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Tecnologías integradas: tecnologías aeroespaciales
Tecnologías aeroespaciales Texto Andrés Ripoll Muntaner. Director de la Estación de Seguimiento de Satélites de Villafranca de Camilo. Fue responsable de diversas áreas de comunicaciones en las instalaciones de NASAINTA de Robledo y Fresnedillas, participando en los proyectos APOLO. SKYLAB. APOLOSO YUZ, PIONERO, LANSAT. etc. Posteriormente, fue contratado por la ESA para hacerse cargo desde su creación en 1974. de la Estación de Villafranca del Castillo. PBIT este, y aprove felicitar a los responsables por este logro, pero para el logias traía este artículo, este a de 1987 es singular ya que se conmemora el 30 aniversario del lanza satélite artificia de la Tierra, el Sputnik1. Efectivamente el 4 de Octubre de 1957. la Unión Soviética asombraba a i mundo con una ira n en órbitra, alrededor de la Tierra, del primer satélite artificial de nuestro planeta. Como suele decirse, desde entonces ha llovido mucho y dicha proeza para la mayo histórico de los múltiples que la humanidad ha no somos tan jóvenes hecho con otros más lejanos dentro de la perspectiva histórica, sigue asombrandonos, sobre todo si hemos tenido ocasión de analizar con cierta profundidad lo que ello representó para los desarrollos tecnológicos y la humanidad en general. Nadie puede negar que hoy sería difícil concebir el mundo presente sin el espacio. Las dos grandes poten gracias a los satélites de reaceptado que la paz mundial nocimiento. La meteorología ha dado un paso de gigante desde que se puede tener una visión global de la atmósfera, desarrollos nubosos y vientos, las predic Los recursos terrestres y marítimos pueden conocerse y naturales preverse y ya pueden contarse por miles las personas que han sido salvadas de naufragios o accidentes de aviación gracias a los satélites. No es extraño, pues, que nuestra era haya sido por luucln11 ciimo la era del espacio. Sin emhargo. quizá donde más influencia haya tenido el espacio es en el campo de las Telecomunicaciones y en los desarrollos tecnológicos en si. Fl primer satélite americano, e Explorer1, que pesaba 4.5 kg. obligó a desarrollar circuitos electrónicos miniatura para poder albergar en tan poco peso y espa cientificos y de control Hoy en día todos usamos relojes digitales, pequeños receptores de radio o pequeños ordenadores de gran capacidad que sólo son factibles gracias a dichas técnicas de Los primeros desarrollos para cumplir el objetivo lanzar satélites artificiales desde la Tierra con los que se pu ción. Se puede decir que lo que se ha venido en llamar tecnología espacial real nológica desde el principio el espacio tuvo que beber de fuentes de muy diversas tecnologías sobre las cuales tiene actualmente sus bases sólidas. Es excepcional que una tecnología de base sea desarrollada y utilizada con fines exclusivamente espaciales Puede afirmarse, de esta forma, que la existencia de una industria de punta diversificada y con grandes prestaciones es una garantía favorable y quizás indispensable para el desarrollo de una industria espacial en un país. En general se distinguen tres grandes categorías en pació la de lanzadores o sistema de transporte espacial, la de los satélites íosistema orbitales y la de la cohetes y misiles como la v alemana y por tanto su tecnología fue una continuación de las técnicas aeronáuticas y de guerra. Desde finales del siglo pasado883.e padre de la astronáutica. Tsiolkovsky. ya había pronosticado que los cohetes eran el único medio de transporte posible en el vacío del espacio. En 1912, Goddard. de la astronáutica, probó en cohetes ley de Newton cada acción fuerza se opone una reacción igual y de muchos contribuyeron al desarrollo de los lanzadores vedad sólo mencionaré al profesor Oberth y a de por la enorme contribución y desarrollos de los cohetes actuales empezando por la V2 y terminando por el Saturno V que consiguió la Luna. El desarrollo de los lanzadores requeridos para vuelo orbital lleva aparejado el desarrollo de tecnologías rales como la de propergoles sólidos o líquidos ya que se puje con menos peso materiales estructurales para rela tobera automatización del control de vuelo para control Aún logrado el empuje adecuado para poner un gamos que de unos pocos kgs.. para poder albergar los queridos para su control y mendada, quedaba pendiente el desarrollo tecnológico del satélite propiamente dicho, de los equipos de tierra donde