Aeronaves y Vehículos Espaciales - Departamento de Ingeniería ...
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<strong>Aeronaves</strong> y <strong>Vehículos</strong> <strong>Espaciales</strong><br />
Tema 8 – Descripción General <strong>de</strong> los <strong>Vehículos</strong> <strong>Espaciales</strong><br />
Sergio Esteban Roncero<br />
Francisco Gavilán Jiménez<br />
<strong>Departamento</strong> <strong>de</strong> <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial y Mecánica <strong>de</strong> Fluidos<br />
Escuela Superior <strong>de</strong> Ingenieros<br />
Universidad <strong>de</strong> Sevilla<br />
Curso 2010-2011<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial 1
Outline<br />
Introducción<br />
El l entorno espaciall<br />
Subsistemas <strong>de</strong> un vehículo espacial<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
2
Introducción<br />
Los vehículos espaciales se diseñan para cumplir misiones especificas<br />
muy concretas, concretas <strong>de</strong> ahí que la variedad <strong>de</strong> vehículos existentes sea tan<br />
amplia.<br />
Las misiones espaciales:<br />
simples i l como poner en órbita ó bit un microsatélite i télit<br />
complejas como enviar seres humanos a la Luna o sondas al Sol.<br />
El Programa g Espacial p es muy y amplio p y se divi<strong>de</strong> en “Segmentos” g<br />
Segmento Espacial:<br />
Carga útil.<br />
Plataforma.<br />
Segmento <strong>de</strong> Tierra:<br />
Red <strong>de</strong> estaciones terrenas.<br />
Centro <strong>de</strong> control <strong>de</strong> operaciones.<br />
p<br />
Segmento Lanzador:<br />
Centro <strong>de</strong> lanzamiento.<br />
Vehículo lanzador.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
3
Segmento g Espacial p<br />
Carga útil<br />
Satélites: telecomunicaciones, observación espacial,<br />
observación ó terrestre, localización, ó …<br />
Estaciones orbitales: Salyut, MIR, Skylab, ISS<br />
Sondas interplanetarias<br />
Módulos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scenso<br />
Plataforma:<br />
Contiene los elementos <strong>de</strong> ingeniería que garantizan el<br />
correcto funcionamiento <strong>de</strong> la carga útil<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
4
Satélites Artificiales<br />
Un satélite artificial es un satélite creado y puesto en órbita por el ser humano.<br />
Satélites <strong>de</strong> telecomunicaciones: estos satélites se utilizan para transmitir información <strong>de</strong><br />
un punto a otro <strong>de</strong> la Tierra, en particular, comunicaciones telefónicas, datos o programas<br />
televisados.<br />
Satélites <strong>de</strong> observación terrestre: estos satélites observan la Tierra, con un objetivo<br />
científico o militar. El espectro p <strong>de</strong> observación es extenso: óptico, p , radar, , infrarrojo, j , ultravioleta, ,<br />
escucha <strong>de</strong> señales radioeléctricas.<br />
Satélites <strong>de</strong> observación espacial: estos satélites observan el espacio con un objetivo<br />
científico. Se trata en realidad <strong>de</strong> telescopios en órbita. En estos satélites el espectro <strong>de</strong><br />
observación también es amplio. El telescopio espacial Hubble es un satélite <strong>de</strong> observación<br />
espacial. i l<br />
Satélites <strong>de</strong> localización: estos satélites permiten conocer la posición <strong>de</strong> objetos a la<br />
superficie <strong>de</strong> la Tierra. Por ejemplo, el sistema americano GPS, el sistema ruso GLONASS o el<br />
futuro sistema europeo Galileo.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
Hubble<br />
5
Seg. g Espacial p - Estación Espacial p<br />
Una estación espacial es una estructura artificial diseñada para ser<br />
habitada en el espacio exterior exterior, con muy diversos fines fines. Se distingue <strong>de</strong><br />
otra nave espacial tripulada por su carencia <strong>de</strong> propulsión principal, en<br />
