Descripci√≥n de la carga útil

Es una plataforma multi-instrumental diseñada para transportar hasta doce cargas utiles pequeñas, con una duración de vuelo de entre 15 y 20 horas a una cota de 36 km.

Las cargas son desarrolladas y construidas por estudiantes, y son utilizadas como pruebas de vuelo de satelites compactos o como prototipos de otros experimentos.

El estado de Louisiana junto con el Louisiana Space Consortium financiaron la construcción y operación de la plataforma en tanto la NASA a traves de la Columbia Scientific Balloon Facility (CSBF) se ha comprometido a hacerla volar anualmente en uno de sus globos hasta el año 2008.

A la izquierda puede verse una imagen de la configuración de vuelo de HASP. La plataforma se compone de dos segmentos principales; el contenedor correspondiente a los instrumentos de la CSBF por debajo, y el sistema HASP propiamente dicho por encima. La plataforma inferior es el elemento estructural primario de la gondola y ha sido reciclado a partir de una vieja plataforma de preubas de la CSBF. La misma aloja todos los subsistemas de la CSBF requeridos para monitorear y controlar el globo. En sus vertices superiores se anclan los cables de sujeción que unen la gondola al resto del tren de vuelo. Dichos cables -de acero- estan recubiertos de plastico para otorgarles una mayor rigidez y evitar que durante el aterrizaje puedan dañar alguno de los experimentos transportados en la parte superior. Por debajo de la estructura de la CSBF se ubican los paneles absorbedores de choque, y los puntos de amarre de los contenedores de lastre.

El interior de la estructura aloja el llamado Mini-SIP (Support Instrument Package) que efectua la interface con la electronica de HASP y provee un enlace de comunicacion hacia y desde tierra con la carga util. Asimismo dicho contenedor ofrece espacio libre para poder alojar diversos prototipos o elementos de ensayo, para permitir a la CSBF testear nuevas tecnologias que puedan mejorar la performance de futuros vuelos de globos con fines netamente cientificos.

Fijado a esta estructura principal se encuentran cuatro armazones de fibra de vidrio que sostienen las cargas utiles pequeñas (< 1 kg). Cada uno de estos "brazos" se extienden 56 cm por fuera de la estructura de aluminio y pueden alojar hasta dos placas de montaje para sendos experimentos, cada una de las cuales incluye interfaces mecanicas, de comunicación en serie y de alimentación estandarizadas. Cada uno de esos "brazos" se fijan a uno de los lados de la estructura principal para acomodar así, hasta 8 pequeñas cargas utiles. Esta configuración fue elegida con el objetivo de minimizar las interferencias que pudieran existir durante el vuelo entre la estructura metalica y los sistemas de comunicación de las cargas. Adicionalmente, en la parte superior de la estructura principal, pueden montarse hasta 4 cargas utiles mas grandes (< 10 kg) con prestaciones de interface similares a las disponibles para el resto de los experimentos.

El subsitema de comando y control de HASP provee los medios para recibir y procesar comandos enviados desde tierra, asi como para obtener y archivar los datos generados a bordo, efectuar tareas de intercambio de datos con las cargas utiles y enviar a tierra informacion del status del sistema en vuelo. Existen tres modulos primarios de control en dicho subsistema que se comunican entre sí sobre una red Ethernet interna a 100 Mbps (megabits por segundo). Dichos modulos son la Unidad de Control de Vuelo (Flight Control Unit - FCU) que "administra" todo el subsistema decodificando comandos de tierra recibidos via el Mini-SIP de la CSBF y distribuyéndolos, vigilando aquellas unidas que deben ser reseteadas, recolectando datos del status general del sistema y transmitiendo a tierra datos a traves del Mini-SIP. Adicionalmente, la FCU tambien monitorea los voltajes y corrientes del sistema de alimentación y recoge información de variables ambientales para su archivo.

La Unidad de Archivo de Datos (Data Archive Unit - DAU) controla las atreas relacionadas con la grabación y resguardo de los datos obtenidos, poniendo a disposición esos datos para otros procesos en la red, controlando el receptor de GPS de HASP y administrando las marcas de tiempo para todos los datos obtenidos. Los datos son grabados a tarjetas de memoria Flash que para el sistema funcionan igual que si fueran discos rigidos pero poseen una mejor performance en el vacio que estos.

La Unidad de Comunicaciones Serial (Serial Communications Unit - SCU) que corre el software que se comunica con las diferentes experiencias a bordo. Sin esta unidad no habría forma de que los datos fueran recogidos.

