Origami para facilitar los viajes espaciales

Unos investigadores de la WSU han utilizado el antiguo arte japonés de doblar papel, el origami, para posiblemente resolver un desafío clave para los viajes en el espacio exterior: cómo almacenar y mover el combustible para los motores de los cohetes.

Los investigadores han desarrollado una vejiga de combustible plástica plegada inspirada en el origami que no se rompe a temperaturas súper frías y que algún día podría utilizarse para almacenar y bombear combustible. Dirigidos por el estudiante de postgrado Kjell Westra y Jake Leachman, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales, los investigadores han publicado su trabajo en la revista Cryogenics.

El reto de la gestión de los combustibles ha sido un importante factor limitante en los viajes espaciales, restringiéndolos en gran medida ya sea a trayectos más cortos para grandes cantidades de carga o a pequeños satélites para misiones de larga duración. En los primeros días del programa espacial de los Estados Unidos en los años 60 y 70, los investigadores trataron de desarrollar globos redondos para almacenar y bombear combustible líquido de hidrógeno. Pero fracasaron. Las vejigas se rompían o desarrollaban fugas cuando intentaban apretarlas a las temperaturas muy frías requeridas para los combustibles líquidos. Los diseños más robustos solo duraron cinco ciclos.

Los investigadores abandonaron el esfuerzo y en su lugar acabaron dependiendo de dispositivos de manejo de combustibles menos ideales. Los sistemas actuales utilizan placas metálicas y el principio de la tensión superficial para gestionar los combustibles líquidos, pero son lentos y solo pueden drenar los combustibles en pequeñas cantidades, por lo que el tamaño de los depósitos de combustible y las misiones son limitados.

"La gente ha estado tratando de hacer bolsas para el combustible de cohetes durante mucho tiempo", dijo Leachman. "Actualmente no hacemos grandes viajes y de larga duración porque no podemos almacenar combustible el tiempo suficiente en el espacio".

Unos investigadores han desarrollado una vejiga de combustible de plástico plegado, inspirada en el origami, que no se rompe a temperaturas súper frías y que algún día podría utilizarse para almacenar y bombear combustible. (Foto: WSU)

Westra encontró un trabajo en el que los investigadores desarrollaron algunos fuelles basados en el origami. Los investigadores comenzaron a estudiar el origami en los años 80 y 90 con la idea de hacer uso de sus complejas formas y su interesante comportamiento mecánico. Los pliegues del origami esparcen las tensiones en el material, haciendo menos probable que se desgarre. Usando una fina lámina de plástico Mylar, Westra y colaboradores del laboratorio de Investigación de Propiedades del Hidrógeno para la Energía decidieron aplicar dicho diseño para desarrollar una vejiga de combustible.

"Las mejores soluciones son las que ya están preparadas y que luego se pueden transferir a lo que se está trabajando", dijo Westra.

Como nunca antes había probado el origami, dijo que tomó un par de intentos y unas horas con un video de Youtube para averiguar cómo doblar el fuelle. Una vez que lo dobló, lo probó con nitrógeno líquido a unos 77 grados Kelvin. Los investigadores descubrieron que la vejiga puede ser apretada al menos 100 veces sin romperse o tener fugas en condiciones de frío. Desde entonces han demostrado el fuelle numerosas veces, y todavía no tiene agujeros.

"Creemos que hemos resuelto un problema clave que estaba frenando a todo el mundo", dijo Leachman. "Estamos bastante entusiasmados con eso".

Los investigadores están empezando a realizar pruebas más rigurosas. Planean hacer pruebas con hidrógeno líquido, evaluando cuán bien pueden almacenar y expulsar el combustible y comparando los caudales de su vejiga con los sistemas actuales. Westra recibió recientemente una beca de postgrado de la NASA para continuar el proyecto. (Fuente: NCYT Amazings)