SISTEMAS DE PRUEBAS ESPACIALES

Carlos Duarte Muñoz

Fecha: 2015-02-01


El resultado de una prueba vale lo que mil opiniones de expertos

Wernher Von Braun

 

Las naves espaciales y sus cargas útiles deben ser capaces de soportar las condiciones extremas que se producen durante su lanzamiento, y, una vez en operación, los rigores del ambiente espacial. Para asegurar de que la nave funcione según lo previsto, cada elemento del vehículo por separado, así como la nave espacial en su totalidad deben probarse bajo condiciones que simulen a las que enfrentará en el espacio. Estas pruebas son muy variadas, ya que cada misión tiene diferentes condiciones ambientales. Por ejemplo, en la órbitas bajas no es necesario tomar precauciones para evitar las radiaciones que ocurren en órbitas más altas debido a los Cinturones de Van Allen, pero sí será necesario que los sistemas funcionen en condiciones de alto vacío y cambios bruscos de temperatura, entre otras condiciones.                                

 

 

Ambiente de Lanzamiento
 
Durante el lanzamiento de una nave espacial se experimentan los momentos más peligrosos de una misión, ya que se pueden experimentar aceleraciones hasta 20 veces la aceleración de la gravedad (20 g´s), vibraciones excesivas, impactos, aumento de temperatura y ruido acústico que pueden dañar a la nave y a su carga útil. Todos estos factores se deben tomar en cuenta en el diseño de la nave y la carga útil, por lo que deben realizarse pruebas de calificación y aceptación que simulen las condiciones de lanzamiento. Las empresas lanzadoras exigen como mínimo que los vehículos espaciales que transportan pasen pruebas de aceptación para el lanzamiento, a fin de asegurar de que no van a dañar al vehículo de lanzamiento y otros pasajeros, si es que el vehículo espacial comparte el viaje con otras naves.

 

 

Ambiente Espacial
 
Una vez que la nave está en órbita deberá de funcionar en el ambiente espacial en donde realice su misión. Los ambientes espaciales dependen de la órbita, por lo que las pruebas a las que se somete el vehículo espacial varían según la órbita de trabajo. Por ejemplo, en una órbita baja alrededor de la tierra, la nave espacial da una vuelta completa aproximadamente cada 90 minutos. Esto quiere decir que, en general, durante 45 minutos recibe las radiaciones del sol y en los siguientes 45 minutos está cubierta por la sombra de la tierra. Estas condiciones producen ciclos de aumento y disminución de temperatura muy distintos a los que está sujeto, por ejemplo un satélite geoestacionario, que da una revolución a la tierra cada 24 horas.

 

 

Tipos de Pruebas
 
Los tipos de pruebas a los que se sujetan las naves espaciales son muy variados, y gran parte del costo de la nave se debe a su realización. Esto se debe a que los equipos de prueba son muy costosos y requieren de la intervención de técnicos muy calificados para su preparación e interpretación. Asimismo, muchas de las pruebas deben realizarse en cuartos limpios, por lo que los sistemas de prueba deberán cumplir con los requisitos de limpieza especificados para la nave a probar.
 
La siguiente lista presenta algunas de las pruebas más importantes a las que deben sujetarse las naves espaciales.
 
-Vibración e impacto
-Fatiga acústica
-Termo-vacío                  

Vibración e Impacto
 
Las pruebas de calificación de vibración someten al vehículo espacial o sus partes a vibraciones forzadas en una variedad de amplitudes y frecuencias con el fin de localizar las debilidades estructurales del vehículo bajo prueba. Las vibraciones son generadas por mesas vibradoras servohidráulicas o electrodinámicas que generan ondas senoidales de una amplitud controlada y realizan un barrido de frecuencias en el rango de interés.

Debido a su alto costo, las pruebas de calificación de vibración de una nave espacial, están entre las pruebas más controladas y meticulosas en el mundo. Las pruebas de vibración a menudo se hacen con cientos de canales de adquisición de datos simultáneos.
 
Las pruebas de impacto simulan los choques que experimentará la nave, por ejemplo, a causa de la explosión de pirotécnicos durante la separación y el despliegue de los paneles solares y otras condiciones similares.
 
