El Demostrador de reentrada avanzado ( ARD ) era un vehículo de reentrada suborbital de la Agencia Espacial Europea (ESA). Fue desarrollado y operado con fines experimentales, específicamente para validar las múltiples tecnologías de reentrada integradas en él y el diseño general del vehículo, así como para obtener una mayor comprensión de los diversos fenómenos encontrados durante el reentrada.
El ARD solo realizó un único vuelo espacial. El 21 de octubre de 1998, el vehículo fue botado en el tercer vuelo del sistema de lanzamiento fungible Ariane 5 . Al alcanzar una altitud registrada de 830 km, el ARD realizó un reentrada guiada de regreso a la Tierra antes de chapotear relativamente cerca de su punto objetivo previsto en el Océano Pacífico después de una hora y 41 minutos de vuelo. Tras su recuperación y posterior análisis, se comprobó que el vehículo había funcionado bien, habiendo permanecido la protección térmica del cono de morro y del escudo térmico en un estado ideal y habiendo permanecido completamente hermético y perfectamente intacto.
El ARD fue el primer vehículo de reentrada suborbital guiado fabricado, lanzado y recuperado por Europa. [1] [2] Uno de los propósitos centrales de la misión fue la recopilación de conocimientos que podrían usarse posteriormente durante el desarrollo de futuros vehículos de reentrada y capacidades precisas de aterrizaje. A raíz del programa, la ESA decidió embarcarse en un demostrador de reentrada de seguimiento, conocido como Vehículo Experimental Intermedio (IVX). El primer vehículo IXV se sometió a su primer vuelo de prueba exitoso durante febrero de 2015. Los demostradores ARD e IVX están destinados a servir como peldaños de desarrollo hacia un vehículo llamado Space Rider , destinado a ser el primero de una serie de aviones espaciales estándar de producción .
Desarrollo
Desde la década de 1980 en adelante, hubo un creciente interés internacional en el desarrollo de naves espaciales reutilizables; en ese momento, solo las superpotencias de la época, la Unión Soviética y los Estados Unidos , habían desarrollado esta capacidad. [2] Las naciones europeas como Gran Bretaña y Francia se embarcaron en sus propios programas nacionales para producir aviones espaciales , como HOTOL y Hermes , mientras intentaban atraer el respaldo de la multinacional Agencia Espacial Europea (ESA). Si bien estos programas, en última instancia, no obtuvieron el apoyo suficiente para continuar su desarrollo, todavía existía una demanda en varios de los estados miembros de la ESA para perseguir el desarrollo de vehículos espaciales reutilizables. [2] En consecuencia, poco después del abandono del programa Hermes, se decidió realizar un programa de demostración de tecnología con el objetivo de producir un vehículo que respaldaría el desarrollo de naves espaciales reutilizables posteriores. La ESA luego se refirió a este programa, que se conoció como el Demostrador de Reentrada Atmosférica (ARD), como: "un gran paso hacia el desarrollo y operación de vehículos de transporte espacial que puedan regresar a la Tierra ... Por primera vez, Europa volará un misión espacial completa: lanzar un vehículo al espacio y recuperarlo de forma segura ". [2]
El ARD fue desarrollado y operado como un programa espacial civil cooperativo bajo la supervisión de la ESA; estaba dentro del marco del Programa de Transporte Espacial Tripulado (MSTP) de la agencia. [1] En este marco, el programa se llevó a cabo con un par de objetivos principales expresados. En primer lugar, la ESA deseaba realizar una demostración de la capacidad de la industria espacial europea para diseñar y producir vehículos de reentrada de bajo costo, así como su capacidad para manejar las fases críticas de la misión involucradas en su operación, como el vuelo suborbital. , reentrada y recuperación de vehículos. [1] Además, el ARD estaba equipado con un conjunto completo de sensores y equipos de grabación para que se obtuvieran mediciones detalladas durante las pruebas; se reconoció que la exploración de diversos fenómenos a lo largo de las sucesivas fases del vuelo sería de gran valor. Los datos obtenidos se catalogarán y aprovecharán posteriormente durante los programas posteriores, especialmente los vehículos de reentrada futuros y los sistemas de lanzamiento reutilizables . [1] [2]
El contratista principal seleccionado para realizar el desarrollo y la construcción de ARD fue la empresa aeroespacial francesa Aérospatiale (que más tarde se fusionó con el grupo multinacional EADS - SPACE Transportation ). [1] Durante 1995 y 1996, se llevaron a cabo múltiples estudios de desarrollo que exploraban conceptos sobre la forma de dicho vehículo; finalmente, se decidió adoptar una configuración que se asemejara a la clásica cápsula Apolo tripulada que había sido operada previamente por la NASA . El uso de una forma existente fue una medida deliberada para evitar una exploración longitudinal de las propiedades aerodinámicas de la nave; tanto las dimensiones como la masa de la nave también fueron definidas por las capacidades del sistema de lanzamiento desechable Ariane 5 utilizado para desplegar el vehículo. [1] [2]
Se ha afirmado que, incluso al principio, el calendario del programa era relativamente ajustado y la financiación limitada. [1] Según la ESA, la financiación restrictiva del programa fue un esfuerzo intencionado para demostrar que un vehículo de este tipo podía demostrarse con un presupuesto menor que los esfuerzos anteriores. [2]
La experiencia y los datos obtenidos a través de los demostradores de ARD e IVX están sirviendo como peldaños de desarrollo hacia un vehículo llamado Space Rider .
