La aventura de subir en globo a la estratosfera

Ya hay globos aerostáticos tan grandes como campos de fútbol. Comienza una nueva aventura en la conquista de la estratosfera

David González-Bárcena, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

El destino es la estratosfera. Justo por encima de la frontera que alcanza un avión, y unos cuantos kilómetros por debajo de los satélites. ¿Qué se puede hacer en esta capa de la atmósfera donde los globos aerostáticos campan a sus anchas?

Cuando Edgar Allan Poe llevó un globo a la Luna, éstos eran los únicos artilugios voladores de la época. Hoy, entre el bullicio de enjambres de satélites artificiales, costosos cohetes lanzadores de misiones espaciales, y aviones altamente contaminantes, los globos aerostáticos aparecen como una alternativa rentable y no contaminante. Aunque nunca desaparecieron del panorama, han recuperado por derecho propio su esplendor.

Existen globos capaces de alcanzar volúmenes superiores a 1 millón de metros cúbicos. Esto equivale, una vez inflados, a las dimensiones de un estadio de fútbol. Hay globos cuya misión es surcar los cielos con grandes telescopios a bordo. Con la entrada en juego del New Space en la última década y la comercialización del acceso al espacio, cada vez es mayor la demanda de globos para probar instrumentos espaciales en un entorno muy parecido al del espacio. Además, sin necesidad de cohetes, se avecina una prometedora nueva era para el turismo espacial en globo, como alternativa de bajo coste y de cero emisiones.

A bordo de una cabina presurizada, elevada mediante un globo de helio, los pasajeros, con ayuda de unos cientos de miles de euros, podrán observar la Tierra desde la estratosfera y experimentar la microgravedad en el momento en que la cabina se desprenda del globo hasta la apertura del paracaídas.

Alternativa a los satélites

A partir de los años 60, los globos estratosféricos nos permitieron estudiar la atmósfera, el sistema solar e incluso el Universo. En los últimos años, el número de misiones en globos estratosféricos ha ido en aumento gracias a las múltiples ventajas que ofrecen a la comunidad científica.

En muchos casos no es necesario llegar al espacio, y es posible conseguir lo mismo a menos de 40 km de altitud. Ésta es la zona de actuación de los sistemas de estaciones en plataformas a gran altitud (HAPS del inglés High Altitude Pseudo Satellites). Se trata de vehículos eléctricos que operan en las capas bajas de la estratosfera y que permiten mantener una cobertura continua de una cierta zona mediante un control de su trayectoria.

Estos sistemas, sostenidos con globos de helio, permiten monitorizar la superficie terrestre, el estado de la atmósfera y hasta pueden proporcionar conectividad de banda ancha y servicios de telecomunicaciones en zonas que carecen de estos. Empresas como Altran, Thales Alenia Space y SmartHAPS en España son algunos ejemplos del interés por este tipo de plataformas que pueden, parcialmente, sustituir en sus funciones a los enjambres de satélites.

Los gigantes de larga duración

La estratosfera es una capa óptima para situar plataformas científicas. A esas altitudes, prácticamente el 99 % de la masa de la atmósfera se encuentra por debajo. Esto proporciona una gran ventaja para poner la vista fuera de la Tierra sin las distorsiones que la atmósfera ocasiona.

Este tipo de plataformas para observar el cosmos se basan en globos de helio de larga duración (LDB del inglés Long Duration Balloon) que pueden sostener estructuras de hasta 4 toneladas y permanecer en la estratosfera desde unas horas hasta más de 100 días.

Los globos, hechos de polietileno, pueden alcanzar volúmenes superiores a 1 millón de metros cúbicos lo que equivale, una vez inflados, a las dimensiones de un estadio de fútbol.

A diferencia de los HAPS, este tipo de estaciones no disponen de control de la trayectoria, son empujadas por las corrientes de aire en la estratosfera y su duración está determinada por las limitaciones geográficas o restricciones geopolíticas.

