Franklin Chang Díaz: _{Pionero de la propulsión para generaciones futuras de astronautas}

Alrededor de la Tierra y bajo el Polo Norte

Cuando el programa espacial estaba en su infancia, Chang Díaz era uno de miles de niños alrededor del planeta que soñaba de vuelos espaciales. Hoy en día esa meta es ambiciosa, pero en Octubre del año 1958, cuando NASA fue creado, prácticamente era inconcebible. Pero Chang Díaz era inusualmente determinado, inmensamente bueno en construir y reparar cosas e imaginativo y durante su vida estas calidades han encajado para empujarlo hacia una carrera en vuelos espaciales y el diseño de nuevos motores para llevar el vuelo espacial a nuevas alturas.

Nacido el 5 de Abril del año 1950 en San José, Costa Rica, Chang Díaz tenia solamente nueve años cuando la NASA presentó su primera clase de astronautas al público. Conocidos como los Siete de Mercurio, estos primero viajadores espaciales no eran los tipos de “exploradores” que Chang Díaz se imaginaba hacerse en sus sueños. En los controles de su nave espacial de mentira (una caja de cartón que tomo su viaje inaugural cuando tenia siete años) que el y sus amigos se imaginaban mover rápidamente de planeta en planeta, peleando con monstruos como el personaje de cine y libro cómico Buck Rogers del siglo XV, los Siete de Mercurio eran simplemente pilotos de prueba técnicos y militares, escogidos por su experiencia en naves nuevas en vuelos alto en la atmósfera. Esa realidad en si hizo que el cuerpo de astronautas sea una opción completamente no viable para un niño en Costa Rica, lo cual a este día, se conoce por no tener ejercito. Pero no detuvo a Chang Díaz en soñar del espacio. Cuando tenia quince años, construía cohetes, haciendo su propia pólvora para lanzarlos al cielo. Aunque era un poco mas pequeño que una caja de cartón, logro lanzar en un cohete a un ratón a una altura de 100 metros en el aire, junto con casco especial (la criatura sobrevivió).

Ser criado en la capital de Costa Rica, Chang Díaz se reto a pensar seriamente acerca de una carrera en el espacio, inspirado principalmente por dos eventos ocurriendo temprano durante su época de nave de cartón. Uno fue el lanzamiento del primer satélite artificial de la humanidad, Sputnik, por la Unión Soviética en el año 1957. El otro, llevándose a cabo el año siguiente, fue el primer viaje directamente bajo el Polo Norte, desde el Océano Pacifico al Océano Atlántico. Emprendido por el primero submarino nuclear, el Nautilus, esta misión por el espacio interior de la tierra le dio a Chang Díaz de ocho años una idea que fue mas allá del Proyecto Mercurio. Proveyendo poder que podía durar mas de un año en vez de solamente unas semanas, la tecnología nuclear le dio a la Agencia Naval de EEUU su primer buque atómico con habilidad para ir a un lugar que ningún submarino había ido anteriormente. Quizás, pueda que haga algo para una nave espacial futura. Por ende, mientras los astronautas de la NASA y sus equivalentes Soviéticos ascendieron por horas y días, Chang Díaz sabia que era solamente una introducción. Igual que los primeros submarinos de manivela del siglo XIX, las capsulas espaciales propulsadas por químicos de mediados del siglo XX fueron los precursores de algo mas grande y mas ambicioso.

Dadas sus ideas, la madre de Chang Díaz, María, le aconsejó a su hijo que estudiara ciencia como una base para alcanzar su sueño de astronauta, junto con opciones mas convencionales de carreras. Esta era su mentalidad durante su etapa de lanzar ratones, cuando la NASA alcanzó otro acontecimiento importante: la selección de sus primeros científicos-astronautas. El Grupo Astronauta 4 incluida al doctor medico Joseph Kerwin y el geólogo Harrison Schmidt, quien tenia un doctorado de la Universidad de Harvard. Para misiones a la luna y mas allá, NASA continuaría reclutando a los mejores pilotos de prueba con visión 20/20 y el resto de “cosas buenas” tradicionales, pero la agencia claramente ahora quería científicos también. Por lo menos, esta era la impresión de Chang Díaz cuando un visitante de NASA llegó a San José a hablar con estudiantes en su colegio, Colegio de la Salle.

