Los humanos han estado cavando bajo tierra durante milenios, en la Tierra. Es de donde extraemos algunos de nuestros recursos más valiosos que han hecho avanzar a la sociedad. Por ejemplo, no habría habido una Edad del Bronce sin el estaño y el cobre, los cuales se encuentran principalmente bajo tierra. Pero al excavar bajo tierra en cuerpos celestes, hemos pasado por momentos mucho más difíciles. Eso tendrá que cambiar si alguna vez esperamos utilizar los recursos potenciales que están disponibles bajo la superficie. Un artículo de Dariusz Knez y Mitra Kahlilidermani de la Universidad de Cracovia analiza por qué es tan difícil perforar en el espacio y qué podríamos hacer al respecto.
En su artículo de 2021, publicado en la revista Energies , los autores detallan dos categorías principales de dificultades al perforar fuera del mundo:desafíos ambientales y desafíos tecnológicos. Profundicemos primero en los desafíos medioambientales.
Una diferencia obvia entre la Tierra y la mayoría de los otros cuerpos rocosos en los que potencialmente querríamos perforar agujeros es la falta de atmósfera. Hay algunas excepciones, como Venus y Titán, pero incluso Marte tiene una atmósfera lo suficientemente delgada como para no soportar un material fundamental utilizado para las perforaciones aquí en la Tierra:los fluidos.
Si alguna vez ha intentado perforar un agujero en metal, probablemente haya utilizado algún líquido refrigerante. Si no lo hace, es muy probable que la broca o la pieza de trabajo se calienten y se deformen hasta un punto en el que ya no pueda perforar. Para aliviar ese problema, la mayoría de los maquinistas simplemente rocían un poco de lubricante en el orificio de perforación y siguen presionando. Una versión a mayor escala de esto ocurre cuando las empresas constructoras perforan el suelo, especialmente en el lecho de roca:usan líquidos para enfriar los lugares donde están perforando.
Esto no es posible en un cuerpo celeste sin atmósfera. Al menos no utilizando tecnologías de perforación tradicionales. Cualquier líquido expuesto a la falta de atmósfera se sublimaría inmediatamente, proporcionando poco o ningún efecto refrescante al área de trabajo. Y dado que muchas operaciones de perforación se producen de forma autónoma, el propio taladro (normalmente conectado a un rover o módulo de aterrizaje) tiene que saber cuándo detener su proceso de perforación antes de que las brocas se derritan. Esa es una capa adicional de complejidad y no muchos diseños han encontrado una solución todavía.
Un problema de fluidos similar ha limitado la adopción de una tecnología de perforación ubicua utilizada en la Tierra:la hidráulica. Los cambios extremos de temperatura, como los que se observan en la Luna durante el ciclo día/noche, hacen que sea extremadamente difícil proporcionar un líquido para su uso en un sistema hidráulico que no se congele durante las noches frías ni se evapore durante los días abrasadores. Como tal, los sistemas hidráulicos utilizados en casi todas las grandes plataformas de perforación de la Tierra son extremadamente limitados cuando se utilizan en el espacio.
También pueden surgir otros problemas como el regolito abrasivo o pegajoso, como la falta de campo magnético al orientar el taladro. En última instancia, estos desafíos ambientales se pueden superar con las mismas cosas que los humanos siempre usan para superarlos, sin importar en qué cuerpo planetario se encuentren:la tecnología.
Sin embargo, también existen muchos desafíos tecnológicos para perforar fuera del mundo. La más obvia es la limitación de peso, una consideración crucial para hacer cualquier cosa en el espacio. Las grandes plataformas de perforación utilizan materiales pesados, como carcasas de acero, para soportar los pozos que perforan, pero estos serían prohibitivamente costosos si se utilizaran las tecnologías de lanzamiento actuales.
Además, el tamaño del sistema de perforación en sí es el factor limitante de la fuerza del taladro; como se indica en el artículo, "la fuerza máxima transmitida a la broca no puede exceder el peso de todo el sistema de perforación". Este problema se ve exacerbado por el hecho de que los típicos taladros móviles se aprovechan de un brazo robótico en lugar de colocarse directamente debajo, donde se puede aplicar la máxima cantidad de peso. Esta limitación de fuerza también limita el tipo de material que el taladro puede atravesar; por ejemplo, será difícil perforar cualquier roca importante. Si bien rediseñar los rovers teniendo en cuenta la ubicación de las perforaciones podría ser útil, aquí nuevamente entra en juego la limitación del peso de lanzamiento.
Otro problema tecnológico es la falta de energía. Los motores alimentados con hidrocarburos impulsan la mayoría de las grandes plataformas de perforación de la Tierra. Esto no es factible fuera de la Tierra, por lo que el sistema debe funcionar con células solares y las baterías que éstas proporcionan. Estos sistemas también sufren la misma tiranía de la ecuación de los cohetes, por lo que normalmente tienen un tamaño relativamente limitado, lo que dificulta que los sistemas de perforación aprovechen algunos de los beneficios de los sistemas totalmente eléctricos sobre los propulsados por hidrocarburos, como un mayor torque. .
Independientemente de las dificultades que enfrenten estos sistemas de perforación, serán vitales para el éxito de cualquier programa de exploración futuro, incluidos los tripulados. Si alguna vez queremos crear ciudades de cuevas de lava en la Luna o atravesar la capa de hielo de Encelado hasta llegar al océano, necesitaremos mejores tecnologías y técnicas de perforación. Afortunadamente, hay muchos esfuerzos de diseño para lograrlos.
El documento detalla cuatro categorías diferentes de diseños de brocas:
Para cada categoría, el documento enumera varios diseños en distintas etapas de finalización. Muchos de ellos tienen ideas novedosas sobre cómo perforar, como usar un sistema "pulgada" o usar ultrasonidos.
Pero por ahora, perforar fuera del mundo, y especialmente en asteroides y cometas, que tienen sus propios desafíos gravitacionales, sigue siendo una tarea difícil pero necesaria. A medida que la humanidad adquiera más experiencia en este ámbito, sin duda mejoraremos. Dada la importancia de este proceso para los grandes planes de los exploradores espaciales de todo el mundo, el momento en que podamos perforar eficazmente cualquier cuerpo rocoso o helado del sistema solar no puede llegar lo suficientemente pronto.
Proporcionado por Universe Today
