Simulan las condiciones del espacio exterior a metros de la Capital Federal

Agencia CTyS (Emanuel Pujol) - El objetivo es reconocer si los artefactos científicos resistirán las condiciones fuera de la atmósfera. Para ello, en el Centro Atómico Constituyentes (CAC) han construido una cámara de irradiación espacial y una cámara de ciclado térmico.

En el espacio, los dispositivos electrónicos se encuentran expuestos a las variaciones de temperatura, a la ausencia de presión -ya que no hay atmósfera-, al bombardeo de partículas tales como protones, electrones o iones pesados, y a la radiación solar luminosa, infrarroja y ultravioleta.

Todos estos fenómenos son emulados por la cámara de irradiación solar, que fue desarrollada por los doctores Martín Alurralde y Alberto Filevich, en colaboración con los investigadores Cristian Nigri e Igor Prario, del grupo de daños por radiación de la Gerencia de Energía Solar de la CNEA.

Las condiciones del espacio a lo largo de las extensas órbitas que realiza un satélite, por ejemplo, son representadas en una cámara de apenas 80 centímetros de diámetro y 40 centímetros de alto, a la cual arriban los iones que son provistos por el acelerador de partículas de 64 metros de altura que posee el CAC.

Desde el 4 de octubre, fecha en que se recuerda el lanzamiento en 1957 del Sputnik I (el primer satélite terrestre hecho por el hombre), hasta el 10 de octubre, se conmemora la Semana Mundial del Espacio. Llama al asombro que las condiciones de este inmenso agasajado sean imitadas en estrechos límites, y no a miles que kilómetros, sino a metros de la transitada avenida General Paz.

El doctor Alurralde invitó a la Agencia CTyS al edificio donde funciona el acelerador que provee de partículas a la cámara de irradiación y explicó que “el haz de partículas viene de la torre y hay un gran imán que lo deflecta y lo direcciona a una de las líneas; entre ellas, hay una que investiga las irradiaciones biológicas; otra se dedica a estudiar las interacciones microscópicas; y también está la línea que se dirige a la cámara de irradiación espacial, que es un poco más ancha que las demás, de unos 20 centímetros de diámetro, porque los objetos a irradiar son más grandes”.

El sistema se encarga de que las partículas lleguen al objeto a probar como un haz de luz abierto, imitando la irradiación isotrópica (que proviene en todas direcciones) de partículas que atacan a los circuitos en el espacio.

Alurralde indicó que, dependiendo de lo que se desee estudiar, se puede bombardear al objeto con protones, que por ser los más abundantes son los que más daño producen en el espacio, electrones o, en ciertos casos, se pueden usar iones pesados, que abarcan todos los elemento de la tabla periódica.

El investigador indicó que hay dos tipos de daños en la electrónica de un satélite: pequeños golpes provistos por electrones que, repetidos muchas veces, generan con el tiempo consecuencias observables; y también existen los denominados single event effects, producidos por una partícula única con mucha carga y masa, que impacta en un lugar sensible y puede llegar a dañar la información que proporciona algún instrumento y, eventualmente, hasta deterioros irreversibles.

La cámara de irradiación cuenta también con un simulador solar, consistente en una lámpara de Xenón y espejos que reflejan la luz y la envían a la cámara donde se encuentra la muestra a ensayar. Esa luz ingresa a través de una placa de vidrio especial que permite el paso de toda la parte relevante del espectro luminoso similar al del Sol.

Al mismo tiempo, la muestra puede ser irradiada con el haz de partículas del acelerador. En tanto, todos los datos suministrados durante los experimentos son analizados por los científicos desde el centro de control ubicado en otra habitación, debido a es posible que se produzca radiación en el ambiente donde se ejecutan los ensayos.

Esta cámara funciona en alto vacío y permite ajustar la  temperatura durante el ensayo entre límites similares a los del satélite en órbita, entre los -150 Cº y 200 Cº. “El objetivo es simular la variación de temperatura que pueden sufrir los instrumentos al atravesar etapas de luz y sombra mientras realiza su órbita”, señaló Alurralde.

“Acá podemos hacer irradiaciones con algunos ciclos de temperatura, pero un satélite puede atravesar miles de ciclos durante su vida útil, por lo que no llegamos a representar toda la agresión térmica en la cámara de irradiación espacial. Por ello, es importante la cámara de ciclado térmico que desarrolló el doctor Alberto Filevich”, acotó.

Entre el frío y el calor extremo
Durante una misión típica de la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE), un satélite atraviesa alrededor de diez mil períodos de sombra de hasta veinte minutos cada uno, lo que implica variaciones de temperatura entre los -60ºC y 80 ºC.

Por ello, el investigador del CAC Alberto Filevich desarrolló varias cámaras de ciclado térmico. “Con estos instrumentos observamos si, por ejemplo, las celdas solares que van a formar parte de los paneles que alimentarán de energía a un satélite lograrán resistir las condiciones del espacio”, explicó a la Agencia CTyS.

Como los instrumentos científicos que se ponen en órbita son muy costosos y es imposible repararlos luego de su lanzamiento, se exageran los fenómenos que deberán soportar a centenas de kilómetros sobre la superficie de la Tierra.

“Podemos someter a los instrumentos a pasar desde cerca de -180 Cº a los 200 Cº, en solamente unos pocos minutos. Para lograr este shock térmico, utilizamos nitrógeno gaseoso muy puro, que, además de permitirnos trabajar a temperaturas extremas, evita que se produzca vapor o hielo durante los ciclos, porque no hay presencia de agua”, agregó el investigador principal del CONICET.

Esta cámara de atmósfera controlada posee un tamaño semejante al de un microondas hogareño. En su parte superior, dos calefactores similares a pistolas de calor permiten el ingreso del nitrógeno a alta temperatura, en tanto que un sistema electrónico censa la temperatura y activa las transiciones de temperatura establecidas para cada ensayo. El ciclo frío se realiza vaporizando una niebla de nitrógeno líquido a través de toberas especialmente diseñadas y construidas por el tesista de doctorado Javier García.

El doctor Filevich valoró que “como el proceso se basa en cambios de temperaturas abruptos, rápidos, permite simular en solo un mes los diez mil ciclos que deberán resistir los instrumentos analizados en un período de varios años en el espacio”.

“Este aparato es muy práctico, económico, fácil de mantener y confiable”, agregó el mentor del sistema, quien para construirlo contó con la colaboración del ingeniero Cristian Nigri, Igor Prario, Javier García, Sebastián Rodríguez y Alejandro Vertanessián.

La cámara de ciclado térmico tiene la ventaja de utilizar el mismo nitrógeno para las etapas de calentamiento como de enfriamiento, no permitiendo la entrada de aire atmosférico con agua. “El nitrógeno se mantiene en estado extremadamente puro, sin agua ni oxígeno libre, de manera que se evitan las alteraciones físicas y no se produce hielo”, acotó el doctor Filevich.