Gravedad artificial: una verdadera Odisea.

Para esta entrada, ya en la recta final del año, vamos a hablar de una película interesante: 2001: Una odisea en el espacio (1968). Dirigida por Stanley Kubrik y guionizada por Arthur C. Clarke, quien desarrollo su novela homónima de forma paralela a la película. La obra es digna de verse, aunque, os advierto, es lenta (muy lenta para mi gusto).

Como podréis observar, si veis la película, hay algo que llama la atención y es que tanto en la estación espacial a la que viaja el doctor Floyd antes de ir a la Luna, como en la nave Discovery 1, hay, aparentemente, una gravedad similar a la Terrestre (si no igual). ¿A que se debe esto? ¿Cómo podemos generar gravedad artificial?

Seguro que tampoco os pasa desapercibido el hecho de que la estación espacial tiene una peculiar forma: es una especie de rueda gigante que está rotando sobre si misma. He ahí el motivo de la gravedad: como, al fin y al cabo, la gravedad es una aceleración, lo que se les ocurrió a Clarke y Kubrik fue poner la estación espacial a girar, de forma que se genera una aceleración centrífuga en la dirección radial y hacia fuera de la nave, provocando que en las paredes de la misma apareciera esa gravedad artificial.

La idea se le había ocurrido ya al astronauta ruso Konstantin Tsiolkovsky a principios del siglo XX y se popularizó por Werner Von Braun en la década de los 50. El problema principal es el coste de semejante “monstruo”, pues hay que tener en cuenta que, a menor radio, mayor debe ser la velocidad de giro para generar una aceleración como la de la gravedad terrestre y el cuerpo humano no es capaz de soportar cualquier velocidad de giro (fijaos cuando os subís a las atracciones de feria, esas que tanto os gustan, que giran y os marean y… bueno, ya sabéis lo que suele pasar).

La relación entre la aceleración centrífuga, la velocidad angular y el radio desde el centro de giro viene dada por las ecuaciones del movimiento circular:

a_c = ω²R

donde:

            a_c : aceleración centrípeta (la opuesta, en sentido a la centrífuga)

            ω : velocidad angular (velocidad de giro)

            R : radio de giro

Así pues, podemos estimar que radio seria razonable para la estación espacial en la película. Por ejemplo, si queremos que la nave gire a la mitad de la velocidad a la que gira la Tierra, es decir, 1 vuelta en 12 horas (o lo que es lo mismo, ω=2π/(12*60*60) radianes por segundo), para generar una aceleración centrípeta igual a g, el radio de la nave sería de unos 500000 kilómetros, lo cual, no es moco de pavo. Teniendo en cuenta que la nave tiene forma de rueda, la superficie de una rueda con ese radio seria del orden de 10¹¹ kilómetros cuadrados. Para que os hagáis una idea, Júpiter tiene un área superficial de 6.41x10¹¹, imaginaos la magnitud de nuestra supuesta estación espacial. ¡Con razón abandonan la Tierra!

Visto que nuestra suposición inicial fue un gran fracaso, vamos a pensar en una velocidad de giro mucho mayor, 1 vuelta por minuto (esto es, ω = 2π/60 radianes por segundo). En este caso, el radio de la nave sería de unos 900 metros, es decir, la nave tendría casi dos kilómetros de diámetro. Ahora visitemos Wikipedia, esa gran fuente de sabiduría (en inglés), y veamos que características tiene la estación espacial internacional:

• Largo: 51 metros
• Ancho: 109 metros

Es decir, ambas medidas se alejan (y mucho), de las que hemos obtenido con una velocidad de giro de 1 vuelta por minuto (ni que decir tiene de la mitad de la velocidad de la Tierra).

Bueno, pues vamos a probar dando un radio razonable. Tomamos R = 54.5 metros, para que el diámetro de la estación espacial se acerque al ancho de la estación internacional. En estas condiciones, obtenemos una velocidad de giro de 0.45 radianes por segundo, es decir, unas 4 vueltas por minuto. Teniendo en cuenta que la longitud de una circunferencia con dicho radio es de unos 340 metros, estaríamos recorriendo 1360 metros cada minuto que pasemos en esa estación espacial. ¿Creéis que un humano corriente seria capaz de aguantar allí mucho tiempo? Quizá Flash o Superman están acostumbrados, pero lo que es los demás…

Vamos a tomar ahora las medidas del edificio más largo del Reino Unido: la terminal 5 del aeropuerto de Heathrow, que tiene 396 metros de largo.

Tomamos R como la mitad de esa longitud y, en este caso, obtenemos una velocidad angular de unas 2 vueltas por minuto. De nuevo, pensemos que esto supone recorrer cada minuto casi dos kilómetros y medio.

Así pues, la idea esta en conseguir un equilibrio entre una velocidad razonable y unas medidas razonables. Lamentablemente, sigue estando ahí el problema de poner semejante artefacto en orbita y encontrar unos materiales con la resistencia adecuada, lo cual, no parece nada fácil...