Descripci√≥n de la carga útil

El objetivo general del programa Stargazer fue el de probar la factibilidad de la investigación astronómica desde un globo tripulado.

El proyecto fue iniciado en 1957 en el Smithsonian Astrophysical Observatory por la oficina de investigación científica de la U.S. Air Force. Posteriormente el programa pasó a la orbita del Air Force Cambridge Research Laboratories que se haría cargo del lanzamiento y operación del balón, en tanto que la porción netamente científica del mismo fue conducida por el observatorio Dearborn, dependiente de la Northwestern University bajo la dirección del Dr. Allen Hynek. Algun tiempo despues se asociaron al observatorio, el laboratorio de astronomia experimental del Massachusetts Institute of Technology que tuvo bajo su responsabilidad la construcción del sistema de montaje y de estabilización del telescopio y el Naval Ordnance Test Station que facilitó asistencia tecnica y cientifica en el diseño y la construcción de los instrumentos. Finalmente la base de la fuerza aerea de Wright-Patterson se hizo cargo de la gondola y del entrenamiento del Observador Cientifico en cuestiones relacionadas con el vuelo en globo.
El proyecto contemplo un total de 5 vuelos no tripulados de prueba en 1962 y este unico vuelo tripulado.

EL GLOBO

El globo fue fabricado por la compañia J.T Schjeldahl de Minnesota y estaba construido de mylar reforzado. Poseía una altura de 280 pies de alto, 200 pies de diametro y un volumen de 3.200.000 pies cubicos.

En el apice del mismo se ubicaba una valvula electromecanica que permitia al piloto controlar la salida del gas. Asimismo, un contenedor de lastre servo-controlado permitia reducir el peso del conjunto eyectando finas particulas de acero durante las estapas del vuelo en que fuera necesario.

Entre el globo y la gondola se ubicaba un paracaidas de 100 pies de diametro. El mismo se encontraba en posición abierta de manera que si existia algun inconveniente con el globo o el piloto juzgaba necesario abortar la misión este se abriera inmediatamente.

La gondola pendía bajo el globo de un cable de acero lo que al momento del despegue le conferia al conjunto un largo total de casi 400 pies.

LA CAPSULA

La capsula o gondola era un cilindro de aluminio de 13 pies de alto y 7 pies de diametro (imagen) que originalmente habia sido desarrollada para otro programa relacionado con el escape de emergencia desde grandes altitudes, pero que nunca llegó a ser utilizada para tal fin. Así, en 1958 se comenzaron las tareas para su adaptación al proyecto Stargazer.

En vuelo, la gondola se presurizaba al equivalente de la atmosfera a 22.000 pies. Los ocupantes vestian trajes de presión parcial y cascos igualmente semi-presurizados con las viseras abiertas. El piloto debía operar los instrumentos de comunicaciones, el equipo de vuelo del globo , y otro aparataje adicional. Asimismo debía monitorear y controlar los sistemas de supervivencia y control ambiental de la capsula como por ejemplo el oxigeno nitrogenado, el dióxido de carbono, el vapor de agua, la presión y la temperatura del interior. Un altimetro de los utilizados en aviones permitia establecer la altura de vuelo hasta los 50.000 pies y por encima de esa altitud se obtenia similar información por medio de un barometro aneroide. Comunicaciones bidireccionales eran mantenidas en todo momento con el control de tierra utilizando un sistema de UHF con un canal alternativo de HF.

El control termico de la capsula estaba dado por un sistema pasivo que combinaba una cobertura exterior con materiales en el interior especialmente seleccionados y ajustados para obtener un balance agradable entre absorción de radiación solar y emisión radiativa infra-roja hacia el exterior. Complementariamente existia un espacio estanco entre dos capas de cobertores de aluminio de las paredes de la gondola que formaba una barrera termica de aire que aislaba la capsula a bajas altitudes.

Dentro de la gondola, cortinas de material aluminizado se extendian sobre las paredes y cubrian el techo de la capsula como barrera para la constante perdida de calor hacia el exterior, especialmente despues del crepúsculo.

Por ultimo la gondola poseia una puerta diseñada para que en caso de una emergencia tanto el piloto como su acompañante pudieran eyectarse en paracaidas a una altitud de unos 20.000 pies.

SISTEMAS VITALES

El sistema de Oxigeno-Nitrogeno proveía aire respirable para la tripulación, y presión interna tanto para los trajes como para la gondola. Por debajo del piso de la capsula se localizaban dos convertidores de oxigeno liquido de 10 litros, y una unidad similar pero de nitrogeno liquido. Este ultimo era primero adecuado a la temperatura ambiente de la capsula y luego liberado a traves de un dispositivo manual controlado por el piloto.

El control de los niveles de vapor de agua y dioxido de carbono dentro de la gondola se mantenia por medio de un sistema pasivo basado en quimicos. CO2 era absorbido por una sustancia llamada Baralyme que se ubicaba debajo de los asientos de los tripulantes. Dicha sustancia actuaba cuando el aire era forzado a circular por medio de convexion natural a traves de las paredes del receptaculo en donde se agrupaban finas capas de dicho material.

