septiembre 29, 2022

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Por qué Artemis 1 es tan difícil de iniciar

El Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS, por sus siglas en inglés), el nuevo cohete masivo de la NASA para regresar a la exploración lunar con el programa Artemis, no pudo comenzar y continúa permaneciendo estable en la Tierra principalmente debido al hidrógeno, el elemento más liviano y abundante del universo. Un tanto escurridizo, el pasado sábado desbarató los planes de la agencia espacial estadounidense al filtrar el sistema que se utiliza para repostar los tanques de los cohetes. Al darse cuenta de lo difícil que es lidiar con el hidrógeno, los ingenieros de la NASA han intentado resolver el problema tres veces antes. abandonar posponer el lanzamiento después del lunes anterior.

Ciencia espacial en pocas palabras
“El espacio es difícil”, “el espacio es difícil”, una frase que se escucha a menudo en la industria espacial: superar la atmósfera de la Tierra requiere un gasto masivo Energía Y si algo sale mal, los resultados son casi siempre catastróficos con la destrucción del misil y lo que lleva. Aunque muchas tecnologías SLS Derivado de transbordadores espacialesUno de los programas espaciales más exitosos, el nuevo cohete nunca ha volado antes, y muchos de sus sistemas han sido probados en condiciones distintas a las de una plataforma de lanzamiento.

Al igual que los transbordadores, el SLS también utiliza dos tipos diferentes de empuje para alcanzar la órbita que transporta a Orión, la nave espacial que continúa su viaje hacia la Luna. En los primeros dos minutos después del lanzamiento, la mayor parte del empuje lo proporcionan dos Solid Rocket Boosters (SRB), dos cohetes que usan un propulsor sólido y podemos imaginar fuegos artificiales muy poderosos tan altos como un edificio de 15 pisos. Al encenderse, quema alrededor de seis toneladas de propulsor cada segundo y produce más de las tres cuartas partes del empuje requerido para la primera etapa de lanzamiento. Una vez realizado su trabajo cerraron y se separaron del resto del SLS para volver a tierra, sumergiéndose en el Océano Atlántico donde no fueron recuperados.

Transbordador espacial Discovery En comparación con el SLS, los SRB son los dos cilindros blancos a cada lado del “escenario central”, el cilindro naranja central (NASA)

El principio de funcionamiento de ambos RBS es relativamente sencillo, al igual que la gestión del propulsor que se guarda en su interior. Proporcionan una gran resistencia, pero tienen el inconveniente de ser difíciles de juzgar, y si las partes que los componen no están bien conectadas, pueden producirse explosiones y accidentes. Como le sucedió al Shuttle Challenger en 1986. El segundo sistema que utiliza SLS es más manejable, pero por ello también más complejo de gestionar.

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En lugar de utilizar combustible sólido, la “etapa básica” del SLS, el gran cilindro naranja, utiliza combustible líquido. Para todos los efectos, un enorme tanque de unos 65 metros de altura y más de 8 metros de diámetro, cuatro motores están asegurados en su parte inferior. El cilindro consta de dos tanques distintos: uno para oxígeno y otro para hidrógeno. Como sabemos, estos dos elementos a temperatura y presión ambiente se presentan en forma gaseosa y están algo enrarecidos, ocupando así una gran cantidad de volumen. Al enfriar las cantidades necesarias para la cocción a temperaturas extremadamente bajas, estos gases se vuelven líquidos (LH2 y LOX) y ocupan mucho menos espacio, lo que permite almacenarlos a presión en tanques de etapa primaria.

(NASA)

El hidrógeno líquido es el combustible, mientras que el oxígeno líquido es el comburente: juntos forman lo que llamamos un propulsor. Cuando los dos elementos fluyen de sus depósitos y se encuentran, producen una reacción química de alta energía en la que el producto de desecho es vapor de agua (dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno son los componentes del agua). Mediante sistemas para hacer circular fluido a alta presión en los motores, se produce la combustión necesaria para mover la gran masa del cohete y hacerlo continuar su viaje más allá de la atmósfera terrestre proporcionada inicialmente por las dos estaciones RBS.

hidrógeno
En los cohetes de combustible líquido se pueden utilizar diferentes tipos de combustible, y a lo largo de los años se han probado decenas de ellos, pero el hidrógeno se encuentra entre los tipos que ofrecen el mejor rendimiento en términos de peso específico y rendimiento. El problema es que mantener el hidrógeno bajo control es muy difícil, porque es muy ligero y tiende a escurrirse por todos lados. Permanece líquido a unos -253 °C, pero bastan ligeras diferencias de temperatura o presión para que se evapore rápidamente. Almacenar 800 toneladas en un tanque durante unas horas puede ser un gran problema.

Los tanques de misiles que utilizan un propulsor de temperatura ultrabaja tienen espuma y otros materiales aislantes en el exterior para reducir la pérdida de calor. Como suelen transcurrir unas pocas horas entre el repostaje y el lanzamiento, el misil permanece conectado hasta el último momento útil con tubos que llevan el combustible líquido desde los sistemas terrestres hasta sus tanques. Es como si en la gasolinera dejáramos el dispensador conectado al coche para compensar la más mínima evaporación de gas hasta el último minuto antes de salir (pero no).

