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    SpaceX Dragon 2 listo para un aterrizaje emocionante:aquí está la ciencia espacial

    El SpaceX Crew Dragon está acoplado a la Estación Espacial Internacional. Crédito:NASA TV

    Si todo va según lo planeado un dragón ardiente iluminará el cielo sobre el Atlántico antes de refrescarse con un chapoteo de agua el 8 de marzo. La cápsula SpaceX Dragon 2 es de enorme importancia para los vuelos espaciales, ya que se acaba de convertir en el primer vehículo comercial que se acopla automáticamente al Espacio Internacional. Estación (ISS), y tiene como objetivo llevar astronautas allí en unos meses. Ahora se enfrenta a una de las partes más peligrosas de su misión:regresar a la Tierra de manera segura.

    La ISS, y la cápsula Dragon 2 ahora acoplada, están orbitando actualmente a una velocidad de 27, 600 km por hora, a unos 400 km sobre la superficie de la Tierra. Para dar un aterrizaje seguro a un objeto en órbita, lo cual es claramente particularmente importante si se trata de transportar astronautas, esta enorme velocidad debe reducirse a aproximadamente cero cuando llega a la superficie de la Tierra.

    Este cambio en la velocidad vendrá de una mezcla de disparos de cohetes, fricción, la resistencia del aire, paracaídas y finalmente agua. Un aspecto crucial para lograrlo es calcular en qué ángulo introducir el objeto a través de la atmósfera. La velocidad de cualquier objeto en órbita es el producto de dos componentes, uno moviéndose hacia el centro de la Tierra y el otro en la dirección de su órbita. Entonces, cuando la nave espacial vuelve a entrar en la atmósfera, su movimiento será una combinación de estos.

    El primer paso para llevar a Dragon 2 a casa es reducir la velocidad orbital de la nave espacial. Esto se logrará disparando cohetes contra el sentido de la marcha, inclinando el ángulo de movimiento (ver diagrama a continuación) hasta que se sumerja en las regiones más densas de la atmósfera. El cambio de velocidad requerido es, de hecho, muy pequeño:solo se necesita desacelerar aproximadamente una 60 parte de la velocidad de la estación. La atmósfera de la Tierra hará el resto.

    Pero el ángulo de entrada a la atmósfera es importante. Si es demasiado empinado la cápsula experimentará una desaceleración excesiva. Si es demasiado superficial no habrá suficiente fuerza de arrastre para reducir la velocidad de la nave lo suficiente para aterrizar. Incluso es posible terminar saltando la nave espacial a lo largo de la atmósfera, como rozar una piedra en un estanque. Por lo tanto, la nave necesita viajar dentro de un rango estrecho de ángulos posibles llamado "pasillo de entrada".

    Enormes riesgos

    A medida que la cápsula atraviesa la atmósfera, se abrirá paso a través de un aire cada vez más denso. Esto causa fricción alrededor del exterior de la nave espacial, calentándolo. Fundamentalmente, el proceso físico involucrado es una conversión de energía de cinética (movimiento) a térmica (calor). Las altas velocidades de reentrada también producen una onda de choque frente a la nave espacial que calienta el aire a miles de grados. Esto es similar al calentamiento del aire en una bomba de bicicleta cuando se comprime. El calor generado puede ser más alto que el punto de fusión de los metales en la piel de la nave espacial, por lo que debe haber un buen aislante térmico para protegerlo.

    La nave espacial Dragon utiliza un sistema de protección térmica a base de carbono:una capa de material ablativo que se quema. protegiendo la nave espacial. La importancia del blindaje térmico se destacó durante el incidente del Columbia Shuttle, en el que una teja se dañó al despegar, resultando en la desintegración del transbordador al volver a entrar y matando a los miembros de la tripulación.

    El calor generado también dependerá del ángulo de entrada. Si el ángulo es demasiado pronunciado, el calor generado por la onda de choque y la fricción en la parte delantera de la nave espacial abrumará el blindaje, potencialmente causando que la nave espacial se rompa o explote. Una vez dicho esto, si todo va bien, Se espera que los materiales de protección térmica avanzados utilizados en el Dragon 2 resistan cientos de vuelos de reentrada atmosférica.

    La rápida desaceleración también genera una fuerte fuerza g. Estas son las fuerzas que siente que actúan sobre su cuerpo durante la aceleración, como en una montaña rusa. Un g es el equivalente a la fuerza de la gravedad de la Tierra. En un aterrizaje estándar de Soyuz, los astronautas experimentan hasta aproximadamente 6 g. En uno de los desembarcos de Soyuz más extremos en 2008, los astronautas experimentaron más de 8 g, resultando en dificultades para respirar y compresión espinal para la tripulación.

    El cuerpo humano tiene una tolerancia limitada a las fuerzas g:la mayoría de las personas se desmayan con una aceleración sostenida de 7 g. Como el Dragon 2 está diseñado para ser la primera nave espacial comercial de pasajeros, las fuerzas de desaceleración y las tolerancias térmicas deben estar dentro de límites de seguridad demostrables en esta prueba de funcionamiento.

    Ripley. Crédito:NASA Kennedy / Flickr, CC BY-SA

    Para probar esta seguridad para los nuevos astronautas, el lanzamiento de Dragon 2 tiene un pasajero valiente. Ripley es un maniquí que está sentado en uno de los asientos de la tripulación y tomará datos como la temperatura interna, presión y fuerzas g experimentadas. En última instancia, esto determinará si la reentrada es segura para los humanos.

    Aterrizaje

    Una vez que la desaceleración debida a la fricción haya frenado suficientemente la nave espacial, la velocidad restante se eliminará con una combinación de paracaídas y un amerizaje en el Atlántico. Cuando el Dragon 2 esté listo para ser tripulado, Es probable que el procedimiento de recuperación sea similar al de las misiones estadounidenses de los años sesenta y setenta. La cápsula flotará en el océano y luego los astronautas serán recogidos por barco o helicóptero. Históricamente, este tiempo de espera para la tripulación ha oscilado entre 30 y 90 minutos.

    Los diseños anteriores del Dragon 2 incorporaron un aterrizaje motorizado, que implica reducir la velocidad con cohetes, similar a los recientes aterrizajes de cohetes propulsores pesados ​​Falcon. Pero esto es más costoso y puede ser más peligroso.

    Si bien el aterrizaje más suave en el agua tiene sus beneficios, una alternativa es volver a tierra. Este es el enfoque adoptado por el CST-100 Starliner de Boeing, que utilizará una combinación de paracaídas y airbags para reducir su velocidad de aterrizaje. El Starliner tiene su primer vuelo de prueba de encuentro con la ISS planeado para el próximo mes, también sin tripulación.

    Como el Starliner, las cápsulas Soyuz (que han estado funcionando desde finales de la década de 1960) regresan a tierra. Pero utilizan pequeños cohetes de frenado en el último segundo posible para suavizar el aterrizaje, y son las naves espaciales más longevas y exitosas hasta la fecha.

    El aterrizaje y la recuperación del Dragon 2 representarán un hito crucial en los vuelos espaciales comerciales. Si tiene éxito, será la primera vez que una empresa privada ha puesto en órbita una nave espacial clasificada para humanos, se acopló a la ISS y la devolvió a salvo a la Tierra. Si tiene éxito, realizará un segundo viaje de prueba en julio con astronautas de la NASA a bordo. Es de esperar que este logro mejore en gran medida nuestras perspectivas de una mayor exploración espacial humana.

    Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.




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