La rugosidad que decide el destino del vuelo exprés
Un cilindro romo volando a seis veces la velocidad del sonido no es el objeto más elegante, pero se ha convertido en el protagonista de un nuevo cálculo. La superficie de un vehículo así nunca es perfectamente lisa: al entrar en la atmósfera, el escudo térmico se quema y aparecen protuberancias y hendiduras. Cómo estas irregularidades convierten un flujo tranquilo en turbulencia violenta solo se había observado en experimentos aislados y apenas se podía modelar con precisión. Ahora, los científicos han realizado por primera vez un experimento numérico detallado, colocando hileras de granos de arena artificiales sobre el cilindro, como papel de lija.
Resulta que el patrón de las irregularidades decide el destino del vuelo. Cuando los granos estaban en hileras rectas, la transición a la turbulencia comenzaba con bandas serpenteantes: el flujo se balanceaba solo, como una bandera al viento. Pero si las hileras se desplazaban en forma de tablero de ajedrez o se distribuían al azar, las primeras en despertar eran ondas parecidas al oleaje del mar, que rompían contra las irregularidades y se amplificaban. Ambos mecanismos terminaban generando vórtices con forma de horquilla, y el flujo caía en el caos.
Para los ingenieros, esto significa que, modificando la disposición de las irregularidades en el escudo térmico, se puede retrasar o adelantar el momento de la transición a la turbulencia. Y de ello depende cuánto se calienta la nave durante la reentrada. Quizás algún día la superficie de las naves espaciales se fabrique deliberadamente no perfectamente lisa, sino con un patrón ingenioso que mantenga el flujo tranquilo el mayor tiempo posible.
La altura de las irregularidades en el cálculo era solo alrededor de un tercio del espesor de la capa límite, como protuberancias de fracciones de milímetro en la superficie de una pelota de golf. Son esos diminutos detalles los que deciden si el flujo se vuelve turbulento.
En la película 'The Martian', el escudo térmico de la nave 'Hermes' parece perfectamente liso, pero en realidad su superficie, después de la reentrada, está cubierta de miles de irregularidades, y serían precisamente ellas las que podrían controlar la transición a la turbulencia.