En cuanto a los trajes de semi-presion, tanto el piloto como el oficial cientifico vestian un modelo CSU4P con un sistema integrado de ventilación y portaban una version modificada de los cascos de semi-presion modelo HGU8P. En modo normal, los trajes no estaban presurizados y los visores del casco se encontraban abiertos. tanto el oxigeno como el nitrogeno eran mezclados manualmente en una relación 50-50, manteniendo una presión interna en la cabina de 6 psia. En caso de ocurrir una perdida en la capsula, se activaba un sistema de emergencia que automaticamente cerraba los visores del casco, presurizaba los trajes y desviaba el flujo de aire desde el sistema de la cabina hacia los trajes.

Como forma de monitorear la salud de los tripulantes dos parametros fisiologicos eran transmitidos a tierra: un electrocardiograma obtenido a traves de electrodos en el cuerpo de ambos y la tasa de respiración obtenida por medio de sendos transductores de transpiración ubicados en el pecho de ambos aeronautas. Las señales obtenidas eran codificadas y enviadas por telemetria al aeroplano de seguimiento.

LOS INSTRUMENTOS CIENTIFICOS

La pieza fundamental de todo el equipamiento científico de la misión era un telescopio reflector Cassegrain con un espejo primario de 12 pulgadas de diametro y un largo focal efectivo de 120 pulgadas. El sistema de soporte del espejo secundario fue diseñado y fabricado por la compañia optica Ferson utilizando una combinación de Invar y componentes de aluminio, permitiendo obtener una precisión en el punto focal de una centesima de pulgada sobre un rango de temperaturas de entre -60°C a +70 ºC.

Este fue el primer telescopio concebido para una misión a bordo de un globo que contaba con un sistema de estabilización giroscopo-electrónico. Dicho sistema fue desarrollado y construido por el laboratorio de instrumentos del Massachusetts Institute of Technology y permitia tanto estabilizar el instrumento manteniendolo fijo respecto de las estrellas sin importar los giros y oscilaciones que sufria la gondola, como controlar el telescopio (montado fuera de la capsula). El sistema incluia dos giróscopos y dos rastreadores estelares de eje simple montados en el marco cilindrico que contenía el telescopio. Uno de los giroscopos y un sensor se encargaban de detectar el movimiento de desplazamiento de lado a lado en tanto el par restante lo hacía respecto de los movimientos en elevación del telescopio. Por tratarse de un mecanismo enteramente automático, la unica forma de apuntar el telescopio a un punto dado era "engañando" al sistema introduciendo señales electricas en el, a las cuales el mecanismo reaccionaba como si se tratara de un movimiento originado en la gondola que debia ser compensado, ajustando el telescopio en azimuth y desplazamiento. Este control se encontraba ubicado en el panel principal de instrumentos y era operado por la tripulación.

Como los experimentos efectuados incluian el estudio del centelleo estelar, asi como la visualización directa y la interferencia debida a la absorción de luz por el vapor de agua atmosférico un conjunto de instrumentados estaban disponibles a bordo para acoplar al telescopio. El primero de ellos era un fotómetro fotoelectrico similar a los usados en astronomia observacional en tierra. Este mismo instrumento era utilizado tambien para un segundo experimento destinado a establecer la factibilidad de la obtención de niveles de concentración nocturnos de ozono y su distribución en altitud por medio de la observación de la radiación de ultravioleta cercano proveniente de las estrellas. Para ello se lo acoplaba con un fotomultiplicador y filtros adecuados para la observación de diferentes porciones del espectro. Estos se encontraban adosados a una rueda movil que ponia en posición en el fotometro el filtro requerido para el tipo de observación a efectuar.

Se incluia tambien una camara KD-7 Bell & Howell con pelicula de 16 mm para el experimento de visualización directa. La misma fue utilizada para fotografiar una estrella fuera de foco a una velocidad de 12 cuadros por segundo. Al conjunto de instrumentos se sumaba finalmente un fotometro infrarrojo.

Todos estos elementos se encontraban alojados en un compartimiento montado en la parte trasera del telescopio sobre una placa rotativa que posicionaba en el plano focal el instrumento deseado.

Video de las operaciones de lanzamiento

Desarrollo del vuelo y resultados de la misión

Sitio de lanzamiento: Base Holloman de la Fuerza Aerea, Alamogordo, Nuevo Mexico, EEUU  
Hora lanzamiento: 11:30 local
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: Air Force Cambridge Research Laboratories (AFCRL)
Globo: Globo de Presión Cero J.T Schjeldahl - Mylar - 3.200.000 cuft
Peso carga útil: 4800 pounds

El globo fue lanzado utilizando el metodo vertical a las 11:30 horas local el 13/12/1962.

