Misión espacial: un experimento bajo tierra para llegar a Marte

Si alguien ha mirado el universo con ojos asombrados ha sido el astrofísico Stephen Hawking. Entre sus innumerables ideas al respecto, una ha sido contundente en relación a extender las fronteras. “No creo que la raza humana sobreviva los próximos mil años –dijo–, a menos que nos dispersemos por el espacio. Hay demasiados accidentes que pueden ocurrirle a la vida en un solo planeta. Pero soy optimista. Llegaremos a las estrellas”.

En la Universidad de Birmingham, en el Reino Unido, esos dichos están grabados en un panel al ingreso de las áreas de investigación espacial. El ADN de los científicos que habitan esos pasillos está imbuido de horizontes lejanos plausibles.

Haciendo uso de todos los clichés de la ciencia ficción, un equipo de científicos, un grupo de mineros y una serie de aventureros del espacio se encuentran escribiendo un libreto que al director de cine Stanley Kubrick le hubiera parecido exagerado.

En 1939, en un sitio de unas 200 hectáreas localizadas en el pueblo de Boulby, en la costa noreste de North York Moors, en North Yorkshire, Inglaterra, se descubrió potasa, la fuente natural más común de potasio utilizada como fertilizante mientras los buscadores perforaban en busca de petróleo. Se analizaron las reservas, se consideraron interesantes, pero demasiado profundas. El costo beneficio no tentó a ninguna empresa hasta que, en 1968, la Imperial Chemical Industries (ICI) comenzó la construcción de una mina para dar curso a la explotación que, de todos modos, no tuvo lugar hasta 1976.

Se convirtió en la fuente de toda la potasa producida en el Reino Unido. Para 2011, se inició la primera producción comercial mundial de polihalita, un mineral raro que tiene potencial comercial como fertilizante inorgánico. Más tarde también comenzó la explotación de sal gema, halita o sal de roca, un mineral formado por cristales de cloruro de sodio, muy abundante en terrenos sedimentarios.

Con 1400 metros bajo tierra, es la segunda mina más profunda de Europa. Su tendido de caminos subterráneos, que incluso se adentra debajo del Mar del Norte, tiene más de 1000 kilómetros de largo. Los más de mil empleados tardan siete minutos en llegar al fondo de la mina en ascensor.

En espacios en desuso se ha montado el llamado laboratorio subterráneo de Boulby. Las vetas de sal y potasa extraídas son restos de la evaporación de un antiguo mar (el Mar de Zechstein) que existió hace unos 250 millones de años. Las carreteras principales y las cavernas se cortan en la capa de sal de roca.

Se diagramó un esquema de necesidades que permitan facilitar el retorno humano a la Luna, además de estimar una estrategia de pruebas para una posible misión tripulada posterior a Marte

En la ubicación del laboratorio existe un techo de más de 1100 metros de roca, lo que da como resultado una reducción en la tasa de rayos cósmicos naturales de un factor de un millón en comparación con los niveles de la superficie. Con esto, y dado que la sal de roca circundante tiene poca radiactividad, Boulby es un sitio ideal para proyectos científicos subterráneos profundos.

El lugar ha albergado ciencia subterránea profunda desde 1990. El enfoque de los primeros trabajos fue la búsqueda de la materia oscura, la masa perdida en el universo: partículas fundamentales aún desconocidas que no absorben, reflejan o emiten luz, y que sólo interactúan débilmente con la materia normal.

Los detectores subterráneos profundos de partículas diseñados para localizar materia oscura pueden funcionar con niveles muy reducidos de interferencia de rayos cósmicos, por lo que no es posible operarlos en la superficie de la Tierra.

Durante más de dos décadas en Boulby, el Reino Unido y científicos internacionales han desarrollado y probado tecnologías de detección de materia oscura líderes en el mundo, incluidos los NAIAD y ZEPLIN, siendo esta última una de las tecnologías clave que se utilizan ahora en los detectores de materia oscura más sensibles del mundo. Boulby continúa albergando parte del programa localizador direccional de materia oscura CYGNUS.

Hagamos como que es Marte

La ciencia que se desarrolla en Boulby ahora es altamente multidisciplinaria, con una amplia gama de estudios que necesitan acceso a un espacio experimental de fondo bajo o acceso al entorno subterráneo profundo geológicamente interesante. Abarca desde física de astropartículas hasta estudios de geología y geofísica, clima, medioambiente, desarrollo de tecnología de exploración planetaria y vida en entornos extremos en la Tierra.

En la actualidad, las instalaciones de apoyo a la ciencia en Boulby incluyen un laboratorio subterráneo de 4000 m3 de profundidad para proyectos de fondo ultra bajo, con áreas experimentales totalmente respaldadas operadas con estándares de sala limpia. Con una superficie de 1600 m2, el laboratorio cuenta con electricidad, internet, capacidad de elevación de 5T y 10T, aire acondicionado y filtración. Además, Boulby también opera un Área Experimental Exterior (OEA) de 3000 m3 en una caverna de sal cercana, descubierta para estudios que requieren acceso asistido al entorno subterráneo profundo y geología.

En medio de este desarrollo digno de Viaje a las estrellas se encuentra en marcha un programa creado por un equipo de trabajo de la Universidad de Birmingham que ha diagramado un esquema de necesidades que permitan facilitar el retorno humano a la Luna, además de estimar una estrategia de pruebas para una posible misión tripulada posterior a Marte.

