La impresión 3D ayudará a los pioneros espaciales a construir hogares en Marte y la Luna

A lo largo de la historia, cuando los pioneros se aventuraban en territorios inexplorados para establecerse en tierras lejanas, llevaban consigo solo lo esencial: herramientas, semillas y ropa. Todo lo demás tendría que provenir de su nuevo entorno.

Así que construían refugios con madera, rocas y césped locales; buscaban comida y cultivaban la tierra bajo sus pies; y fabricaban herramientas con lo que encontraban. Fue difícil, pero al final, los que triunfaron fabricaron todo lo necesario para sobrevivir.

Algo similar ocurrirá cuando la humanidad abandone la Tierra rumbo a destinos como la Luna y Marte, aunque los astronautas se enfrentarán a desafíos aún mayores que, por ejemplo, los vikingos al llegar a Groenlandia y Terranova. Los astronautas no solo tendrán suministros limitados y la necesidad de vivir de la tierra, sino que ni siquiera podrán respirar el aire.

Sin embargo, en lugar de hachas y arados, los pioneros espaciales de hoy traerán impresoras 3D. Como ingeniero y profesor que desarrolla tecnologías para extender la presencia humana más allá de la Tierra, centro mi trabajo e investigación en estas extraordinarias máquinas.

Las impresoras 3D fabricarán las herramientas, estructuras y hábitats que los pioneros espaciales necesitan para sobrevivir en un entorno alienígena hostil. Permitirán la presencia humana a largo plazo en la Luna y Marte.

De martillos a hábitats

En la Tierra, la impresión 3D puede fabricar, capa a capa, miles de cosas, desde prótesis de cadera hasta martillos y viviendas. Estos dispositivos toman materias primas, como plástico, hormigón o metal, y las depositan en una trayectoria programada por computadora para construir una pieza. A menudo se denomina “fabricación aditiva”, porque se añade material continuamente para fabricar la pieza, en lugar de eliminarlo, como se hace en el mecanizado convencional.

La impresión 3D en el espacio ya está en marcha. En la Estación Espacial Internacional, los astronautas utilizan impresoras 3D para fabricar herramientas y piezas de repuesto, como llaves de trinquete, abrazaderas y soportes. Dependiendo de la pieza, el tiempo de impresión puede durar desde unos 30 minutos hasta varias horas.

Por ahora, los materiales de impresión se transportan principalmente desde la Tierra. Pero la NASA también ha comenzado a reciclar algunos de esos materiales, como residuos plásticos, para fabricar nuevas piezas con la Refabricator, una impresora 3D avanzada instalada en 2019.

Fabricación en el espacio

Quizás te preguntes por qué los exploradores espaciales no pueden simplemente traer todo lo que necesitan. Después de todo, así se construyó la Estación Espacial Internacional hace décadas: transportando toneladas de componentes prefabricados desde la Tierra.

Pero eso resulta poco práctico para construir hábitats en otros mundos. Lanzar materiales al espacio es increíblemente caro. Actualmente, cada libra lanzada a bordo de un cohete solo para llegar a la órbita baja de la Tierra cuesta miles de dólares. Para llevar materiales a la Luna, la NASA estima que el costo inicial es de alrededor de 500.000 dólares por libra. Aun así, fabricar cosas en el espacio es un desafío.

En la microgravedad del espacio, o la gravedad reducida de la Luna o Marte, los materiales se comportan de forma diferente a como lo hacen en la Tierra. Si se reduce o elimina la gravedad, los materiales se enfrían y recristalizan de forma distinta. La Luna tiene una sexta parte de la gravedad de la Tierra; Marte, aproximadamente dos quintas partes. Ingenieros y científicos trabajan actualmente para adaptar las impresoras 3D para que funcionen en estas condiciones.