lugar <strong>de</strong> eso, otros vehículos son utilizados como transporte <strong>de</strong>s<strong>de</strong> y<br />
hacia la estación; y por su carencia <strong>de</strong> medios <strong>de</strong> aterrizaje Salyut<br />
hacia la estación; y por su carencia <strong>de</strong> medios <strong>de</strong> aterrizaje.<br />
Salyut 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7…(1971-1982)<br />
Skylab (1973-1979)<br />
MIR (1986 (1986-2001) 2001)<br />
Estación Espacial Internacional ISS (1998-)<br />
Skylab<br />
MIR ISS<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
6
Sonda Espacial p<br />
Sonda espacial: dispositivo que se envía al espacio con el<br />
fin <strong>de</strong> estudiar cuerpos <strong>de</strong> nuestro Sistema Solar como<br />
plantetas, satélites, asteroi<strong>de</strong>s o cometas.<br />
p , ,<br />
Exploracion Lunar<br />
Programa Ranger (EEUU)<br />
Lunokhod (URSS 1973): robot lunar teledirigido<br />
Apolo (EEUU)<br />
Exploración Marte<br />
Mariner (EEUU 1960-1969)<br />
Marsnik (URSS 1970/1973)<br />
Vikings (EEUU 1970-1079)<br />
Mars Polar Lan<strong>de</strong>r (EEUU 1999) - unida<strong>de</strong>s<br />
Mars Climate Orbiter (EEUU 1999) – aterrizaje<br />
Mars Observer (EEUU 1992) – perdida contacto<br />
Mars Global Surveyor (EEUU 1997)<br />
Mars Express (ESA)<br />
Mars Express Orbiter<br />
Mars Pathfin<strong>de</strong>r<br />
Exploració Exterior<br />
Beagle 2 (Desaparecida)<br />
Pioneer (EEUU 1958-1978): Jupiter, Saturno, Venus<br />
Zond (URSS 1964-1970) Luna, Venus Marte<br />
Venera (URSS 1961 1961-1983): 1983): Venus<br />
Voyager: (EEUU): Jupiter, Saturno, Urano, Neptuno<br />
Rosetta: 2004: cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko<br />
Giotto: estudió el cometa Halley.<br />
Huygens: Estudio atmosfera Titan<br />
Stardust (EEUU 2006): polvo cósmico<br />
Hayabusa (Japon 2005): estudio asteroi<strong>de</strong> Itokawa<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
Giotto<br />
Mars Pathfin<strong>de</strong>r<br />
Voyager 1<br />
Huygens<br />
7
Módulos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scenso<br />
Apolo Command Module<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
Lunar Earth Module<br />
Soyuz<br />
8
Segmento g <strong>de</strong> Tierra<br />
Red <strong>de</strong> estaciones terrenas:<br />
Tiene la misión <strong>de</strong>:<br />
a s t st ucc o es (te eco a dos) a e cu o<br />
Recibir datos (telemedidas)<br />
tanto <strong>de</strong> la carga útil como <strong>de</strong> la plataforma<br />
Transmitir instrucciones (telecomandos) al vehículo<br />
Realizar las medidas <strong>de</strong> seguimiento o rastreo que conduzcan<br />
al conocimiento <strong>de</strong> la trayectoria real <strong>de</strong>l vehículo<br />
(<strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> la órbita).<br />
Centro <strong>de</strong> control <strong>de</strong> operaciones<br />
Tiene la misión <strong>de</strong>:<br />
Supervisar y controlar al vehículo en tiempo real<br />
DDeterminar i y pre<strong>de</strong>cir d i su órbita ó bi y su actitud. i d<br />
Planificar las operaciones futuras.<br />
Analizan los datos recibidos.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
9
Mission Control Center<br />
JSC Flight Control Room<br />
Russian ISS Flight Control Room<br />
- Beijing Aerospace Command and Control Center (Beijing)<br />
- ATV Control Centre (Toulouse)<br />
- European Space Operations Centre (Darmstadt)<br />
- CColumbus l b Control C t l Center C t (Columbus (C l b Module) M d l )<br />
Space Shuttle Mission<br />
Control Center<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
10
Estaciones <strong>de</strong> seguimiento g<br />
Madrid Deep Space Communications Complex:<br />
Robledo <strong>de</strong> Chavela en Robledo <strong>de</strong> Chavela (cerca <strong>de</strong> Madrid), España<br />
