¿Cómo permanecen los satélites en órbita? Comprender los desafíos clave
Escrito por Sean Kane
Yendo con valentía. Juntos.
En ningún otro momento de nuestra historia hemos traspasado tanto los límites de los viajes espaciales; ahora es noticia todas las semanas. Explorar mundos nuevos y extraños y llegar con valentía a donde ningún hombre o mujer ha ido antes bien podría convertirse en una “cosa”. Incluso salir del mundo podría convertirse pronto en unas vacaciones extremas.
El mes pasado, un rover chino exploró la cara oculta de la luna. En la misma misión también se produjo el exitoso crecimiento de una planta de algodón, lo que la convierte en la primera vez que se cultiva materia biológica en la Luna.
Recientemente, el fundador de SpaceX, Elon Musk, mientras recitaba el mantra de su empresa: “construir una ciudad autosostenible en Marte”, compartió fotos de su Starship Raptor. Su motor está diseñado para impulsar tanto el cohete en el despegue como la nave espacial en el espacio exterior.
Para la persona promedio, noticias como esta se han convertido en algo común. Después de todo, el año pasado China envió 39 cohetes al espacio, Estados Unidos 34 y Rusia 20. Pero para las personas desafiadas a mover la aguja -o el cohete- más rápido y más lejos, los miles de millones de detalles y miles de desafíos que conducen a un solo lanzamiento son desalentadores.
No dejes que la gravedad te deprima
¡Excelente! Tenemos un cohete. ¿Ahora que? Parece que necesitaremos realizar algunos cálculos. Si nuestro objetivo es impulsar nuestro cohete al espacio exterior, necesitará alcanzar una velocidad más de 20 veces mayor que la del sonido (al menos 4.9 millas por segundo (7.9 kilómetros por segundo), lo que se denomina velocidad orbital. Pero, ¿cómo se mantienen los satélites en órbita una vez que llegan al espacio?
En algún momento de la escuela secundaria de física, aprendimos que cuanto más pesado es un objeto, mayor atracción gravitacional ejerce. Por lo tanto, tiene sentido lógico que, si podemos quitarle peso a nuestro cohete, despegará más fácilmente y necesitará menos combustible para realizar el trabajo.
Agregue a nuestros cálculos de peso – costo. Los expertos estiman que cada kilogramo (2.2 libras) transportado al espacio exterior cuesta alrededor de 20,000 dólares. [Sin embargo, se ha citado a Elon Musk diciendo que cree que 500 dólares por libra o menos es muy alcanzable.] Por lo tanto, es fácil ver que si podemos reducir el peso de nuestro satélite incluso en una cantidad mínima, podemos recortar costos significativos de nuestro proyecto. . Los fabricantes de aviones, como Airbus, han visto la prueba en el pudín. El año pasado, la empresa empezó a imprimir en 3D paneles espaciadores para compartimentos de almacenamiento superiores y descubrió felizmente que los paneles eran un 15 % más ligeros que los convencionales.
El papel de los sistemas de propulsión en las órbitas de los satélites
Entonces, ¿qué pieza sólida (actualmente hecha de titanio, aluminio pesado o de otro tipo) podrías reemplazar con una pieza impresa en 3D? ¿Y si pudiera combinar 10 o 15 componentes en un conjunto impreso, incluidos los filtros? La impresión 3D hace posible lo imposible y Mott tiene procesos pendientes de patente para imprimir filtros porosos y dispositivos de control de flujo personalizados en prácticamente cualquier configuración. Incluso producimos piezas que tienen componentes sólidos y porosos trabajando juntos. ¿Cómo podrían todas estas opciones reducir el peso y la complejidad de su diseño, acelerar los plazos del proyecto y eliminar costos?
¿Comida rápida en Marte? No tan rapido.
Llegar a Marte es una cosa, pero si planeamos quedarnos un tiempo, tendremos que resolver el problema del sustento. Teniendo en cuenta lo que hemos visto hasta ahora en Marte, la caza y la búsqueda de comida probablemente no estén permitidas, por lo que tendremos que volver a nuestras raíces, como jardineros. Pero la jardinería en gravedad cero presenta sus propios desafíos. La gravedad cero significa que el agua flota, por lo que definitivamente podemos eliminar la jardinería hidropónica de nuestra lista, por ahora. Pero ingeniosos ingenieros han estado jugando con tubos de cerámica que transportan el agua hasta las raíces de las plantas en el suelo. Donde hay voluntad, hay una manera, ¿verdad?
Ingeniería avanzada para la supervivencia espacial
¿Qué otras opciones podemos idear para proporcionar sustento en atmósferas implacables? ¿Quizás un sistema de reciclaje de agua que filtra los residuos? Sí, eso ya es una realidad de viaje espacial, pero ¿hay alguna manera de llevarlo al siguiente nivel? ¿Qué pasa con las opciones de refrigeración criogénica? ¿O aplicaciones de generación de gas?
Nuestro equipos de ingeniería en Mott Trabajar continuamente en proyectos en los que no existen soluciones "listas para usar". ¿Cómo podrían hacerlo si nadie lo ha hecho antes? Superar los límites del rendimiento requiere soluciones personalizadas y Ingeniería compleja para sustentar la vida en el espacio o en planetas naturalmente inhabitables.