Alentado que la NASA estaba interesado en otras cosas, Chang Díaz escribió de sus intereses de vuelo espacial a Wernher von Brauhn, quien dirigía al programa de cohetes de la NASA. La respuesta que recibió era de parte de un oficial de la oficina de relaciones públicas de la agencia que lo motivó diciéndole que muchas personas jóvenes alrededor del mundo estaban interesados en el programa espacial. Era una carta modelo, pero alguien había subrayado una parte de la carta diciendo que los trabajos en NASA se limitaban a ciudadanos Estadounidenses. Claramente el oficial estaba tratando de desmotivar al costarricense de manera amable. Pero, en la traducción al español, esta desmotivación no fue recibida, por lo menos no en la mente de Chang Díaz. “Lo que yo interprete fue que me dijeron que me fuera”, dijo Chang Díaz en una charla en el año 2013. No fue su idea mas loca, dado que la inmigración era parte de su historia familiar reciente. Su padre, Ramón era el hijo de un inmigrante de la China que huyó de su país durante el levantamiento de los bóxer a finales del siglo XIX. Y entonces, Chang Díaz dejó la “tierra de los ticos” para ir a EEUU, primero ante todo para aprender el Ingles fluido.

El Norte

Después de graduarse del Colegio de La Salle, Chang Díaz fue al norte a vivir con familiares en Hartford, Connecticut. Allí pasó mas tiempo en el colegio hasta que entró a la Universidad de Connecticut en el año 1969 en una beca, solamente unas cuantas semanas después de que Neil Armostrong y Buzz Aldrin se hicieron los primeros humanos en caminar sobre la luna. En verdad, la beca que funcionó como un lanzamiento para carrera, fue básicamente el resultado de buena suerte. Como un extranjero, no debía haber calificado, pero alguien lo calificó erróneamente como puertorriqueño y cuando oficiales trataron de corregir el error, Chang Díaz peticiono a la legislación en Connecticut. Aceptando que la beca era error del comité, la legislación permitió a Chang Díaz quedarse con la beca.

Fascinado con la física nuclear desde el viaje de Nautilus, Chang Díaz trabajó como asistente investigador en el Departamento de Física de la Universidad de Connecticut, en donde se enfoco en el lado de ingeniería, ayudando a diseñar y construir instrumentos para estudios de colisión atómica de alta energía. Al mismo tiempo, puso sus intereses en la física para que el uso practico sea inmediato. Después de comprar un carro viejo usado, se dio cuenta que también necesitaba una transmisión usada. Pero la transmisión que había comprado era muy larga para el carro, entonces trajo el eje de transmisión al taller de física y lo corto y lo fusionó hasta que cupiera. Desde una nave de cartón a cohetes del tamaño de ratones y a arreglar carros, Chang Díaz mostró un talento para diseños improvisados, pero había mas por venir.

Física de Plasma

Recibiendo su titulo de pregrado en ingeniera mecánica en el año 1973, llegó al Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Massachusetts para sus estudios de posgrado en física aplicada de plasma. La materia existe en cualquiera de dos posibles estados: sólido, líquido, gas o plasma. El estado mas caliente, el plasma es en lo que una sustancia se convierte cuando ha absorbido tanta energía que los electrones son quitados del núcleo de átomos. Este es el estado de la materia del sol y todas las demás estrellas y la física de la plasma es muy diferente a la física de los otros tres estados de la materia. Haciéndose un experto en esta área de la física, Chang Díaz trabajó en el programa de investigación de EEUU de la fusión controlada aun durante sus estudios de posgrado, y durante tres años en el Laboratorio Charles Draper (también en Cambridge), después de recibir su doctorado (en 1977).

El tiempo de Chang Díaz en la universidad y en su posgrado correspondió a una era en cuando la NASA comenzaba a beneficiarse de la contribución de científicos en el cuerpo de astronautas. Después de regresar a la luna, por ejemplo, Harrison Schmidt publicó sus encuentros de su investigación geológica del Valle de Taurus-Littrow en la revista prestigiosa Science. Antes de eso en el mismo año, Joseph Kerwin voló como “piloto-científico” en la misión Skylab 2 de NASA. En donde por durante 28 días investigó los efectos fisiológicos y médicos que tenía la ingravidez en el mismo y en otros dos astronautas.