Goldstone Deep Space Communications Complex<br />
Barstow Barstow, California<br />
Canberra Deep Space Communications Complex<br />
Canberra, Australia<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
11
Segmento g Lanzador<br />
Centro <strong>de</strong> lanzamiento.<br />
El objetivo <strong>de</strong> este segmento es, obviamente, inyectar el vehículo<br />
espacial en la órbita correspondiente.<br />
Los gastos <strong>de</strong>l segmento lanzador representan una parte muy<br />
importante <strong>de</strong>l coste total <strong>de</strong>l programa espacial, por lo que las<br />
agencias <strong>de</strong> lanzadores favorecen los lanzamientos múltiples,<br />
ofreciendo así un mejor precio en un mercado altamente<br />
competitivo.<br />
Vehículo lanzador:<br />
Americanos: Scout Scout, Atlas Atlas, Delta y Shuttle Shuttle,<br />
Europeos la familia europea Ariane,<br />
Larga Marcha chino, japonés NII y el ruso Proton<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
12
Entorno Espacial p<br />
El entorno espacial hace que el diseño y la<br />
construcción <strong>de</strong> los vehículos espaciales p sea muy y<br />
diferente <strong>de</strong> aquellos vehículos que tienen que operar<br />
en la tierra.<br />
El entorno espacial tiene unas características muy<br />
distintivas:<br />
Vacío espacial<br />
Entorno térmico<br />
Radiación Espacial<br />
Microgravedad g<br />
Micrometeoritos<br />
Restos espaciales<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
13
Vacío espacial p - I<br />
Vacío Total:<br />
Determinante en el diseño <strong>de</strong> vehículos espaciales.<br />
MMuchos h materiales i l modifican difi su masa y/o / sus propieda<strong>de</strong>s i d d<br />
<strong>de</strong>bido a que los gases (típicamente vapor <strong>de</strong> agua) adsorbidos<br />
en capas p exteriores son liberados (<strong>de</strong>sgasificación,<br />
( g ,<br />
“outgassing”).<br />
El vapor liberado pue<strong>de</strong> con<strong>de</strong>nsar en instrumentos ópticos<br />
muy <strong>de</strong>licados afectando las medidas medidas.<br />
La liberación <strong>de</strong> oxígeno en ciertos materiales (p.ej. acero<br />
inoxidable)<br />
pue<strong>de</strong> provocar abrasión, <strong>de</strong>scamación o incluso soldadura entre<br />
partes móviles.<br />
Solución: cuidadosa selección <strong>de</strong> materiales y lubricantes;<br />
si es necesario emplear materiales problemáticos, prepararlos<br />
previamente con calentamientos al vacío (“baking out”).<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
14
Vacío espacial p - II<br />
Vacío Parcial<br />
En órbita cercana a la tierra (LEO=Low Earth Orbit=OBT,<br />
Entorno Térmico<br />
El vacío espacial sólo permite un único tipo <strong>de</strong> transporte <strong>de</strong><br />
energía í <strong>de</strong>s<strong>de</strong> d d o hacia h i el l vehículo: hí l la l radiación di ió térmica. té i<br />
Los vehículos espaciales están sometidos a cargas térmicas<br />
extremas y muy variadas.<br />
Las temperaturas d<strong>de</strong> la l f fuente ( (el l Sol) S l) y el l sumi<strong>de</strong>ro id ( (el l espacio i<br />
profundo) para la transferencia <strong>de</strong> calor por radiación son extremas:<br />
5780 K y 3 K respectivamente.<br />
PP. ej ej. una porción térmicamente aislada <strong>de</strong> un vehículo pue<strong>de</strong><br />
experimentar variaciones entre 200K y 350K.<br />
Una forma <strong>de</strong> evitar los extremos pue<strong>de</strong> ser rotar lentamente respecto al<br />
sol.<br />
El único mecanismo posible <strong>de</strong> transporte en el espacio es la<br />
radiación (solar, planetaria, y <strong>de</strong>l vehículo).<br />
Al balance <strong>de</strong> energía g hay yqque añadir la generación g<br />
interna <strong>de</strong><br />
calor por parte <strong>de</strong>l vehículo. í<br />
El vehículo tiene que ser diseñado teniendo en cuenta los<br />
