El polvo lunar —o regolito— es una de las dificultades más persistentes para la exploración de la Luna. Este material extremadamente fino y abrasivo se comporta de formas complejas en el ambiente lunar: se adhiere a los trajes espaciales, perjudica los instrumentos, penetra en sellos y puede dañar superficies críticas. A diferencia de la Tierra, la Luna no tiene atmósfera ni ciclo de agua que redondee sus partículas, por lo que los granos permanecen afilados y cargados electrostáticamente. Recientes avances en modelización matemática y en tecnologías de recubrimiento están permitiendo entender y combatir cómo estas partículas se adhieren a superficies. Este artículo analiza el problema desde sus fundamentos físicos hasta las propuestas tecnológicas actuales, incluyendo un modelo matemático desarrollado por investigadores asiáticos y las estrategias de la NASA para misiones prolongadas en la superficie lunar.

El polvo lunar: una amenaza para la tecnología y la ingeniería

Uno de los legados de las misiones Apollo fue descubrir que el polvo lunar no solo es molesto; es un problema técnico grave. Partículas con tamaño medio inferior a 100 micrones —es decir, más finas que gran parte del polvo terrestre— poseen bordes afilados y una alta reactividad química, lo que les permite rayar superficies, alojarse en juntas mecánicas y degradar el rendimiento de sistemas ópticos y térmicos. Estas partículas forman parte del regolito, una mezcla de arena, polvo y fragmentos de roca resultado de miles de millones de años de impactos de meteoritos y de la ausencia de atmósfera que impida la erosión violenta de la superficie lunar. La combinación de minúsculo tamaño, morfología irregular y cargas eléctricas hace que el polvo actúe como abrasivo y como adhesivo al mismo tiempo.

A nivel físico, las fuerzas que actúan sobre una partícula de polvo lunar que se aproxima a una superficie son múltiples. Mientras que en la Tierra la gravedad y los efectos del aire dominan el movimiento de partículas, en la Luna estas partículas se mueven en un entorno con vacío profundo y sin atmósfera, donde la carga electrostática juega un papel crítico. La radiación solar electrifica las partículas por efecto fotoeléctrico, retirando electrones de su superficie y dándoles una carga positiva durante el día lunar. Por la noche, la interacción con plasma solar da lugar a cargas negativas. Estas cargas atraen o repelen partículas según su signo, pero además existe una fuerza denominada fuerza dielectroforética, que atrae partículas hacia regiones de campo eléctrico no uniforme, y una fuerza de imagen que surge cuando una carga induce una carga opuesta en una superficie conductora.

Este entorno hace que los sistemas que funcionen en la superficie lunar deban lidiar con mecanismos de adhesión que no se observan en la misma medida en la Tierra. Una vez que una partícula alcanza una superficie, las fuerzas de van der Waals —fuerzas intermoleculares a muy corta distancia— pueden dominar la interacción real, haciendo que el grano quede prácticamente “soldado” a la superficie por efectos físicos, incluso con velocidades de impacto relativamente bajas. Esto ha sido observado desde las misiones Apollo y constituye uno de los desafíos principales para la ingeniería de superficies lunares.

Un modelo matemático para entender y predecir la adherencia

Recientemente, equipos de investigación de instituciones como el Beijing Institute of Technology, la China Academy of Space Technology y la Chinese Academy of Sciences han desarrollado un modelo matemático detallado que describe cómo interactúan las partículas de polvo lunar cargadas con las superficies de las naves espaciales y otros equipos durante colisiones a baja velocidad, típicas de las operaciones en la superficie lunar. Este estudio, reportado en Universe Today, desglosa los términos de fuerza electrostática y las contribuciones relativas de cada uno en un marco cuantitativo.

