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(noticias nanowerk) Correr en la playa versus una carretera pavimentada puede alterar el paso, la velocidad y la estabilidad de un atleta. Si cambias la gravedad, el corredor puede batir su récord personal o hundirse en el suelo. Los investigadores deben tener en cuenta estos parámetros al diseñar vehículos exploradores y módulos de aterrizaje extraterrestres que puedan rastrear lugares donde ningún ser humano ha puesto todavía un pie. Para respaldar mejor este trabajo, un equipo multiinstitucional utilizó un generador de gravedad artificial en la Estación Espacial Internacional para analizar el flujo de regolito simulado, un tipo de escombros fragmentados que cubren la luna y los planetas rocosos.
Publicaron su trabajo en microgravedad npj (“Experimento de flujo granular con generador de gravedad artificial en la Estación Espacial Internacional”).
«Estudiar las propiedades de flujo del regolito que cubre cuerpos extraterrestres en condiciones de baja gravedad es esencial para el diseño y análisis confiables de módulos de aterrizaje y vehículos exploradores para la exploración espacial», dijo el autor correspondiente Shingo Ozaki, profesor de la Universidad Nacional de Yokohama. “El regolito, un material granular potencialmente escamoso y en polvo, es una preocupación importante para el módulo de aterrizaje o el rover. Aterrizar en un terreno tan suelto es una fase crítica durante la exploración, ya que los pies del tren de aterrizaje podrían quedar enterrados en el regolito”.
Spirit, uno de los vehículos gemelos que aterrizó en Marte en 2004, fue víctima de la regolita seis años después de su misión. Su rueda quedó irremediablemente atascada en el regolito, lo que obligó a su terminación.
«Este problema destacó la importancia de la mecánica de interacción rueda-suelo», dijo Ozaki. «Estos modelos de interacción mecánica de máquinas, como el chasis o el sistema de movilidad, en medios granulares bajo diferentes grados de aceleración gravitacional son clave para su diseño y análisis confiables».
En este estudio, los investigadores propusieron un enfoque experimental para examinar cómo las diferentes condiciones de gravedad afectan el comportamiento de ocho arenas, incluido el regolito simulado, a lo largo de horas. Experimentos anteriores realizados durante períodos más cortos, de apenas unos segundos, demostraron que la dinámica de fluidos de los medios granulares depende de la aceleración gravitacional. Sin embargo, según Ozaki, las instalaciones experimentales no fueron diseñadas para probar la dinámica de fluidos durante largos períodos de tiempo. Para ello, tenían que estar en el espacio, concretamente en la Estación Espacial Internacional (ISS).
Allí, se colocaron contenedores de reloj de arena especialmente diseñados en el módulo experimental japonés de la ISS, que está equipado con una centrífuga que puede crear condiciones de gravedad artificial estables a largo plazo. Cada contenedor contenía regolitos o arenas simulados que se encuentran en la Tierra, Marte o la Luna. Durante un período de siete horas, los investigadores aplicaron varias condiciones de gravedad artificial a los contenedores y examinaron cómo los materiales granulares fluían a través del cuello estrecho en forma de reloj de arena.
«Se descubrió que la condición de gravedad artificial en el experimento era útil para estudiar el flujo de medios granulares dependiente de la gravedad», dijo Ozaki. «Luego descubrimos que las propiedades de flujo de algunas arenas, incluso con baja gravedad, siguen cuantitativamente leyes físicas conocidas».
Los investigadores también confirmaron que la densidad aparente, o compacidad, de un material granular de arena disminuye con la gravedad. En otras palabras, con menos gravedad, la arena se vuelve más escamosa y potencialmente más peligrosa para los vehículos.
A continuación, los investigadores planean estudiar la competencia entre la gravedad y las fuerzas adhesivas que actúan sobre las partículas de arena en condiciones de baja gravedad.
«Las propiedades del flujo dependiente de la gravedad y la densidad aparente de la arena se pueden utilizar como base para un modelo mecánico y un conjunto de parámetros necesarios para predecir la interacción entre las máquinas y el regolito en condiciones de baja gravedad», explicó Ozaki, que dicha información proporcionaría la información fundamental necesaria para predecir mejor cómo el comportamiento de los medios de superficie puede influir en las interacciones con los vehículos.
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