Materiales ultraestables del CINN listos para analizar la atmósfera de Marte

Durante mucho tiempo, el estudio del clima en Marte ha despertado gran interés científico por su importancia de cara a futuras exploraciones humanas, pero al igual que en la Tierra, para comprender el clima marciano es necesario conocer su atmósfera.

Tradicionalmente, los estudios de la atmósfera terrestre se realizan mediante el empleo de instrumentos láser denominados LiDAR (Light Detection and Ranging) cuyo funcionamiento se basa en la emisión de pulsos láser y la medición de la fracción de energía rebotada tras impactar con las partículas que componen dicha atmósfera. Esta medición permite conocer aspectos como la distribución, concentración y características físicas de las partículas en suspensión o la composición de los gases presentes. Sin embargo, los LiDAR terrestres son demasiado pesados y tienen un consumo energético excesivo para su empleo en misiones espaciales.

El proyecto europeo MiLi iniciado en 2022, se enfrentó a este problema “con un planteamiento atrevido que implicaba el desarrollo de un prototipo de LiDAR en el que se sustituyeran pesados componentes metálicos por innovadoras estructuras cerámicas que ofrecieran una alta estabilidad dimensional y evitasen el empleo de sistemas de control térmico auxiliares”, señala Adolfo Fernández, investigador principal del CINN en el proyecto. Y es que uno de los principales requisitos técnicos que ha de cumplir un LiDAR para su correcto funcionamiento es el preciso alineamiento entre el emisor láser y el telescopio. Tal y como explica Marta Suárez, Científica Titular del CSIC en el CINN y participante en el proyecto, “la desalineación de ambos instrumentos impediría la captura eficiente de la señal de retorno y comprometería la calidad de los datos recogidos” por ello, añade la investigadora, “resulta crítico emplear en los sistemas ópticos materiales que no sufran alteraciones dimensionales dentro del amplio rango de temperaturas de funcionamiento del LiDAR en Marte, entre -80°C y 40°C”.

Para responder a este reto, el grupo de investigación de Materiales Nanoestructurados Multifuncionales del CINN empleó una familia de materiales basada en una singular fase cristalina de aluminosilicato de litio, denominada Beta-Eucriptita, que presenta un coeficiente de expansión térmica negativo; es decir, contrariamente a lo que ocurre con la gran mayoría de materiales se dilata al enfriarse y se contrae al calentarse. Empleando como matriz esta Beta-Eucriptita los investigadores del CINN lograron diseñar y producir mediante la innovadora técnica de Sinterización por Descarga de Plasma (SPS) discos cerámicos completamente densos y de gran tamaño de dos composiciones químicas, una de ellas conductora eléctrica. Este último punto resultó ser clave, y es que “una problemática a la que no nos habíamos enfrentado en el CINN era el costoso proceso de mecanizado de estos materiales, más aún, teniendo en cuenta las estrictas tolerancias y los complejos diseños que se perseguían”, señala Noemí López, investigadora pre-doctoral del CSIC en el CINN que desarrolla su tesis sobre esta familia de materiales ultraestables. Esta tarea, continua Noemí, “se pudo acometer de forma exitosa gracias al empleo tanto de técnicas de mecanizado por electroerosión (EDM) como de técnicas convencionales consiguiendo fabricar por primera vez varios componentes críticos para el LiDAR como son la estructura de apoyo del espejo secundario del telescopio y los espaciadores del láser emisor”.