Finalmente, una serie de sensores de temperatura se ubican en puntos estrategicos de la estructura (baterias, Paneles de proteccion solar, por fuera) para monitorear el ambiente y entregar un perfil de rendimiento termico de HASP.

La fuente principal de alimentación de HASP genera 30 Volts de corriente continua a traves de un equipo Lambda ZUP36-24 mientras se encuentra en tierra u ocho baterias de litio B7901-11 durante el vuelo.

Una de las mayores innovaciones incorporadas a HASP fue la de montar todos los componentes de comando y control en una plancha metálica de 109 x 36 cms denominada Placa de Montaje de Electrónica (Electronics Mounting Plate - EMP). La misma puede ser facilmente removida de la estructura principal de HASP para un mejor acceso a los componentes durante la puesta a punto previa al vuelo. Adicionalmente, se ha construido una segunda EMP de repuesto lista para reemplazar a la original en caso de algun fallo critico durante la campaña.

Como carga adicional, HASP transporta una camara web desarrollada por la firma Rocket Science, Inc. llamada CosmoCam. Este dispositivo ha sido diseñado para ofrecer imagenes en vivo en tiempo real de las operaciones de lanzamiento y vuelo desde la misma gondola cuya señal de bajada de video es retransmitida por internet. El cabezal de la videocamara montado en un mastil vertical, incluye un zoom optico de 26º servocontrolado a traves de una interface operable por remotamente por la web. CosmoCam es particularmente util para este proyecto debido a que permite a los estudiantes inspeccionar y controlar visulamente y en tiempo real durante el vuelo, el estado de sus experimentos.

Desarrollo del vuelo y resultados de la misión

 

Sitio de lanzamiento: Scientific Flight Balloon Facility, Nuevo Mexico, EEUU  
Hora lanzamiento: 13:12
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: Columbia Scientific Balloon Facility (CSBF)
Globo: Globo de Presión Cero Raven - W11.82-1E-37 - 11.820.000 cuft
Nº de serie del globo: W11.82-1E-40
Nº de vuelo: 573N

Los preparativos para el vuelo se iniciaron a las 9:30 UTC cuando el vehiculo lanzador transporto a HASP hasta el sector de lanzamiento. A continuación el tren de vuelo y el paracaidas fueron acoplados, iniciandose el inflado del globo a las 12:40 UTC, operación que se completó a las 13:05 UTC. El lanzamiento tuvo lugar utilizando el metodo dinamico con asistencia del vehiculo auxiliar a las 13:12 UTC, con condiciones ideales sin viento en superficie y con una maniobra de desenganche de la carga util muy limpia. El balon alcanzó una altura de vuelo de 123.000 pies a las 15:30 UTC, iniciando un recorrido hacia el oeste a una velocidad de unos 40 nudos.

A la derecha puede verse un mapa con el recorrido total efectuado (click para ampliar).

El vuelo fue terminado a las 7:52 UTC del 3 de Septiembre, cerca de Poston, Arizona (en cercanias del limite con el estado de California) luego de un vuelo total de unas 19 horas.

La gondola fue exitosamente recuperada de su lugar de aterrizaje un campo irrigado en una granja cerca de Poston, durante la mañana de ese mismo día. El equipo de recuperacion de la NASA retornó con HASP al dia siguiente a Fort Sumner, donde el equipo cientifico examinó el estado general de la misma. Todas las cargas utiles de los diferentes equipos estudiantiles recibieron poco daño durante el impacto. El equipo de rescate removió casi todos los instrumentos ubicados en las extensiones de fibra de vidrio de la estructura, y las cargas utiles mas grandes montadas encima de esta, antes de sacar del lodo la parte principal de la gondola que debió ser arrastrada. Asimismo se pudo "pescar" de entre el barro una de las camaras del experimento TAMU que se había partido durante el aterrizaje. El sistema electronico del conjunto quedó bastante entero sin evidencias de daño por agua o ingreso de lodo en su interior.

