La Luz del Ingenio en la Estación Espacial Internacional

Investigadores han ideado algunos ingeniosos experimentos utilizando desechos a bordo de la EEI.

Septiembre 25, 2003: He aquí un reto para usted: Usando únicamente lo que pueda encontrar abandonado por su casa, monte un experimento para encontrar solución a una pregunta científica que nunca antes se haya contestado.

Este es esencialmente el desafío afrontado por algunos científicos que desean llevar a cabo sus investigaciones en la Estación Espacial Internacional (EEI). Con los transbordadores temporalmente varados en tierra y el limitado espacio de los cohetes rusos, no es fácil poner su equipo en órbita. ¿Que pueden hacer?

Improvisar.

Los astronautas a bordo de la estación son adaptables, experimentadores natos, y no siempre necesitan equipo sofisticado para desarrollar las ciencias. De ahí que los investigadores hayan ideado algunas ingeniosas formas de utilizar lo que ya está disponible a bordo de la estación: herramientas para mantenimiento, suministros alimenticios, artículos higiénicos, cámaras, y por supuesto, falta de gravedad.

Arriba: El cosmonauta Nikolai M. Budarin, Ingeniero de vuelo de la sexta expedición, apretado dentro de una nave Soyuz. El espacio es limitado. [más información]

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El experimento sorprendentemente elegante que han concebido, es una muestra de gran iniciativa. Durante las próximas semanas, Science@NASA presentará una serie de artículos acerca de estos experimentos, mostrando cómo objetos cotidianos se pueden utilizar en el espacio para progreso de las ciencias.

Empezaremos con Fluidos Miscibles en Microgravedad, un experimento fraguado en la Universidad de Mississippi Sur por el profesor de química John Pojman y sus colegas Vitaly Volpert y Nick Bessonov de la Universidad de Lyon I en Francia. Ellos desean averiguar qué ocurre cuando se combinan dos fluidos miscibles en microgravedad.

"Miscible significa mezclable", explica Pojman. "Cuando se combinan fluidos miscibles se integran físicamente. Por ejemplo agua y melaza son miscibles. Uno se diluye completamente en el otro. Los fluidos inmiscibles son justo lo contrario, permanecen separados como el aceite y el agua".

Parece muy simple. Pero hace 100 años un físico holandés de nombre Diederik Korteweg encontró una complicación: a veces los fluidos miscibles se comportan como los inmiscibles.

De hecho, usted puede verlo en su propia cocina utilizando agua y miel. Llene una taza limpia con agua. Después, introduzca una cuchara en una jarra de miel y vuélquela sobre la taza. Un chorrito de jarabe puro se hundirá hasta el fondo. Al principio, la pegajosa miel parece ignorar el agua circundante. Durante un momento aparenta ser inmiscible. Con el tiempo, sin embargo, el jarabe se disuelve.

Left: Una fotografía del siglo XIX de Diederik Korteweg. [más información]

Korteweg estaba fascinado por lo que ocurre durante este curioso momento, justo después de que los fluidos miscibles se combinan y justo antes de que se disuelvan. ¿Se comportan de verdad como fluidos inmiscibles? Korteweg sabía que los fluidos inmiscibles tienden a separarse en pequeñas gotitas: un efecto secundario de la tensión superficial. Llegó a la conclusión de que los fluidos miscibles deberían disgregarse de la misma forma durante los primeros instantes, después de una suave agitación.

Los fluidos miscibles, agitados suavemente, se utilizan extensamente en la industria de plásticos y son necesarios para cierto tipo de investigación médica -- "especialmente en el crecimiento de cristales de proteinas en microgravedad", destaca Pojman. Cómo se integran, disolviéndose uniformemente o fragmentándose en gotitas, constituye, de hecho, una gran diferencia en sus características físicas.

Nadie sabe todavía si Korteweg estaba en lo cierto. Según Pojman "es imposible analizar su teoría en la Tierra porque la gravedad es más influyente que la tensión superficial. Por su propio peso las corrientes de fluido desaparecen. "Debemos llevar a cabo este experimento en el espacio".

Derecha: Pojman ha intentado el experimento utilizando agua y glicerina a bordo del KC-135 de la NASA, el "Cometa del Vómito". Sin embargo sólo se puede disponer de unos pocos segundos de buena microgravedad -- insuficientes para resolver el rompecabezas". Imagen cortesía de John Pojman.

Durante algún tiempo Pojman ha planeado investigar el problema mediante un sofisticado experimento denominado "Fenómenos Transitorios en Interfase de Sistemas Polímeros Miscibles, pero el equipo no llegará a la estación hasta finales de esta década. Entretanto, conseguirá un adelanto en el progreso hacia la solución del fenómeno de Fluidos Miscibles en Microgravedad.