Mejor que un cohete

Alcanzar estas altitudes, superando gran parte de la atmósfera simplemente con la ayuda de un globo de helio, puede resultar muy beneficioso también para vehículos lanzadores. En ellos, la mayor parte del combustible se emplea para superar las capas más bajas de la atmósfera donde la densidad del aire es mayor. Ya hay proyectos, como los de B2Space y Zero 2 Infinity que preparan lanzamientos “híbridos” llamados Rockoons (del inglés Rocket + Balloon) para reducir costes.

Además de esto, las misiones en globos estratosféricos son una de las principales vías de demostración tecnológica.

El entorno hostil al que tienen que enfrentarse los satélites en el espacio fuerza a que cualquier tecnología tenga que probarse previamente. Ahí, la estratosfera juega un papel fundamental. Las condiciones de vacío y la radiación térmica la hacen muy similar al entorno en órbitas bajas. Es algo que sabemos bien en el Instituto Universitario de Microgravedad “Ignacio da Riva” (IDR), de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Nuestra experiencia en el campo del control térmico de globos estratosféricos nos ha llevado a participar en varias misiones como SUNRISE III lideradas por el Instituto Max Planck alemán para el estudio del Sistema Solar.

Un telescopio solar a bordo de un globo: de Suecia a Alaska

SUNRISE III es un telescopio solar embarcado en un globo de larga duración que será lanzado desde Esrange Space Center, en el norte de Suecia, en junio de 2022.

La localización estratégica de este centro de lanzamiento, cercano al círculo polar Ártico, y la época del año elegida permitirán una visión ininterrumpida del Sol durante 7 días, en un viaje hasta Alaska a una altitud de unos 40 km.

Ésta será la tercera etapa de una exitosa serie de vuelos lanzados en 2008 y 2013 para estudiar la estructura y dinámica del campo magnético en la atmósfera solar.

En el IDR hemos estudiado el diseño térmico de esta misión y analizado el comportamiento térmico de varios instrumentos a bordo de este globo con el objetivo de mantenerlos dentro de sus requisitos de temperatura durante todo el vuelo.

Hagamos futuro

Los globos aerostáticos son magníficos para probar la tecnología que un día subirá al espacio. Esta es la base de numerosos programas que permiten a los estudiantes de universidades y escuelas superiores de toda Europa realizar experimentos científicos y tecnológicos con globos estratosféricos.

El Máster Universitario en Sistemas Espaciales de la UPM promueve la participación de los alumnos y alumnas en el desarrollo de experimentos que permitan estudiar los fenómenos en los que estamos más implicados, como el diseño térmico.

El primero de ellos fue TASEC-Lab, un experimento tipo CubeSat diseñado, construido y ensayado íntegramente en el IDR. El globo experimental se lanzó desde el Aeropuerto de León en julio de 2021, resultando todo un éxito a nivel técnico y educativo para los alumnos que participaron en él.

Dado el éxito de este proyecto, el IDR, en colaboración con el grupo STRAST, fue seleccionado por la Agencia Espacial Europea para participar dentro del programa REXUS/BEXUS en el desarrollo de HERCCULES.

Se trata de un experimento universitario en el que participan 15 alumnos y alumnas de distintos niveles formativos y de diferentes disciplinas. HERCCULES se lanzará desde Suecia en octubre de 2022 junto con otros experimentos de diferentes universidades europeas. Cada año se lanzan dos cohetes y dos globos, con hasta 20 experimentos diseñados y construidos por equipos de estudiantes.

Estos trabajos suponen la puerta de entrada al espacio tanto para la tecnología que se empleará en próximas misiones como para los estudiantes que coparan la industria espacial del futuro.

La aventura de subir en globo a la estratosfera solo acaba de comenzar.

David González-Bárcena, Profesor ayudante en el Departamento de Mecánica de Fluidos y Propulsión Aeroespacial de la ETSIAE e invesigador en el Instituto Universitario de Microgravedad «Ignacio da Riva», Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.