Mientras que la estación de Skylab circulaba arriba, la agencia también planeaban un concepto de cohete nuclear llamado NERVA. Pero el sistema que dio poder a Nautilus y a todos los buques navales que siguieron, el programa NERVA de Nasa se basaba en la fisión nuclear, la energía que viene de átomos divididos. Esto es diferente a la fisión nuclear, la energía que da poder al sol y a todas las demás estrellas, la estrategia nuclear en donde Chang Díaz aplicaba su conocimiento de la física de plasma. Hasta hoy en día, plantas de energía nuclear todas dependen en la fisión, mientras que la fisión aun es una meta a largo plazo para la generación de poder eléctrico. Pero la eficiencia alta de la fisión la hace mejor tanto para generar electricidad y para propulsar cualquier tipo de nave o buque, incluyendo una nave espacial.

La experiencia de plasma de Chang Díaz, especialmente el enfoque de confinamiento magnético, abriría las puertas para el trabajo que hace ahora; desarrollando nuevos motores para propulsión rápida que pueda llevar a astronautas de la Tierra a Marte en cuestión de semanas. Pero aunque durante las ultimas dos décadas del siglo XX investigadores en unos cuantos laboratorios acontecieron obtener mas energía de fusión de lo que ocupaban para aplicar, Chang Díaz estaba ocupado con algo mas durante ese periodo: entrenamiento para ser astronauta.

El primer científico Latino Americano

Un año después de que Chang Díaz se unió al laboratorio Draper, NASA presentó al publicó con su próximo acontecimiento de astronautas. El programa de Transbordadores Espaciales estaba por empezar, NASA seleccionó una nueva clase de astronautas: Grupo de Astronautas 8. Igual que el Grupo 4, NASA, de nuevo quería científicos pero el cuerpo también se diversificaba. Consistiendo de 35 personas, la nueva clase incluía tres Afroamericanos, un Asiáticos Americanos, dos Judíos Americanos y lo que al tiempo obtuvo mucha atención por el público: seis mujeres. No todo esto fue primerizo para la humanidad. La Unión Soviética ya habían volado a una mujer y a un judío como cosmonauta en la década de 1960 (y después en el año 1976). Pero claramente el cuerpo de astronautas de NASA no solo se limitaba a hombres blancos. Se miraba lógico que un Latino con parte China, aunque sea nacido en el extranjero fuese posible ser el siguiente. Y eso fue exactamente lo que pasó. En la primavera del año 1980, Chang Díaz fue seleccionado y entonces empacó para ir a Houston. No mas caja de cartón para su sueño de infancia. Ahora iba a aprender a volar un transbordador espacial.

Elegido como un astronauta especialista de misión, el trabajo de Chang Díaz seria conducir y atender a varios experimentos e instrumentos especiales que transbordadores espaciales llevarían a la orbita. Igual que los astronautas pilotos, tenia que aprender todo acerca de sistemas de transbordadores espaciales, desde motores hasta sistema de soporte vital. Tuvo que aprender como utilizar el traje de despegue y entrada, el traje anaranjado de presión que toda la tripulación de transbordadores espaciales tenían que utilizar durante el despegue y el aterrizaje en caso de perdida repentina de presión de cabina. Tenia que pasa por entrenamiento de supervivencia para estar preparado en caso de un aterrizaje de emergencia o se estrellan en jungla, desierto, mar o ambientes muy fríos. Para estas ultimas, fue enviado a Montana, en donde los especialmente para alguien de Costa Rica se miraban particularmente duros, hasta en comparación con el campus de MIT en Massachusetts en Enero.