La parte inferior del SLS con algunos de los sistemas terrestres conectados al misil (Joe Raedle/Getty Images)

En el último momento antes de que el misil despegue, el sistema de desconexión rápida desconecta los tubos de suministro del misil, para que pueda salir sin llevárselo consigo. La separación debe realizarse con el menor impacto posible, por lo que el equivalente a un dispensador de gasolina no se puede conectar al cohete y debe poder retirarse fácilmente. Luego, se utilizan sellos y otros sistemas para mantener la tubería de suministro conectada al cohete, pero es casi imposible sellarla por completo, especialmente si se trata de hidrógeno líquido, que, como hemos visto, se desliza fácilmente por las grietas.

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Debido a que es un problema conocido con el que vivir, los ingenieros de la NASA tienen un límite de tolerancia para la pérdida de hidrógeno en la plataforma de lanzamiento, que es detectada por algunos sensores cerca del sistema de lanzamiento rápido. Si la concentración de hidrógeno alrededor de esto es inferior al 4 por ciento, puede continuar preparándose para el lanzamiento, de lo contrario, debe detenerse porque a medida que aumenta la cantidad de hidrógeno dispersado, aumenta el riesgo de un incendio que podría destruir el misil.

remisión
En el caso de un lanzamiento retrasado más tarde el sábado, la NASA tenía descubridor Casi el doble y en algunos casos el triple de la concentración máxima permisible de hidrógeno. Por lo que los técnicos cortaron dos veces el repostaje del tanque que iba a contener hidrógeno, confiando en que así el sistema de separación rápida se calentaría un poco, provocando una nueva dilatación de los materiales que lo unen al cohete. Los intentos fueron en vano, e incluso otro intento de aumentar la presión en los tubos, con la esperanza de hacer que el conector se pegara mejor, no condujo a tal progreso que fue necesario posponer el lanzamiento.

Estas maniobras, como todas las demás preparaciones de misiles en las últimas horas antes del lanzamiento, solo se pueden realizar de forma remota por razones de seguridad, y esto reduce la posibilidad de intervención de los técnicos. En las horas y días posteriores al retraso, la NASA analizó los datos y el estado del sistema de separación, indicando que un comando de válvula incorrecto pudo haber contribuido a la pérdida de hidrógeno, lo que podría comprometer la estanqueidad del conductor para transportar hidrógeno. . en el misil.

garaje
El lunes 6 de septiembre, la NASA decidió proceder con algunas intervenciones directamente en la plataforma de lanzamiento, ahora que es fácilmente accesible nuevamente, y evitar devolver el SLS al edificio de ensamblaje de vehículos (VAB), el gran edificio donde se encuentra el cohete. Puede realizar algunas pruebas con combustible líquido en la rampa que no se pueden realizar en un VAB. Sin embargo, hay algunos sistemas de seguridad que solo se pueden reparar dentro del edificio, como los IED que pueden destruir el misil si se sale de control inmediatamente después del lanzamiento: deben revisarse cada 25 días, por lo que es probable que con eso , habrá una transición al VAB en las próximas semanas.

problema conocido
Este hidrógeno era uno de los puntos SLS más afilados que se conocían desde hacía mucho tiempo, dado que el mismo elemento era el principal causante de frecuentes problemas con los transbordadores. En promedio, cada transbordador se lanza Se pospuso una vez En algunos casos hubo cinco aplazamientos de la misma tarea. A menudo, la responsabilidad recae en el sistema de recarga de hidrógeno y las dificultades para contener las fugas.

Algunos han notado que muchos problemas con SLS podrían haberse evitado si se eligieran otros combustibles como el metano o el queroseno. Sin embargo, la NASA no tuvo una gran elección: cuando el Congreso en 2010, que decide periódicamente cuánto dinero dar a la agencia espacial, autorizó el desarrollo del SLS, exigió que se utilizaran las tecnologías ya disponibles, comenzando por las de los transbordadores. y que los mismos contratistas espaciales Influential Historic Americans en Washington, D.C. En muchos estados, hay empresas que han trabajado en la NASA durante décadas y son muy apreciadas por los representantes políticos, porque emplean a miles de personas.

La gente espera el lanzamiento retrasado de Artemis 1 el lunes 29 de agosto cerca de Cabo Cañaveral, Florida (AP Photo/Phelan M. Ebenhack)

Al requerir que la NASA use tecnologías ya desarrolladas, el Congreso confiaba en que podría ahorrar en el desarrollo del nuevo cohete y al mismo tiempo garantizar cierta continuidad para la industria espacial con contratos. Esta elección habría condicionado los desarrollos posteriores del programa lunar estadounidense, que recientemente convirtió a Artemis en un proyecto ambicioso. Involucrar otros temas especiales. Mientras tanto, el SLS podría haber acumulado retrasos masivos al exceder sus planes de gastos iniciales en varias decenas de miles de millones de dólares.

A pesar de estas y otras dificultades, el desarrollo del SLS continuó en los últimos años e implicó varias pruebas antes de llegar a la plataforma de lanzamiento, que también incluía un sistema de reabastecimiento de misiles. Incluyendo los intentos del lunes 29 de agosto y el sábado 3 de septiembre, la NASA intentó al menos seis veces repostar el cohete, sin poder completar la operación. Sin embargo, fallas y retrasos, que no eran inusuales en los lanzamientos espaciales, han permitido a la NASA recopilar datos y realizar análisis que pueden ser útiles a la luz del próximo intento de lanzamiento. Todavía no se ha anunciado una fecha, pero ahora es posible que la nueva aventura hacia la luna no comience hasta el próximo mes de octubre. El espacio es difícil.