Alexandra Iordachescu, especialista de la Facultad de Ingeniería Química de la entidad, se encuentra a cargo del proyecto Bio-SPHERE (un acrónimo que se compone de los términos en inglés superficie, habilidad, supervivencia, ambiente extremo, investigación y expediciones). “Nuestro proyecto está abocado a investigar de qué modo sería posible llevar adelante las actividades científicas en situaciones tan complejas como en Marte o en la Luna. Hemos partido desde un diseño de escenarios diversos hasta ajustar variables para simular una acción tripulada, y de qué modo es posible explorar los retos y la resistencia de los equipos humanos en esas condiciones”, explica.

Alexandra es investigadora principal en la Escuela de Ingeniería Química de su universidad. Dirige un tema de investigación centrado en el desarrollo de sistemas organoides que incluyen microgravedad simulada. Es la fundadora y líder de un consorcio nacional que permite la investigación interdisciplinaria y la excelencia en esta área.

“Construir y establecer bases fuera de la Tierra exigirá desde capacidades físicas a resistencia emocional, administración de recursos en escenarios totalmente nuevos, y demandas operativas ajenas a la ciencia tradicional dentro de la Tierra. Estamos trabajando en ese entorno bajo tierra con premisas que involucran condiciones geológicas, atmosféricas y gravitatorias”, dice.

“Sabemos que los pasajes a través de situaciones de microgravedad ocasionarán deterioros progresivos en los tejidos orgánicos y, como consecuencia, lesiones que, en entornos normales, no ocurrirían o podrían tratarse de modos tradicionales –sigue Iordachescu–. A esto se suma que, ante una atención de salud o a un requerimiento técnico para la sobrevida de la tripulación, por ejemplo, se deberán enfrentar desafíos de aislamiento, distancia y evacuación”.

El proyecto Bio-SPHERE ha implicado la adaptación de una red de túneles de 3000 metros cuadrados adyacentes al Laboratorio Boulby. La experiencia se sumerge a través de laberintos de sal de roca que datan de 250 millones de años de antigüedad.

Sean Paling, director y científico principal del laboratorio subterráneo de Boulby, profesor honorario de la Universidad de Sheffield e investigador de astropartículas, materia oscura y búsquedas de eventos raros, relata que “esta superficie en la que nos encontramos sumergidos consiste en capas de evaporita pérmica, que son rezagos provenientes de lo que fue el mar de Zechstein”.

Este entorno geológico, junto con la ubicación profunda del subsuelo, ha permitido a los investigadores recrear las condiciones operativas que los humanos experimentarían trabajando en cavernas similares en la Luna y Marte. Esto incluye la lejanía, el acceso limitado a nuevos materiales y los desafíos para mover equipos pesados.

Al mismo tiempo, gracias al entorno de radiación ultra baja proporcionado por esa profundidad, la ubicación permitirá a los científicos investigar qué tan efectivos podrían ser los hábitats subterráneos para proteger a las tripulaciones espaciales de la radiación del espacio profundo, que es un riesgo significativo en la exploración espacial. También se evalúan otros peligros en estas condiciones, como la caída de escombros de meteoritos, que corre el riesgo de dañar la infraestructura de soporte vital.

Esta es la primera experiencia de un conjunto de dependencias de laboratorio que han sido programadas para analizar el modo en que las personas podrían conservar su estado de salud y, al mismo tiempo, trabajar durante misiones espaciales de largo alcance.

“Uno de los objetivos es reducir todos los impactos posibles que impidan garantizar la continuidad de una misión de este tipo a la Luna o a otros planetas”, afirma Iordachescu.

Iglúes bajo tierra

En el marco de esta tarea ya está operativo el primer módulo del proyecto Bio-SPHERE. Se trata de un nodo de tres metros de ancho y ha sido pensado para analizar procedimientos posibles en caso de daño en los tejidos humanos. Para esos casos particulares, agrega Iordachescu. “hemos desarrollado y estamos testeando fluidos complejos, polímeros e hidrogeles que proporcionarían una regeneración veloz y podrían utilizarse en caso de heridas o como rellenos en casos de accidentes”, informa Iordachescu.

Bio-SPHERE ha implicado la generación de un entorno de trabajo estéril y un método de procesamiento de materiales que interactúa entre el módulo de simulación y el laboratorio instalado en la mina adyacente, que le proporciona acceso pronto a especialistas de física y de química para la resolución rápida de problemas.

“Este módulo ofrece la simulación de diferentes entornos de una misión y el modo de crear intervenciones científicas y médicas de vanguardia de manera interdisciplinaria –sigue Iordachescu–. Es posible analizar cómo responden la biología y los procesos fisicoquímicos en un ambiente extremo y de qué modo la medicina puede intervenir en esos casos, considerando las situaciones particulares de presión ambiental, temperatura y geología”.

El proyecto Bio-SPHERE aspira a responder algunos cuestionamientos clave para establecer condiciones de vida sostenibles en entornos terrestres complejos y, al hacerlo, contribuiría significativamente a los preparativos esenciales para el siguiente prolongado y desafiante viaje colectivo hacia el espacio.

Protocolos de emergencias en entornos aislados del espacio y de la tierra

El enlace entre los profesionales de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Birmingham y el equipo científico del Laboratorio Subterráneo de Boulby implicó un ajuste para no desperdiciar la oportunidad de recopilar información para determinar protocolos de emergencias médicas y reparación de tejidos en misiones en el espacio profundo.

“Este tipo de estadísticas pueden guiar el diseño de un programa de intervenciones científicas y los plazos requeridos para que funcionen en entornos aislados, como los hábitats espaciales –afirmó Paling desde su liderazgo del laboratorio–. Es posible que también descubramos muchas aplicaciones que servirán en nuestro planeta como soluciones de biomedicina para implementarse en áreas remotas o en caso de emergencias y peligro inminente. Crear un esquema de flujos de trabajo viable en situaciones tan extremas como el espacio, ofrece alternativas de soluciones intermedias para aplicar en nuestro propio medioambiente”.

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