Ráfaga de Metano

La NASA probó recientemente una novedosa turbina para cohetes propulsada por metano, la cual podría convertirse en la tecnología clave para futuras exploraciones del sistema solar externo.

Mayo 4, 2007: El 16 de enero de 2006, una deslumbrante llama de color azul atravesó las arenas del desierto de Mojave. En muchos aspectos, parecía una prueba habitual de una turbina para cohetes, pero en este caso fue diferente. Mientras que la mayoría de los cohetes de la NASA usan hidrógeno y oxígeno líquido, o bien compuestos químicos sólidos, como combustible, "esta vez estamos probando una turbina propulsada por metano", dice la encargada del proyecto, Terri Tramel, del Centro Marshall para Vuelos Espaciales (MSFC, por su sigla en inglés).
Haga clic sobre la imagen para ver una película del evento:

Arriba: Encendido de prueba de una turbina propulsada por LOX/metano, con un empuje de 3400 kg. Crédito de la imagen: Mike Massee/XCOR Aerospace. [Comunicado de Prensa] [Película]
La turbina principal, construida y probada por el equipo de contratistas de la NASA, Alliant Techsystems y XCOR Aerospace, aún se encuentra en fase de desarrollo y, por lo tanto, no está lista todavía para ser llevada al espacio. Pero si se logra demostrar que esta tecnología es viable, las turbinas como esta, propulsadas con metano, podrían finalmente ser cruciales para la exploración del espacio profundo.
El metano (CH4) que es, por cierto, el principal componente del gas natural, abunda en las zonas exteriores del sistema solar. Se lo puede recolectar de Marte, de Titán, de Júpiter y de muchos otros planetas y lunas. Al tener la fuente de combustible en el punto de destino, un cohete que despegase de la Tierra no tendría que llevar tanto combustible a bordo, lo cual reduciría los costos de la misión.
En cierto modo, es curioso que este gas inflamable nunca antes haya sido usado para propulsar naves espaciales. Pero ahora los científicos e ingenieros del Centro Marshall, del Centro de Investigaciones Glenn y del Centro Espacial Johnson, están creando turbinas propulsadas por LOX/metano como opción para el futuro. "Ya se están desarrollando varios proyectos, dentro de los cuales se incluye otra turbina 'rival' que utiliza LOX/metano, diseñado por KT Engineering", comenta Tramel.
"Este proyecto está financiado por el Programa de la NASA para el Desarrollo de Tecnologías para Exploración (Exploration Technology Development Program) y demuestra cómo las tecnologías en desarrollo destinadas a la exploración podrían algún día ayudar en futuras misiones científicas", dice Mark D. Klem, encargado del Proyecto de Desarrollo Avanzado de Propulsión y Criogenia (Propulsion and Cryogenics Advanced Development Project), en el Centro de Investigaciones Glenn.
"El metano tiene muchas ventajas", continúa Tramel. "La pregunta es, ¿por qué no habíamos hecho esto antes?"
Tenga en cuenta lo siguiente: el combustible de hidrógeno líquido que utiliza el transbordador espacial debe ser almacenado a una temperatura de -252.9°C, ¡apenas 20 grados por encima del cero absoluto! El metano líquido, por otro lado, puede ser almacenado a una temperatura mucho más elevada: -161.6°C. Esto significa que los tanques de combustible de metano no necesitarían tanto aislamiento, lo que los tornaría más livianos y, en consecuencia, su lanzamiento sería más económico. Además, los tanques podrían ser más pequeños porque el metano líquido es más denso que el hidrógeno líquido, lo cual, nuevamente, se traduciría en un ahorro de dinero y de peso.
El metano también obtiene buenas califaciones en relación con la seguridad de los seres humanos. Mientras que algunos combustibles para cohete son potencialmente tóxicos, "el metano es uno de los llamados propulsantes verdes", dice Tramel. "A diferencia de otros combustibles que se usan en muchos vehículos espaciales, no es necesario colocarse un traje HAZMAT para trabajar con metano".
Pero el mayor atractivo de este gas es que existe o que puede ser creado u obtenido directamente de los muchos mundos que la NASA podría visitar algún día, incluido Marte.
Aunque Marte no es rico en metano, dicho gas puede ser fabricado en este planeta por medio del proceso Sabatier: mezclar dióxido de carbono (CO2) con hidrógeno (H) y luego calentar esta mezcla para producir CH4 y H20 (metano y agua). La atmósfera marciana es una fuente abundante de dióxido de carbono y la cantidad de hidrógeno que se requiere para el proceso descrito es relativamente pequeña, por lo que se puede transportar desde la Tierra o incluso se puede obtener in situ del hielo de Marte.
Si se viaja más hacia el exterior del sistema solar, el metano es incluso más fácil de obtener. En la luna Titán, del planeta Saturno, literalmente llueve metano líquido. Titán está salpicado de lagos y ríos de metano y otros hidrocarburos, que podrían algún día servir como depósitos de combustible. Imagínelo: un cohete propulsado por metano podría transportar una sonda robótica que aterrizara en la superficie de Titán, tomara muestras gelógicas, recargara sus tanques de combustible y despegara nuevamente para traer las muestras de regreso a la Tierra. Ese tipo de misión de recolección de muestras del sistema solar externo nunca se ha intentado.
Arriba: Esta imagen de radar en colores falsos muestra lo que los investigadores creen que son lagos de metano líquido en Titán. Crédito de la imagen: NASA/ESA/Cassini. [Más información]
Las atmósferas de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno contienen metano, y Plutón tiene hielo de metano en su superficie. Nuevos tipos de misiones hacia estos mundos podrían ser posibles con cohetes propulsados por este gas.
Esta primera serie de pruebas del encendido de turbinas de 3400 kg. de empuje, llevada a cabo en el desierto, fue un éxito. Pero aún se deben superar algunos retos antes de que los cohetes propulsados por metano puedan estar listos para ser utilizados en una misión real. "Uno de los grandes problemas en relación con el metano tiene que ver con su capacidad de ignición", dice Tramel. Algunos combustibles para cohetes se encienden espontáneamente cuando se mezclan con un oxidante, pero el metano, en cambio, requiere de una fuente de encendido. Es posible que estas fuentes sean difíciles de hacer funcionar en el sistema solar externo, donde las temperaturas descienden hasta cientos de grados bajo cero. Tramel y sus colegas de los centros Marshall y Glenn están actualmente trabajando para asegurar que se pueda encender el metano de los cohetes de manera confiable bajo cualquier tipo de condición ambiental.
Estos desafíos podrán ser superados mediante el esfuerzo continuo de la NASA, afirma Tramel, quien cree que las turbinas que utilizan LOX/metano serán usadas en los cohetes del futuro. La llama azul en el desierto fue un hermoso primer paso.