Usando suelo de otro mundo

En mundos extraterrestres, en lugar de plástico o metal, las impresoras 3D utilizarán los recursos naturales que se encuentran en estos entornos. Pero encontrar las materias primas adecuadas no es fácil. Los hábitats en la Luna y Marte deben proteger a los astronautas de la falta de aire, las temperaturas extremas, los impactos de micrometeoritos y la radiación.

El regolito, las partículas finas, polvorientas y arenosas que cubren las superficies lunar y marciana, podría ser un ingrediente principal para construir estas viviendas. Imaginemos el regolito de ambos mundos como tierra extraterrestre: a diferencia del suelo terrestre, contiene pocos nutrientes y, hasta donde sabemos, ningún organismo vivo. Sin embargo, podría ser una buena materia prima para la impresión 3D.

Mis colegas comenzaron a investigar esta posibilidad examinando primero el comportamiento del cemento común en el espacio. Ahora me uno a ellos para desarrollar técnicas que conviertan el regolito en un material imprimible y, con el tiempo, las prueben en la Luna.

Pero obtener regolito de otro mundo es un problema. Las muestras de regolito traídas desde la Luna durante las misiones Apolo en las décadas de 1960 y 1970 son valiosas, y su acceso para fines de investigación es difícil, si no imposible. Por ello, los científicos están utilizando simuladores de regolito para probar ideas. El regolito real podría reaccionar de forma muy diferente a nuestros simuladores. Simplemente no lo sabemos.

Además, el regolito de la Luna es muy diferente al que se encuentra en Marte. El regolito marciano contiene óxido de hierro, lo que le da su color rojizo, pero el regolito lunar está compuesto principalmente de silicatos; es mucho más fino y angular. Los investigadores deberán aprender a utilizar ambos tipos en una impresora 3D.

Aplicaciones en la Tierra

El programa de Tecnología de Construcción Autónoma Planetaria de la Luna a Marte de la NASA, también conocido como MMPACT, está avanzando en la tecnología necesaria para imprimir estos hábitats en mundos extraterrestres.

Entre los enfoques que los científicos están explorando actualmente se encuentran: un hormigón a base de regolito, fabricado en parte a partir de hielo superficial; la fusión del regolito a altas temperaturas y el uso posterior de moldes para su formación mientras está líquido; y la sinterización, que consiste en calentar el regolito con luz solar concentrada, láseres o microondas para fusionar las partículas sin necesidad de aglutinantes.

En ese sentido, mis colegas y yo desarrollamos un hormigón marciano al que llamamos MarsCrete, un material que utilizamos para imprimir en 3D una pequeña estructura de prueba para la NASA en 2017.

Luego, en mayo de 2019, utilizando otro tipo de hormigón especial, imprimimos en 3D un prototipo a escala de un tercio de un hábitat marciano que podría albergar todo lo que los astronautas necesitarían para su supervivencia a largo plazo, incluyendo módulos para vivir, dormir, investigar y producir alimentos.

Ese prototipo demostró el potencial y los desafíos de construir viviendas en el planeta rojo. Pero muchas de estas tecnologías también beneficiarán a la gente en la Tierra.

De la misma manera que los astronautas fabricarán productos sostenibles a partir de recursos naturales, los constructores de viviendas podrían fabricar hormigón con aglutinantes y áridos locales, e incluso con escombros de construcción reciclados. Los ingenieros ya están adaptando las técnicas que podrían imprimir hábitats marcianos para abordar la escasez de viviendas en nuestro país. De hecho, las casas impresas en 3D ya están en el mercado.

Mientras tanto, continúa el avance hacia el establecimiento de una presencia humana fuera de la Tierra. Artemis III, cuyo despegue está previsto para 2027, será el primer alunizaje humano desde 1972. Un viaje de la NASA a Marte podría tener lugar ya en 2035.

Pero dondequiera que la gente vaya, y cuandoquiera que llegue, estoy seguro de que las impresoras 3D serán una de las principales herramientas para que los seres humanos puedan vivir en tierras extraterrestres.

Sven Bilén es profesor de Diseño de Ingeniería, Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Aeroespacial en Penn State.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation.