La luna es un entorno difícil para la supervivencia, incluso para los dispositivos técnicos. Los cambios bruscos de temperatura entre el día y la noche hacen que sea mucho más difícil crear equipos fiables que puedan funcionar sin problemas.
Sin embargo, un equipo de ingenieros de la Universidad de Nagoya en Japón ha logrado desarrollar una forma energéticamente eficiente de controlar los tubos de calor en bucle para enfriar de forma segura los vehículos lunares.
Esto prolongará su vida útil y permitirá realizar misiones de larga duración para explorar la Luna.
El desafío en la exploración lunar es cómo garantizar que el rover esté lo suficientemente aislado para que pueda sobrevivir a las gélidas noches lunares sin sobrecalentarse durante el día.
La solución propuesta por un equipo de científicos dirigido por el Dr. Masahito Nishikawara es combinar un tubo de calor en bucle con una bomba electrohidrodinámica.
Esto hizo posible crear un mecanismo para enfriar eficazmente los equipos en el vacío del espacio, mientras que el sistema podía apagarse por la noche. Al mismo tiempo, el sistema prácticamente no consume energía.
La luna es un entorno extremadamente duro para la tecnología. Aparte del regolito altamente abrasivo que se pega a todo y se encuentra en todas partes, la Luna no tiene atmósfera y un período de rotación muy lento: los días y las noches lunares duran 14 días terrestres cada uno, alcanzando temperaturas extremas.
Sin una atmósfera que aísle y transfiera el calor, las temperaturas nocturnas pueden bajar a -173°C, mientras que la radiación solar durante el día provoca temperaturas que alcanzan hasta 127°C.
Es difícil desarrollar tecnología que funcione de manera confiable en tales condiciones. Las largas noches requieren el uso de baterías grandes para almacenar energía de los paneles solares, pero las baterías no soportan bien las bajas temperaturas.
Se pueden calentar con electricidad, pero los calentadores agotan constantemente las baterías. Una alternativa es un buen aislamiento térmico, que le permite permanecer operativo en modo de espera, pero esto crea el problema de sobrecalentamiento cuando el equipo está activo y bajo la influencia de la radiación solar.
El sobrecalentamiento puede dañar las baterías y los componentes electrónicos. La solución tradicional son los sistemas de refrigeración activos, que funcionan como un radiador en un coche, pero requieren electricidad para funcionar.
Esto es problemático cuando las baterías deben durar 14 días antes de tener que recargarlas nuevamente. Los sistemas pasivos, como los tubos de calor en bucle, son eficientes y no requieren electricidad, pero funcionan de forma continua incluso cuando se requiere calefacción.
“La tecnología de interruptor térmico, capaz de alternar entre la disipación de calor durante el día y el aislamiento durante la noche, es esencial para la exploración lunar a largo plazo.
Durante el día, cuando el rover está activo y los componentes electrónicos generan calor, es necesario enfriar y disipar activamente este calor.
En las noches frías, los dispositivos electrónicos deben aislarse del ambiente exterior para evitar la hipotermia”, dijo el investigador principal, Masahito Nishikawara.
Los tubos de calor en bucle pueden considerarse como un cruce entre el mecanismo de un refrigerador o aire acondicionado y los tubos de calor de las computadoras portátiles modernas. Al igual que en un refrigerador, el refrigerante líquido absorbe el calor y hace que se evapore.
Luego, el vapor pasa a través de un radiador, que lo enfría a temperatura ambiente y lo convierte nuevamente en líquido. Este cambio de fase líquido-gas-líquido permite que el refrigerante transfiera calor de manera muy eficiente.
Por el contrario, los tubos de calor utilizan la acción capilar para mover fluido entre una fuente de calor (como un procesador de computadora) y un lugar donde se disipa ese calor.
Los tubos de calor, por otro lado, utilizan la acción capilar para mover fluido entre una fuente de calor (como un procesador de computadora o un acelerador de gráficos) y un disipador de calor.
Los caloductos en bucle combinan el mecanismo de transporte capilar de un caloducto con cambios de fase en una unidad de refrigeración.
Este enfoque se ha utilizado anteriormente en el espacio, con tuberías de calor en bucle equipadas con válvulas que bloquean el flujo de refrigerante cuando no se requiere refrigeración. Sin embargo, estas válvulas redujeron significativamente la eficiencia del sistema de refrigeración.
La innovación de Nishikawara consiste en sustituir las válvulas por una bomba electrohidrodinámica (EGP). Las EGN son bombas de baja potencia que funcionan induciendo corrientes eléctricas en un fluido y utilizando el campo magnético resultante para aplicarle fuerza.
La ventaja de este método es que no compromete la integridad del sistema de tuberías y no crea obstrucciones para el flujo cuando la bomba no está activa.
El equipo de Nishikawara integró EGN de baja potencia en el diseño para que actúen como una válvula de alta eficiencia: cuando es necesario apagar la refrigeración, el EGN se activa, creando una pequeña fuerza contraria que detiene el flujo de refrigerante mientras consume un mínimo de energía.
“Este enfoque no sólo garantizará que el rover pueda operar en condiciones de temperatura extrema, sino que también minimizará el consumo de energía, que es fundamental en el entorno lunar con recursos limitados. Esto sienta las bases para una posible integración en futuras misiones lunares, facilitando esfuerzos de exploración lunar sostenibles”, dijo Nishikawara.