La química en la exploración espacial: sobrevivir y prosperar

Serie “Química & Cosmos”

La química en la exploración espacial

Sobrevivir —y prosperar— más allá de la Tierra

Oxígeno reciclado, alimentos liofilizados, combustibles criogénicos y materiales autorreparables: cada avance que mantiene con vida a los astronautas es una victoria de la química. Exploramos cómo la próxima bandera en Marte será, antes que nada, un logro molecular.

• Soporte vital regenerativo: electrólisis y reacción de Sabatier.
• Nutrición en micro‑g: hidropónicos y biorreactores de algas.
• Combustibles ISRU para viajar y volver de Marte.

🫧 Oxígeno y soporte vital

De la electrólisis que divide el agua al reactor Sabatier que convierte CO₂ en oxígeno y metano, los sistemas de soporte vital regeneran aire y agua para mantener con vida a las tripulaciones durante meses —o años— lejos de casa.

Ciclo cerrado O₂ ↔ CO₂ (EEI / Artemis)

⚗️

Electrólisis de agua

OGS (EEI) produce 9 kg O₂/día a 4.3 bar; el hidrógeno se envía al reactor Sabatier.

🔥

Reacción de Sabatier

CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O (a 300 °C); recupera agua y cierra el ciclo de oxígeno al 75 %.

🪐

MOXIE en Marte

Primera electrólisis sólida de CO₂ *in‑situ*: 6 g O₂/h — base para cohetes de regreso.

🥗 Alimentos espaciales: química de la nutrición

Con micro g y radiación como ingredientes incómodos, la química mantiene viva la mesa de los astronautas. Desde lechugas cultivadas con LED a pizzas impresas en 3‑D, cada bocado resulta de reacciones y materiales cuidadosamente diseñados.

Granja hidropónica orbital (GIF)

Solución de nitratos y quelatos alimenta raíces suspendidas; LEDs 660 nm+450 nm suplen la luz solar ausente.

Liofilizado inteligente

Proceso químico

Congelación −40 °C  →  sublimación al vacío (0.1 mbar) evita reacciones Maillard y conserva vitaminas C y B.

Hidropónicos LED

Nutriente clave

Solución Hoagland tamponada (pH 5.8) con Fe‑EDDHA → cultivos ricos en folatos para misiones > 6 meses.

Microalgas 45 % proteína

Fotosíntesis ISS

*Chlorella* convierte CO₂ + urea reciclada en biomasa; añade 30 % O₂ a la cabina y aminoácidos esenciales.

Comida impresa 3‑D

Textura enzimática

Transglutaminasa entrelaza caseína; el extrusor deposita salsa y queso en microcapas sin migas flotantes.

🚀 Combustibles espaciales: la química que vence la gravedad

Del hidrógeno líquido que ruge a −253 °C hasta el monopropulsor “verde” AF‑M315E, cada combustible espacial es un experimento químico controlado que decide cuán lejos, rápido y seguro viajamos.

Motor criogénico LOX / LH₂

H₂ + O₂ → H₂O + 450 s I_sp. El estándar para misiones lunares y sondas interplanetarias.

LOX / CH₄

Metano sintético

Sabatier in‑situ: CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O. 380 s I_sp; produce combustible de regreso en Marte.

AF‑M315E

Monopropulsor “verde”

Nitrato de hidroximetilamina (IHMAN): 12 % > ISP que hidrazina, no tóxico, densidad +75 %.

Al + NH₄ClO₄

Booster sólido

Aluminio pulverizado + perclorato de amonio → 2 MJ kg⁻¹; un “puñetazo” para despegar 2 000 t.

PBT / N₂O

Híbrido estrangulable

Polímero PBT sólido + óxido nitroso: seguridad de almacenamiento y apagado instantáneo para aterrizajes.

🧑‍🚀 Materiales & trajes: protección química simplificada

Cuatro capas de avanzada —Vectran®, aerogel, polietileno borado y epoxi autorreparable— trabajan juntas para frenar micrometeoritos, radiación y temperatura extrema.

