La NASA investiga el impacto del crecimiento anómalo de grano en tanques presurizados espaciales
La fiabilidad de los tanques presurizados compuestos, conocidos técnicamente como COPV (Composite Overwrapped Pressure Vessels), es un pilar fundamental para la seguridad y el éxito de las misiones espaciales. Estos recipientes, esenciales para almacenar gases a alta presión en naves y lanzadores, incorporan un revestimiento metálico interno recubierto por materiales compuestos de alta resistencia. Sin embargo, recientes investigaciones del Centro de Ingeniería y Seguridad de la NASA (NESC, por sus siglas en inglés) han puesto el foco en un fenómeno metalúrgico que podría comprometer la integridad de estos componentes: el crecimiento anómalo de grano (AGG, Abnormal Grain Growth).
El AGG se produce cuando, bajo ciertas condiciones térmicas y de procesamiento, los cristales del metal crecen desproporcionadamente, formando zonas de debilidad estructural. Este proceso puede generar localizaciones de esfuerzo y defectos que disminuyen la capacidad del material para soportar cargas extremas, una situación especialmente delicada en el entorno hostil del espacio.
Para evaluar el alcance y las consecuencias del AGG en los revestimientos metálicos de los COPV, el NESC emprendió una investigación exhaustiva. El estudio se centró en analizar la respuesta mecánica del material afectado, prestando especial atención al denominado factor de amplificación de deformación (SAF, Strain Amplification Factor). Esta métrica cuantifica la concentración de deformaciones en áreas vulnerables del material, permitiendo predecir el comportamiento ante presiones internas elevadas.
Los ingenieros de la NASA diseñaron una serie de probetas a medida, replicando las características y procesos de fabricación de los revestimientos reales de los tanques. Estas muestras fueron sometidas a ensayos mecánicos avanzados y análisis microestructurales, utilizando técnicas de microscopía electrónica y difracción de rayos X para identificar y caracterizar la presencia de AGG. Los resultados preliminares revelaron que el crecimiento anómalo de grano puede incrementar significativamente el SAF, elevando el riesgo de fisuración bajo carga y comprometiendo la vida útil del tanque.
La importancia de este hallazgo se magnifica si consideramos el contexto actual de la exploración espacial. Empresas como SpaceX y Blue Origin, así como la propia NASA, dependen de los COPV para misiones tripuladas y de carga, tanto en órbita baja como en trayectorias interplanetarias. Un fallo en uno de estos tanques podría tener consecuencias catastróficas, desde la pérdida de propulsión hasta la despresurización de módulos habitados.
En paralelo, la industria espacial europea también está atenta a estos desafíos. La empresa española PLD Space, pionera en el desarrollo de lanzadores reutilizables como el Miura 1, utiliza tecnologías similares de tanques compuestos en sus prototipos. Garantizar la integridad y longevidad de estos componentes es crucial para avanzar hacia vuelos comerciales y reutilizables, en línea con la tendencia global marcada por SpaceX y sus Falcon 9.
Por su parte, la NASA ya experimentó en el pasado incidentes relacionados con los COPV. Durante el programa del Transbordador Espacial, se detectaron varios casos de fallo prematuro en los tanques de hidrógeno y oxígeno, lo que llevó a intensificar los controles de calidad y a la implementación de nuevos estándares de fabricación. Lecciones aprendidas que, junto con los actuales estudios sobre el AGG, están modelando los requisitos de seguridad para los futuros sistemas de lanzamiento, incluidos los del Artemis y las cápsulas Orion.
El avance de la investigación sobre el AGG no solo tiene implicaciones para la industria aeroespacial. Sectores como la automoción, la aviación comercial y la energía también utilizan depósitos presurizados de alta eficiencia, por lo que el conocimiento generado por la NASA podría trasladarse a aplicaciones terrestres, mejorando la seguridad y el rendimiento de sistemas críticos.
Mientras tanto, la comunidad internacional de ingeniería de materiales sigue de cerca los trabajos del NESC, esperando que los resultados permitan desarrollar tratamientos térmicos y procesos de fabricación capaces de minimizar, o incluso eliminar, el crecimiento anómalo de grano. El objetivo es claro: aumentar la fiabilidad de los COPV y, con ello, reforzar la seguridad de las futuras misiones espaciales, ya sean tripuladas, robóticas o comerciales.
En definitiva, las investigaciones lideradas por la NASA representan un paso vital en la comprensión y prevención de riesgos asociados a los materiales avanzados empleados en la conquista del espacio. La colaboración entre agencias, empresas privadas y centros de investigación será clave para transformar estos desafíos en nuevas oportunidades tecnológicas y consolidar la nueva era de la exploración espacial segura y sostenible.
(Fuente: NASA)