Dado que las pruebas se ejecutan en los modelos de vuelo reales, es de importancia crítica no estresar al sistema bajo prueba más de lo necesario, por lo que el sistema de control de pruebas se programa para limitar las amplitudes de las vibraciones cuando se alcancen valores críticos.
 
Además de las dimensiones físicas, algunos parámetros típicos de los sistemas de prueba de vibración e impacto son siguientes:
 
Fuerza senoidal máxima (KN)
Fuerza aleatoria máxima (KN)
Máxima velocidad (m/s)
Desplazamiento máximo (m)
Rango de frecuencias (Hz)
Número de canales de adquisición de datos
Número de canales de control            

 

 

 

Fatiga Acústica
 
Las pruebas de fatiga acústica utilizan una cámara reverberante para someter al vehículo espacial bajo prueba a presiones extremas de sonido que simulan el entorno de lanzamiento. Estas pruebas generalmente están integradas a las pruebas de vibración.

 

 

A parte de las dimensiones físicas para contener al vehículo espacial, una especificación importante de un sistema de prueba de fatiga acústica es la máxima intensidad de sonido en decibeles que puede generar.

Termo Vacío
 
Las cámaras de vacío térmico permiten probar a los sistemas espaciales en diferentes condiciones de temperatura y vacío que simulen las condiciones que encontrarán durante su misión.
 
Estas cámaras son capaces de realizar cambios rápidos de temperatura de manera cíclica y registrar sus efectos en el sistema bajo prueba.

Además de sus dimensiones físicas, algunos de los parámetros de estas cámaras son:
 
Rango de temperaturas reguladas ( C)
Nivel máximo de vacío (10-6 bar)
Número de canales de medición.            

 

 

 

Otras Pruebas
 
Las pruebas anteriores, desde luego, no son las únicas a las que se somete una nave espacial. Existen otras pruebas importantes como las de Compatibilidad Electromagnética/Interferencia Electromagnética que permiten asegurar la armoniosa convivencia de los diferentes sistemas electrónicos de la nave sin que las radiaciones de unos interfieran con otros; las pruebas de radiación que aseguran que los sistemas de la nave sobrevivirán los distintos tipos de radiación que se encuentran en el espacio; y, las pruebas de Efecto Corona, que prueban los efectos de las cargas eléctricas estáticas que se forman en los sistemas espaciales, especialmente al cruzar la ionosfera. Éstas y otras pruebas deben realizarse según el ambiente espacial al que estén sujetos los sistemas espaciales para asegurar su buen funcionamiento.

 

 

Otras Pruebas
 
Hemos visto que el probar un sistema espacial es crítico para asegurar que responderá a las expectativas de rendimiento requeridas por su misión. Es por esto que las principales agencias espaciales del mundo y las empresas fabricantes de sistemas espaciales dedican mucho esfuerzo a probar sus productos de manera extensiva.
 
Lamentablemente esto no sucede en el caso de los satélites pequeños desarrollados por universidades o instituciones con poco presupuesto debido al alto costo de realización de las pruebas. Esta negligencia, de acuerdo a estimaciones realizadas por científicos del Kyushu Institute of Technology de Japón, es causa de que más de la mitad de los satélites pequeños fallen antes de entrar en operación.
 
Sin embargo, existen en el mundo algunas instituciones con capacidad para realizar pruebas ambientales que están dispuestas a ofrecer servicios de prueba a instituciones académicas y empresas que desarrollan satélites pequeños.
 
Entre estas instituciones se encuentran las siguientes:
 
La Siene del Kyushu Institute of Technology en Japón, y
 
El Space Systems Assembly Integration and Test (AIT) Center de Turquía.
 
El lector interesado puede consultar las ligas a estas instituciones para mayor información:
 
http://laseine.ele.kyutech.ac.jp/english/intro.html
 
https://www.tai.com.tr/en/project/ait-center
 
De acuerdo a lo discutido anteriormente no nos debe quedar duda de la importancia de las pruebas de los sistemas espaciales, por lo que si un país que desea desarrollar su industria espacial, una de las áreas de inversión más importantes que debe tomar en cuenta es el establecimiento y operación de un centro de ensamble y pruebas de vehículos espaciales.



Etiquetas: Investigación,Espacial,Tecnología,Innovación

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnología espacial de la Agencia Espacial Mexicana.




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