La manta de emergencia está destinada a mantener calientes las bases lunares.

Quienes corren un maratón los conocen desde la zona de meta. Para que el cuerpo enfriado no pierda demasiado calor, los corredores se ponen sobre los hombros una manta de emergencia plateada y crujiente. El material base de estas mantas es una película de plástico extremadamente fina hecha de tereftalato de polietileno orientado biaxialmente, abreviado BoPET, conocido con el nombre comercial Mylar. Vaporizado con aluminio, refleja la radiación térmica del cuerpo. El mismo plástico sin recubrimiento se encuentra en películas adhesivas, embalajes y componentes de viajes espaciales.

Investigadores de la Universidad de Pensilvania quieren ahora llevar este material cotidiano a la Luna. Un equipo dirigido por el ingeniero mecánico Igor Bargatin y la primera autora Danielle Levin colocaron películas delgadas de Mylar en paquetes densos con cientos de capas y midieron su efecto aislante en el vacío. Los investigadores llaman a las pilas “pilas de películas aislantes en capas híbridas”, o HyLIFS para abreviar. Según el anuncio de Penn Engineering, combinan dos propiedades que rara vez se dan juntas: aislan muy bien y al mismo tiempo son mecánicamente robustos. Los resultados fueron publicados en la revista ACS Applied Materials & Interfaces.

Porque las bases lunares necesitan un aislamiento especial

No hay atmósfera en la Luna para almacenar o distribuir calor. Las temperaturas varían extremadamente en consecuencia. Según las mediciones tomadas por el instrumento Diviner a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, el suelo en el ecuador lunar alcanza entre 114 y 124 grados centígrados al mediodía y se enfría hasta unos -178 grados centígrados hasta poco antes del amanecer. Según la NASA, la sonda midió temperaturas incluso inferiores a -246 grados centígrados en cráteres permanentemente sombreados cerca de los polos. A esto se suma el ritmo lento del día lunar. Un día y una noche duran cada uno unas dos semanas, por lo que una estación debe sobrevivir no sólo unas pocas horas de frío, sino unos catorce días terrestres de oscuridad.

Al mismo tiempo, crece la necesidad de este tipo de soluciones. La NASA envió astronautas alrededor de la Luna con Artemis II en abril de 2026 por primera vez en más de 50 años. Después de un vuelo de prueba en órbita terrestre en 2027, en 2028 se realizará el primer aterrizaje cerca del polo sur lunar con Artemis IV. La agencia espacial quiere entonces empezar a construir una base lunar con Artemis V. China también sigue sus propios planes y le gustaría construir una estación lunar para 2035. Cada módulo, cada rover y cada traje espacial que debe operar allí durante mucho tiempo necesita una carcasa que mantenga el calor dentro y fuera.

Un buen aislamiento suele ser sensible.

Los investigadores describen el problema como un conflicto fundamental de objetivos. Muchos de los mejores materiales aislantes son mecánicamente sensibles. Los aerogeles, por ejemplo, están hechos en gran parte de cavidades, lo que los hace extremadamente livianos y brindan un excelente aislamiento, pero también los hace susceptibles a roturas e impactos. Ahora también se están probando en la construcción en la Tierra, donde el aerogel aísla las casas mejor que el yeso grueso. El llamado aislamiento multicapa ha resultado especialmente útil en los viajes espaciales. Se trata de las cubiertas doradas o plateadas de muchos satélites y sondas, en las que las placas reflectantes están separadas entre sí por espaciadores. Frenan muy eficazmente la radiación térmica, pero según los investigadores no están diseñados para soportar cargas y se rompen fácilmente si se tocan. Si las capas se presionan entre sí, se tocan y se rompe el efecto aislante.

Este es un verdadero obstáculo para una base lunar. El material debe ser empaquetado y transportado a la Luna, instalado allí y utilizado durante años. «Se podrían utilizar estos pilotes para aislar una estación lunar, pero los astronautas inevitablemente sufrirán pequeños accidentes cuando choquen contra ellos», dice Bargatin. Para una estancia prolongada en la Luna, son importantes materiales robustos y que duren lo suficiente. El aislamiento ideal es al mismo tiempo insensible a los daños y a la pérdida de calor.

Cómo la película apilada se aísla en el vacío

El aislamiento funciona de manera diferente en el vacío que en la pared de su casa. Al no haber aire, ya no es posible el transporte de calor a través del flujo de gas. Quedan dos caminos: la radiación de calor y la conducción de calor a través de lugares donde los cuerpos sólidos se tocan entre sí. Cada capa de lámina actúa como una barrera adicional contra la radiación, y el flujo de calor se detiene en cualquier interfaz entre dos capas porque las láminas en realidad sólo se tocan entre sí en unos pocos lugares. Un termo funciona según el mismo principio: su doble pared encierra una cavidad sin aire y sus superficies internas espejadas reflejan la radiación térmica.

