Estructura de los Materiales para la Ingeniería - Estación Espacial Internacional

UEA: Estructura y Propiedades de los Materiales en Ingeniería.

Evaluación Final: Estructura de los Materiales para la Ingeniería

Estación Espacial Internacional

Índice

Introducción:        3

Antecedentes históricos:        4

Metales:        4

Aleaciones:        5

Semiconductores        5

Cerámicos:        6

Polímeros:        6

Materiales Compuestos:        7

Nuevos Materiales:        7

Resultados:        9

Conclusiones individuales:        10

Referencias:        13

Introducción:

La actual "Estación Espacial Internacional" (ISS de sus siglas en inglés) nació del programa espacial "Freedom" desarrollado por EE. UU. Concebido en el año 1984, el presidente Ronald Reagan estableció la intención de desarrollar una estación orbital permanente, dado que la ciencia espacial iba cobrando cada vez más importancia y las naves que salían al espacio llevaban consigo cada vez más experimentos civiles.

La ISS es el laboratorio científico más grande construido en órbita alrededor de la Tierra. Los astronautas que llegan a las instalaciones para abordar una de estas misiones normalmente viven y trabajan en órbita durante seis meses. Tan sólo por el tiempo pasado en órbita, los astronautas revelan mucho más sobre el modo de vida y el trabajo de los humanos en el espacio. En la ISS se llevan a cabo experimentos de biología y biotecnología, tratando de incrementar nuestro conocimiento de los procesos de crecimiento celular y de tejidos biológicos en un ambiente de microgravedad. También los experimentos de física también juegan un papel importante en la ISS, ya que en este ambiente se permite que sean otros, y no la gravedad, los efectos que dominen. Asimismo, la tecnología que va a ser utilizada en otras misiones espaciales es siempre probada antes en la ISS, pero las dos áreas que cobran mayor relevancia por su impacto directo en la sociedad son las de la observación de la Tierra y la del estudio del ser humano y su salud.

Dentro de la estación espacial todas las actividades de investigación posibles están subdivididas en doce áreas que abarcan desde la Biotecnología, donde se llevará a cabo experimentos de cultivo de tejidos orgánicos, y cristales proteínicos, los cuales crecen más y de manera más perfecta en microgravedad, haciendo las estructuras de las proteínas más fáciles de observar, alterar y sintetizar. El objetivo fundamental en este campo será crear medicamentos más efectivos y con menos efectos secundarios.

Por otra parte, la física de combustión y el estudio de los fluidos (líquidos, gases y plasma) en condiciones de microgravedad estará orientado a diseñar edificios más seguros en zonas propensas a terremotos, mejorar la estabilidad y el rendimiento de las estaciones generadoras de energía, incrementar la productividad en el procesado de materiales como silicio y cerámicas o productos para la electrónica y la metalurgia, y otras aplicaciones prácticas.

En el área de la Química, con la producción de nuevos polímeros, donde se añaden las Ciencias de la Vida, las investigaciones de Ingeniería y el desarrollo de nuevas tecnologías, sobre todo en el campo de la robótica.

Antecedentes históricos:

En 1998 se lanzaron y empezaron a montar los primeros componentes de la Estación Espacial Internacional. Era la culminación, y al mismo tiempo el principio, de uno de los más grandes esfuerzos compartidos por distintos países en la exploración espacial a través de las agencias espaciales. Actualmente en el proyecto de la ISS trabajan 16 países: EE. UU., Canadá, Rusia, Japón, Italia, Bélgica, Holanda, Dinamarca, Noruega, Francia, España, Alemania, Gran Bretaña, Suecia, Suiza y Brasil.

Desde el año 2000 habitan seres humanos de modo constante en la ISS, un logro tecnológico que se llevó a cabo gracias a los diversos materiales ya que está formada por módulos donde vive y trabaja la tripulación; estos están unidos entre sí con 'nodos'. En ellos se acoplan las naves que llevan y traen a la estación suministros. Tanto los metales como los demás componentes de la ESS han tenido que responder a estándares estrictos: resistencia a la corrosión y durabilidad y comportamiento en caso de incendio, lo que incluye que no sean inflamables, que no produzcan chispas accidentalmente y que al someterse a altas temperaturas no emitan gases tóxicos. Debe proteger al máximo a los habitantes de la estación, que no pueden abandonarla de emergencia. Además, deben ser tan ligeros como sea posible.