Diseño
El ARD es una cápsula automatizada estabilizada de 3 ejes no tripulada que sirvió como vehículo de reentrada experimental principalmente para fines de recopilación de datos y pruebas de tecnología. [2] En términos de su forma, el vehículo tiene un parecido externo con una versión a escala del 70 por ciento de la cápsula estadounidense Apollo, y la ESA lo considera un vehículo a escala del 50 por ciento de un posible vehículo de transporte potencialmente operativo. ; como tal, tiene 2,8 metros de diámetro y pesa 2,8 toneladas en el punto de interfaz atmosférica. [1] [2] El ARD posee un aire y estanco al agua a presión estructura compuesta principalmente de un aluminio de la aleación , que está protegido por una capa de Norcoat 62250 FI corcho compuestos azulejos a través el exterior del cono de nariz y por una disposición de aleastrasil silicio baldosas de resina de dióxido - fenol formaldehído sobre el escudo térmico . El vehículo en sí se puede dividir en tres secciones distintas: la sección del escudo frontal, la sección del cono trasero y la sección de la tapa trasera. [1] [2]
El ARD posee capacidades de maniobrabilidad durante el reingreso; se logra una relación de elevación / arrastre favorable a través de un centro de gravedad descentrado . [1] [2] La ley de guía es similar a la de Apolo y el Transbordador Espacial , y se basa en un control del perfil de velocidad de arrastre y maniobras de ángulo de inclinación para ajustarse al calentamiento, factor de carga, rebote y otras condiciones requeridas; según la ESA, esto proporcionó una precisión de guía final aceptable (dentro de los 5 km) con una complejidad de cálculo en tiempo real limitada. En funcionamiento, el sistema de guía se activa una vez que las fuerzas aerodinámicas se vuelven eficientes y mientras el sistema de control de reacción sigue siendo eficaz. [1] [2] En lugar de utilizar superficies de control de vuelo, el control no lineal está asegurado por una variedad de siete propulsores de hidracina que, según el fabricante, se derivaron del sistema de lanzamiento desechable Ariane 5 . Estos propulsores de cohetes, cada uno generando típicamente 400 N de empuje, se dispusieron en una configuración de purga y se colocaron de modo que tres unidades proporcionaran control de cabeceo , dos para balanceo y dos para desvío . [1] [2]
Durante su reentrada a la atmósfera, el escudo térmico del ARD está expuesto a temperaturas que alcanzan los 2000 ° C y un flujo de calor que alcanza un máximo de 1000 kW / m2, como resultado de la ionización de la atmósfera, que a su vez es causada por el vehículo que viaja. a velocidades hipersónicas , superiores a 27.000 km / h durante partes de su descenso de reentrada. [2] Si bien el área cónica del vehículo puede alcanzar los 1000 ° C, con un flujo de calor de 90-125 kW / m2, la temperatura interior no se elevará por encima de los 40 ° C. Las medidas de protección térmica utilizadas fueron una combinación de materiales preexistentes que Aerospatiale ya había desarrollado bajo los programas militares franceses junto con múltiples materiales de nueva generación, el último de los cuales se había incluido principalmente con fines de prueba. [2] Durante la reentrada, el escudo de cabeza del ARD pierde solo 0,5 mm de su grosor, manteniendo su forma aerodinámica relativamente constante, lo que a su vez simplifica los algoritmos de control de vuelo. [2]
El vehículo está equipado con un Sistema de Recuperación de Descenso (DRS), desplegado antes del amerizaje para limitar las cargas de impacto y asegurar su flotación por hasta 36 horas. [2] Este sistema implica el despliegue de múltiples paracaídas , almacenados dentro del espacio interno de la punta del cono de nariz; en total, normalmente se despliegan una rampa piloto de cinta plana, una rampa de descarga de cinta cónica con una sola etapa de rizado y tres paracaídas principales de cinta ranurada con dos etapas de rizo. Para propósitos de flotabilidad , un par de globos inflables también están presentes en el DRS, lo que ayuda a mantener el vehículo en posición vertical. [1] Para ayudar en su recuperación, el ARD está equipado con una radiobaliza de búsqueda y rescate basada en satélites y una luz intermitente. [2]