Pero mientras que pilotos entrenaban intensamente en como volar un vehículo, Chang Díaz y los otros especialistas de misión estaban volando por la ciencia. Para cualquier misión por la cual entrenaba, tenia que aprender especificaciones de todos los experimentos. También, tenia que entrenar para paseos espaciales utilizando el otro tipo de traje de presión, el traje blanco diseñado específicamente para el soporte vital afuera del ambiente protector de la cabina. Prepararse para paseos espaciales involucraba numerosas horas en un ambiente bajo de agua simulado trabajado en modelos de satélites y otros dispositivos. Adicionalmente, antes de cada paseo, astronautas necesitaban pasar por procedimientos complejos para meterse al traje, pasando mas de dos horas en la esclusa de aire “respirando de antemano” el oxígeno para sacar el nitrógeno. De otra manera cuando una persona se mueve de un ambiente de alta presión a un ambiente de presión baja – por ejemplo de la estación espacial al traje espacial – burbujas de nitrógeno que se forman en la sangre pueden producir síntomas severos en las articulaciones, los vasos sanguíneos y hasta en el sistema nervioso central (medula espinal y el cerebro). Esto se conoce como “enfermedad de descomprensión” y mucho esfuerzo es necesario para prevenirlo en astronautas que llevan a cabo paseos espaciales. Durante muchos meses antes de cualquier misión con paseos espaciales, Chang Díaz y sus colegas especialistas de misiones tenían que llevar a cabo los procedimientos necesarios antes de paseos espaciales. Al mismo tiempo, por cada misión, había una docena de experimentos para llevar a cabo y tenían que ser practicados también. De una manera, mientras se alistaba para todo esto, Chang Díaz encontró el tiempo para casarse con la Dra. Peggy Marguerite Doncaster en el año 1984. Desde ese entonces, la pareja ha criado a 4 hijos.

Siete veces en el espacio

Pasando mas de 1,600 horas en el espacio, los siete vuelos orbitales de Chang Díaz fueron desde 1986 hasta el año 2002. En la misión STS-61C, en el transbordador espacial Columbia, ayudó a lanzar un satélite y llevo a cabo experimentos en la astrofísica y la ciencia material, pero el aspecto mas memorable de este vuelo fue uno triste. Diez días después de que la primera misión de Chang Díaz llegara a un final seguro el 18 de enero del año 1986, otro grupo de astronautas ascendieron a tragedia. Este fue el desastre del Challenger el 28 de enero del mismo año. Llevo a siete vidas a un final y puso el programa de transbordadores espaciales en pausa por durante casi 3 años. La próxima vez que Chang Díaz voló fue en la misión STS-134 en el año 1989 en el transbordador Atlantis, en la cual ayudó a enviar la sonda espacial no tripulada llamada Galileo en su misión a Júpiter.

Volando en Atlantis dos veces mas, en Columbia una vez mas y una vez mas en los transbordadores Discovery y Endeavour, Chang Díaz supervisó varios experimentos en campos múltiples. Visito tanto la estación espacial Rusa Mir y finalmente la Estación Espacial Internacional cuando era nueva. Como parte de misiones en ambas estaciones, supervisó experimentos físicos investigando la antimateria con un aparato llamado Espectrómetro Alfa Magnético (AMS). Pero la ciencia no era solamente lo mas importante en esta etapa de su carrera. Mientras entrenaba para una misión al MIR, Chang Díaz y esos que se unirían a el de Rusia y otros países fueron dejados en el bosque en Siberia para prepararse por si había un aterrizaje de emergencia en esa área. Para mantener el calor, hizo un tipi cortando un árbol y poniendo encima un paracaídas. Adentro prendió un fuego, el cual proveía un ambiente de vida sostenible. Tan impresionado estaban los Rusos que ese es como el procedimiento estándar para sobrevivir en frio en misiones espaciales Rusas.

La misión de Chang Díaz a la joven Estación Espacial Internacional, STS-111 despegó el 11 de Junio del año 2002. Seria su ultima misión, pero también su séptima. A esta fecha, solamente un astronauta, Jerry Ross, comparte ese record con Chang Díaz, Adicionalmente, la misión, llevada a cabo en el Endeavour, probo ser un gran final para el periodo de Chang Díaz en transbordadores. Durante la misión, para ayudar a mejorar el brazo de robot Canadiense, Chang Díaz llevo a cabo tres paseos espaciales.

De regreso a la física de plasma

A pesar de que Chang Díaz dejó la investigación de energía de fusión nuclear, cuando se unió a la NASA, tan antes como en el año 1993 la física de plasma una vez mas llegó a ser de nuevo un componente clave en su descripción de trabajo. Como se determinó anteriormente, astronautas comúnmente tienen trabajos adicionales en el programa espacial, especialmente entre misiones espaciales. Este fue el caso con Chang Díaz, dada la aplicabilidad de plasma la física para desarrollar tecnología de interés particular en la NASA. Particularmente la propulsión avanzada. Sirviendo como directos del Laboratorio de Propulsión Espacial Avanzada en la NASA del año 1993 al año 2005, Chang Díaz y algunos colegas desarrollaron una idea llamado el Motor de magnetoplasma de impulso específico variable (VASIMR por sus siglas en ingles Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket).

