martes, 17 de enero de 2017

Fundamentos Básicos del Transbordador Espacial by Redes Sociales



NASA - Primer lanzamiento del Columbia - STS-1 el 12 de abril de 1.981


El transbordador espacial se convirtió en la primera nave espacial reutilizable, y que podía transportar satélites y ponerlos en órbita. Se lanzaba como un cohete, realizaba maniobras en órbita alrededor de la Tierra como una nave espacial y aterrizaba como un avión. Los transbordadores estaban diseñados para durar al menos 100 misiones cada uno. 



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El Columbia fue el primer transbordador en volar al espacio en la misión STS-1 el 12 de abril de 1.981, y también se perdió junto a su tripulación STS-107 el 1 de febrero de 2.003 durante su reentrada. El Challenger fue el segundo transbordador, realizando su primer viaje el 4 de abril de 1.983, aunque por desgracia fue la primera baja en la flota de los transbordadores al ser destruido en enero de 1.986 durante su lanzamiento.



NASA - 14 de abril de 1.981 - aterrizaje del primer vuelo espacial STS-1

El tercer transbordador fue el Discovery, entregado a la NASA en noviembre de 1.983, y el Atlantis en abril de 1.985. El Endeavour fue construido para sustituir al Challenger, y fue entregado en Florida en mayo de 1.991. El Enterprise nunca fue al espacio, y fue utilizado para las pruebas de vuelo y aterrizaje en el Centro de Investigación de Vuelo Dryden a finales de 1.970.


NASA - 1 de mayo de 1.979, prueba de ensamblaje de los cohetes en el Enterprise

El transbordador espacial consta de tres componentes principales: la nave que lleva la tripulación a bordo, un enorme tanque de combustible externo que contiene el combustible de los motores principales, y dos cohetes de combustible sólido que proporciona la mayor parte de la sustentación de la lanzadera durante los primeros dos minutos de vuelo. El tanque externo de combustible se quema en la atmósfera después de cada lanzamiento, y las otras dos partes son reutilizables. Normalmente las misiones duraban de 5 a 16 días, y tenían equipos de 5 a 7 tripulantes, de los cuales uno de los pilotos era el comandante de la misión, y dentro de los astronautas se encontraban especialistas científicos, capacitados para llevar a cabo experimentos o tareas científicas en órbita.

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El transbordador fue construido con una longitud de 56,14 metros, el orbitador 37,23 metros, con una altura en la pista de 17,27 metros, además de una envergadura de 23,79 metros. Tenia un peso en el despegue de 2 millones de kg, y cuando terminaba la misión tan solo 104.326 kg. Se separaba de los cohetes de combustible sólido dos minutos después del lanzamiento, y a 8,5 minutos después del lanzamiento se separaba el tanque externo a una altitud de 109,26 kilómetros, a una velocidad de 28.067 km/h. Podía situarse en órbita de 185 hasta 643 kilómetros.


NASA - 8 de julio de 2011, última misión espacial


Después de ser trasladado a la plataforma de lanzamiento por el Crawler. El transbordador espacial es lanzado en posición vertical, con el empuje proporcionado por los cohetes de combustible sólido, y los motores principales del transbordador. Los tres motores principales en conjunto proporcionan 1,2 millones de libras de empuje, y los dos cohetes de combustible sólido proporcionan un total de 6,6 millones de libras de empuje. Con lo que el empuje total del lanzamiento es de alrededor de 7,8 millones de libras. Para que al transbordador alcance la órbita, debe acelerar de cero a una velocidad de casi 28.968 kilómetros por hora. Debe llegar a una altitud por encima de la mayor parte de la atmósfera terrestre, para que la fricción con el aire no le sobrecaliente. El viaje se inicia de una forma relativamente lenta, a la hora de despegar pesa mas de 2,04 millones de kilogramos, y se tardan 8 segundos para que los motores aceleren la nave a 161 km/h, pero una vez pasado el primer minuto de vuelo la lanzadera se desplaza a más de 1.609 km/h, y ya ha consumido más de un millón y medio de libras de combustible.


