La Estación Espacial Internacional: un punto de apoyo en el espacio

Traducido por José Luis García Herrero

Andre Kuipers, astronauta holandés de la ESA, contempla la Tierra desde la ventana de la ISS Imagen cortesía de ESA/NASA

En el primero de sus dos artículos, Shamim Hartevelt-Velani y Carl Walker de la Agencia Espacial Europea nos llevan de viaje a la Estación Espacial Internacional.

¿Qué es la ISS?

Imagina un conjunto de paneles solares como si fueran las aspas de un ventilador colocadas sobre un eje central de unos cien metros de longitud. En varios puntos del eje se encuentran adheridos módulos cilíndricos presurizados, en los que viven y trabajan los astronautas. Algunos módulos son laboratorios; otros funcionan a modo de vivienda de la tripulación, incluida una cocina y una zona de ejercicio. Otros módulos sirven como almacenes de agua, alimentos, equipamiento y experimentos, y albergan sistemas de reciclado de aire y agua, así como el baño. Los módulos están conectados entre sí por medio de nodos, los cuales disponen de un puerto de anclaje para los vehículos que llegan desde la Tierra.

¿Ciencia ficción? No. Esta impresionante estructura se hizo realidad el 20 de Noviembre de 1998, cuando el primer bloque llamado “Zarya” (“amanecer” en ruso) se puso en órbita por medio de un cohete Protón ruso desde Baikonur, en Kazajistán. La Estación Espacial Internacional (ISS) es la mayor estructura espacial creada por el hombre. Se trata de un proyecto surgido de la colaboración entre la Agencia Espacial Europea (ESA)w1, la Agencia Estadounidense del Espacio y la Aeronáutica (NASA)w2, la Agencia Federal Espacial Rusa (Roscosmos)w3, la Agencia Espacial Canadiense (CSA)w4 y la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA)w5. Para el ensamblaje continuo de la estación se utilizan los brazos robóticos del trasbordador espacial y de la ISS, además de la ayuda de los astronautas que completan el trabajo realizando actividades extra-vehiculares (EVAs o paseos espaciales) en el vacío del espacio.

Con el telón de fondo de la oscuridad del espacio y el horizonte de la Tierra, esta fotografía tomada por un miembro de la tripulación de la ISS muestra el Trasbordador Espacial Discovery (STS-120) y una nave Soyuz atracados a la ISS Imagen cortesía de ESA/NASA

La ISS supone una oportunidad única para llevar a cabo investigación pionera en múltiples campos de la ciencia. Si la comparamos con anteriores estaciones espaciales, la ISS ofrece muchas más oportunidades de llevar a cabo multitud de experimentos, ya sea en su mismo interior o en determinados puntos de anclaje del exterior de la ISS. Esto es debido a que la ISS dispone de mucho más espacio interior, mayor capacidad de computación, más potencia eléctrica y un tiempo de vida extenso, lo cual permite a los científicos desarrollar experimentos durante períodos de tiempo más largos y con un flujo de información continuo.

La gravedad afecta prácticamente a todo lo que hacemos en la Tierra.  En órbita, los efectos de esta fuerza prácticamente desaparecen y son reemplazados por condiciones de microgravedad o “ausencia de peso”. Los astronautas flotan y pueden desplazar enormes piezas de equipamiento fácilmente. En estas condiciones, los científicos pueden probar y modificar teorías que podrían llevar a nuevos descubrimientos y avances.

Viajar a la ISS

Desde Mayo de 2009, la ISS estará habitada permanentemente por una tripulación de seis astronautas de Estados Unidos, Canadá, Japón, Rusia y la ESA. Las tripulaciones cambian durante el año, pero la media de permanencia es de seis meses. Las tripulaciones se componen de una mezcla de nacionalidades que depende de los acuerdos entre gobiernos. Todas las tripulaciones deben tener un buen nivel de inglés y ruso, tanto escrito como oral.

