Contra la basura espacial, cohetes forrados con cáscaras de huevo

Diseñada por físicos chinos y fabricada de aluminio, la metaestructura amortigua mucho más los impactos de proyectiles sueltos en la órbita terrestre que las corazas planas

Doménico Chiappe

Madrid

Las cáscaras de huevo podrían tener un uso inimaginable hasta ahora. O casi. Investigadores de la Universidad de Tecnología de Dalian (China) se inspiraron en ... los desechos de la materia prima de la tortilla para forrar naves espaciales. En vez de calcio, la carcasa de los cohetes sería de aluminio y podría protegerlos de un peligro cada vez más común, la basura espacial. Según los cálculos de los inventores, hay un millón de fragmentos de más de un centímetro en la órbita terrestre. Parecen pequeños pero a la velocidad en que se mueven podrían hacer un agujero al estrellarse contra otros objetos. Son, por tanto, una amenaza importante de daños si impactan a alta velocidad, y se debe controlar el riesgo si se quiere colonizar algo más que las nubes.

Los investigadores también destacan que la evolución natural perfeccionó la silueta de un huevo para darle mayor resistencia. «La configuración geométrica de las cáscaras de huevo es el resultado de una optimización mediante selección natural a largo plazo», sostiene el artículo 'Análisis dinámico de una metaestructura de matriz de cáscaras de huevo de aluminio rellenas de agua sometida a impacto a hipervelocidad'. «La forma de la cáscara y sus propiedades mecánicas pueden aplicarse al diseño de estructuras protectoras resistentes a impactos, sin necesidad de materiales adicionales para la disipación de energía».

Con diversas pruebas, los científicos buscaron la manera incrementar esa característica dureza. Primero, rodeándolas unas con otras en una matriz, luego poniéndolas en vertical con el extremo romo hacia abajo y el estrecho hacia arriba, rellenándolas con agua y hacerlas sándwich entre dos placas de aluminio. Así, la energía de un impacto se disipa porque cada cáscara colapsa y se deforma de manera secuencial, y absorbe la carga de impacto y la distribuye por la «metaestructura».

En conjunto, las cáscaras persisten. Un huevo, dijeron los autores encabezados por Yuxin Wang, investigador en la Escuela de Mecánica e Ingeniería Aeroespacial, se rompe fácilmente. Dispuestas en cadena, no. Y con el agua, menos aún, porque, al agitarse, propaga las ondas de choque. En las simulaciones de las impresiones 3D, este diseño logró una reducción de la velocidad de un proyectil del 65%. El forro plano, sólo 51%.

Modelos 3D

Todos estos secretos ya los sabía la gallina, para tener una protección ligera a su futuros polluelos. Ahora falta retocar la geometría del blindaje y someterlo a más test, indican los creadores de la coraza, que fabricaron sus estructuras con tecnología de impresión tridimensional. Luego las golpearon con balas esféricas a «hipervelocidad». Diseñaron cinco tipos de placa hechas con las formas del huevo y determinaron que la que tenían los «extremos pequeños en contacto con la placa frontal, presenta la resistencia al impacto superior».

La matriz de 24 celdas logró una reducción del 65% en la velocidad del proyectil

«El mecanismo de absorción de energía de estas metaestructuras se determinó mediante un análisis comparativo del tamaño de la perforación en las placas objetivo, la morfología de la nube de escombros, la velocidad residual de los proyectiles, la energía cinética y la energía de deformación», explica el estudio, que tiene eco en el Instituto Americano de Física (American Institute of Physics). Si todas las cáscaras están en contacto con la placa frontal, se produce el mayor nivel de resistencia al impacto y la matriz de 24 celdas logró una reducción del 65% en la velocidad del proyectil.

Para comprobar su tesis, los investigadores pusieron en marcha «experimentos con pistolas de gas ligero», pero no pudieron hacerlo con «proyectiles con grandes diámetros y velocidades que superan los 7 kilómetros por segundo», porque «es un desafío y el costo experimental es muy alto. Pero sí verificaron los «comportamientos dinámicos de proyectiles de hipervelocidad que impactan placas» como las que habían creado.

En conclusión, frente al impacto de objetos a gran velocidad, la «metaestructura de matriz de cascarones de aluminio rellenos de agua facilita una mayor transmisión radial y difusión de la energía del impacto», escriben los autores. «El radio de expansión de la nube de fragmentos aumentó significativamente, al tiempo que se redujeron sustancialmente la velocidad residual axial media y la energía de impacto del proyectil». Así como no se resuelve el misterio de qué fue primero, el huevo o la gallina, tampoco estará claro en el futuro si los proyectiles de la basura espaciales fueron antes que la colonización de planetas.

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