Cristales de sonido

Un equipo de investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV), coordinado por el catedrático de Física Aplicada y Director del Master en Ingeniería Acústica del campus de Gandia UPV, Víctor Sánchez Morcillo, se encuentra en la fase inicial del desarrollo de un proyecto pionero para la Agencia Espacial Europea (ESA), cuyo objetivo es lograr una reducción significativa del ruido en el entorno de la plataforma de lanzamiento durante el despegue de cohetes espaciales.

Para conseguirlo, los investigadores trabajan en el diseño de nuevas estructuras capaces de desviar el sonido en otras direcciones, evitando así que la reflexión directa del sonido sobre la base regrese e incida sobre la nave.

Estas estructuras, denominadas cristales de sonido, están formadas por una distribución ordenada de objetos dispersores (como cilindros o esferas), y presentan propiedades únicas por lo que respecta a la propagación de ondas, como la imposibilidad de transmitir determinadas bandas de frecuencia.

Aplicación al contexto aeroespacial de conocimientos previos

El grupo de trabajo de la UPV ha trabajado durante los últimos años en el estudio de estas estructuras para otras aplicaciones, y centra ahora su trabajo en su uso para mitigar el ruido en el contexto aeroespacial. Así, el proyecto pretende aplicar los conocimientos desarrollados sobre cristales de sonido, con el fin de que representen una alternativa real a otros métodos utilizados.

Entre estos últimos, uno de los pocos que ha demostrado cierta eficiencia - y que se usa en la actualidad - consiste en la liberación de grandes cantidades de agua en el entorno del cohete durante la ignición.

La combinación de los cristales de sonido con la liberación de grandes cantidades de agua, en estudio

Este mecanismo, que también está siendo estudiado por los investigadores de la UPV con buenos resultados, podría aplicarse conjuntamente con los cristales de sonido, combinando los efectos de absorción y dispersión del sonido, y aumentando la efectividad del sistema de absorción de ruido.

El proyecto, financiado por la ESA a través de un contrato del programa ITI - Innovation Triangle Initiative (Iniciativa del Triángulo de Innovación), cuyo objeto es fomentar la introducción de innovaciones y tecnologías de vanguardia en el entorno espacial -, se encuentra en una fase inicial, de prueba de concepto.

En caso de éxito, su desarrollo proseguirá mediante el estudio de modelos más realistas, primero a escala y, posteriormente, si llega el caso, en una base de lanzamiento real, como Ariane 5 o Vega, que la ESA tiene operativas en la actualidad.

El proyecto aglutina a investigadores de tres centros de la UPV: el Instituto de Investigación para la Gestión Integrada de Zonas Costeras (IGIC) del campus de Gandia, el Instituto Universitario de Matemática Pura y Aplicada, y el Centro de Tecnologías Físicas en la UPV.

El despegue, un reto científico ante niveles de ruido y vibración solo comparables a un terremoto o una erupción volcánica

Según señala Víctor Sánchez, el lanzamiento de un cohete o transbordador espacial representa un reto científico y técnico de gran envergadura, en el que se dan circunstancias muy especiales y difíciles de encontrar en cualquier otro contexto.

"La situación tiene algo de paradójica", afirma Sánchez Morcillo. "Por una parte, la principal misión de un cohete en la actualidad es poner en órbita dispositivos como satélites y antenas, e incluso experimentos científicos que requieren de un entorno de ingravidez, cada vez más refinados y sensibles. Por otra parte, los niveles de ruido y vibración alcanzados durante el momento del despegue son los más elevados nunca producidos por el ser humano, solo superados por algunos eventos naturales extremos como terremotos y erupciones volcánicas violentas. Hablamos de niveles próximos a los 200 dB, y temperaturas de miles de grados provocados por el chorro de gases en combustión que propulsan la nave".

Tal y como explica el profesor de la UPV, hasta ahora, el ruido durante el despegue no pasaba de ser algo molesto, y el problema se solucionaba situando los puestos de control lo suficientemente lejos como para hacer éste tolerable. Sin embargo, la situación está cambiando.

"Mientras que la tecnología asociada a lo que se pretende poner en órbita evoluciona muy rápidamente, los métodos para el control del ruido en el despegue han evolucionado muy poco, en parte porque las técnicas convencionales son difícilmente aplicables en un entorno acústico tan hostil. Nuestro trabajo pretende ofrecer una solución a este reto científico", concluye Víctor Sánchez.