simular las condiciones del espacio antes de su lanzamiento y el sistema de El espacio era poco conocido, salvo globos y cohetes sonda, todo el conocimiento procedía de las medidas hechas remotamente desde tierra y de los modelos pudieran hacer salvable, por ejemplo de rían los delicados radiación y partículas cargadas fuera de la protección atmosférica Se sublimaría ambiente de altísimo vacío. Cómo lograr la lubricación e piezas rotativas en la ingravidez. Estas y otras muchas preguntas tuvieron que encontrar respuesta, lo que llevó consigo una investiga ción paralela y muy intensa para conocer con detalle las condiciones de ambiente que tendría que soportar un DE UN SISTEMA ESPACIAL Sin pretender un listado exhaustivo podemos decir que desde los comienzos se concluyó que el satélite tendría que ser capaz de sopor Grandes vibraciones y aceleraciones durante el Altos vacios. Ingravidez. Alta fiabilidad y redundancia de equipos por no poder ser visitados du Radiaciones y partículas cargadas de un rango Estas especiales características del espacio condicio. solamente el de de tierra donde poder probar la nave espacial en condiciones similares antes del vuelo. Así tuvieron que construirse grandes instalado, centrifugad o. de vibración, simuladores del Sol. etc. Las estaciones de seguimiento y los centros de condicionados a las especiate. Debido a las reducidas dimensiones de los satélites, la energía generada, la bajas. La señal tenía que viajar largas distancias y en ocasiones en ambientes ruidosos. Todo ello requería que las antenas receptoras de tierra fueran voluminosas, con preamplificadores ruido de hidrógeno enfriado a 7Kque en la mayoría de los caso fueron de nueva concepción. Las especiales características de los proyectos espa cepto también singular de gestión y control. En primer o control de fechas a. que caminos muy disparé de desarrollo deben miento, ligadas estas fechas a condiciones específicas científicas, adecuación a la demanda de círcui especial el hecho deque en muchas ocasiones hay que programar desarrollos e cu>os resultados son fundamentales para la misión concreta la multiplicidad tanto en las empresas que en general participan en un proyectas otras características dan una complejidad específica a proyectos. La gestión suele llevarse a cabo por un grupo de proyecto project manager que es frente a la Agencia que ha encargado el proyecto, responsable de todo el control dad, documentación. especitos, etc. El proyecto se con capaz de ver el proyecto el control frente a los del producto final. Los proyectos espaciales suelen constar de las siguientes fases Fase de estudio o fase do de una necesidad que sólo puede resolverse desde el espacio. comunicaciones móviles globales, se terminar de la manera más clara posible qué se pretende resolver y cómo podría resolverse con la tecnología existente o con nuevos desarrollos. Fase A o de factibilidad. En dicha fase se estudia la factibilidad del proyecto, tanto desde el punto de vista de la carga útil como del módulo de servicio. Características de la misión, órbita, peso, energía, segmento de tierra requerido, etc. FaseB o de diseño detallado. En dicha fase se realiza un diseño detallado del proyecto estudiado en la requerirá algún desarrollo para probar la factibilidad predicha en la fase anterior. Fase C y D de desarrollo y construcción. Se llevan a cabo los desarrollos, la construcción de los distintos modelos, la integración, los ensayos y final plotación operacional donde se obtienen los datos o simplemente se usa el Suelen construirse los siguientes modelos Modelo mecánico, estructural y de alineamiento. Modelo de ingeniería. Modelo de cualifícación o prototipo. Modelo de vuelo. Modelo de repuesto. Estos modelos pasan por pruebas térmicas, etc.. E modelo de cuahficación o prototipo estará sometido a pruebas mucho mas exigentes que las condiciones que se supone deberá soportar durante la misión el modelo estos modelos se desdoblan en varios o incluso se usan en parte para el que le sigue en la serie. Con el tiempo se modularizaron los sistemas reducir su coste. Puede decirse que en general que alberga los subsistemas requeridos para mantenerse en órbita, algo así como el vehículo de transporte, y un módulo de carga útil, donde propios de la misión. El módulo de servicio con subsistemas de comunidad de telemedida y telemando de control de actitud con sus sensores para posición de los ejes del satélites, reactores y depósitos