Para sus pilas, los investigadores utilizaron películas Mylar con espesores de 2,5, 5 y 12,5 micrómetros, que son significativamente más delgadas que un cabello humano. Cubrieron algunas láminas por uno o ambos lados con una capa extremadamente fina de óxido de aluminio, que se aplicó mediante deposición de capas atómicas y hace que las láminas sean más rígidas. Nominalmente había entre 80 y 400 capas por milímetro de altura de pila. En el vacío, las mejores chimeneas alcanzaron una conductividad térmica de sólo 2,2 milivatios por metro por Kelvin. Esto se midió a una presión de contacto de 0,1 megapascales, que corresponde aproximadamente a la presión del aire en la Tierra y, por tanto, a la carga que presiona una capa aislante en una estación lunar con aire respirable normal, y a temperaturas entre 35 y 120 grados Celsius. En comparación, el aire en calma conduce el calor a unos 26 milivatios por metro y Kelvin, es decir, incluso más de diez veces. Según el estudio, las pilas pertenecen al grupo de los aerogeles y los paneles aislantes al vacío en condiciones de vacío.

Presionados diez veces y apretados

Lo que fue particularmente sorprendente fue la resiliencia. En pruebas mecánicas separadas, los investigadores comprimieron las muestras a más de 20 megapascales. Según la universidad, esto equivale a aproximadamente 91 kilogramos de presión sobre la superficie de la yema del dedo. «Nos preocupaba que el material pudiera fallar bajo cargas de presión tan altas», recuerda Levin. «Pero las pilas sobrevivieron no sólo a un ciclo de carga alta, sino a diez seguidos». Las capas recubiertas mantuvieron sus propiedades aislantes incluso a las presiones más altas alcanzables con equipos de laboratorio. Según el estudio, pueden soportar presiones significativamente más altas que los aerogeles o las capas aislantes sin recubrimiento sin que se produzca un deterioro significativo de sus propiedades mecánicas o térmicas en el rango de temperatura examinado.

«Estas capas de Mylar pueden flexionarse, soportar una presión significativa y mantener su rendimiento aislante», dice Bargatin. Esto permitiría empaquetarlos, transportarlos y resistir un manejo brusco durante muchos años. Levin ve esto como un camino hacia un aislamiento barato, duradero y reutilizable para la Luna. Además de las estaciones lunares, los investigadores citan como posibles campos de aplicación los trajes espaciales, los rovers y la electrónica.

Los granos pequeños determinan el flujo de calor.

Aquí influye un detalle al que hasta ahora se ha prestado poca atención. Las películas de plástico muy finas se pegan fácilmente, lo que dificulta su producción y procesamiento. A continuación, los fabricantes mezclan con el material las llamadas partículas microscópicas antibloqueo, que sobresalen ligeramente de la superficie y actúan como espaciadores para evitar que las capas vecinas se peguen entre sí. Los cálculos del modelo del equipo muestran que el calor en el vacío se mueve principalmente de una película a otra precisamente en estos puntos, es decir, en los pequeños puntos donde las partículas tocan la película vecina. Este modelo se ajusta mejor a los datos de medición con presiones de contacto altas.

Esto también proporcionó una explicación para un resultado inesperado. De hecho, los investigadores esperaban que las películas más delgadas proporcionaran el mejor aislamiento porque podrían caber más capas y, por lo tanto, más interfaces en el mismo espacio. Sin embargo, cuando se recubrieron con óxido de aluminio, las películas más delgadas medidas con éxito se comportaron de manera similar a las medianas. Los investigadores sospechan que las partículas de las películas delgadas crean un mayor contacto entre las capas y, por tanto, abren vías adicionales para el calor. «Cuando juntas las capas, el panorama de contacto cambia», explica Levin. En el futuro, el tamaño, el número y la distribución de las partículas podrán ajustarse específicamente para lograr conductividades térmicas aún más bajas.

Limitaciones del estudio y preguntas abiertas.

Todavía queda un largo camino por recorrer antes del alunizaje. Hasta ahora, las muestras miden sólo alrededor de un centímetro cuadrado y son laboriosas de producir. «Utilizamos dos pinzas y pesas pequeñas para manipular y apilar las delicadas películas», describe Levin. «Solo un soplo cerca de la pila puede destruir las capas». Cortar y colocar capas a mano lleva horas. Para un aislamiento práctico se necesitarían tiras de un metro de largo, que se podrían envolver con grandes rollos de película recubiertos de forma continua. Queda por ver si las baterías resistirán también las repetidas flexiones, rayones y golpes de la vida cotidiana.

Además, existen condiciones que no han sido probadas en el laboratorio. La conductividad térmica se midió entre 35 y 120 grados Celsius, por lo que la noche lunar muy fría con valores muy por debajo de -100 grados Celsius estuvo fuera del rango examinado. Todavía se están realizando pruebas a largo plazo bajo la radiación espacial, la fuerte radiación ultravioleta o el polvo lunar de bordes afilados que se pega a todo. Especialmente en las regiones polares, donde se espera que aterricen misiones como Artemisa, se encuentran algunos de los lugares más fríos del sistema solar, incluidos cráteres oscuros en los que nunca cae la luz del sol.

No obstante, la obra muestra lo que hay en materiales aparentemente familiares. Entre todos, un plástico que forma parte de la vida cotidiana como mantas de emergencia, embalajes y películas transparentes podría ayudar a resolver una de las tareas más difíciles de una base lunar: retener el calor sin ceder ante el primer impacto. «El arreglo más simple resultó ser el mejor», dice Levin.

Los ingenieros de Penn de la Universidad de Pensilvania convierten el Mylar cotidiano en un aislamiento prometedor para la Luna

Applied Materials and Interfaces ACS, robustas pilas de películas de aislamiento térmico en capas para aplicaciones de vacío; doi:10.1021/acsami.6c09126

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