gradientes térmicos entre sus diferentes partes.<br />
Cuidadosa selección <strong>de</strong> materiales para evitar fallos por la fatiga<br />
<strong>de</strong>bida a ciclos térmicos, sistemas <strong>de</strong> control.<br />
Máximas cargas durante reentrada.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
16
Radiación Espacial p - I<br />
En el entorno espacial un vehículo está expuesto a radiación:<br />
La radiación electromagnética:<br />
El Sol<br />
Cinturones <strong>de</strong> Van Allen<br />
El viento i t solar l<br />
Flujo <strong>de</strong> electrones y protones que nos llegan <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el sol bajo la forma <strong>de</strong> viento<br />
solar<br />
Cinturón interior: 1000-5000 km<br />
Cinturón exterior: 15000-20000km<br />
Plasma formado por electrones e iones, que escapan <strong>de</strong> la atmósfera solar<br />
<strong>de</strong>bido a las altas temperaturas <strong>de</strong> su corona.<br />
La radiación cósmica<br />
núcleos pesados <strong>de</strong> alta velocidad y partículas proce<strong>de</strong>nte <strong>de</strong>l espacio<br />
interestelar.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
17
Radiación Espacial p - II<br />
• Peligrosos para equipos electrónicos, recubrimientos y para la<br />
tripulación<br />
tripulación.<br />
• Es imposible garantizar al 100% que no habrá fallos <strong>de</strong>l tipo “singleevent<br />
upset” o incluso <strong>de</strong>strucción <strong>de</strong> dispositivos semiconductores<br />
expuestos a altas radiaciones (especialmente rayos cósmicos o en los<br />
cinturones <strong>de</strong> Van Allen).<br />
• Se pue<strong>de</strong> reducir la tasa <strong>de</strong> errores (con apantallamiento; estándar: 10-10<br />
errores/día).<br />
En órbitas bajas (altitud inferior a 1000 km) la radiación no es un<br />
requisito <strong>de</strong> diseño importante:<br />
gracias al campo magnético <strong>de</strong> la Tierra Tierra, se evitan la mayoría <strong>de</strong> las partículas<br />
cargadas que llegan <strong>de</strong>l Sol o <strong>de</strong> la galaxia.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
18
Microgravedad g - I<br />
Un vehículo espacial pue<strong>de</strong> experimentar entre 10-3 y 10-11 Un vehículo espacial pue<strong>de</strong> experimentar entre 10 y 10 gg, <strong>de</strong>bido a:<br />
la gravedad <strong>de</strong> la tierra<br />
variedad <strong>de</strong> efectos perturbadores:<br />
presión solar<br />
rozamiento aerodinámico<br />
Estos efectos pue<strong>de</strong>n ser eliminados mediante control, si son <strong>de</strong> baja frecuencia.<br />
Gradientes gravitatorios:<br />
la atracción gravitatoria es más fuerte en la parte <strong>de</strong>l vehículo más cercana<br />
a la Tierra.<br />
De importancia en gran<strong>de</strong>s vehículos y en estructuras flexibles flexibles.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
19
Microgravedad g - II<br />
Beneficios: uso <strong>de</strong> estructuras ligeras.<br />
Complica muchos procesos en los que intervienen gases o líquidos:<br />
fluidos<br />
q ,<br />
Servicios o duchas para vuelos tripulados<br />
se requiere convección forzada, sistemas <strong>de</strong> vaciado.<br />
Asimismo afecta <strong>de</strong> forma muy negativa a los seres humanos:<br />
síndrome <strong>de</strong> adaptación espacial espacial,<br />
alteraciones cardiovasculares,<br />
<strong>de</strong>scalcificación ósea,<br />
atrofia muscular muscular, etc. etc<br />
La experimentación en condiciones <strong>de</strong> gravedad reducida es una <strong>de</strong><br />
las activida<strong>de</strong>s más comunes en las plataformas orbitales.<br />
EEsta actividad i id d (fundamentalmente (f d l científica) i ífi ) se <strong>de</strong>sarrolla d ll mediante di la l<br />
realización <strong>de</strong> experimentos tanto en el campo <strong>de</strong> las ciencias físicas<br />
