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Los científicos preparan regularmente instrumentos para misiones espaciales en sus laboratorios de salas limpias — aquí: pre-limpieza de una pieza de satélite. (Fuente: Fraunhofer IPA, foto: Rainer Bez)

Componentes utilizados en una misión espacial deben estar limpiamente desinfectados. Investigadores del Fraunhofer han diseñado en Auftrag de la ESA una sala limpia en la que incluso las contaminaciones en el rango nanómetro pueden ser eliminadas. Junto con socios, los expertos limpian y esterilizan el rover marciano ExoMars, que debe lanzarse en 2018.

Las misiones espaciales conllevan costos enormes. Dado que un satélite no tripulado, una vez lanzado, no puede ser reparado, ninguna pieza ni componente puede fallar; de lo contrario, todos los esfuerzos serían en vano y los científicos tendrían que esperar muchos años por una misión de reemplazo. Por eso, ninguna suciedad debe bloquear la mecánica, causar un cortocircuito o perturbar la electrónica. Los satélites que buscan rastros de vida en un planeta extranjero deben ser especialmente limpios, con un nivel de limpieza extremo. Eso es precisamente lo que implica la misión europea a Marte ExoMars, cuyo lanzamiento está planeado para 2018. Un módulo de aterrizaje aterrizará en el planeta vecino y enviará un vehículo del tamaño de un Smart. Para que sus sensores, que buscan vida, funcionen de manera confiable, no se puede introducir material orgánico de la Tierra, ya que esto podría causar alarmas falsas.

Componentes libres de gérmenes

Que todos los componentes sean absolutamente libres de gérmenes y que ni siquiera restos de microbios muertos queden en las grietas, lo garantizan investigadores del Instituto Fraunhofer para la Producción Técnica y la Automatización IPA en Auftrag de la Organización Europea del Espacio ESA. Para esterilizar de manera confiable el rover marciano y eliminar contaminaciones en el rango nanómetro, los expertos de Stuttgart diseñaron una sala limpia y la instalaron en Noordwijk, Países Bajos, sede del Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial (ESTEC). La zona controlada de aproximadamente 70 metros cuadrados cumple con los requisitos más estrictos de la clase ISO 1. Esto significa que un metro cúbico de aire no contiene más de 10 partículas de 0,1 micrómetros de tamaño. En comparación: en el aire urbano normal, hay aproximadamente 10^10 partículas en cada metro cúbico, y aún más en el smog.

Los expertos del IPA no solo planearon la sala limpia, sino que también asumieron la garantía de calidad, la realización, las mediciones de aceptación y la puesta en marcha. "En principio, hemos preparado un paquete completo. Establecimos cómo dimensionar la sala, seleccionamos la tecnología de pureza y limpieza, los sistemas y la ventilación, los recubrimientos del suelo, los sistemas de filtración y el equipo de esterilización, y brindamos recomendaciones a los socios industriales que construyen la sala", explica Udo Gommel, jefe del departamento de microproducción y limpieza en el Fraunhofer IPA en Stuttgart. Para mantener el nivel de pureza más alto, los empleados de la ESA deben pasar por varias esclusas y una ducha de aire, además de usar trajes de alta pureza. Dentro de las áreas de limpieza, hay una ligera sobrepresión para evitar que entre aire no filtrado. Además, un flujo de aire laminar, que va del techo al suelo, asegura que no queden partículas de polvo en la sala. Con una velocidad de flujo de 50 centímetros por segundo, todo el aire de la habitación se intercambia en pocos segundos. Las partículas que se generan, por ejemplo, cuando un ingeniero de la ESA fricciona sus guantes, desaparecen rápidamente en el suelo perforado.

Limpieza con nieve de dióxido de carbono

Para esterilizar el rover marciano, se ha desarrollado un método que fue perfeccionado en el IPA y patentado. Originalmente, la técnica se utilizaba en EE. UU. para eliminar la pintura de los cascos de los aviones. Un chorro fuerte de cristales de dióxido de carbono congelado, del tamaño de granos de arroz, desprende la pintura del metal. Los expertos de Stuttgart han perfeccionado mucho esta herramienta. En lugar de cristales de hielo, utilizan nieve de dióxido de carbono. La clave: el chorro que sale de la boquilla se acelera con un flujo de nitrógeno envolvente. De esta forma, penetra en todas las grietas y elimina incluso las contaminaciones más pequeñas. Cuando las diminutas copos de nieve impactan en la superficie relativamente caliente, se vuelven gaseosos. Su volumen se expande de manera explosiva hasta 800 veces. La presión de detonación elimina toda suciedad por completo. Incluso las huellas dactilares pueden eliminarse de esta forma. "La limpieza con nieve de CO2 es un método seco que no hace que las superficies se hinchen", explica Gommel, resaltando la ventaja de esta técnica. Dependiendo de la naturaleza de los componentes, los investigadores combinan este método con otras variantes, como la limpieza con plasma o la limpieza con paño y lavado. La sala limpia ya está en funcionamiento, y los expertos del IPA la optimizan y la equipan continuamente con tecnología de limpieza y pureza adaptada, mejoran el flujo de materiales y asesoran a la ESA en cuanto a costos operativos. Además de la ESA, otras instituciones nacionales como Thales Alenia Space Italy, una empresa italiana de exploración espacial, utilizan la sala para sus misiones espaciales. También otras agencias espaciales, como la NASA, consultan a Gommel y su equipo. "Somos un socio de cooperación solicitado y reconocido en este campo de investigación", afirma el ingeniero. El científico de Stuttgart participa en los comités responsables de la estandarización de métodos de limpieza. Gommel trabaja tanto para la ISO, la Organización Internacional de Normalización, como para la ECSS, la Cooperación Europea para la Normalización Espacial. Cuando se trata del papel del IPA en la industria aeroespacial, Gommel suele referirse a la organización como el "Campeón oculto". Porque "Campeón oculto" no solo significa un ganador secreto, sino también un líder mundial desconocido.