¿Cómo vuelven a entrar las naves espaciales a la Tierra?
Los objetos que ingresan a la atmósfera de la Tierra enfrentan un viaje difícil. Pete Turner/Colección Stone/Getty Images
Lanzar una nave espacial al espacio es una cosa. Recuperarlo es otra.
El reingreso de naves espaciales es un asunto complicado por varias razones. Cuando un objeto entra en la atmósfera terrestre, experimenta algunas fuerzas, incluida la gravedad y arrastrar . La gravedad naturalmente atraerá un objeto de regreso a la Tierra. Pero la gravedad por sí sola haría que el objeto cayera peligrosamente rápido. Afortunadamente, la atmósfera de la Tierra contiene partículas de aire. A medida que el objeto cae, golpea y roza estas partículas, creando fricción . Esta fricción hace que el objeto experimente arrastre o resistencia del aire. , lo que ralentiza el objeto a una velocidad de entrada más segura. Lea más sobre estos factores en "¿Qué pasa si tiro un centavo del Empire State Building?"
Sin embargo, esta fricción es una bendición a medias. Aunque provoca resistencia, también provoca calor intenso. Específicamente, los transbordadores enfrentaron temperaturas intensas de aproximadamente 3000 grados Fahrenheit (aproximadamente 1649 grados Celsius) [fuente:Hammond]. Cuerpo contundentediseño ayudó a aliviar el problema del calor. Cuando un objeto, con una superficie contundente hacia abajo, regresa a la Tierra, la forma contundente crea una onda de choque delante del vehículo. Esa onda de choque mantiene el calor a distancia del objeto. Al mismo tiempo, la forma contundente también ralentiza la caída del objeto [fuente:NASA].
El programa Apolo, que movió varias naves tripuladas desde y hacia el espacio durante los años 1960 y 1970, cubrió el módulo de comando con un material ablativo especial. material que se quemaba al reingresar, absorbiendo calor. A diferencia de los vehículos Apollo, que fueron construidos para un solo uso, los transbordadores espaciales eran vehículos de lanzamiento reutilizables (RLV). Entonces, en lugar de simplemente utilizar material ablativo, incorporaron un aislamiento duradero. A continuación, profundizaremos más en el proceso moderno de reingreso de los transbordadores.
La desaparición del satélite
Los satélites no tienen que permanecer en la órbita de la Tierra para siempre. A veces, los satélites antiguos caen de nuevo a la Tierra. Debido a las duras condiciones de reingreso, pueden quemarse gravemente al descender. Sin embargo, algunos de ellos pueden sobrevivir a la caída y golpear la superficie de la Tierra. En las caídas controladas, los ingenieros manipulan los sistemas de propulsión de un satélite para hacerlo caer en un lugar seguro, como el océano.
El descenso de un transbordador espacial
Los bordes de ataque y la nariz del transbordador utilizaron material RCC de la NASA
Reingresar a la Tierra tiene que ver con el control de actitud . Y no, esto no significa que los astronautas deban mantener una actitud positiva (aunque eso siempre es útil). Más bien, se refiere al ángulo en el que vuela la nave espacial. Aquí hay una descripción general del descenso de un transbordador:
Saliendo de la órbita :Para reducir la velocidad de la nave desde su velocidad orbital extrema, la nave giró y voló hacia atrás durante un período. Luego, los motores de maniobra orbital (OMS) empujaron la nave fuera de órbita y hacia la Tierra.
Descenso a través de la atmósfera :Una vez que estuvo fuera de órbita de manera segura, el transbordador giró nuevamente con el morro hacia adelante y entró en la atmósfera boca abajo (como si estuviera boca abajo) para aprovechar la resistencia con su fondo romo. Las computadoras elevaron el morro hasta un ángulo de ataque (ángulo de descenso) de unos 40 grados.
Aterrizaje :Si has visto la película "Apolo 13", quizás recuerdes que los astronautas regresan a la Tierra en su módulo de comando y aterrizan en el océano donde los rescatan los rescatistas. Los transbordadores espaciales se parecían mucho más a los aviones y aterrizaban. Una vez que la nave bajó lo suficiente, el comandante se hizo cargo de las computadoras y guió el transbordador hasta una pista de aterrizaje. Mientras rodaba por la franja, desplegó un paracaídas para reducir la velocidad.