Lo primero que necesitan para el experimento es el contenedor en el cual se llevará a cabo. Este no ha de ser demaciado grande, pero debe ser transparente para que las cámaras puedan registrar los resultados.

Una colección de jeringuillas para muestras de orina que no han sido usadas,se ajusta a la perfección para este propósito. Las cámaras que la tripulación utiliza para documentar la vida en órbita sirven también para la adquisición de datos. Una videocámara filmará los 10 minutos del experimento completo, y una cámara digital tomará fotografías cada 30 segundos.

Mientras el recipiente de una jeringa sirve como contenedor para el primer fluido, la aguja de otra servirá para inyectar lentamente el segundo fluido. Pojman añade que unas burbujas de aire podrían arruinar el experimento.

Para tapar pequeños agujeros en las jeringuillas que pudieran introducir burbujas, Pojman consideró usar un sellante ampliamente conocido: chicle. "Me gusta la idea de un experimento que utiliza chicle", bromea Pojman. Sin embargo, finalmente eligieron utilizar Duxseal, un compuesto reparador de fugas en plomería, del conjunto de herramientas para mantenimiento de la estación.

Izquierda: El Profesor Pojman muestra el prototipo del experimento MFMG. Bob Powell, un experto de la NASA en el desarrollo de procedimientos para experimentos en microgravedad, mira sobre su hombro. Imagen cortesía de la NASA.

El agua es una selección obvia como primer fluido, pero ¿que hay acerca del segundo? Pojman dice que consideraron varios materiales disponibles en la estación: champú, espuma de afeitar, incluso gel para ultrasonidos (la estación especial está equipada con un monitor de ultrasonidos para utilizar en experimentos médicos).

Finalmente se decidieron por miel. La tripulación tiene a bordo latas de miel rusa para endulzar el té. Como cualquiera que haya endulzado el té con miel sabe, la miel se disuelve muy bien en el agua -- es decir, agua y miel son miscibles.

Una bolsa para emparedados con cierre servirá como reservorio para el agua, y otras dos bolsas más grandes se utilizarán para desechar los sobrantes.

¡Voilà! Un experimento en microgravedad, y no requiere equipo especializado.

El experimentosobre Fluidos Miscibles en Microgravedad se realizará posiblemente antes de fines de este año. Aunque no pueda resolver los interrogantes acerca de las ideas de Korteweg, es un preludio importante para experimentos posteriores. No esta mal para unos sdesechos... y un poco de ingenio.

La Oficina de Investigaciones Biológicas y Físicas de la NASA (Office of Biological & Physical Research -- OBPR) financia experimentos de física básica para el beneficio de la humanidad en la Tierra y en el Espacio.

Vitaly Volpert y Nick Bessonov en Francia, han llevado a cabo simulaciones informáticas que demuestran cómo una corriente de un fluido miscible puede apartarse de la tensión de Korteweg y una gota elíptica se convierte en esférica -- exactamente como se aprecia en fluidos inmiscibles. "Las grandes incógnitas," dice John Pojman, "son los parámetros que describen las interactuaciones moleculares". La ejecución del experimento Fluidos Miscibles en Microgravedad ayudará a este equipo a estimar estos valores y a evaluar su modelo.

Fluidos miscibles en microgravedad (Miscible Fluids in Microgravity - MFMG) (MFMG) es un preludio de un experimento espacial más sofisticado: Fenómenos Transitorios en Interfase de Sistemas Polímeros Miscibles (Transient Interfacial Phenomena in Miscible Polymer Systems -- TIPMPS) dirigido por John Pojman, Vitaly Volpert y Hermann Wilke de Berlin, Alemania. TIPMIPS se ha planeado para finales de esta década. Entretanto, Pojman está interesado en reunir información para evaluar sus modelos informáticos -- de ahí MFMG.

Diederik Korteweg -- Información biográfica acerca del científico holandés quien inicialmente propuso la teoría mencionada en este artículo.

Videos: haga clic aquí para ver una película de 5.3 MB en formato QuickTime que muestra al Professor haciendo un experimento anterior sobre fluidos miscibles a bordo del KC-135, mejor conocido como el "Cometa del Vómito"; haga clic aquí para ver una película de 1.8 MB que muestra un acercamiento de las muestras durante el experimento. Videos cortesía de John Pojman.

Nota de Prensa -- sobre esta investigación, de la Universidad de Mississippi Sur (University of Southern Mississippi)