como en el <strong>de</strong> las ciencias <strong>de</strong> la vida.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
20
Micrometeoritos y Basura Espacial p<br />
Micrometeoritos:<br />
Pequeños objetos flotando en el espacio (milesimas <strong>de</strong> milimetro <strong>de</strong><br />
diámetro).<br />
Representan un peligro menor excepto en circunstancias especiales. especiales<br />
Normalmente, bastan 0.5mm <strong>de</strong> espesor <strong>de</strong> aluminio para <strong>de</strong>tenerlos.<br />
En algunos casos se han diseñado escudos “parachoques” (p. ej. la sonda<br />
G Giotto). )<br />
Basura espacial:<br />
un peligro creciente, creciente especialmente en LEO LEO. Se estiman más <strong>de</strong> 100.000 100 000<br />
objetos <strong>de</strong> más <strong>de</strong> 1cm. <strong>de</strong> radio<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
21
Basura Espacial p - I<br />
Basura Espacial<br />
Objetos mayores <strong>de</strong> 4 pulgadas<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
22
Basura Espacial p - II<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
23
Basura Espacial p - III<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
24
Basura Espacial p - III<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
25
Basura Espacial p - III<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
26
Basura Espacial p - III<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
27
Subsistemas <strong>de</strong> un Vehículo Espacial p<br />
La plataforma espacial se divi<strong>de</strong> en una serie<br />
<strong>de</strong> elementos funcionales o subsistemas:<br />
Estructura y mecanismos<br />
Control <strong>de</strong> actitud y <strong>de</strong> órbita<br />
Propulsión<br />
Energía<br />
Control térmico<br />
Cont Control ol ambiental<br />
Telemedida, telemando y gestión <strong>de</strong> datos<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
28
Estructura y Mecanismos<br />
Debe soportar todos los equipos y aguanta todas las<br />
cargas mecánicas producidas por:<br />
Las aceleraciones y vibraciones <strong>de</strong>l vehículo lanzador<br />
Cargas generadas en el propio satélite:<br />
maniobras, <strong>de</strong>spliegues <strong>de</strong> antenas y paneles, actuación <strong>de</strong><br />
dispositivos pirotécnicos<br />
Cargas producidas en las operaciones <strong>de</strong> transporte por<br />
superficie hasta el lugar <strong>de</strong> lanzamiento.<br />
Solicitaciones térmicas: é afectan a la precisión ó <strong>de</strong> apuntado<br />
<strong>de</strong> antenas y sensores<br />
Ligera (aluminio, berilio o materiales compuestos)<br />
Masa entre el 5 y el 20% <strong>de</strong> la masa <strong>de</strong> lanzamiento.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
29
Control <strong>de</strong> actitud y <strong>de</strong> órbita<br />
Proceso <strong>de</strong> orientación <strong>de</strong>l satélite en una dirección <strong>de</strong>terminada.<br />
estabilización en actitud (mantenimiento <strong>de</strong> la orientación existente)<br />
maniobras <strong>de</strong> control (que cambian la orientación <strong>de</strong>l satélite <strong>de</strong> una<br />
actitud a otra).<br />
Este subsistema incluye y<br />
Sensores, para la estimación <strong>de</strong> la orientación <strong>de</strong>l satélite<br />
Referencias ópticas a los cuerpos celestes<br />
Sol, el horizonte terrestre, la Luna y las estrellas.<br />
Referencias giroscópicas Inerciales Inerciales.<br />
Actuadores para la realización <strong>de</strong> las maniobras.<br />
Los satelites están orbitando y no se apoyan en ningún soporte mecánico:<br />
intercambio <strong>de</strong> momento cinético entre distintas partes <strong>de</strong>l vehículo<br />
las ruedas <strong>de</strong> reacción o los volantes <strong>de</strong> inercia<br />
