GOLDEN, Colorado – Aquí en la Tierra, siglos de conocimientos de ingeniería acumulados, lecciones duramente aprendidas y evolución social han dado forma a un marco sólido de estándares de construcción que rigen la forma en que construimos y mantenemos los edificios en la actualidad.
Pero ahora, mientras la humanidad se prepara para establecer una “presencia sostenida” en la Luna, ¿cómo garantizamos la seguridad y la integridad de las estructuras construidas en un entorno para el que no existe tal tradición?
En la 26ª Mesa Redonda sobre Recursos Espaciales celebrada del 2 al 5 de junio en el campus de la Escuela de Minas de Colorado, un experto dice que lo que se necesita es un código de construcción lunar, el desarrollo de criterios de diseño específicos para la luna.
¿Qué está temblando?
Tanto la NASA como la agencia espacial china planean construir hábitats, pistas de aterrizaje, refugios para equipos y torres altas en la luna. Pero toda esa construcción podría haber tenido un comienzo inestable, sugiere Nerma Caluk, ingeniera y especialista lunar de Skidmore, Owings & Merrill, una firma de arquitectura e ingeniería estructural en San Francisco, California.
Caluk dijo que es necesario aprovechar las experiencias de construcción terrestre.
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“En la Tierra, los sistemas estructurales dependen de una fuerte aceleración gravitacional para resistir las fuerzas sísmicas laterales a través de la fricción de los cimientos y la estabilidad del vuelco. Sin embargo, en la Luna, la fuerza del campo gravitacional se reduce a sólo una sexta parte de la gravedad de la superficie de la Tierra”, dijo Caluk a Space.com.
Debido a que las fuerzas de inercia sísmicas se rigen exclusivamente por la masa de una estructura y no por su peso, la demanda lateral sobre una estructura permanece completamente activa mientras que su capacidad de restauración gravitacional disminuye sustancialmente, añadió Caluk.
“Las estructuras superficiales de bajo perfil corren el riesgo de deslizarse traslacionalmente a través de interfaces de regolito mal caracterizadas, mientras que las estructuras verticales más altas enfrentan una importante vulnerabilidad de vuelco, ya que la luna proporciona sólo una fracción del momento de restauración gravitacional disponible en un entorno sísmico terrestre”, dijo Caluk.
Aquí en la Tierra, los ingenieros estructurales diseñan rutinariamente sistemas de construcción típicos para ceder, agrietarse y sostener una deformación inelástica permanente durante un evento sísmico a nivel de diseño.
Aprovechan intencionalmente la “disipación de energía inelástica” como mecanismo principal para gestionar la demanda sísmica, dijo Caluk. Pero esta filosofía de diseño es fundamentalmente incompatible con un entorno lunar tripulado, afirmó.
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Tomemos, por ejemplo, una distorsión de la escotilla o una desalineación del sello de presión. Constituyen una falla de misión crítica y cualquier brecha estructural corre el riesgo de una despresurización catastrófica, dijo Caluk.
Un grupo que asume el desafío de dar forma a directrices sobre la construcción de infraestructura lunar es la división aeroespacial de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles.
El comité técnico del grupo sobre ingeniería y construcción espacial ha elaborado “directrices de ingeniería, diseño, análisis y construcción de infraestructura (LIEDAC)” para la luna, dijo Caluk, para abordar los problemas sísmicos impuestos por los terremotos lunares.
Las directrices LIEDAC, dijo Caluk, caracterizan el entorno único de peligro lunar, clasifican las consecuencias operativas a través de una jerarquía de categorización de riesgos y establecen objetivos de rendimiento “para que el desarrollo comercial seguro pueda proceder sobre una base técnica defendible”.
Incertidumbres inherentes
Caluk también describió un “Análisis del espectro de respuesta” respaldado por fondos de transferencia de tecnología para pequeñas empresas de la NASA que analizó las incertidumbres inherentes del subsuelo lunar.
El resultado del análisis ha desarrollado criterios que enfatizan la necesidad de una investigación geotécnica local del sitio para todas las estructuras, independientemente de su categoría de diseño sísmico.
“Estas investigaciones son fundamentales para identificar y mitigar riesgos como la estabilidad sísmica de las pendientes, el asentamiento total y diferencial inducido sísmicamente y otros peligros geotécnicos que pueden ser desencadenados o amplificados por los movimientos del suelo de los terremotos lunares”, informó aquí en la reunión de la Escuela de Minas.
Además, el marco que Caluk y sus asociados han elaborado reconoce que las condiciones del sitio lunar aún no se comprenden completamente a escala global.
Prácticas de diseño
No saber de antemano a qué se enfrentarán los exploradores lunares es una propuesta incierta y estremecedora.
“Por lo tanto, las prácticas de diseño responsables deben tener en cuenta esta incertidumbre mediante una investigación rigurosa del subsuelo siempre que sea posible”, añadió Caluk. “Al priorizar la recopilación de datos localizados, los ingenieros pueden garantizar que los cimientos estructurales sean lo suficientemente robustos para manejar las propiedades físicas únicas del regolito lunar y las demandas sísmicas específicas del sitio de despliegue”.
Caluk y los miembros de su equipo observaron el terremoto lunar máximo considerado, que representa un nivel de sacudida más severo, para verificar la prevención del colapso y garantizar la integridad estructural general bajo eventos sísmicos lunares extremos.
“El profundo conocimiento institucional de la NASA sobre las operaciones de vuelos espaciales tripulados y la seguridad de las misiones tripuladas”, concluyó Caluk, “proporciona la base crítica sobre la cual ahora se pueden establecer formalmente criterios de desempeño estructural para la infraestructura lunar, con un precedente de ingeniería terrestre que ofrece una metodología probada para hacerlo incluso bajo condiciones de datos geotécnicos y sísmicos en evolución”.