Descripci√≥n de la carga útil

La microgravedad puede ser producida por diferentes medios: torres de caída, vuelos parabólicos o utilizando plataformas especiales como los satélites, o la Estación Espacial Internacional. Por un lado, los primeros dos sistemas son de bajo costo pero de corta duración, por el otro los sistemas espaciales permiten obtener mayores duraciones pero a costa de enormes gastos.

Una opción intermedia es el uso de vehiculos diseñados aerodinámicamente que lanzados en caida libre desde un globo volando en la estratósfera pueden ofrecer entre 30 y 60 segundos de un ambiento de microgravedad de buena calidad para fines científicos.

A este respecto ISAS (Institute of Space and Astronautical Science, actualmente parte de la agencia espacial Japonesa JAXA) ha desarrollado experimentos de este tipo desde 1978, alcanzando hasta 10 segundos de microgravedad en 1983. Los principales obstáculos del proyecto fueron las limitaciones propias de la tecnologia de globos de la época.

Sin embargo, desde 2004 cientificos japoneses volvieron a insistir con ese mismo concepto desarrollando el llamado Balloon-based Operation Vehicle (Vehiculo de Operaciones basado en globo o BOV). El mismo consta de dos partes: una capsula de vuelo con forma de cohete (carcaza externa) y un modulo experimental que flota libremente en su interior (carcaza interna). El sistema es transportado hasta la estratósfera por un nuevo tipo de globo capaz de alcanzar los 40 km de altura, asegurando así al menos 30 segundos de microgravedad de buena calidad. Para alcanzar dichos valores, la carcaza interna debe estar aislada del resto de la capsula de manera que ninguna perturbación la afecte durante la caída, A la izquierda podemos ver un esquema detallado (click para ampliar) del vehiculo. El BOV mide 4 metros de largo, 0.55 mts de diámetro y pesa 310 kgs. Como puede apreciarse en la imagen, posee una forma de cohete para reducir la perturbación aerodinámica durante el vuelo.

La carcaza interna cae libremente dentro de la capsula debido a que ésta mide su posición relativa con sensores laser de desplazamiento que activan varios impulsores-cohete de gas que evitan cualquier colisión entre ambas y la liberan de cualquier influencia de la presión dinámica y de otras perturbaciones aerodinámicas. Como la resistencia del aire es casi proporcional al cuadrado de la velocidad y a la densidad del aire, para alcanzar unos 30 segundos de microgravedad, se requieren unos 100 Newtons de empuje total. Para ello, la capsula posee 16 impulsores de gas, cuatro de ellos situados en el frente y los doce restantes en la parte trasera.

El sistema es manejado por una unidad central de proceso (CPU) con un procesador de 200MHz, utilizando Linux como sistema operativo y alimentado por baterias de ion-litio de 12 y 24 v. Esta CPU almzacena datos como temperatura, aceleración, presión del tanque, etc y también los transmite al control de tierra en tiempo real por medio de un enlace de telemetría. Cuatro cámaras de video se localizan en diferentes partes del BOV para obtener imagenes de los experimentos a bordo, de la ubicación de la capsula interna y una vista externa del descenso.

En medio del cuerpo del BOV se ubican cutaro sensores laser de desplazamiento que miden la distancia entre la carcaza interna y la externa. Este sistema estima la posición central de la carcaza interna aplicando el método Newton-Raphson y procede a activar los impulsores para corregir la ubicación de la capsula externa de manera de mantenerla aislada de la interna. Asimismo es necesario un control de actitud para asi lograr una estabilidad en la fase de microgravedad para lo cual hay tres giróscopos de fibra optica para medir la actitud del BOV y enviar a los impulsores los disparos de corrección necesarios. Para llevar a cabo dicha corrección cada uno de los 16 impulsores son comandados para ser disparados si se lo requiere, utilizando una matriz de distribución calculada en base a una relación entre la fuerza de cada impulsor y la fuerza total y el torque final que actúa sobre el cuerpo del BOV.

Dentro de la capsula interna, hay un espacio especialmente concebido para alojar un contenedor con los experimentos de microgravedad. Como dicho modulo se encuentra físicamente aislado del sistema de manejo de datos y de los componentes de comunicación localizados en la capsula externa, los datos de telemetría como ser las imagenes de video o la salida del acelerómetro son transmitidos internamente a traves de un sistema inalámbrico que asimismo se usa para transmitir comandos al modulo de experimentos. Para reducir los requerimientos de alimentación, todos estos comandos se transmiten por medio de un sistema infrarrojo.

Los planes para el desarrollo futuro del sistema incluyen el agregado de un motor de aire llamado "S-Engine" el cual actualmente se encuentra en desarrollo por parte de JAXA. Este sistema de propulsión es esencial para compensar la resistencia incremental del aire permitiendo extender la porción de vuelo en microgravedad hasta 60 segundos.

Desarrollo del vuelo y resultados de la misión

Sitio de lanzamiento: Centro de Globos Sanriku, Iwate, Japon  
Hora lanzamiento: 6:03 jst
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: ISAS / JAXA
Globo: Globo Abierto Modelo B300 300.000 m3
Nº de serie del globo:  
Nº de vuelo: B300-1
Peso carga útil: 300 kg

El globo fue lanzado por metodo semi-dinamico el 29 de Mayo a las 6:03 hora local. Luego de una fase nominal de ascenso a un promedio de 250 metros por segundo con desplazamiento de 80 kms hacia el este, luego de 2 horas y 40 minutos, el balón alcanzó altura de flotación de 41 km. Luego de eso, el globo inició un derrotero hacia el oeste hasta que a las 9:40 hora local, por medio de un comando, se separó la capsula que comenzó una caida libre desde esa altura. Diez minutos mas tarde el balón fue destruido cayendo éste tambien al mar.

El experimento fue recuperado del oceano mediante un barco y un helicoptero unos 20 kms al este de Kamaishi, Japón.

Este fue el segundo vuelo de la capsula de microgravedad. la misión fue nomenclada como BOV-2. Esta vez, como carga util se localizó un chispero destinado a encenderse al momento de iniciar la fase de vuelo en microgravedad.

Luego de eyectado, y en plena caida libre el sistema permitió la obtención de microgravedad durante 30 segundos. El encendedor que formaba parte del experimento se encendió durante los primeros segundos pero luego de eso la llama se extinguió y no fue posible volver a encenderla debido a que no habia oxigeno.

Luego de que el experimento finalizó, se abrió el paracaidas-piloto para reducir la velocidad de descenso y cuando el BOV alcanzó los 7.5 kms. fue desplegado el paracaídas principal.

Un examen de los datos una vez finalizado el vuelo, arrojó como resultado que la capsula interna y el cuerpo exterior de la capsula, colisionaron 27 segundos despues del período de microgravedad. Esto fue causado por la rotación de la capsula interna iniciada en el momento en que el BOV fue separado del globo. Habida cuenta que la forma de dicha capsula es oval, esta golpeó con el cuerpo del cohete antes de lo esperado.

Mas alla de eso, todos los sistemas funcionaron a la perfección, ofreciendo desde el punto de vista científico un ambiente de migrogravedad de calidad.

Referencias externas y fuentes bibliográficas

Imágenes de la misión