Impulsores: aplicación <strong>de</strong> momentos respecto al centro <strong>de</strong> masas mediante la<br />
acción <strong>de</strong> impulsores (thrusters).<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
30
Propulsión p<br />
Necesida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la ejecución <strong>de</strong> maniobras:<br />
Cambios <strong>de</strong> órbita<br />
Requieren gran<strong>de</strong>s impulsos (empujes <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 70 kN)<br />
Motores <strong>de</strong> combustible sólido<br />
Cambios <strong>de</strong> actitud<br />
Requieren impulsos muy pequeños (<strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 1 N)<br />
Motores <strong>de</strong> combustible líquido monopropulsante (generalmente hidracina).<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
31
Energía g<br />
Subsistema encargado <strong>de</strong> generar, almacenar, distribuir<br />
y controlar la energía g eléctrica necesaria para p la<br />
operación ó <strong>de</strong> los equipos <strong>de</strong>l vehículo í espacial.<br />
Métodos empleados:<br />
Células solares fotovoltaicas - Eléctricos<br />
Cristales <strong>de</strong> silicio, ensambladas en paneles solares <strong>de</strong> gran<br />
superficie (potencias menores a 25 kW)<br />
Ciclos termodinámicos para potencias mayores a 25 kW<br />
Sistemas termoeléctricos - Nucleares:<br />
Energía generada por fisión nuclear.<br />
Misiones <strong>de</strong> exploración <strong>de</strong>l espacio lejano en las que la<br />
energía solar es débil.<br />
Baterías electroquímicas: Ni Ni-Cd, Cd Ni Ni-H, H etc etc.<br />
Se cargan cuando el Sol ilumina los paneles y se <strong>de</strong>scargan en<br />
los periodos <strong>de</strong> eclipse.<br />
Consumo Co su o <strong>de</strong> energía e e g a po por parte pa te <strong>de</strong> los os vehículos e cu os<br />
espaciales:<br />
microsatélites <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 100 W (como una bombilla),<br />
gran<strong>de</strong>s satélites en torno a 1000 W (como un<br />
electrodoméstico)<br />
l d é i )<br />
estación espacial <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 75 kW (como un<br />
automóvil)<br />
Gran<strong>de</strong>s aviones 100 MW.<br />
MW<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
32
Control térmico<br />
Mantener la temperatura <strong>de</strong>l vehículo y la <strong>de</strong> los equipos<br />
<strong>de</strong> d a bordo bo do <strong>de</strong>ntro d o <strong>de</strong> d sus u límites <strong>de</strong> d operación, op a ó , en todas oda<br />
las fases <strong>de</strong> la misión.<br />
Las actuaciones y la fiabilidad <strong>de</strong> los equipos <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n<br />
críticamente <strong>de</strong> la temperatura <strong>de</strong> operación:<br />
Necesario mantenerla <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> los límites especificados.<br />
especificados<br />
baterías los límites son -5oC y 20oC, propulsantes 5oC y 40oC, electrónica en general -20oC y 70oC, etc.<br />
<strong>Vehículos</strong> pequeños se consigue mediante el recubrimiento o<br />
el acabado superficial <strong>de</strong> los elementos.<br />
<strong>Vehículos</strong> gran<strong>de</strong>s y plataformas espaciales se requiere<br />
a<strong>de</strong>más cambiadores <strong>de</strong> calor, refrigeradores, etc..<br />
CControl t l térmico té i para <strong>de</strong>scensos: d<br />
Planeta con atmósfera que <strong>de</strong>be proteger <strong>de</strong>l excesivo<br />
calentamiento aerodinámico.<br />
Descenso balístico se usan materiales absorbentes <strong>de</strong><br />
energía<br />
Gran calor específico y alta temperatura <strong>de</strong> fusión.<br />
Materiales ablativos.<br />
DDescenso en planeo l<br />
recubrimientos muy emisivos <strong>de</strong> muy alta temperatura<br />