El espacio interno del ARD estaba repleto de las tecnologías más avanzadas para probar y calificar nuevas tecnologías y capacidades de control de vuelo para el reingreso y aterrizaje atmosférico. [1] La aviónica del vehículo se obtuvo principalmente del equipo existente utilizado en el lanzador Ariane 5. Los sistemas de guía y navegación utilizaban un sistema de navegación inercial computarizado que, a través de un bus de datos , sería corregido automáticamente por GPS durante la fase balística del vuelo. Sin embargo, el ARD fue diseñado para tolerar casos de falla del GPS; esto se logra mediante una serie de algoritmos de bucle de control que verifican que los datos derivados del GPS estén dentro de una "ventana de credibilidad" preestablecida, definida por las lecturas de navegación inercial. [1] Durante la única misión del vehículo, registró y transmitió continuamente a tierra más de 200 parámetros críticos que se utilizaron para analizar el rendimiento de vuelo del ARD, así como el comportamiento del equipo a bordo. [2]
Historia operativa
El ARD solo realizó un único vuelo espacial. El 21 de octubre de 1998, se lanzó el ARD en el tercer vuelo del sistema de lanzamiento fungible Ariane 5 . [1] Fue lanzado poco después de la separación del escenario principal criogénico del lanzador (a una altitud de aproximadamente 216 km) 12 minutos después del despegue del Centro Espacial de Guayana , el puerto espacial de Europa en Kourou, Guayana Francesa . El ARD alcanzó una altitud registrada de 830 km, tras lo cual se llevó a cabo un reentrada guiada a la atmósfera. Salpicó a 4,9 km de su punto objetivo en el Océano Pacífico entre las Islas Marquesas y Hawai después de una hora y 41 minutos de vuelo. [1]
El ARD se recuperó aproximadamente cinco horas después del chapoteo. Tras la recuperación, el vehículo se transportó de regreso a Europa y se sometió a un análisis técnico detallado para obtener más información sobre su rendimiento. Los ingenieros que analizaron los datos de su vuelo suborbital informaron que todos los sistemas de la cápsula habían funcionado bien y de acuerdo con las expectativas; El análisis de la transmisión de telemetría en tiempo real de la nave durante el vuelo también informó que todos los equipos eléctricos y sistemas de propulsión funcionaban nominalmente. Los sistemas de telemetría y las estaciones de recepción a bordo habían funcionado bien y el receptor GPS a bordo funcionó satisfactoriamente durante todo el vuelo, excepto, como se esperaba, durante el apagón en la reentrada. [1]
Tras el análisis posterior a la misión del desempeño del ARD, se anunció que se habían logrado con éxito todas las demostraciones y los requisitos del sistema del programa. [1] El vuelo de prueba en sí se describió como "casi nominal", en particular los aspectos de trayectoria y control de vuelo; Además, se descubrió que muchos de los sistemas a bordo, como la navegación (principal y de respaldo), la propulsión, la protección térmica, la comunicación y el DRS, se habían desempeñado según lo previsto o habían estado fuera de estas predicciones por solo un pequeño margen. [1] Durante la reentrada, la temperatura del escudo térmico alcanzó una temperatura máxima registrada de 900 ° C; sin embargo, tanto el cono del vehículo como la protección térmica del escudo térmico se encontraron en perfecto estado tras su recuperación. [1]
Los problemas destacados durante el análisis incluyeron el papel de las incertidumbres de diseño que han llevado a dificultades en la observación de algunos fenómenos físicos, como los efectos reales de los gases, abordar la caracterización del entorno aerotérmico también se vio obstaculizado debido a la falla prematura de algunos termopares . En general, se afirmó que el vuelo trajo una gran cantidad de información aerodinámica de alta calidad que, entre otros beneficios, sirvió para confirmar y mejorar las capacidades de las herramientas de predicción basadas en tierra. [1] Desde su recuperación y la conclusión del examen posterior a la misión, el único vehículo ARD en sí se ha conservado y se ha convertido en una exhibición de acceso público en el Centro Europeo de Tecnología e Investigación Espacial en Noordwijk , Países Bajos . [1]
Ver también
- IXV , demostrador de reentrada de la ESA de seguimiento, probado en febrero de 2015.
- OREX , demostrador japonés equivalente de 1994, desarrollado y volado por NASDA
- CARE , vehículo de prueba experimental para el vehículo orbital ISRO lanzado el 18 de diciembre de 2014 sobre GSLV Mk III LVM 3X
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w Tran, Phillipe., JC Paulat y P. Boukhobza. "Experiencias de vuelo de reentrada, lecciones aprendidas: el demostrador de reentrada atmosférico ARD". Transporte espacial de EADS , 1 de junio de 2007. OMB nº 0704-0188.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s "El demostrador de reentrada atmosférica". Agencia Espacial Europea , octubre de 1998. BR-138.
enlaces externos
- Página web de EADS ARD
- Revisión de la ESA ACRV
- Prueba de caída de ARD desde un globo estratosférico realizada en el sur de Italia en 1996