Cuando llegue a Polaris, gire a la izquierda
Desafortunadamente, los satélites GPS estándar no lo ayudarán en el espacio profundo. Ese nivel de navegación requiere una instrumentación compleja y complejos cálculos astrofísicos. Y, para complicar aún más las cosas, el vacío en el espacio significa que no hay resistencia del aire, no hay fricción en la carretera, y no hay parachoques delante de ti que te frenen. Por lo tanto, es importante que los empujes sean precisos. Incluso la desviación más pequeña del rumbo requiere mucho más impulso, tiempo y combustible, para corregir el rumbo más adelante.
Mott tiene décadas de experiencia modelando los complejos flujos de gas necesarios para impulsar propulsores con precisión, incluso en condiciones de vacío. Cuando combinamos esto con nuestra patente pendiente, tecnología de impresión 3D de sólido a poroso, Las posibilidades son infinitas. Tenemos Componentes y características de propulsión diseñados. Se utilizan en propulsores químicos y eléctricos de satélites y naves espaciales y están ansiosos por explorar otros avances innovadores en esta área. Simplemente tráenos tu desafío.
Un disparo para lograrlo: mejor hazlo bien
Buzz Aldrin, uno de los primeros humanos en aterrizar en la luna, fue citado famoso diciendo: "Regresar a la Tierra, esa fue la parte difícil".
SpaceX, la primera empresa privada que lanzó, orbitó y recuperó con éxito una nave espacial, describe su segundo intento de controlar el descenso de su cohete y aterrizarlo precisamente en un barco en el Atlántico. Habla de la proverbial cabeza de un alfiler, ¿verdad?
La compañía escribe: “El descenso controlado fue exitoso, pero aproximadamente 10 segundos antes de aterrizar, una válvula que controlaba la potencia del motor del cohete (empuje) dejó de responder temporalmente a los comandos tan rápido como debería. Como resultado, se aceleró unos segundos después de lo ordenado y, con el cohete pesando alrededor de 67,000 libras. y viajar casi 200 mph en este punto, unos pocos segundos pueden ser mucho tiempo. Con el acelerador esencialmente atascado en lo alto y el motor disparando más de lo que se suponía, el vehículo perdió temporalmente el control y no pudo recuperarse a tiempo para aterrizar, y finalmente se volcó ".
Entonces ahí lo tienes. Un solo componente no funcionó correctamente, lo que costó 62 millones de dólares (el costo informado para lanzar su Falcon 9). Afortunadamente, en el cuarto lanzamiento, lo hicieron bien, o habría sido el telón para SpaceX, reveló Musk más tarde. La lección para todos: cuando una pieza es de misión crítica, no puede darse el lujo de que falle.
Cuando se habla de la operatividad de los componentes clave de un cohete durante el lanzamiento o el aterrizaje, controlar el flujo es crucial para proteger los componentes críticos para que puedan funcionar como se espera. Los limitadores de flujo de Mott están fabricados con metal poroso, por lo que no solo son extremadamente duraderos, sino que mantienen una distribución uniforme del flujo. gas que fluye uniformemente A través de múltiples poros en toda la superficie.
Protector solar. No dejes la Tierra sin él.
Los terrícolas somos afortunados de tener una atmósfera, con capas de ozono para protegernos de los rayos nocivos del sol. Pero, según la NASA, los astronautas en el espacio están expuestos a radiación ionizante (alta energía) a niveles equivalentes a tener 150 a 6,000 radiografías de tórax.
Para empeorar las cosas, cuando las partículas subatómicas golpean los átomos de aluminio que forman el casco de una nave espacial, sus núcleos pueden explotar y liberar radiación secundaria. Esa es una razón por la cual la NASA está probando plásticos para una multitud de aplicaciones. Los plásticos de ingeniería están llenos de átomos de hidrógeno cuyos núcleos pequeños no producen mucha radiación secundaria.
Considere las posibilidades de integrar nuevos diseños y materiales: metal o polímero, con impresión 3D en trajes espaciales, cabinas de tripulación y otros componentes para reducir la exposición a la radiación. Esta es otra instancia en la que te retamos a escapar de lo común y hacer realidad sueños que antes eran imposibles.
Tráenos tu desafío
Gran parte de la tecnología espacial se reduce a los detalles, y gran parte de ella implica la integración de difusores, filtros y dispositivos de control de flujo confiables en sistemas más grandes. Con los avances actuales en la impresión 3D, los ingenieros ya no están limitados por las limitaciones de las herramientas necesarias en los procesos de fabricación convencionales. Son libres de soñar. Nuestra tecnología permite fabricar una cantidad infinita de formas geométricas y tipos de estructuras, e incluso le permite combinar decenas de piezas discretas, incluidos filtros y componentes de control de flujo, en un diseño impreso en 3D.
A lo largo de las décadas, hemos ayudado a muchos ingenieros aeroespaciales a hacer realidad sus conceptos. Nuestros algoritmos probados y verdaderos modelan las condiciones más duras, las mayores variaciones de temperatura y las presiones de vacío más desafiantes. Trabajamos con una amplia gama de materiales, así que tráiganos el material de su elección y diseñaremos una solución. También hemos aprendido que nuestras relaciones más productivas y exitosas se forman cuando los clientes se acercan a nosotros en las primeras etapas de la fase de diseño. Si tiene un desafío, nuestros ingenieros están ansiosos por ayudarlo.
¿Tienes un desafío que estás luchando por superar? No es necesario ser ingeniero aeroespacial para que podamos ayudarle. Contáctenos hoy mismo para recibir una consulta de uno de nuestros ingenieros.