Extendiendo el trabajo de física de plasma que Chang Díaz comenzó en MIT, VASIMR es una forma de propulsión espacial eléctrica con mucho potencial. Motores no pueden mover naves por el espacio lo suficientemente rápido para vuelos humanos interplanetarios. No solo pueden aburrirse los astronautas pasando años en el espacio, pero el espacio interplanetario expone a astronautas a niveles de radiación peligrosos. Esto significa que mientras mas rápido sea el vuelo, mas seguro sea el vuelo.

Como la fusión de confinamiento magnético, VASIMR utiliza magnetizo para apretar la plasma. Pero en vez de apretar la plasma para iniciar reacciones de fusión, el campo magnético es utilizado para dirigir la plasma para que se salga del motor, proveyendo empuje como un cohete. El empuje no es tan fuerte como los mejores cohetes químicos, entonces el VASIMR no es desarrollado solo para lanzar cosas de la Tierra al espacio. Esta siendo explorado para viajes a larga distancia. Siendo mas eficiente que la propulsión química, un motor VASIMR podría proveer un empuje para un tiempo mas largo que un motor químico, días o semanas comparado con minutos. Entonces la nave propulsada por VASIMR aceleraría gradualmente y alcanzaría velocidades mas rápidas que las alcanzables con motores químicos.

Ultimadamente, la nave VASIMR podría cargar humanos a Marte en aproximadamente 39 días. Comparado con el tiempo de vuelo de 10 a 12 meses que se tomaría normalmente para una misión utilizando motores químicos y la habilidad de la idea de Chang Díaz es particularmente sorprendente. Y la velocidad no es la única ventaja. Debido a que la propulsión de VASIMR genera un campo magnético, la cantidad de radiación del espacio pegándole a la tripulación de cabina podría ser reducida sustancialmente. Mientras que la radiación en el espacio interplanetario es particularmente poderoso, aquí en la Tierra e incluso en una nave en orbita alrededor de la Tierra en altitudes bajas, humanos son protegidos de un segmento largo de la radiación por el campo magnético enorme generado por la misma Tierra. Utilizando el campo magnético de motores VASIMR, una capa protectora similar similarmente efectivo podría ser desarrollado para una nave cargando astronautas a marte, o a puntos mas distantes.

Carrera Post-NASA

Retirarse de NASA en el año 2005, Chang Díaz fundo una compañía llamada Ad Astra Rocket, la cual trabaja exclusivamente en VASIMR. Chang Díaz también trabaja con la concientización del cambio climático y la protección del ambiente, la cual fue inspirada directamente por su experiencia en ver cambios sobre la superficie de la Tierra. Recordando sus tiempos de vuelos espaciales, Chang Díaz recuerda varios experimentos pero lo que sobresale para el son los cambios que pudo observar viendo abajo hacia nuestro planeta. Con el paso de sus siete vuelos espaciales, no solo pudo observar la urbanización alrededor de ciudades expandirse en todos los continentes (menos Antártida), también pudo notar deforestación, incluyendo en el enorme bosque de la Amazona, los pulmones de la Tierra.

Chang Díaz mira el programa espacial y a temas ambientales de una manera similar, pensando en cada tema en términos de sostenibilidad. Aparte de buscar una propulsión sostenible, le da la bienvenida a la era emergente en la cual estaremos utilicemos recursos de asteroides, utilizando VASIMR para traer pequeños asteroides mas cerca a la Tierra. Esto daría soporte a una presencia humana a largo plazo en el espacio, en contraste con los primeros programa con la Carrera Espacial entre EEUU y URSS.

”No era sostenible” ha dicho Chang Díaz del programa Apollo y la naturaleza de la Carrera Espacial. En vez de esto, piensa que la “Exploración Espacial es una tarea para toda la humanidad.

Debido a que el impacto potencial del proyecto VASMIR en el programa espacial, en el año 2012 NASA indujo a Franklin Ramón Chang Díaz en el Salón de la Fama de Astronautas. No esta nada mal para un niño que jugaba con cajas de cartones. Y esto solo es el principio. Dado que el motor VASIMR podría algún día llevar viajadores espaciales, es muy posible que Chang Díaz recuerde a sus siente vuelos espaciales y verlos nada mas como una introducción.