Con el regreso a la Luna en el horizonte de muchas misiones espaciales, uno de los grandes desafíos a los que se enfrenta la exploración es el polvo lunar. Estas diminutas partículas, cargadas eléctricamente, suponen un riesgo tanto para la salud humana como para el funcionamiento de los equipos e instrumentos desplegados en la superficie.
En este contexto se enmarca la misión DUSTER, siglas de Dust Study, Transport, and Electrostatic Removal for Exploration Missions, un proyecto europeo en el que participa personal científico y de ingeniería del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), y cuyo objetivo es comprender mejor el comportamiento del polvo cargado y desarrollar herramientas para su control.
Luna menguante. Crédito: ESO/D. Baade
En junio, el proyecto ha afrontado con éxito su revisión final, un proceso llevado a cabo por expertos y asesores de la Comisión Europea, que han valorado positivamente los avances logrados y han ofrecido las últimas directrices para completar su desarrollo. “Como conclusión, se puede afirmar que al cierre del proyecto se prevé alcanzar todos los objetivos e hitos planteados”, señala Carmen Pastor, ingeniera de la Unidad de Desarrollo Tecnológico e Instrumentación (UDIT) del IAA-CSIC. “Además, se ha logrado alcanzar el Nivel 4 de Madurez Tecnológica (TRL 4, donde el nivel 9 se consigue cuando se ha completado satisfactoriamente la misión espacial) en todos los componentes del sistema, tal y como estaba previsto en la planificación inicial”.
EL RETO DE CONTROLAR LAS PARTÍCULAS DE POLVO CARGADAS
El polvo estudiado en DUSTER es extremadamente fino, con partículas de apenas unas milésimas de milímetro, y presenta una carga eléctrica que hace que se adhiera con fuerza a cualquier superficie. Para lograr mover estas partículas de forma controlada, el proyecto genera campos eléctricos que desplazan el polvo en distintas direcciones, mientras se mide la corriente eléctrica producida por su movimiento mediante electrodos especializados.
El comportamiento del polvo varía según el entorno espacial. “En la Luna, por ejemplo, el polvo del lado iluminado por el Sol se carga positivamente, mientras que en el lado en sombra adquiere carga negativa. Además, la gravedad local —que es muy distinta en la Luna, Marte o los asteroides— también influye en esta carga”, explica Rosario Sanz, ingeniera de proyecto en el IAA-CSIC.
Estos experimentos permiten obtener datos clave sobre la carga eléctrica, la temperatura y el campo eléctrico en la superficie donde se deposita el polvo, mediante instrumentos como sondas Langmuir––capaz de medir parámetros del plasma––, sondas de campo eléctrico y electrodos diseñados para mover y detectar el movimiento de las partículas cargadas.
INSTRUMENTO CLAVE PARA ESTUDIAR EL POLVO LUNAR
El consorcio DUSTER reúne al Instituto Real Belga de Aeronomía Espacial (BIRA), el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), la Oficina Nacional de Estudios e Investigaciones Aeroespaciales (ONERA) de Francia y la empresa Thales Alenia Space España (TAS-E).
En menos de dos años, el equipo internacional ha desarrollado y validado un instrumento capaz de estudiar el polvo lunar en una cámara de vacío que reproduce las condiciones de la superficie lunar, utilizando polvo que simula el regolito —la capa polvorienta que cubre la Luna formada por fragmentos de roca y restos de impactos— vacío e irradiación, generada por lámparas ultravioleta que simulan el sol.
El IAA-CSIC ha desempeñado un papel fundamental en el diseño y construcción del sistema electrónico y de control del instrumento. Entre sus contribuciones destacan el desarrollo de la unidad central de procesamiento—encargada del funcionamiento general del sistema y de la adquisición de los datos científicos—, así como el de la fuente de alimentación de baja tensión, el arnés de cables y el diseño mecánico y térmico de la caja que alberga la electrónica.
Además, el centro ha desarrollado el software, tanto de abordo como de comunicación con el instrumento, y ha llevado a cabo su integración y pruebas en sus propias instalaciones. “La integración del instrumento se completó en tiempo récord para cumplir con los plazos del proyecto, superando un gran reto gracias al trabajo conjunto de todo el consorcio”, explica Carmen Pastor (UDIT/IAA-CSIC).
Integración de DUSTER en el IAA-CSIC. Crédito: Carmen Pastor (IAA-CSIC)
Por su parte, el instituto belga BIRA ha diseñado parte de la electrónica (las tarjetas de adquisición y control de las 3 sondas además de la fuente de alta tensión), las sondas de medición del campo eléctrico y las tipo Langmuir y ONERA ha liderado las pruebas en cámara de vacío y desarrollado sondas para el movimiento y su medición de las partículas de polvo.
“Los experimentos han permitido comprender mejor cómo se carga eléctricamente el polvo lunar y cómo controlarlo mediante campos eléctricos”, explica Remi Pacaud, científico de ONERA. Gracias a la irradiación con luz ultravioleta, el equipo pudo cargar las partículas positiva o negativamente y medir la carga eléctrica de partículas individuales, estableciendo un protocolo experimental para caracterizar el polvo en condiciones lunares.
Estos resultados abren el camino al desarrollo de tecnologías que permitan mitigar el impacto del polvo lunar en futuras misiones, protegiendo tanto los equipos como la salud de los astronautas.
DUSTER con las sondas dentro de la cámara de vacío JONAS. Crédito: ONERA
LOS SIGUIENTES PASOS
Con la revisión final superada, el proyecto se encuentra en una etapa crucial para dar el siguiente paso. “El primer objetivo era poner encima de la mesa un instrumento completo para poder medir in situ las propiedades del polvo. De esta forma, en una futura misión espacial, partiremos de una posición muy ventajosa por la viabilidad y madurez demostrada”, detalla Julio Rodríguez, investigador del IAA-CSIC que coordina la participación del centro en el proyecto.
Entre los planes más inmediatos está la exploración de pruebas en condiciones de microgravedad, mediante vuelos parabólicos, para validar el instrumento fuera de la Tierra. Además, se están estudiando futuras misiones espaciales para continuar perfeccionando el diseño, con especial atención a reducir su tamaño y peso, facilitando así su integración en vehículos y bases lunares.
Este progreso abre un abanico de aplicaciones para entornos variados como la Luna, Marte, asteroides y cometas, impulsando el desarrollo de soluciones para un desafío fundamental en la exploración espacial: el control eficiente del polvo cargado.
“Asimismo, se están buscando futuras misiones de exploración espacial en las que instalar una versión mejorada de DUSTER adaptada a las condiciones de la misión, bien sea controlado por astronautas, bien sea que funcione de forma autónoma, optimizando su diseño con una reduciendo de consumo, tamaño y peso.”, concluye Julio Rodríguez (IAA-CSIC).