El viaje de regreso a la Tierra es caluroso. En lugar de los materiales ablativos que se encuentran en la nave espacial Apolo, los transbordadores espaciales tenían materiales especiales resistentes al calor y baldosas aislantes que podían soportar el calor de reentrada.
En esta imagen, los trabajadores de la NASA muestran dónde el Columbia sufrió daños en las tejas durante su vuelo inaugural. NASA/Space Frontiers/Hulton Archive/Getty Images
Carbón reforzado (RCC) :Este material compuesto cubrió la nariz y los bordes del ala, donde las temperaturas son más altas. En 2003, el RCC del Columbia resultó dañado durante el despegue, lo que provocó que se quemara al reingresar, matando a los siete miembros de la tripulación.
Aislamiento compuesto refractario fibroso (FRCI) :Estas tejas negras reemplazaron a las tejas HRSI en muchos lugares porque son más fuertes, livianas y resistentes al calor.
Aislamiento de superficie reutilizable de baja temperatura (LRSI) :Estas losetas de sílice blanca son más delgadas que las losas HRSI y protegen varias áreas de temperaturas de hasta 1200 grados F (649 grados C).
Aislamiento avanzado de superficies flexibles y reutilizables (AFRSI) :Hechas de tela de vidrio de sílice, estas mantas exteriores se instalaron en la sección superior delantera de un transbordador y soportan temperaturas de hasta 1,500 grados F (816 grados C). Con el paso de los años, estos se hicieron cargo de gran parte del material LRSI en un transbordador.
Aislante de superficie reutilizable de fieltro (FRSI) :Este material soporta temperaturas de hasta 700 grados F (371 grados C) y está hecho de fieltro Nomex blanco tratado térmicamente (un material utilizado en la ropa protectora de los bomberos).
Eche un vistazo a los enlaces que aparecen a continuación para obtener más información sobre los desafíos que plantea la exploración espacial.
Recordatorios amargos
Así como el desastre del Challenger en 1986 nos recordó lo riesgosos que son los lanzamientos de transbordadores, el desastre del Columbia nos recordó lo peligroso que es el reingreso a la atmósfera. En 2003, el transbordador espacial Columbia y sus siete tripulantes se quemaron cuando regresaban a la Tierra. Después de una investigación, la NASA descubrió que el daño en el ala izquierda (que en realidad ocurrió durante el despegue) dejó entrar aire caliente al reingresar y provocó que el transbordador perdiera el control y se quemara.
Preguntas frecuentes
¿Cómo afecta el ángulo de reentrada a la capacidad de una nave espacial para soportar un calor intenso?
El ángulo de reentrada es crucial para gestionar la exposición al calor de la nave espacial. Un ángulo de reentrada pronunciado puede provocar un calentamiento excesivo y posibles daños, mientras que un ángulo demasiado superficial podría provocar que la nave espacial rebote en la atmósfera. El ángulo óptimo garantiza que la nave espacial pueda soportar un calor intenso mediante una desaceleración y distribución de calor controladas, utilizando sistemas de protección térmica de forma eficaz.
¿Qué avances se han realizado en los sistemas de protección térmica desde el transbordador espacial?
Desde la era del transbordador espacial, los avances en los sistemas de protección térmica (TPS) se han centrado en mejorar la resistencia al calor y la durabilidad. Los nuevos materiales y tecnologías, como revestimientos ablativos mejorados, carbono-carbono reforzado y baldosas de sílice avanzadas, ofrecen una mejor protección contra las temperaturas de reentrada.
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NASA
EE.UU. Centenario del Vuelo
Espacio.com
Fuentes
Cuk, Matija, Dave Rothstein, Britt Scharringhausen. "¿Por qué las naves espaciales necesitan escudos térmicos para regresar a la Tierra pero no para salir?" Departamento de Astronomía de la Universidad de Cornell. Enero de 2003. (9 de mayo de 2008) http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=448
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Dumoulin, Jim. "Sistemas de órbita del transbordador espacial". Centro Espacial Kennedy de la NASA. (9 de mayo de 2008) http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/technology/sts-newsref/sts_sys.html
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