Todos los involucrados en los viajes espaciales tienen una cosa en común: una sala limpia.
En los viajes espaciales, son las pequeñas cosas las que hacen fracasar los grandes proyectos. Cuando se lanzó un Ariane 4 en 1990, un trapo de limpieza en una tubería causó el accidente. En 1994 hubo dos lanzamientos fallidos porque la suciedad paralizó una bomba turbo. Esto no sólo le ocurre a la Agencia Espacial Europea (ESA). La NASA necesitó cinco misiones de reparación para corregir un defecto de fabricación en el telescopio Hubble. El espejo primario se había pulido unos pocos micrómetros demasiado plano. Esto se descubrió demasiado tarde, es decir, una vez en órbita.
Los ejemplos muestran la naturaleza particular de los requisitos técnicos en los viajes espaciales: los componentes y satélites deben llegar 100 % funcionales al lugar de operación y mantenerse así durante décadas en órbita. Una vez en el espacio, las reparaciones y la limpieza son generalmente imposibles.
Incluso las partículas pequeñas pueden poner en peligro las misiones. Ópticas manchadas, soldaduras sucias son puntos débiles que deben evitarse. Los ingenieros han aprendido esto de forma dolorosa y costosa, mediante el análisis de errores tras los accidentes.
La automatización no ofrece una salida; la integración de satélites sigue siendo una tarea manual
La consecuencia más importante de esta curva de aprendizaje es el continuo desarrollo de las salas limpias. Incluso su creación está estrechamente vinculada a los viajes espaciales.
Para desarrollar aún más el cohete alemán V2, los estadounidenses construyeron una de las primeras salas limpias técnicas para el ensamblaje de dispositivos giroscópicos. A medida que las funciones de control y monitoreo de aviones y cohetes requerían mayor precisión, también aumentaban las exigencias de precisión en la producción.
Así, el desarrollo de la tecnología de salas limpias apoyó a la industria aeroespacial, al mismo tiempo que marcó tendencias para este campo gracias a sus exigencias y presupuestos. Maximizar la fiabilidad, es decir, reducir la tasa de fallos en lanzadores y cargas útiles, es la contribución esencial de las salas limpias modernas a los viajes espaciales. Los satélites se crean a lo largo de una larga cadena de salas limpias, que abarca desde la producción de componentes y la integración, hasta el transporte al sitio de lanzamiento y al espacio.
Aparte de la tecnología, el factor crítico siempre es el ser humano. Este es la principal fuente de contaminación en la sala limpia, ya que libera entre uno y 30 millones de partículas mayores a 0,3 µm por minuto. Por ello, el personal que trabaja en estas áreas lleva trajes especiales de protección. Estos protegen el producto, no al operario.
Requisitos de pureza: entre la inspección visual y el riesgo biológico
Los mayores requisitos de pureza los tienen los misiles que deben aterrizar en otros cuerpos celestes. No deben llevar ni partículas ni gérmenes a bordo. Si esporas o bacilos viajan con ellos, falsificarían las mediciones en la búsqueda de vida extraterrestre. Además, violarían parte del Tratado del Espacio Exterior, firmado en 1967 antes de las misiones Viking a Marte.
En aquel entonces, EE. UU. y la Unión Soviética acordaron actuar con cautela, al menos fuera de la Tierra. Ningún planeta extranjero debía verse influido en su desarrollo por la entrada de flora y fauna terrestre.
Actualmente, 110 países con programas espaciales han adoptado este principio. Como estas misiones son muy poco frecuentes, se adaptan salas limpias existentes para su integración.
Durante las pausas laborales, lámparas UV eliminan gérmenes en el aire. Los componentes se irradian radioactivamente, se gasean con cloro o se calientan a más de 140 °C. Las medidas de esterilización se aplican hasta alcanzar un límite inferior en la cantidad de gérmenes. La integración completamente libre de gérmenes no es posible. Por eso, la esterilización exhaustiva es inevitable para las unidades de aterrizaje.
En el otro extremo del espectro de requisitos de limpieza se encuentra la categoría “Visiblemente Limpio” (Visible Clean). Esta es la más baja de todas las clases y no aparece en ninguna normativa de otras industrias, sólo en el estándar espacial ECSS-Q-ST-70-01C (Cooperación Europea para la Estandarización Espacial).
Visible Clean es un estándar para laboratorios de desarrollo, no para integración. El personal cambia constantemente entre el laboratorio y la oficina, no hay esclusa de aire. Tampoco hay control de presión ni flujo de aire definido. Sólo se evita la contaminación directa por ropa de calle. Estas salas pueden describirse también como clase ISO 9 o como áreas básicamente controladas.
Todas las salas limpias de clase superior están climatizadas. Su temperatura suele ser de 22 °C (±3 °C) y la humedad relativa del 55 % (±10 %). La humedad controlada protege los componentes electrónicos: el aire seco puede provocar descargas eléctricas. Los suelos ESD (Descarga Electroestática) también previenen estas descargas. El equipamiento ESD incluye ropa, calzado y guantes disipativos, todos aptos para evitar tensiones superiores a 100 voltios.
Otros elementos incluyen grúas especiales con unidades de accionamiento encapsuladas y correas recubiertas, ya que los impulsores generan desgaste y las cuerdas lubricadas emiten gases.
Los satélites con componentes electrónicos como radares o sistemas de comunicación tienen requisitos medios. La mayoría se integra en salas limpias de clase ISO 7 u 8, aunque sus componentes sensibles requieren mayor atención. Estos satélites también cuentan con sensores estelares para posicionamiento autónomo y sistemas de control de actitud que funcionan con líquidos o gases. Las válvulas deben ser herméticas; cualquier fuga acorta la vida útil. Estos componentes suelen cubrirse durante la integración.
