacción de Sabatier y otros procesos químicos poco celebrados serán clave para los continuos esfuerzos espaciales de la humanidad. + Explora más

Producción de metano en Marte

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.