solares, reactores atómicos. activo y pasivo. Los subsistemas de la carga útil depen misión si es científica puede ser un telescopio, un espectrógrafo o cualquier instru telecomunicaciones serán más dores y transmisores. En el res. etc. Como puede verse y como ya se dijo al principio. logia espacial es un abanico FUTURO Después de 30 años de experiencia la investigación y uso del espacio ha llegado cada agencia había programado su propio futuro apoyado en la demanda de la sociedad que la soportaba. sensibilidad, cargas de tele canales, más duración en la vida del satélite, etc. Sin abandonar este mismo tipo de requerimientos, las grandes agencias. NASA. ESA. Glav cosmos. NASDA, etc. de reflexión para programar de forma más global el futuro. En ciencia, por ejemplo, convendría poder tener una capacidad permanente y global de observación de nos rodea lo que lleva a una de los proyectos, a situar grandes telescopios de propósito general, a tener posiciones del sistema de gran envergadura como la de recoger muestras de un cometa o situar laboratorios tripulados en Marte. En meteorología y observación de la tierra una vigilancia global de la Tierra sus nubes y vientos terrestres en todo tiempo y condiciones, su degradación, su comportamiento que el hombre tiene sobre En Telecomunicaciones y debido a los avances de las Nuevas Tecnologías para los sistemas terrestres cables de fibra óptica es papel de los sistemas espaciales y sus ventajas. Acceso múltiple, más anchos de banda, hacer más inteligente el sistema espacial de forma que pueda llevara cabo desde su privilegiada situación conmutación o interconexión. Hasta el presente la in dad ha demostrado las ventajas que tiene el realizar ciertas operaciones industriales en dicho ambiente crecimiento de monocristales de semiconductores y proteínas, electroforesis, etc.. Para poder pasar de la fase de investigación a la de producción se requieren estaciones espaciales ticas. Estas permitirían también, desde su privilegiada atalaya, llevar a cabo deí Universo o control de los recursos de la Tierra. cabo todos estos proyectos espaciales tan ambiciosos se requerirá un nuevo de lanzador. También hay que desastre del Challenger y de fallos de lanzadores como el también a la demanda de las dos grandes potencias en nuevos desarrollos para la industria espacial de la de darse una idea del quiere llevar a mencionar los presupuesto. de NSA y ESA y mi. NASA, un presupuesto de unos 6.000millones de dólares pasado a 011 di dólares en1987 y según el por el Congreso de los EE.UU. a mediados de los años 90. el presupuesto se doblará. 20.000 millones de dólares, a precio constante de 1986. De ESA podemos decir algo similar de unos 1.000 millones de dólares de presupuesto hace unos pocos años ha pasado a unos 1.400 millones de dolaros en 1987 y. si los programas futuros son aprobados por el que tendrá lugar próximamente en Holanda, para t unos 2.400 millones de 90, siempre a precio TECNOLOGIAS REQUERIDAS PARA EL FUTURO DEL ESPACTO cabo tan ambiciosos espacio. Primeramente porque los desarrollos tecnológicos actuales han permitido sentar las bases para que con un alto grado de realidad pueda afirmarse que estos proyectos son factibles y se. investigaciones Todas las agencias espaciales han hecho un análisis profundo de las tecnologías que requieren futuros desarrollos y en Europa un breve repaso nos llevaría a las si Sistemas de radiofrecuencia En los Servicios Fijos por Satélite se requerirá el acceso a sistemas telefónicos en niveles jerárquicos más bajos que exigirá más flexibilidad a las cargas útiles en términos de conectividad y multiportadora. procesado conmutación de haces, interconectividad en canales de distinta velocidad, etc. En terminales móviles deberá mejorarse la accesibilidad a terminales pequeños bajo GT. figura dé mérito E satélite deberá por tanto transmitir que tendrán que poder ser interconectados y conminados. Se prevé el uso de satélites relé que permitan transmitir gran cantidad de datos satélites de recursos terrestres a los centros espaciales en la Tierra. En el futuro será preciso vigilar constantemente la Tierra, para ello en el rango de microondas que pueden atravesar la Estos precisan de sistemas cías, ser de alta resolución,. lo que en muchas Para la investigación será preciso montar grandes antenas en el espacio. En la actualidad están en estudio una de 12 m. de diámetro para satélites de comunicaciones móviles y una de 20 m. de diámetro para el