• Vectran® — corte & balística
• Aerogel SiO₂ — aislante térmico
• PE borado — blindaje rad.
• Epoxi — autorreparación

Vectran® vs. micrometeoritos

Fibra de cristal líquido con módulo 125 GPa; detiene partículas de 0.3 mm a 7 km s⁻¹ sin perforar la presión interna del traje.

Dato rápido: cada EVA lunar libera ~60 g de polvo atrapado; esta capa evita que las esquirlas atraviesen hacia dentro.

♻️ Reciclaje & sostenibilidad en misiones espaciales

Una travesía a Marte de 900 días exige recuperar > 95 % de agua, aire y nutrientes. Este bloque muestra, en un vistazo, cómo la química convierte residuos en recursos a bordo de estaciones y hábitats.

Ciclo cerrado de recursos (ISS → Gateway)

💧 Urina → Agua 94 %

Destilación al vacío + oxidación catalítica recuperan 2.9 L/día por astronauta con costo energético 1.8 kWh·m⁻³.

🫧 CO₂ → O₂ (75 %)

Sabatier + electrólisis devuelven oxígeno respirable; el metano se ventila o usa como propulsor de maniobra.

🪴 Biomasa → Alimento 30 %

Microalgas *Chlorella* transforman efluentes ricos en N y P en proteínas y generan O₂ adicional.

🔥 Residuos plásticos

Pirolisis + hidrogenólisis (Ru/C) recuperan 65 % monómeros PET; imprime recambios <1 kg/wk.

🌍 Horizonte: química para terraformar

Más allá de la supervivencia, la próxima frontera es *transformar* entornos extraterrestres: limpiar percloratos marcianos, solidificar regolito lunar y fabricar hormigón de azufre en Io. Descubre la química que podría convertir mundos hostiles en segundas casas.

Luna • 2035

Sinterización laser + vidrio reciclado

Ladrillos de regolito

Polvo lunar sinterizado a 1 300 °C + 5 % vidrio = compresión 120 MPa. Reduce 92 % el material importado desde la Tierra.

Marte • 2040

Percloratos → Cloruro + O₂

Suelo apto para cultivo

Bacterias Dechloromonas reducen ClO₄⁻ a Cl⁻ usando H₂(g); elimina toxicidad y libera O₂ extra para la base.

Io • 2050

Polímero de azufre

Concreto de azufre‑limoneno

S + limoneno → polisulfuro estable, 2× resistente a ciclos térmicos. Fabrica hábitats sin usar agua —recurso crítico en Io.

Química = Horizonte infinito

Cada reacción dominada —del Sabatier marciano al polímero de azufre en Io— acerca a la humanidad a vivir entre las estrellas. Cuando un átomo cambia de estado en tu laboratorio, también se mueve el destino de la exploración espacial.

Respirar en el vacío Cultivar sin gravedad Cerrar el ciclo 95 %

📚 Bibliografía & Recursos recomendados

• Larson, W. J., & Pranke, L. K. (2020). Human Spaceflight: Mission Analysis and Design.

  Manual de referencia para ingeniería de misiones tripuladas: cálculos de carga útil, sistemas de soporte vital y estrategias de ISRU.

• Cooper, M. R., Douglas, G. L., & Perchonok, M. H. (2016). “Space Food: History, Science, and Technology”.

  Revisión completa de conservación, nutrición y psicología alimentaria en microgravedad. Incluye datos de Skylab, Shuttle y ISS.

• Sutton, G. P., & Biblarz, O. (2016). Rocket Propulsion Elements.

  Texto clásico sobre química de propulsantes líquidos, sólidos e híbridos; actualizado con LOX/LCH₄ y monopropulsor “verde”.

• Nicogossian, A. E., et al. (2016). Space Physiology and Medicine.

  Analiza los retos bioquímicos del cuerpo humano: radiación, osificación inversa y microbioma en hábitats cerrados.

• NASA (2023). *MOXIE Mars Oxygen ISRU Experiment – Mission Report*.

  Resultados preliminares del primer generador de oxígeno en la superficie marciana; pasos hacia plantas químicas a gran escala.