La NASA completó ayer la exitosa misión no tripulada Artemis I sobre el Océano Pacífico, la primera de un programa espacial con el que la agencia estadounidense pone la vista en la Luna, Marte y el espacio profundo.
Cuando la misión Artemis I se lanzó el miércoles 16 de noviembre, el megacohete SLS llevó a la nave espacial Orion sin tripulación a la Luna para iniciar una nueva exploración. Jeremy Vander Kam (administrador adjunto del sistema de protección térmica (TPS) de Orion) dirigió el equipo que desarrolló el escudo térmico que protegió a la nave de las temperaturas altas durante el amerizaje.
Dicha pieza está lista para proteger a los astronautas que regresarán a la Tierra, además, se compone de un material llamado 'Avcoat' que combate el calor junto a un 'Sistema de Protección Térmica Ablativa Multifuncional Tridimensiona' (3DMAT) que se fabricó con hilos tejidos de cuarzo en resina.
El reingreso de Orion ofreció la prueba definitiva del trabajo del equipo de TPS, mientras tanto, la NASA indicó en un comunicado que Vander Kam estuvo esperando a bordo de un barco de la Marina de Estados Unidos para participar en la recuperación de la nave espacial.
Aparte de regresar a Luna, la NASA cumplió con el objetivo de certificar el escudo térmico Orion para sus futuros vuelos. Asimismo, algunos de los datos recopilados del amerizaje provienen de sensores integrados en el material de Avcoat e incluso se recolectaron muestras carbonizadas.
¿Qué tecnologías permitieron la llega de Orion a la Tierra?
- Escudo térmico: La innovación está construida alrededor de un esqueleto de titanio y una piel de fibra de carbono que brinda soporte estructural.
- Paracaídas: Reduce la velocidad desde su reingreso para amerizar sobre el océano.
- Potencia y Propulsión: Orion incluye un módulo de servicio capaz de realizar las correcciones necesarias a mitad de camino. Es decir, proporciona energía, rechazo de calor, propulsión en el espacio y agua y aire para las tripulaciones.
- Protección de radiación: Maximiza la cantidad de material que se puede colocar entre la tripulación y el entorno exterior.
- Sistemas de control ambiental y soporte vital: Puede reciclar el dióxido de carbono y convertirlo nuevamente en aire utilizable y procesar la orina para convertirla en agua potable.
Inspiración en Apolo
El escudo térmico de Apolo fue la base para el escudo térmico de Orion, no obstante, el último modelo está diseñado para la exploración de la Luna y Marte. Los ingenieros de Lockheed Martin señalan que "hicieron algunas adaptaciones para convertirla en la nave espacial más segura jamás construida para la exploración humana".
La determinación de los entornos aerotérmicos que se imponen en el escudo térmico y la carcasa trasera durante el reingreso se realiza mediante una combinación de pruebas en tierra y dinámica de fluidos computacional, asimismo, permite un nivel de precisión que las pruebas en tierra por sí solas no pueden proporcionar.
Por otro lado, la minimización de masa también se diseñó pensando en Marte. Joe Bomba (ingeniero de Lockheed Martin) explica que "cuando regresas de Marte, hay mucha más energía mecánica y las velocidades de entrada pueden ser más altas que cuando regresas de la Luna, y considerablemente más altas que desde la órbita terrestre baja. Pero el diseño que tenemos es capaz de regresar del planeta rojo".
¿Cómo fueron las primeras pruebas?
Cuando los astronautas de la NASA regresen de la Luna durante las misiones Artemis, su nave espacial atravesará la atmósfera de la Tierra a más de 40.200 kilómetros por hora. A esa velocidad, la cápsula Orion desencadenará dos formas de calentamiento, convectivo y radiante, contra las que su escudo térmico debe enfrentarse para proteger la nave espacial y a la tripulación.
El material del escudo térmico se puso a prueba simultáneamente ante ambos tipos de calentamiento en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley (California, Estado Unidos), teniendo en cuenta que los ensayos confirmaron que el sistema funcionaba según lo esperado.
La NASA explica en su blog que "cuando se combinan el calentamiento convectivo y el radiante, afectan el escudo térmico de manera diferente que como lo hace cualquiera de los dos por separado. Los investigadores añadieron una poderosa fuente de calor por láser, que simula el calentamiento radiante y a los calentadores convectivos ya en uso".
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