La ISS tiene presupuesto asignado para seguir trabajando hasta el año 2024 con sus experimentos continuos y con un rol protagónico para una futura expedición a Marte. Después de esta fecha se planea la construcción de una nueva estación espacial que lleve a la humanidad aún más lejos en su conocimiento de él mismo, de nuevas tecnologías y de los fenómenos naturales en la Tierra.

Metales:

Los metales los podemos encontrar desde la cubierta y toda su Estructura de Armazón Integrada (ITS en inglés) formando la espina dorsal de la Estación Espacial Internacional, con soporte para carretas logísticas no presurizadas, radiadores, paneles solares, y otros equipamientos ya que está hecha de Aluminio. Pasando al interior, toda la instalación eléctrica está hecha de cobre, así como en el laboratorio Columbus hay distintos materiales científicos de Aluminio. Se decidió ocupar este metal porqué es barato, muy ligero y cumple con los estándares de calidad para la seguridad de los astronautas.

Aleaciones:

Estos materiales son imprescindibles para la estancia prolongada de un ser humano en el espacio, ya que, sin controles térmicos, la temperatura del lado hacia el sol de la Estación Espacial en órbita, ascendería a 121 °C (250 °F), mientras el lado opuesto descendería a -157 °C (-250 °F). La ISS está diseñada y construida teniendo en cuenta el equilibrio ambiental, y está equipada con un sistema de control térmico que mantiene a los aeronautas frescos y cómodos mientras viven en su casa en órbita espacial.
El sistema de calefacción está compuesto de diversas aleaciones formadas por silicio y aluminio, convirtiendo la energía solar (radiación) en energía eléctrica.

La energía de los paneles solares fluye hacia la ISS para operar instrumentos, sistemas electrónicos y todos los innumerables sistemas de la Estación. Todos producen calor y algo tiene que hacerse para deshacerse del exceso. La respuesta básica es instalar intercambiadores de calor.

Para remover el calor de la nave, los diseñadores crearon el Sistema Activo de Control Térmico ó Active Thermal Control System, (ATCS) en inglés. El calor de desecho se remueve de dos maneras, a través de placas de enfriamiento y con sistemas de intercambio de calor, ambos enfriados por un circuito cerrado de agua en circulación. Los intercambiadores de calor con agua o con aire, enfrían y extraen la humedad del ambiente interno de la nave.

Semiconductores

Las celdas fotovoltaicas están compuestas (mayormente) de silicio, el cual es cortado en pequeños trozos en forma de pequeños círculos cristalinos, después de un complejo proceso de pulido, se cubren por un vidrio delgado que impide la degradación a la radiación.

Las celdas de mayor eficiencia empleadas en el espacio son de Arseniuro de Galio denominadas celdas multiunión, están hechas con materiales que aprovechan mejor la energía del sol y son más robustas a condiciones inhóspitas. Las celdas multiunión tienen eficiencia comprobada de 34%, se denominan multiunión por el número de capas que componen la celda, pudiendo ser de tres, cuatro y hasta seis capas. Para que la energía generada sea aprovechada al máximo la NASA emplea baterías de níquel-hidrógeno, evitando con esto emplear, en mayor medida, baterías de radioisótopos y garantizar mayor seguridad para el personal y los equipos.

Una de las metas principales de la NASA es emplear la tecnología fotovoltaica para propulsar naves espaciales, si se planea viajar a Marte una de las mejores opciones para suplir energía es mediante la obtenida del sol. Lo que ayudaría a reducir los costos de misiones muy prolongadas.

Cerámicos:

Para el caso de los cerámicos encontramos en los escudos MM/OD (siglas para meteoritos y desechos orbitales) uno conocido como “nextel”, utilizado para la resistencia del impacto de basura espacial o micro asteroides ubicados en la órbita terrestre baja. En los módulos fabricados por EU el escudo es una hoja de aluminio de 1,3 milímetros separada 10 centímetros del casco de presión, formado por aluminio más resistente y de más de 3 mm de espesor, incluso 7 en las zonas más expuestas. Ese espacio de 10 cm está ocupado por varias capas de un tejido cerámico de gran resistencia, el nextel, y una segunda capa de un tejido similar al kevlar. Esta disposición permite que cuando el escudo exterior sea atravesado por un desecho orbital, éste se rompa en pequeños fragmentos que sean absorbidos o ralentizados por los tejidos para llegar al casco de presión en forma de una nube de partículas, disipando la energía del choque a lo largo de un área mucho mayor.

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