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En T menos 20 minutos, las funciones del prelanzamiento estan controladas por la red de ordenadores de tierra en el lugar del lanzamiento. A 31 segundos del despegue, la red de ordenadores permite la secuencia de lanzamiento automático. A T menos 6,6 segundos, los tres motores principales del transbordador se encienden en intervalos de 120 milisegundos de diferencia. A 3 segundos del despegue, los motores principales del transbordador son ordenados a la posición de despegue. En cuanto la cuenta atrás llega a 0, las computadoras de a bordo encienden los cohetes de combustible sólido, los tres motores principales se encuentran al 100% de empuje.


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Durante la primera  etapa de ascenso, cuando el transbordador se encuentra a unos 45 km de altura y viaja a mas de 4.828 km/h, ya han pasado dos minutos y los dos propulsores de combustible líquido se agotan, se expulsan esos cohetes. Caen al Océano Atlántico con paracaídas a unos 225 kilómetros de la costa de Florida. Estos cohetes son recuperados por los buques de la NASA para ser utilizados en otro lanzamiento. El combustible sólido utilizado por los impulsores esta compuesto por aluminio en polvo, con oxigeno proporcionado por una sustancia de perclorato de amonio.


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En la segunda etapa de ascenso, los motores principales siguen quemando combustible del tanque externo mientras el transbordador se acelera. A medida que el transbordador se impulsa hacia su órbita, los motores consumen el combustible liquido a una velocidad de una piscina de natación cada 25 segundos, generando 37 millones de caballos de fuerza. Ocho minutos y medio después del lanzamiento, se viaja a 8 kilómetros por segundo, los motores gastan la última parte de combustible. Unos segundos después de que los motores se detengan, el tanque externo de combustible es desechado desde la lanzadera, entrando en la atmósfera y se quema sobre el Océano Pacífico. En este momento el transbordador pesa 117.934 kilogramos, y ha consumido más de 1,59 millones de kg de combustible en los 8 minutos y medio de vuelo.



NASA - Tanque externo STS-135

A los 8,30 minutos del lanzamiento, el motor principal comienza la secuencia de corte, y tres segundos mas tarde los motores se estrangulan hasta el 65% del empuje. 10 segundos más tarde, a los 8,40 minutos del lanzamiento, el motor principal se corta, la secuencia automática confirma el apagado del motor principal y comienza la secuencia de separación del tanque externo. El tanque externo se separa del orbitador a los 8,58 minutos del lanzamiento.


NASA - Discovery en órbita el 17 de marzo de 2009 - STS-119

Cuando los motores principales se encuentran apagados, el transbordador ya se encuentra en órbita, aunque si nada cambiara podría volver a entrar en la atmósfera al igual que el tanque externo. Por lo que a los 35 minutos después de que los motores se apagaran, los dos motores del sistema de maniobra, que se encuentran en la parte inferior izquierda y derecha de la cola del transbordador, se disparan durante unos tres minutos, colocandolo a una altitud de seguridad, que lo mantiene por encima de la atmósfera.


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Los transbordadores eran las únicas naves espaciales capaces de recuperar grandes satélites de su órbita y llevarlos de vuelta a la Tierra. Usaban un brazo robótico de fabricación canadiense (Sistema de Manipulación Remota), montado en el borde izquierdo de la bodega de carga, con el que las tripulaciones podían mover objetos grandes de dentro o fuera de la bodega de carga. Además se usaba en las caminatas espaciales de los astronautas en posiciones de reparación y mantenimiento de satélites, tal y como se hizo con el telescopio Hubble, o la construcción de la Estación Espacial Internacional.


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Dentro de la nave la tripulación puede dormir, comer y asearse en el piso inferior del transbordador, en el llamado compartimiento medio. La cubierta superior es la cabina de vuelo, donde se encuentra los controles ubicados por las paredes. Por debajo de esta zona se encuentra la zona de aviónica, los equipos electrónicos, y el compartimiento de la basura. 