Este segundo vuelo de la plataforma incluyó los siguientes experimentos:

Payload 01 - Hawk Helping Accrue Space Practice: una carga util que incluía diferentes sensores, un acelerómetro, una camara, un sistema experimental de alimentación, etc. utilizando una plataforma CubeSat. Este desarrollo, llevado adelante por un grupo de estudiantes es un punto focal del curso "Gateway to Space" (Hawk Institute for Space Sciences / UMES)

Payload 03 - GEOCAM: un prototipo de bajo costo de un sistema de obtención de imagenes que puede ser utilizado en caso de desastre natural. Hardware y software comercial es utilizado con el objetivo de bajar costos de armado, y para poder permitir una simple bajada de las imagenes panoramicas resultantes en la web. Este instrumento ya voló exitosamente en el anterior lanzamiento de HASP en 2006 (Texas A&M University)

Payload 04 - Student High-Altitude Power Experiments (SHAPE): una experiencia para estudiar la efectividad de diferentes sistemas de almacenamiento de energía en condiciones de vuelo de gran altitud y baja presión. Fueron estudiadas las caracteristicas de carga y descarga de sistemas regenerativos de poder basados en supercapacitores y de baterias de NiMH, NiCd y Li Ion. Asimismo, un juego de estos mismos elementos plenamente cargados seran volados a manera de grupo de control para comparación durante el analisis post-vuelo. (University of Alabama - Tuscaloosa)

Payload 05 - Super Capacitor Driven CubeSat Power System: una experiencia que forma parte del proyecto CAPE (Cajun Advanced Picosatellite Experiment). Consiste en probar las capacidades de un sistema de alimentación solar destinado a una futura plataforma CubeSat. La carga y descarga del dispositivo será analizada tanto para altas corrientes (1 A) como bajas (100 mA) para determinar su eficiencia general. (University of Louisiana - Lafayette)

Payload 06 - HYPER-GEOCAM: un prototipo similar a GEOCAM (que mas arriba mencionaramos) pero con el objetivo de obtener información hiperespectral tanto del cielo como de tierra. (Texas A&M University)

Payload 08 - High Altitude Cosmic Radiation Detector: una experiencia para estudiar las variaciones de la radiación cósmica en altura y tiempo en la atmosfera. Dos detectores, cada uno de ellos acoplado a un tubo fotomultiplicador son utilizados para proveer conteos de incidencias simples, coincidentes y accidentales que determinen el flujo de radiación como una función de la altura de vuelo. (West Virginia University)

Payload 09 - Thermal Imaging Balloon Experiment (TIBE): un instrumento diseñado para obtener un mejor conocimiento de los efectos termicos que experimenta un globo estratosferico durante su vuelo. Una camara de imagen termica es utilizada para medir la temperatura de la superficie del balon y estudiar los gradientes termicos a lo largo de su envoltura. Este instrumento se basa en los trabajos previos efectuados en otras misiones similares (Deep Space Test Bed y HASP 2006). Las imagenes obtenidas en esta misión serán comparadas con las obtenidas en dichos vuelos. (University of Alabama, Huntsville).

Payload 10 - Passive High Altitude Particle Capture Experiment: el proposito de esta carga util es la de recolectar particulas, especialmente aquellas de origen extraterrestre, desde la estratosfera y regresarlas a Tierra para su posterior analisis. Para ello se utiliza una placa de 900 cm2 recubierta de aceite siliconado para recolectar dichas particulas. Las mismas serán posteriormente comparadas con muestras pertenecientes al Cosmic Dust Laboratory de la NASA. (Montana State University)

Payload 11 - Investigación de la boquilla de un cohete perteneciente al proyecto SSTO (Single Stage to Orbit. Una experiencia destinada a comparar la performance de dicho elemento. Una pequeña cantidad de nitrogeno comprimido será descargada a traves de la tobera y el impulso obtenido será relevado. Varios coeficientes de performance serán computados a partir de los datos obtenidos comparándolos con las previsiones teoricas. (Louisiana State University).

Payload 12 - CajunSat III: continuación del experimento iniciado en el vuelo anterior con placas nucleares de emulsión. Para este vuelo se agregó un segundo grupo de placas que incluyen detectores termo-luminicentes para ayudar a estimar la dosis recibida por cada capa de emulsión y a efectos de compararla con la densidad de las trazas en las placas.

Para obtener mayores detalles sobre la performance en vuelo de cada uno de los experimentos les sugerimos visitar los sitios web listados mas abajo en la seccion de referencias.

Referencias externas y fuentes bibliográficas

Imágenes de la misión

Vista de la gondola en el hangar de preparación. En la parte inferior se puede apreciar el interior gracias a que se han removido los paneles (Credito: HASP) La gondola, lista para el vuelo es izada por el vehiculo lanzador. Lo que cuelga debajo es el contenedor de lastre. (Creditos: HASP) Una hermosa imagen del balon mientras es inflado con el sol detrás (Credito: HASP) Fase inicial de ascenso del balon. Lo que se ve de color oscuro a la izquierda es parte del collar de sujección. (Creditos: HASP) Vista general de la gondola de HASP a su regreso a Fort Sumner. La imagen muestra evidencia del aterrizaje en terreno lodoso.