Página Espacial
Bienvenido. Estamos en la Web desde el 12 de Julio, 2003. Nos encontramos...!
   
 
Mensaje
 
Los resultados de las pruebas de vuelo del modelo a gran escala Bor-4, y del transbordador Buran, confirmaron ampliamente la alta confiabilidad del TPS basado en losetas cerámicas (Timoshenko, 1999).

En el lanzamiento del Buran, realizado en condiciones invernales y de mal tiempo, algunas losetas del TPS fueron dañadas por el hielo desprendido de las estructuras de la plataforma de lanzamiento, del lanzador Energiya y del mismo transbordador. Incluso varias losetas fueron desprendidas completamente. Sin embargo, luego del vuelo del Buran, la inspección encontró que solamente se habían perdido 7 losetas cerámicas. La Figura 4 muestra que no se produjeron daños en la cubierta de la estructura metálica del estabilizador vertical del Buran. Incluso en el borde de ataque delantero del estabilizador, donde la mitad del paño de fieltro fue removido junto con la loseta, no se encontró un daño apreciable a la estructura metálica.
Estructura metálica libre de daños...
Figura 4: Estructura metálica libre de daños en los lugares del estabilizador
vertical del Buran donde se perdieron losetas:
a) y b) el paño de fieltro permaneció intacto;
y c) paño de fieltro dañado.
(© V. Timoshenko) Click para ampliar!
La Figura 5 muestra el área de la superficie inferior del ala izquierda del Buran donde se perdieron tres losetas. En esos lugares, los flujos aerodinámicos de calor alcanzan el máximo nivel permitido por el uso de las losetas del TPS. Debido a un defecto en el sellado de la junta entre las losetas y una sección del borde de ataque del ala, un flujo intenso de plasma ingresó en la cavidad del borde de ataque. Sin embargo, solo se observó un derretimiento parcial de la estructura metálica del Buran.
Buran Space Shuttle: tile damage...
Figura 5: Daño local en la estructura del Buran, en los lugares donde se
perdieron tres losetas, en la superficie inferior del ala izquierda:
a) daño a la estructura después del vuelo;
y b) la misma área libre de daño antes del vuelo.
(© V. Timoshenko) Click para ampliar!
El desarrollo de los TPSs metálicos comenzó mucho antes que el de las losetas cerámicas. Sin embargo, a la fecha, el empleo de TPSs metálicos se ha limitado a áreas de temperaturas de explotación relativamente bajas, aproximadamente 1300 K (Blosser, 1996).

El grosor de las estructuras metálicas del TPS tiene que ser muy delgado (0.05-0.1 mm) debido a las densidades significativamente mayores de los TPSs metálicos (aleaciones basadas el níquel). Además, un problema mayor es la deformación de la estructura cuando ésta se calienta a altas temperaturas, así como la pérdida de integridad de las juntas soldadas sometidas a cargas térmicas de alto ciclo.

La utilización de materiales compuestos basados en carbono-carbono (C-C) o en carbono-carburo de silicio (C-SiC) parece ser una buena oportunidad para incrementar el límite operacional de temperaturas hasta el nivel de los 2000-2200 K. De todas formas, en estas condiciones, el riesgo de desastre del RSV debido a algún daño del TPS se incrementa drásticamente.

Se debería observar aquí que en el caso del Columbia, un fragmento de la aislación criogénica, se desprendió del tanque de combustible, y golpeó a uno de los Bordes de Ataque del Ala (en inglés Wing Leading Edges, WLEs), dañando considerablemente la sección de carbono-carbono, lo cual provocó uno de los mayores desastres en la historia de la exploración espacial. Los resultados de las investigaciones experimentales de Gehman (2003) confirmaron la posibilidad de tal daño al borde de ataque de la nave espacial. Como se muestra en la Figura 6, el plasma, luego de penetrar dentro del borde de ataque a través de la cubierta dañada de carbono-carbono, incineró las delgadas paredes metálicas de la envoltura, hechas de aleaciones de “Inconel”, y que contenían a un material llamado “Cerachrome”, un aislante térmico fibroso de baja densidad. Esta envoltura de Inconel, y su interior de Cerachrome eran empleados para la protección térmica de la estructura de aluminio delantera del ala. Debido a su alta catalidad, la aleación de Inconel fue destruida bajo la acción del plasma a temperaturas relativamente bajas, aproximadamente 1500 K. Después, el flujo de aire dispersó a fibras sueltas de la aislación térmica e inició una mayor destrucción térmica de la estructura.
Dibujos esquemáticos del WLE del Columbia...
Figura 6: Dibujos esquemáticos del WLE del Columbia, y su posterior
destrucción por el ingreso de flujo de plasma:
1) secciones o paneles principales de C-C del WLE;
2) “T-seal” de C-C;
3) dirección principal del flujo de plasma luego del daño al WLE;
y 4) envoltura de Inconel 601 y aislación térmica Cerachrome.
(© V. Timoshenko) Click para ampliar!
Nuevamente se debería observar aquí, que el diseño del borde de ataque de las alas del Buran está orientado a obtener una confiabilidad mayor. Esto se logra gracias a las secciones adyacentes de C-C, las cuales son ensambladas con un solapamiento. También no hay “T-seals” (juntas en forma de T) de C-C de baja resistencia a las roturas, instaladas entre ellas. Además, para la aislación térmica interna de la estructura delantera del ala debajo de las secciones de C-C, se dispone de losetas cerámicas (Figuras 7 y 8), las cuales pueden lidiar con temperaturas de hasta 1850 K, para un solo vuelo de retorno a la Tierra. Por lo tanto, en caso de un daño similar al WLE del Buran, éste habría tenido más oportunidades de regresar a salvo.
Esquema del borde de ataque del ala del Buran...
Figura 7: Esquema del borde de ataque del ala del Buran:
1) secciones principales de C-C del WLE;
2) losetas cerámicas del TPS.
(© V. Timoshenko) Click para ampliar!
Detalles de la parte interna del WLE del Buran...
Figura 8: Detalles de la parte interna del WLE del Buran:
1) instalación (parcial) de losetas cerámicas del TPS;
2) paños de fieltro.
Por las características de diseño del WLE del Buran, éste habría tenido más oportunidades de sobrevivir, en caso de que hubiera sufrido un daño similar
al que sufrió el transbordador Columbia, que terminó con su trágica
desintegración en la atmósfera.
(© Buran.ru) Click para ampliar!
 
 
Los trabajos publicados sólo pueden ser reproducidos
con la expresa autorización de sus autores.
Estamos en contacto: betelyuz@gmail.com
Por cualquier corrección, sugerencia o comentario.
 
Sitio Oficial Carl Sagan Portada Acerca de... Índice Contacto Links Blog