<strong>de</strong> trabajo y muy baja conductividad térmica (losetas<br />
refractarias <strong>de</strong>l Space Shuttle).<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
33
Subsistemas<br />
Control ambiental<br />
Necesario en vuelos tripulados y estaciones espaciales espaciales.<br />
Generar un entorno habitable para los astronautas:<br />
Control <strong>de</strong> la atmósfera interior<br />
temperatura, presión, concentración <strong>de</strong> oxígeno, humedad, olores.<br />
Creación <strong>de</strong> agua potable<br />
humedad <strong>de</strong>l ambiente y <strong>de</strong> la orina <strong>de</strong> los tripulantes.<br />
Control <strong>de</strong> las instalaciones higiénico-sanitarias<br />
Control <strong>de</strong> alimentos y <strong>de</strong>sperdicios.<br />
Detección y extinción <strong>de</strong> incendios.<br />
Telemedida, telemando y gestión <strong>de</strong> datos<br />
Mantener el contacto con el segmento g <strong>de</strong> tierra <strong>de</strong> la misión espacial: p<br />
enlace ascen<strong>de</strong>nte (uplink)<br />
Enlace <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte (downlink)<br />
Se encarga <strong>de</strong> las comunicaciones entre el vehículo espacial y las estaciones <strong>de</strong><br />
tierra tierra.<br />
Gestión <strong>de</strong> datos:<br />
Descodificar y distribuir la información enviada <strong>de</strong>s<strong>de</strong> tierra y,<br />
Recoger ecoge y cod codificar ca la a información o ac ó ge generada e ada een eel vehículo e cu o que <strong>de</strong>ba eenviarse a se a ttierra. e a<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
34
Sistema Solar<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial 35
Sistema Solar - I<br />
Todos los planetas, sus satélites y los asteroi<strong>de</strong>s, orbitan el sol<br />
aproximadamente i d t en el l mismo i plano, l llamado ll d plano l <strong>de</strong> d la l<br />
eclíptica (porque es don<strong>de</strong> se producen eclipses).<br />
Sus órbitas son aproximadamente circulares.<br />
La única excepción es el planeta enano Plutón que tiene una órbita<br />
más elíptica y <strong>de</strong> una inclinación apreciable (17 grados).<br />
Los planetas p rotan con un eje j casi perpendicular p p al <strong>de</strong> la<br />
eclíptica en el sentido contrario <strong>de</strong> las agujas <strong>de</strong>l reloj.<br />
La única excepción es Urano que rota “<strong>de</strong> lado” (se presupone que<br />
a causa <strong>de</strong> una gran g colisión). )<br />
Distancias:<br />
1 AU = 1 Unidad Astronómica<br />
= Distancia media Tierra-Sol<br />
= aprox. 149.600.000 km<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
36
Sistema Solar - II<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
37
Sistema Solar - III<br />
Otras unida<strong>de</strong>s: basadas en la velocidad <strong>de</strong> la luz.<br />
1 seg. luz = distancia recorrida por la luz en 1s<br />
= aprox. p 299.800 km<br />
1 año luz = aprox. 9.461.000.000.000 km<br />
= aprox. 63.000 AU<br />
La estrella más cercana (Proxima Centauri) se encuentra a 4.2<br />
años-luz (se tardaría 76.000 años en llegar con nuestros<br />
cohetes más potentes) potentes).<br />
Otra unidad: pársec = 3.261630751 años-luz.<br />
Temperaturas p en el Sistema Solar:<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
38
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
39
Sistema Solar - IV<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
40
Sistema Solar - V<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
41
Sistema Solar - VI<br />
El Sol:<br />
Es una estrella <strong>de</strong> tipo G2 VV.<br />
Es la “fuente <strong>de</strong> energía” principal en el Sistema Solar (un inmenso reactor <strong>de</strong> fusión).<br />
Su peso es aproximadamente 2x1030 kg.,<br />
333.000 veces la masa <strong>de</strong> la Tierra<br />
99% <strong>de</strong> la masa <strong>de</strong>l Sistema Solar.<br />