La velocidad de ascenso inicial fue de unos 1100 pies por minuto. El vuelo se desarrolló a una altura promedio de 80.000 pies durante toda la noche hasta las 5:27 momento en que se inició anticipadamente la maniobra de descenso para evitar un posible aterrizaje al otro lado de la frontera Mexicana. El tiempo total de vuelo fue de 18 horas y 30 minutos.

Al momento de tomar tierra, en lugar de separar la capsula del globo, el piloto activó las valvulas de venteo del mismo calculando en 12 minutos el tiempo que tardaria en vaciarse. No obstante, mientras esto sucedía una racha de viento volvió a elevar el globo convirtiendolo en una gigantesca vela y arrastrando tras de si la capsula y sus ocupantes. Como la misma comenzó a dar tumbos y a girar cada vez mas rapido, finalmente el piloto decidió separar el globo.

Aproximadamente media hora despues del accidentado aterrizaje, la tripulación fue recogida por un helicoptero de la Fuerza Aerea.

Este fue el primer y unico vuelo tripulado del proyecto. Fue piloteado por el Capitan Joseph Kittinger actuando asimismo como ingeniero de proyecto y el astronomo civil William White en su función de investigador cientifico.

El vuelo fue bastante suave con poco movimiento de la gondola. La maxima rotación de la capsula fue alcanzada durante las maniobras de ascenso y descenso y estuvo en el orden de los tres grados por segundo en tanto que durante el resto del periplo fue de un grado por segundo. Esta información fue obtenida monitoreando un compás estandar de navegación aerea. La estimaciones de movimiento pendular de la góndola a traves de mediciones efectuadas con un instrumento ad-hoc oscilaron en el grado por segundo.

Durante el periodo de observación nocturno, el sistema de estabilización giroscopico trabajó adecuadamente a juzgar por la facilidad con que el observador podía apuntar a las estrellas incluidas en el programa observacional. Desafortunadamente, el rastreador estelar que utilizaba un fotomultiplicador como detector no trabajó adecuadamente debido a que recibió una descarga de alto voltaje, probablemente durante su transporte al sitio de lanzamiento. Una dificultad similar apareció en el fotometro de centelleo por lo que solamente se obtuvieron datos de observaciones visuales.

Una comparación cualitativa de las fotografias obtenidas durante el vuelo con aquellas tomadas desde tierra, indican que la observación desde el globo se reducía marcadamente. Un analisis efectuado con posterioridad al vuelo obtuvo indicaciones de que el origen de la anomalia podia estar en la gran masa del conjunto globo-gondola ya que la turbulencia podía generarse con la resistencia al viento o por convección alrededor de dicha estructura.

El metodo desarrollado para la adquisición de estrellas incluidas en el programa de observación resultó muy satisfactorio. Como despues se comprobó, bastaba solo con tener una idea aproximada del azimuth a donde apuntarel telescopio, para posteriormente moverlo en horizontal hasta que la estrella apareciera en el visor optico. Varias estrellas (Capella, Aldebaran, Rigel, Betelgeuse, y Sirio) y el planeta Jupiter fueron obtenidas de esta manera. Mientras que los diez grados de campo del visor optico eran suficientes para la adquisición de estrellas a observar, probó ser inadecuado para guiar el telescopio en la obtención de datos con el fotómetro.

Durante el vuelo, tambien se estudió la distribución de temperaturas con la altura. Para ello, y asumiendo una atmosfera estable y uniforme sobre una vasta region, se computaron los angulos de elevación sobre el horizonte en busca de capas correspondientes a temperaturas minimas y porciones de las curvas de temperatura en altura donde las mismas fueran constantes sobre modificaciones importantes de altitud.

Adicionalmente a las observaciones efectuadas por encima de la atmosfera terrestre, el vuelo proveyó información valiosa aplicable al desarrollo de trajes presurizados y los sistemas de soporte vital asociados, aplicados a estadias prolongadas bajo condiciones quasi espaciales.

Luego del vuelo, el acuerdo general fue que la experiencia obtenida durante su desarrollo demostró que era enteramente posible construir un observatorio destinado a ser utilizado en globos estratosféricos, de manera que el programa STARGAZER intentó pues plantar la piedra fundamental en ese sentido. Sin embargo, debido a recortes presupuestarios y dificultades con el hardware en 1966 el proyecto fue cancelado con un solo vuelo realizado de los cuatro originalmente planeados.

Esta misión marco el final de la era de los vuelos tripulados. Luego de Stargazer solo algunas pocas iniciativas privadas volvieron a intentar vuelos tripulados a grandes altitudes.

Referencias externas y fuentes bibliográficas

Imágenes de la misión

Kittinger y White a punto de ingresar a la capsula de STARGAZER Kittinger y White a bordo. La capsula del proyecto STARGAZER es liberada por la grua que actua como vehiculo lanzador Dos vistas del globo en pleno ascenso Imagen del sitio de aterrizaje de STARGAZER cerca de Lordsburg - Nuevo Mexico