El papel de aluminio de la manta de emergencia está destinado a mantener calientes las bases lunares.

Cualquiera que corra un maratón lo conoce desde la zona de meta. Para que el cuerpo enfriado no pierda demasiado calor, los corredores llevan una manta de emergencia plateada y crujiente sobre sus hombros. El material básico de estas mantas es una lámina de plástico extremadamente fina de tereftalato de polietileno orientado biaxialmente, abreviado BoPET, conocida 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 exactamente este material cotidiano a la luna. Un equipo dirigido por el ingeniero mecánico Igor Bargatin y la primera autora Danielle Levin colocaron finas películas 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.

Por qué las bases lunares necesitan un aislamiento especial

No hay atmósfera en la Luna para almacenar o distribuir calor. En consecuencia, las temperaturas fluctúan extremadamente. Según las mediciones del instrumento Diviner a bordo de la sonda Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, la temperatura del suelo en el ecuador lunar alcanza entre 114 y 124 grados centígrados al mediodía y se enfría hasta alrededor de -178 grados centígrados hasta poco antes del amanecer. Según la NASA, la sonda midió incluso temperaturas inferiores a -246 grados centígrados en cráteres permanentemente sombreados cerca de los polos. A esto se suma el lento ritmo del día lunar. Un día y una noche duran cada uno unas dos semanas, por lo que una estación tiene que 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, el primer aterrizaje cerca del polo sur lunar se realizará en 2028 con Artemis IV. La agencia espacial quiere entonces comenzar 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 funcionar 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 compuestos en gran medida por cavidades, lo que los hace extremadamente ligeros y proporcionan un excelente aislamiento, pero también los hace susceptibles a roturas e impactos. Ahora incluso 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 láminas reflectantes están separadas entre sí mediante espaciadores. Frenan muy eficazmente la radiación de calor, pero según los investigadores no están diseñados para soportar cargas y se rompen fácilmente al tocarlos. Si las capas se presionan entre sí, se tocan y el efecto aislante se rompe.

Este es un verdadero obstáculo para una base lunar. El material debe embalarse herméticamente y transportarse a la Luna, instalarse allí y utilizarse durante años. "Se podrían utilizar estas pilas para aislar una estación lunar, pero los astronautas inevitablemente sufrirán pequeños accidentes al chocar con ellas", 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 daños y pérdidas de calor.

Cómo aísla la película apilada en el vacío

El aislamiento funciona de manera diferente en el vacío que en la pared de la casa. Como no hay aire, ya no es posible el transporte de calor a través de un 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 cada interfaz entre dos capas porque las láminas solo se tocan entre sí en unos pocos puntos. Un termo funciona según el mismo principio: su doble pared encierra un espacio sin aire y sus superficies interiores espejadas reflejan la radiación de calor.

Para sus pilas, los investigadores utilizaron películas Mylar con espesores de 2,5, 5 y 12,5 micrómetros, es decir, significativamente más delgadas que un cabello humano. Algunas de las láminas se cubrieron 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 con 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 calor con alrededor de 26 milivatios por metro y Kelvin, es decir, más de diez veces más. Según el estudio, las pilas se encuentran en la gama de aerogeles y paneles aislantes al vacío en condiciones de vacío.

Presionados diez veces y mantenidos 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 unos 91 kilogramos de presión sobre la superficie de la punta de un dedo. "Nos preocupaba que el material fallara bajo cargas de presión tan altas", recuerda Levin. "Pero las pilas sobrevivieron no sólo a un ciclo de alta carga, sino a diez seguidos". Las pilas revestidas conservaron 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 pilas de Mylar pueden flexionarse, soportar una presión significativa y mantener su rendimiento aislante", dice Bargatin. Esto permitiría empaquetarlos, transportarlos y soportar una manipulación brusca 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 mencionan como posibles campos de aplicación los trajes espaciales, los rovers y la electrónica.

Pequeños granos determinan el flujo de calor

Aquí juega un papel importante un detalle al que hasta ahora se ha prestado poca atención. Las películas de plástico muy finas se pegan fácilmente entre sí, lo que dificulta su producción y procesamiento. Por ello, los fabricantes mezclan en 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. Los cálculos del modelo del equipo muestran que el calor en el vacío se mueve principalmente de una película a la siguiente precisamente en estos puntos, es decir, en los pequeños puntos donde las partículas tocan la película vecina. Este modelo se adaptaba mejor a los datos de medición a altas presiones de contacto.

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 que se midieron con éxito tuvieron un rendimiento similar a las medianas. Los investigadores sospechan que las partículas de las películas delgadas crean más contacto entre las capas y, por lo tanto, abren caminos 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 de su despliegue en la luna. Las muestras hasta el momento sólo miden aproximadamente un centímetro cuadrado y su producción es laboriosa. "Utilizamos dos pinzas y pesas pequeñas para manipular y apilar las delicadas películas", describe Levin. "Solo una respiración cerca de la pila puede alterar 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 enrollar a partir de grandes rollos de película recubiertos de forma continua. Queda por ver si las pilas resistirán igual de bien las repetidas flexiones, arañazos e impactos 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 fría noche lunar con valores muy por debajo de -100 grados Celsius estuvo fuera del rango examinado. Aún quedan pendientes pruebas de larga duración 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 supone que aterrizarán 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.

Sin embargo, el trabajo muestra cuánto hay en materiales aparentemente familiares. De todas las cosas, un plástico que forma parte de la vida cotidiana como mantas de emergencia, embalajes y film transparente podría ayudar a resolver una de las tareas más difíciles de una base lunar: retener el calor sin ceder al primer impacto. "La solución más sencilla acabó siendo la mejor", afirma Levin.

Ingenieros de la Universidad de Pensilvania y Penn convierten el Mylar cotidiano en un prometedor aislante para la Luna

Interfaces y materiales aplicados ACS, pilas de películas aislantes térmicas en capas robustas para aplicaciones de vacío; doi:10.1021/acsami.6c09126

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