Rotación con un periodo <strong>de</strong> 25.4 días sobre un eje girado 7.25 grados respecto a la eclíptica<br />
terrestre.<br />
Intenso campo magnético.<br />
Manchas solares (en la fotosfera) ocurren en lineas <strong>de</strong>l campo magnético <strong>de</strong> muy alta intensidad (ciclos<br />
<strong>de</strong> 11 años).<br />
El sol expulsa material ocasionalmente, causando fluctuaciones en el campo magnético <strong>de</strong> los<br />
planetas.<br />
El viento i t solar l fluye fl continuamente ti t en todas t d direcciones.<br />
di i<br />
El límite <strong>de</strong> influencia <strong>de</strong>l viento solar <strong>de</strong>fine la heliosfera, una burbuja en el seno <strong>de</strong>l medio<br />
interestelar.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
42
Sistema Solar - VII<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
43
Sistema Solar - VIII<br />
Planetas “terrestres”:<br />
Mercurio Mercurio, Venus Venus, la Tierra y Marte. Marte<br />
Sólo la Tierra posee campo magnético y cinturones <strong>de</strong> radiación.<br />
Mercurio:<br />
Sin atmósfera.<br />
El planeta más pequeño.<br />
Gran<strong>de</strong>s diferencias <strong>de</strong> temperatura entre el día y la noche.<br />
Posibilidad <strong>de</strong> hielo.<br />
Visitado por el Mariner 10 en 1974-1975 1974-1975.<br />
Venus:<br />
Densa atmósfera <strong>de</strong> CO2 que impi<strong>de</strong> ver la superficie.<br />
Ampliamente visitado.<br />
La sonda Magallanes permitió crear un mapa <strong>de</strong> su superficie<br />
mediante técnicas <strong>de</strong> radar y altimetría.<br />
Marte:<br />
Atmósfera tenue <strong>de</strong> CO2 CO2.<br />
Contiene hielo en los polos.<br />
Evi<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> canales <strong>de</strong> agua en su pasado remoto.<br />
El más explorado tras la Tierra y la Luna.<br />
¿Posibilidad bld dd <strong>de</strong> vida? d<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
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Sistema Solar - IX<br />
Planetas “jovianos”:<br />
Jú Júpiter, i Saturno, S Urano U y Neptuno. N<br />
Joviano = tipo Júpiter, es <strong>de</strong>cir, gigantes gaseosos (hidrógeno, helio) con<br />
(posiblemente) un núcleo sólido.<br />
Todos poseen campos magnéticos significativos, anillos y multitud <strong>de</strong><br />
Júpiter:<br />
satélites. él<br />
Tan masivo como el resto <strong>de</strong> planetas combinados.<br />
Fuerte campo magnético magnético.<br />
Cinturones <strong>de</strong> intensa radiación.<br />
La Galileo orbitó Júpiter.<br />
Lunas: Io (volcánico), Europa (cubierto <strong>de</strong> hielo), Ganíme<strong>de</strong>s, Calisto.<br />
Saturno:<br />
Planeta más lejano visible al ojo <strong>de</strong>snudo.<br />
Sistema complejo <strong>de</strong> anillos (interesante para la investigación en dinámica<br />
orbital). obta)<br />
Lunas muy interesantes (Titán-más gran<strong>de</strong> que la Luna, Japeto-helado…).<br />
La Cassini orbita Saturno.<br />
Urano y Neptuno:<br />
DDescubiertos bi t en 1781 y 1846 respectivamente. ti t<br />
Sólo visitados por la Voyager 2.<br />
Compuestos <strong>de</strong> roca e hielo bajo la capa <strong>de</strong> gases.<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
45
Sistema Solar - X<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
46
Sistema Solar - XI<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
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Bibliografía g<br />
[Riv07] Damián Rivas. <strong>Aeronaves</strong> y <strong>Vehículos</strong> <strong>Espaciales</strong>, Febrero <strong>de</strong><br />
2007.<br />
Wikipedia, http://es.wikipedia.org<br />
NASA NASA, htt http://www.nasa.gov<br />
//<br />
The Boeing Company, http://www.boeing.com<br />
Introducción a la <strong>Ingeniería</strong> Aeroespacial<br />
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