Las astronautas Pam Melroy, comandante STS-120 (izquierda); Peggy Whitson, comandante  de la Expedición 16; y Stephanie Wilson, especialista de la misión STS-120, posan para una fotografía en el Módulo de Servicio Zvezda de la ISS, mientras que el Trasbordador Espacial Discovery se encuentra acoplado a la Estación Imagen cortesía de ESA/NASA

La tripulación puede llegar a la ISS de dos maneras: en una cápsula rusa Soyuz, lanzada desde Baikonur; o desde el trasbordador espacial norteamericano, lanzado desde Cabo Cañaveral en Florida (EE.UU.) Desde la Tierra se tardan unos diez minutos en entrar en órbita. Durante el lanzamiento de un trasbordador espacial se producen ruidos muy intensos y enormes vibraciones cuando los motores queman el hidrógeno líquido y el oxígeno. Después del despegue, la velocidad aumenta rápidamente y los astronautas se ven empujados contra sus asientos a medida que las fuerzas de aceleración aumentan desde 1g hasta incluso 4g – como en algunas de las montañas rusas más rápidas.

El trasbordador alcanza rápidamente los 10 km. sobre el nivel del mar, altura similar a la de los aviones comerciales. La temperatura cae por debajo de cero y la resistencia del aire atmosférico se hace máxima en este punto. A medida que el trasbordador aumenta aún más su altura, el horizonte se hace curvo y los astronautas empiezan a experimentar la oscuridad del espacio. Después de dos minutos, el trasbordador alcanza una altura de 45 km. y viaja a 4,5 veces la velocidad del sonido.

Cuatro minutos después, el trasbordador alcanza una altura de 130 km. y viaja a 15 veces la velocidad del sonido. El tanque central de combustible está ya vacío y se separa, quemándose en la atmósfera. Los motores principales se apagan, pero el trasbordador continúa en movimiento a través del espacio al no existir la resistencia del aire. Los objetos que se encuentran en el trasbordador parecen perder su peso y todo lo que no esté bien amarrado empieza a flotar.

Las vibraciones terminan y el silencio rodea a la nave. El trasbordador viaja a 22 veces la velocidad del sonido (28000 km/h) y se encuentra a una altitud de 400 km, en el mismo plano orbital que la ISS. El trasbordador comienza a perseguir a la ISS; se encuentra 10000 km. por detrás y a menor altura, y necesitará de dos días para alcanzarla, acoplarse a ella y realizar todas las comprobaciones pertinentes. El acoplamiento se produce muy despacio para evitar accidentes.

Investigación a bordo

Nuestro entendimiento actual de la biología, la física y la química se basa casi por completo en observaciones y teorías influenciadas por la omnipresente fuerza de la gravedad. En la ISS, la investigación se desarrolla en ausencia de gravedad, lo cual permite a los científicos probar y modificar las teorías existentes.

Por ejemplo, las propiedades de los materiales vienen determinadas por su estructura atómica y se ven influenciadas por las imperfecciones que se generan durante la transición de líquido a sólido. Este proceso está influenciado de manera muy compleja por la gravedad. Gracias al estudio de la solidificación en microgravedad, es posible comprender de qué manera afecta la gravedad a este proceso en la Tierra. Como consecuencia de estas investigaciones en el espacio, los ingenieros pueden mejorar los procesos de manufactura para obtener materiales más baratos, robustos y fiables.

Vista de la ISS desde el Trasbordador Espacial en Noviembre de 2007 Imagen cortesía de ESA/NASA

Los astronautas también realizan experimentos de biología, medicina y fisiología humana. Las actividades de la ESA en este campo se centran principalmente en el efecto de la gravedad sobre el desarrollo y el mantenimiento del tejido óseo, así como su influencia sobre los procesos de medicación. Los primeros vuelos al espacio de larga duración revelaron no solo que la vida en el espacio produce pérdida de tejido óseo, sino que además ésta varía desde muy poco hasta incluso un 20 % de los minerales óseos tras 6-8 meses en el espacio.

Es comúnmente sabido que la disminución de la calidad de la masa ósea es la característica principal de los pacientes de osteoporosis. Esta misma pérdida de masa ósea se produce en las tripulaciones espaciales. Gracias a la investigación de estos dos problemas similares, tenemos más oportunidades de resolver ambos. Las investigaciones llevadas a cabo durante la última década han producido grandes progresos, y ahora se sabe mucho más que hace unos años. Los experimentos en el espacio nos ayudan a comprender el mantenimiento de los huesos, y puede ayudar a las tripulaciones espaciales a mejorara la calidad de sus huesos al pasar más tiempo en ausencia de gravedad.

