Noviembre 10, 2003:  Aun en las avanzadas astronaves del futuro, tarde o temprano las cosas se romperán. Los viajeros espaciales en una prolongada misión a Marte, por ejemplo, deberán estar listos para realizar pequeñas reparaciones, soldando esto, atornillando aquello.

En el implacable medioambiente espacial, la reparación exitosa de, digamos, la computadora de navegación o la bomba de oxígeno, podría significar la diferencia entre la vida y la muerte.

Derecha: El astronauta James Voss utiliza un soldador a bordo de la Estación Espacial Internacional.

"Sorprendentemente, es relativamente poco lo que se conoce sobre la física específica de soldadura en ambientes de muy baja gravedad", dice Richard Grugel, un científico del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA, que se especializa en la solidificación de metales.

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Para aprender más sobre el tema, Grugel y sus colegas Fay Hua de Intel Corporation y A. V. Anilkumar de la Universidad de Vanderbilt han planeado un experimento para la Estación Espacial Internacional llamado "Investigación de Soldaduras en el Espacio" (ISSI por sus siglas en inglés). Confían que el experimente arroje una nueva luz en la física de las soldaduras y, en el proceso, hacer del soldador una herramienta más confiable para los astronautas.

La soldadura fundida se comporta en forma diferente en el espacio. En la microgravedad a bordo de la astronave, la soldadura fundida no "siente" el tirón hacia abajo como en la Tierra, de tal manera que la tensión superficial se hace más destacable y provoca que las burbujas de soldadura líquida fluyan en forma diferente. En otras palabras, las técnicas de soldadura que funcionan en tierra pueden no formar uniones confiables en órbita.

Abajo:  una micrografía electrónica de soldadura solidificada en un alambre. El ángulo exacto en el que la soldadura se deposita en el alambre está determinado por fuerzas tales como la tensión superficial, la gravedad, y la humedad del alambre. Al quitar los efectos de la gravedad, los científicos pueden entender mejor estas otras influencias. Imagen cortesía de la NASA.

Lo que es aún peor, estas uniones soldadas podrían resultar mucho más débiles en órbita. Las burbujas de gas que en la Tierra a menudo se elevan hasta la superficie y desaparecen, en órbita pueden permanecer suspendidas dentro del líquido. Esto sucede porque la atracción de la gravedad es la fuerza que permite la flotabilidad, así que en microgravedad las burbujas no necesariamente ascienden. Estas minúsculas burbujas quedan atrapadas dentro de la soldadura mientras ésta se solidifica, haciendo que las uniones sean menos efectivas y más propensas a romperse, ¡algo que no es exactamente deseable cuando se está en el medioambiente crítico de una misión en el espacio!

"¿Cuál es la incidencia de estas burbujas de gas en las uniones soldadas en el espacio? Debemos averiguarlo, y quizás encontrar alguna forma de eliminar estas burbujas para que podamos hacer uniones confiables que no se rompan", dice Grugel.

El experimento es sencillo: los alambres de metal serán soldados juntos de varias maneras, reflejando geometrías comunes que son importantes al realizar reparaciones. Los tripulantes de la estación espacial utilizarán un soldador de barra para unir esos alambres con soldadura de plomo-estaño.

Mientras la flota de Transbordadores permanece en tierra, el lugar disponible para enviar equipo de investigación y materiales al espacio está severamente limitado. El experimento ISSI fue seleccionado en parte porque no requiere "masa de subida" para ser enviada desde tierra a la estación. La estación espacial ya tiene un equipo de soldadura a bordo y rollos de alambre de cobre plateado.

Derecha:  El experimento será llevado a cabo con alambre reconfigurado (cuadro superior) y un equipo de soldadura (cuadro inferior) a bordo de la Estación Epacial. Imagen cortesía NASA.

La tripulación de la Expedición 7, que retornó recientemente a la Tierra, modeló el alambre en formas tipo L, en rizos, hilos paralelos, y otras configuraciones en preparación para el experimento. Los investigadores desean que la actual tripulación de la estación espacial (Expedición 8) realice el experimento durante su estadía, que está planeada para durar hasta abril de 2004.

Mientras se realiza el experimento, los investigadores podrán ver en vivo como se desarrolla, en el Centro de Teleciencia de la NASA en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales en Huntsville, Alabama. Estarán observando para notar las diferencias de cómo fluye la soldadura y las formas que asume en el espacio, las cuales ofrecerán claves sobre la física fundamental de la soldadura fundida.

Si notaran algo inesperado, la interacción en vivo les permitirá sugerir cambios de procedimiento a los miembros de la tripulación de la estación en tiempo real. Luego de que las muestras sean regresadas a la Tierra, los científicos abrirán las junturas para ver cuantas burbujas de gas quedaron atrapadas durante el proceso, y las probarán para averiguar cuán fuertes son las uniones.

"El objetivo es poder tener una visión de cómo la tensión superficial afecta la soldadura en microgravedad", dice Grugel. "Esto ayudará a sentar bases para la futura fabricación y reparación en el espacio".

Mas información (en inglés)

Investigación sobre Soldadura en el Espacio (ISSI) -- Información sobre el experimento de la Oficina de Investigaciónes Biológicas y Físicas (Office of Biological and Physical Research) de la NASA.

Resumen de información sobre la Investigación de Soldadura en el Espacio -- del Centro Marshall de Vuelos Espaciales (Marshall Space Science Center) de la NASA.

Soldando aquí en la Tierra: Además de su importancia para las futuras misiones espaciales, el experimento ISSI beneficiará a la industria electrónica terrestre, de acuerdo a Grugel. La industria hoy en día se está alejando de la soldadura plomo-estaño a causa de sus efectos negativos para la salud, pero al hacerlo está también perdiendo mucho de los 50 años de experiencia con las soldaduras basadas en plomo.

"Una mejor comprensión teórica de la física de la soldadura fundida ayudará a cerrar el libro de la soldadura basada en el plomo a la vez que abrirá la puerta para el nuevo trabajo de la industria con soldaduras sin plomo", dice Grugel. "La investigación en la microgravedad es una buena manera de explorar esa física".

Arriba:  Soldadura endurecida en un alambre. Observe cómo la soldadura ha sido desplazada hacia abajo por la gravedad, y el flujo dorado se ha acumulado en la base de la gota. Imagen cortesía NASA.

Otras soldaduras en la investigación en microgravedad: del Colegio Imperial (Imperial College) en Londres; de la Asociación Astronómica Ursa (Ursa Astronomical Association) en Finlandia; experimentos en la torre de caída libre de 2.2 segundos del Centro de Investigaciones Glenn (Glenn Research Center) de la NASA.

Una Nueva Mirada a los Metales Fundidos en el Espacio -- (Science@NASA) Los científicos discuten las maneras de asomarse al interior de los materiales sólidos.

Cómo soldar sistemas electrónicos -- videos para descarga, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard (Goddard Space Flight Center) de la NASA.

Investigación a bordo de la EEI -- Información sobre otros experimentos científicos hoy en día a bordo de la Estación Espacial Internacional.

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