proyecto científico QUASAT. de microondas se les pedirá larga vida 7 ó. legrados de microondas MMIC. en su mayor parte digitales serán los que tendrán mayor demanda para el espacio. Se están estudiando nuevos materiales para mejorar las prestaciones eléctricas y reducciones de peso para fabricar filtros de rendimiento y osciladores super estables. Para el bordo se requerirá el desarrollo de la tecnología VISI. y como la velocidad de con circutería digital GaAs. Gestión de datos En este campo han sido innumerables los logros tecla demanda espacial es muy grande en todos los aspectos como ejemplo de logros tecnológicos cabe destacar bujas EUREKA, una memoria RAM de alta velocidad y densidad Telescopio Espacial}, uso de un código ReedSolaman activo de co TGIOTTO, primer computador de 1 d bits espacial EXOSAT. HIPFARCOS. SPOT y otra larga En el futuro se ve una demanda aún muy superior que respecta a la carga útil tas velocidades 500 Mbps. mayor flexibilidad y programabilidad en órbita, instrumentos multimodo. muy alta velocidad de procesado y Por parte de la infraes serán con alto grado de interconexión, operación en tiempo real desde tierra para la telemanipulación y la teleautónomas y muy complejas, alta velocidad datos alta Habilidad y disponibili Las unidades que tendrán que desarrollarse son denadores en paralelo. VLSI, memorias de burbuja y discos ópticos con capacidad de 10i0 bits, lenguajes ADA y HOL, etc. De la misma forma podríamos analizar las necesidades en otras tecnologías siendo la revista BIT la. se ha hecho énfasis en las Tecnologías de Comunicaciones y Electrónica, pero vamente baste mencionar que se requerirán desarrollos en áreas de generación de energía y almacenaje de la misma, control de órbita y de actitud del satélite, propulsión, óptica, control térmico, soporte de la vida, es gravedad, biología espacial, software y herramien y control de calidad. Un brevísimo análisis de el camino que piensa seguir nos llevaría a extendernos excesivamente. Como ejemplos. qu7á significativos, podemos mencionar que la energía es producir más KW con casos sin tener como procedencia el Sol células de combustible, generadores para almacenaje de energía se requerirán baterías de muy alta eficiencia que puedan es años y den grandes determinado, por ejemplo para hacer un taladro en el núcleo de un cometa sulfuro de sodio, hidró pulsión la tendencia es a conseguir propulsantes de muy alto impulso específico, bajo impulso instantáneo, repetibilidad en las prestaciones, etc. propulsión eléctrica, gases a presión, propulsantes sólidos basadosen el polibutadieno. etc. en óptica los desarrollos previs como muestra puede hablarse de óptica activa grandes paraboloides que mantengan activamente su geometría, sensores y todas las longitudes de otra área que requerirá grandes desarrollos al tener que proteger reentradas de transbordadores espaciales a temperaturas de más de, control activo para criogenia a 3 K en el espacio y nuevos desarrollos de control pasivo la habitabilidad de las estaciones espaciales durante períodos de muchos áreas de control biológico como reciclaje del agua y del aire, gestión de desperdicios, que mantengan rigidez en muchos rangos de compuestos, etc. telerrobótica laboratorios con hornos de materiales, módulos para fluidos, incubadoras, y laboratorios autosuficientes biológicos. Este futuro hemos hablado hasta ahora hasta principios del próximo siglo, pero la mente no descansa. Tanto en EE.UU. como en Europa y probablemente en la URSS y el Japón, se está hablando y ya MM. los primeros dólares en lo que podría ser a herramienta fundamental para que el espacio esté al alcance del hombre de la calle el próximo siglo. Nos ultra atmosférico o verdadero avión espacial. En EE.UU. se le llama vulgar ya que permitirá volar de Los Angeles a Tokio en unos tres cuartos de hora NSP. National Space Plañe, su denominación técnica. En Europa hay varias propuestas pero las mas conocidas son el Hotol inglés y el Sanger alemán. Los desarrollos tecnológicos que requerirán estos aviones, que despegáis uno, 2.500 m mismo tipo de pista, que podrán transportar personas pero también podrán poner más futuristas que lo que brevemente hemos esbozado. Personalmente no tengo posteriormente las colonias espaciales donde podrán Goddard, padre de la as catalogar algo como imposible, pues casi siempre los sueños del ayer se convierten en las esperanzas del presente y desembocan por fin en las realidades
30 oct 2015