En el próximo ejemplar de Science in School, podrás leer sobre la vida de los astronautas en el espacio y de qué manera se adaptan sus cuerpos a las condiciones de microgravedad.

Referencias en la web

w1 – Para más información sobre la Agencia Espacial Europea (ESA), visita: www.esa.int. Puedes consultar más abajo la información sobre los recursos educativos de la ESA.

w2 – Para más información sobre la Agencia Estadounidense del Espacio y la Aeronáutica (NASA), visita: www.nasa.gov

w3 – Para más información sobre la Agencia Federal Espacial Rusa (Roscosmos), visita: www.roscosmos.ru

w4 – Para más información sobre la Agencia Espacial Canadiense (CSA), visita: www.space.gc.ca

w5 – Para más información sobre la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), visita: www.jaxa.jp/index_e.html

Recursos

Si quieres leer la entrevista completa con Thomas Reiter, consulta:

Warmbein B (2007) Down to Earth: interview with Thomas Reiter. Science in School 5: 19-23. www.scienceinschool.org/2007/issue5/thomasreiter

Otros artículos relacionados:

Wegener A-L (2008) Laboratorio espacial: entrevista con Bernardo Patti. Science in School 8: 8-12. www.scienceinschool.org/2008/issue8/bernardopatti/spanish

Williams A (2008) El Vehículo Automatizado de Transporte - apoyar a Europa en el espacio. Science in School 8: 14-20. www.scienceinschool.org/2008/issue8/atv/spanish

Cientos de imágenes, videos y animaciones sobre vuelos espaciales tripulados disponibles en la web de la ESA para ser utilizados como material educativo: www.esa.int/esa-mmg/mmg.pl?collection=Human+Spaceflight

La ESA ha desarrollado muchos materiales educativos relacionados con la ISS:

Un Kit Educativo sobre la ISS para profesores de primaria y secundaria, disponible en los 12 idiomas de la ESA. Los kits se basan en todas las actividades relacionadas con la construcción, el trabajo y la vida a bordo de la ISS, y aportan información y ejercicios para llevar a cabo en las clases. Estos kits están disponibles para todos los profesores de los estados miembros de la ESA y se pueden solicitar gratuitamente a través de internet: www.esa.int/spaceflight/education

Una versión interactiva del Kit Educativo está disponible en: www.esa.int/spaceflight/education

Se encuentra disponible ‘Space Robotics’, el ultimo de una serie de cuatro clases en DVD sobre la ISS, que cubren temas relacionados con el currículo de las escuelas europeas y basados en el Proyecto Gravedad Cero.

Un nuevo DVD sobre la física que hay detrás del Vehículo Automatizado de Transporte (ATV) será publicado a finales de este año. Los profesores pueden solicitar los DVDs de forma gratuita: www.esa.int/spaceflight/education

La ESA está desarrollando un conjunto de clases online para estudiantes de primaria y secundaria y sus profesores. Visita: www.esa.int/SPECIALS/Lessons_online

Un nuevo Kit 1 de Exploración Espacial  será publicado en 2008.

Más detalles y materiales educativos:

Página web de Educación de la Agencia Espacial Europea: www.esa.int/education

Página web de Educación sobre Vuelos Espaciales Tripulados de la Agencia Espacial Europea: www.esa.int/esaHS/education.html

Shamim Hartevelt-Velani es profesora de secundaria y está contratada actualmente por el Departamento de Vuelos Espaciales Tripulados de ESTEC, el Centro de Tecnología e Investigación Espacial Europeo de la ESA. Shamim es la especialista en didáctica del equipo educativo.

Carl Walter es redactor y editor corporativo de la ESA, y trabaja en ESTEC. Escribe y edita un amplio conjunto de libros y otros materiales de comunicación sobre vuelos espaciales y el programa espacial europeo.