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En la cabina de vuelo se encuentra la tripulación durante el lanzamiento, e incluye una escotilla circular lateral, de un metro de diámetro, que se utiliza para la entrada y salida del traslado antes de su lanzamiento y después del aterrizaje. La exclusa de aire de la nave, se utiliza para que los astronautas sellen la cabina del resto de la nave, y se pueda despresurizar para comenzar una actividad extra-vehicular (EVA). La bodega de carga se encuentra después de la cabina principal, unida por un pequeño túnel. El volumen de la cámara de aire es de unos 4,24 metros cúbicos. Además existe un mecanismo de acoplamiento para unirse a la Estación Espacial Internacional, situado encima de la exclusa de aire.


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Cuando la misión ha terminado, el transbordador gira en el sentido de la marcha y se prepara para otro disparo de los motores del sistema de maniobra orbital, que sacará al transbordador de órbita, y lo devolverá a la Tierra. El encendido dura unos tres minutos, se desacelera el vehículo un par de cientos de millas por hora, que es suficiente para descender hacia la atmósfera. Estos tres minutos son el único freno que el transportador espacial utiliza mientras se dirige hacia su aterrizaje. El resto del descenso hacia Florida, y el viaje de descenso por medio mundo se desacelera utilizando sólo el arrastre producido por la atmósfera. El transbordador desciende unos 25 minutos a una altitud de 129 kilómetros, donde encuentra los efectos de la atmósfera, y a mas de 8.050 kilómetros del lugar de aterrizaje. Pero antes de que el transbordador se encuentre con la atmósfera, el combustible sobrante se quema como medida de seguridad.






Antes de llegar a la atmósfera superior, el transbordador está orientado con la nariz hacia arriba con un angulo de 40 grados respecto a la horizontal y su nivel de las alas, de hecho, es una orientación que mantiene las baldosas térmicas negras de la parte inferior se enfrenta a la mayor parte del calor generado por su encuentro (unos 1.650º C). Los chorros de dirección de popa se utilizan para controlar la orientación de la lanzadera a medida que desciende a la atmósfera.





Para reducir la velocidad realiza una serie de maniobras. Y mientras se acerca al lugar de aterrizaje, la radiobaliza del sistema de navegación aérea táctica (TACAN), se recibe cuando se encuentra a 225 kilómetros del lugar de aterrizaje, y a una altitud de 45.720 metros. El TACAN proporciona información actualizada de apoyo a la lanzadera para la dirección hacia la pista.





Para la entrada y el aterrizaje normal, los ordenadores de control de vuelo están en control de la nave espacial hasta que se encuentra a unos 40 km. En ese momento la velocidad de la nave ha caído por debajo de la velocidad del sonido, y a una latitud de 15.200 metros, el comandante toma el control manual de la aproximación y aterrizaje. Para alinearse con la pista de aterrizaje, el comandante realiza un circulo de unos 6 kilómetros de diámetro





La nave reduce la altitud de 15.000 metros a 3.048 metros durante ese circulo, y queda alineada con la pista de aterrizaje. La nave baja la nariz hacia abajo unos 19º desde la horizontal. Durante la aproximación final, el transbordador viaja 20 veces más rápido que un avión comercial. Cuando se encuentra a 600 metros por encima del suelo, el comandante levanta la nariz y ralentiza la velocidad de descenso para preparar el toque con tierra.





Entonces, el piloto despliega el tren de aterrizaje. Se esta cayendo a menos de 8 km/h y tiene una velocidad de avance de 354 km/h. Cuando toca tierra despliega un paracaídas de frenado, que se encuentra situado por debajo de la cola, y el comandante deja caer el morro hacia la pista. Antes de su total detención, el paracaídas es desechado.


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Muy pronto... conoce los Cohetes de Combustible Sólido, su secuencia de caída, el tanque externo de combustible, y los motores principales del Transbordador. No te lo pierdas si eres muy curioso...


Fuente: NASA


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