En la clase ISO 8, se renueva el aire hasta 40 veces por hora con aire filtrado y climatizado. Hay una sobrepresión de 20 a 30 pascales en la sala. Sensores láser de partículas controlan que no haya más de 3.520.000 partículas de tamaño 0,5 µm ni más de 29.300 de tamaño 5 µm por m³. En ISO 7, los límites son 352.000 y 2.930 partículas respectivamente.
La sala limpia se recalifica y calibra una vez al año.
Son obligatorios los monos o batas de sala limpia, calzado especial y gorros, así como cubrebarba para los que la tienen. Cualquiera que manipule la nave debe llevar guantes. Los componentes sólo entran o salen por esclusas. Aunque es una sala limpia, no está libre de polvo y debe limpiarse siguiendo un plan y normativas. Los contaminantes se depositan en zonas quietas del suelo o superficies. Una vez al día se limpia con mopa y agua destilada.
Los satélites con sistemas ópticos extremadamente sensibles, como los de reconocimiento, se integran en salas de clase 5. Las partículas en superficies ópticas aumentan la luz dispersa, mientras que las impurezas moleculares interfieren en el espectro. La limpieza con brocha suave es lenta y puede rayar el recubrimiento. Tras el lavado, pueden quedar rayas. Por ello, se prioriza evitar cualquier contaminación. No debe usarse silicona en la sala limpia: se evapora durante más de 20 años, liberando moléculas.
Los vapores durante el funcionamiento deben eliminarse por el sistema de ventilación. El flujo ideal es vertical, de baja turbulencia, desde el techo al suelo.
Otra opción es un flujo horizontal. La superficie de salida está formada por una rejilla con muchas unidades de filtro-ventilador. Las superficies de los bancos de trabajo están perforadas para permitir el flujo del aire sin turbulencias. El personal accede a la sala ISO 5 por una esclusa ISO 7/8, donde ajusta su vestimenta al nuevo nivel.
Tendencias en las futuras salas de integración satelital
Mirando al futuro de las salas limpias para los viajes espaciales, destacan los mayores requisitos y costes. Integrar un satélite de unos 5 m de largo requiere unos 300 m² de sala. El coste por metro cuadrado se basa en tarifas de varios cientos de euros por día. Solo las salas limpias ya consumen millones.
Para reducir costes, en proyectos comerciales a veces se elige una clase de sala demasiado baja o se reduce el tiempo de uso. La automatización no ayuda; la integración sigue siendo manual.
Los sistemas ópticos aumentan las exigencias. Se busca observar más lejos el espacio o captar imágenes más detalladas de la Tierra. Actualmente, sólo se ve una fracción de los 10 billones de billones de estrellas estimadas. Observar más requiere tecnología más precisa.
Ejemplo: el proyecto ATHENA de la ESA, un telescopio de rayos X con espejos formados por millones de obleas de silicio micrométricas. Incluso los satélites en miniatura de 10 cm requieren mayor calidad de sala limpia.
Cuanto más miniaturizados los sistemas, más sensibles son al polvo. En el futuro, deberán integrarse en salas ISO 5 o superiores. Esto se puede lograr con costos moderados, instalando una zona de mayor clase en un área limitada.
Pero eso no será suficiente para sistemas ópticos sofisticados. Ya no se enfocan sólo en partículas, sino en moléculas (AMC—Contaminación Molecular Aérea), especialmente compuestos orgánicos en el aire.
Incluso respirar cerca de un panel solar reduce su rendimiento. Esto es permanente y no se puede revertir con limpieza. Las moléculas se eliminan con filtros de carbón activado no específicos, tanto para aire de suministro como de recirculación. Un estándar que pronto será obligatorio en todas las salas ISO 5. También deben aplicarse normas más estrictas a la tecnología de medición. Hasta ahora, los análisis se hacen días después de la exposición. Para eliminar fuentes de inmediato, habría que medir en tiempo real.
Transporte en sala limpia móvil
La integración satelital implica numerosos transportes. El eslabón más débil determina la calidad final. Por eso, las condiciones de transporte deben igualar las de integración. El contenedor es una sala limpia móvil de clase 8 con control climático.
Suele estar presurizado con nitrógeno seco. Antes de que entre el satélite desde arriba o el lateral, el contenedor se limpia finamente en una esclusa.
Sólo en la esclusa principal se encuentra con el satélite. Las piezas grandes como antenas viajan aparte. En transporte terrestre, los golpes deben amortiguarse. Para ello, el contenedor y la estructura de soporte se desacoplan con muelles.
Los satélites se prueban en centros con salas ISO 7 y 8 que simulan condiciones espaciales: vacío, temperatura y vibraciones. El acceso es desde una sala limpia central.
En el “shaker” se simulan las sacudidas del lanzamiento. Si se rompen componentes, pueden rediseñarse a tiempo. Para no exigir más a la sala limpia, los subsistemas sensibles se cubren. Tras las pruebas, se transportan directamente al sitio de lanzamiento, normalmente en avión. El contenedor debe cumplir normas de la IATA, como un disco de ruptura para igualar la presión si cae la presión en cabina.
La calidad de la sala limpia también debe mantenerse en el lugar de lanzamiento. O se ensambla el satélite en una cápsula cerrada, o se monta directamente en el cohete. En ese caso, se extiende una sala limpia hasta el nivel de conexión, donde se verifica que no haya polizones antes de cerrar la cofia.
Pero no solo estos contaminan, también la atmósfera. En foros técnicos, se reporta que se debió impedir el ingreso de geckos y telarañas, con nitrógeno o aspiradoras. A 100 km de altura, la atmósfera es tan fina que ya no hay riesgo.
Referencias
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