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: Parque Aereo Multiproposito, Taiki-Cho, Hokkaido, Japon  
Hora lanzamiento: 6:04 jst
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: ISAS / JAXA
Globo: Globo Abierto Modelo B300 300.000 m3
Nº de vuelo: B09-01
Peso carga útil: 300 kg

El globo fue lanzado utilizando el sistema semi-dinámico con asistencia de plataforma auxiliar el 27 de Mayo a las 6:04 hora local, ascendiendo a una velocidad media de 330 metros por segundo hasta alcanzar la altura de flotación de 40 km mientras volaba 40 km mar adentro.

A las 8:55 hora local, fue transmitido un comando para que la carga util fuera separada de la gondola portadora, descendiendo en caida libre durante aproximadamente un minuto, luego de lo cual se desplegó el sistema de paracaidas supersonico de tres etapas para permitir un suave amerizaje de la capsula en un punto situado a 30 km de la costa, frente a la subprefectura de Tokachi. La capsula retornó a Taiki luego de ser extraida del agua por un helicoptero a las 11:10 hora local. Esta fue la primera recuperación de una carga util efectuada así desde la inauguración de la base.

Luego de la eyección de la capsula, la gondola portadora fue asimismo separada del balón, y ambos cayeron al mar, siendo recuperados utilizando un barco y tres botes para la operación.

Los tres elementos que descendieron separadamente (la capsula, la gondola portadora y el globo) fueron monitoreados por tres antenas de telemetría instladas en la base de Taiki: dos de ellas localizadas en el techo del edificio de operaciones y la tercera perteneciente al sistema móvil LASCOS (Low Altitude Space Communication System) ubicado en un trailer detras del edificio de operaciones.

A pesar de haber sido nomenclado conmo BOV-4, este fue el tercer vuelo del experimento de microgravedad. Basicamente se trata de la misma configuración del segundo vuelo, aunque su operación ha sido mejorada y simplificada.

La misión BOV-4 se desarrollo sin inconvenientes con una buena calidad de microgravedad. Lamentablemente, el experimento transportado en la capsula interna destinado a efectuar observaciones experimentales de dinámica de fluidos, no funcionó.

Luego de que el experimento finalizó, pe paracaidas-piloto fue abierto para reducir la velocidad de caida y una vez que el BOV alcanzó la cota de 7.5 kms, el paracaidas principal fue abierto.

Referencias externas y fuentes bibliográficas

Imágenes de la misión