El modelo identifica tres fases en una colisión: primero, la partícula realiza una compresión elástica contra el recubrimiento, mientras la fuerza de atracción crece; segundo, el material de la superficie puede deformarse y disipar energía si la velocidad de impacto es suficiente; y tercero, durante la etapa de separación la partícula puede rebotar o permanecer adherida. La probabilidad de que permanezca adherida depende de variables como la densidad de carga superficial de la partícula, la permitividad dieléctrica y la rugosidad de la superficie. Los investigadores descubrieron que, para partículas con densidades de carga típicas inferiores a 0,1 mC/m², las fuerzas de van der Waals dominan las interacciones físicas de contacto, independientemente del potencial eléctrico de la propia nave.

Una predicción interesante de este modelo es que los recubrimientos dieléctricos con alta espesor y baja permitividad pueden reducir significativamente la atracción electrostática, mientras que materiales con baja energía superficial y texturas microestructuradas hacen más difícil que las partículas se adhieran en primer lugar. Además, partículas más grandes —por encima de cierto umbral de tamaño— tienden a tener coeficientes de restitución más altos, lo que incrementa la probabilidad de rebote y disminuye la adhesión. Estos datos cuantitativos son fundamentales para planificar misiones de larga duración y para optimizar sistemas de limpieza y mantenimiento en la superficie lunar.

Tecnologías actuales y experimentación en entorno lunar

Más allá del modelado, existe un esfuerzo tecnológico concreto para desarrollar recubrimientos y sistemas que mitiguen la adherencia del polvo. La NASA, por ejemplo, ha apoyado proyectos de nanofabricación para crear superficies jerárquicas —estructuras tridimensionales a escala nano— capaces de reducir fuerzas de adhesión. Estas superficies se pueden transferir a metales, cerámicas o polímeros que forman parte de trajes espaciales, paneles solares o cámaras ópticas, y se han diseñado pensando en escalabilidad y procesamiento tipo roll-to-roll, lo que facilitaría su fabricación industrial.

Otros enfoques tecnológicos incluyen el uso de pinturas con recubrimientos conductores aplicados mediante deposición de capas atómicas para disipar cargas eléctricas acumuladas, lo que puede reducir la atracción de partículas cargadas. Este tipo de recubrimiento ha sido probado en condiciones terrestres para sistemas que operan en plasma, y se está investigando su aplicación en entornos lunares. NASA

En misiones más recientes, como la iniciativa Regolith Adherence Characterization (RAC) dentro del programa comercial CLPS de la NASA, se están llevando instrumentos al suelo lunar para medir directamente cómo se acumula el polvo sobre diferentes materiales en condiciones reales. Equipos como RAC-1 exponen múltiples muestras a la superficie lunar y cuantifican la tasa de acumulación y la adherencia en tiempo real, proporcionando datos experimentales esenciales para validar los modelos y guiar el diseño de futuras misiones.

Reflexiones finales: hacia una presencia sostenida en la Luna

El desafío que plantea el polvo lunar es tanto físico como tecnológico. Desde una perspectiva de ingeniería, comprender las fuerzas que rigen la adhesión y cuantificar sus efectos en condiciones reales de vacío, radiación y temperatura extremas es imprescindible para diseñar equipos duraderos. Las variables clave incluyen la distribución de cargas en la superficie, la topografía a escala micro y nano de materiales, y los perfiles de velocidad de impacto de partículas durante operaciones rutinarias en la superficie.

Aunque el entendimiento teórico, como el recientemente desarrollado modelo matemático, proporciona una base sólida para predecir y mitigar la adherencia, la experimentación en el entorno real sigue siendo crucial. La combinación de materiales con superficies diseñadas expresamente para repeler partículas, junto con sistemas activos de limpieza o disipación de cargas, puede transformar una molestia técnica en un problema manejable para misiones tripuladas o robóticas a largo plazo.

En los próximos años, conforme se concreten programas como Artemis y aumente la presencia humana y robótica en la superficie lunar, los avances en mitigación de polvo no solo mejorarán la fiabilidad de la tecnología, sino que también permitirán que proyectos más ambiciosos, como bases lunares permanentes, sean técnicamente viables.