martes, 26 de junio de 2007

CONCORDE


El 2 de marzo de 1969 voló por primera vez el avión que más tarde se convertiría en uno de los iconos del siglo XX. Los humanos lo bautizaron Concorde (a pesar de que a su alrededor siempre ha habido bastante discordia, cómo no, por cosas tan absurdas como si su nombre debía terminar o no con la letra e). Aunque no fue el primer avión supersónico (SST), ya que el ruso Tu-144 se le adelantó, sí fue el único en ser utilizado con relativo éxito comercial. Y en convertirse en un símbolo. A pesar de que había varios aviones Concorde, los humanos siempre se refirieron a él como el Concorde, como si sólo hubiera uno. Fue desarrollado conjuntamente por los franceses y los británicos, y se convirtió en un símbolo nacional en ambos países (provocando, por supuesto, unas cuantas discusiones entre Francia e Inglaterra sobre si el avión era más francés o más británico).


parte de la flota de Concordes de British Airways

El caso es que el Concorde era muy diferente al resto de los aviones comerciales. Volar en régimen supersónico planteaba una serie de problemas que no se dan en subsónico y que dieron bastantes dolores de cabeza a los ingenieros humanos. Por ejemplo, el hecho de que en vuelo supersónico el centro de presiones del avión se desplaza. Para que el avión vuele equilibradamente, el centro de presiones debe coincidir con el centro de gravedad. Si el avión se diseñaba de manera que ambos coincidieran en subsónico, en supersónico no lo hacían. Esto fue solucionado reduciendo al mínimo el desplazamiento del centro de presiones con un buen diseño de las alas, y haciendo que el combustible de los tanques se desplazara al cambiar de régimen, moviendo el centro de gravedad hasta que el avión volaba equilibrado.


Último vuelo del Concorde desde el aeropuerto de Heathrow a Bristol, el 26 de Noviembre de 2003.

El calentamiento debido a la onda de choque también era algo a tener en cuenta. Durante el vuelo, el morro del avión alcanzaba temperaturas de más de 100 ºC. Debido al límite de resistencia al calor del aluminio con el que estaba construido, su velocidad de vuelo quedaba limitada a Mach 2, siempre que fuera pintado de blanco. Otros colores habrían hecho que se calentara aún más, exigiendo velocidades de vuelo más lentas. Esto hizo que, por una vez, los humanos fueran discretos a la hora de pintar estos aviones (aunque hubo alguna ocasión en que no pudieron resistir la tentación de utilizarlo como valla publicitaria).


Concorde

Otra cuestión de gran importancia era la altitud de vuelo, mucho mayor que en el caso de los aviones subsónicos. Un avión comercial convencional vuela a unos 30000 pies (10000 metros), mientras que la altitud de crucero del Concorde doblaba esa cifra. Esto hacía que pudiera apreciarse la curvatura terrestre desde sus ventanas, y que el color del cielo se oscureciera hasta casi el negro espacial. También implicaba graves problemas de seguridad derivados de la mayor diferencia de presiones entre el exterior y el interior del avión, y de la mayor cantidad de radiación solar recibida, que debía ser monitorizada.


Imagen desde la ventana del Concorde a altitud de crucero, tomada por Travel Scholar

Pero no sólo era distinto del resto de los aviones comerciales. El hecho de que se buscara en él la máxima eficiencia también lo apartaba de la mayoría de los aviones supersónicos. Era capaz de volar en «supercrucero», es decir, de mantener el vuelo supersónico de forma continua sin ayuda de los postcombustores, algo que muy pocos aviones pueden hacer. Sus motores estaban diseñados para volar a Mach 2 con el máximo rendimiento, en especial las tomas de entrada, que cambiaban en función de la velocidad de vuelo.


Configuración de las tomas de los motores del Concorde en los distintos regímenes de vuelo.
Detalle del sistema de rampas en la entrada de los motores.

Quizá la característica que más llamaba la atención era su morro articulado (droop-nose), consecuencia directa de la forma en delta de sus alas. Dicha configuración alar obligaba a que el avión despegara y aterrizara con un gran ángulo de inclinación, lo que, de no ser por la articulación del morro, que les quitaba el mazacote de en medio, hubiera impedido que los pilotos vieran la pista.


El último vuelo en Filton, 26 de noviembre de 2003

La mayoría de los humanos vuelan para llegar a algún lugar. En el caso del Concorde, lo de llegar a los sitios era secundario; el mayor atractivo para la mayoría de la gente era el vuelo en sí mismo. Volar en él era bastante caro, pero había quien se pasaba la vida ahorrando sólo para conseguirlo (aquí, el testimonio de un pasajero que pudo finalmente realizar su sueño).


Cabina de mando
Cabina de pasajeros tras las modificaciones a raíz del accidente de París.

Sin embargo, el avión no era demasiado rentable. Su primer y único accidente en 30 años de servicio, en París en julio del 2000, hizo aterrizar a toda la flota para hacer modificaciones en los aviones y evitar otros accidentes similares, pero la percepción general del Concorde había cambiado (los humanos son así). Ya no era «el avión más seguro del mundo». Más tarde, cuando acababan de volver a entrar en servicio, en septiembre de 2001, a algunos humanos más pirados que el resto se les ocurrió que sería una gran idea estrellar unos cuantos aviones llenos de pasajeros contra edificios emblemáticos de Estados Unidos. Aquello tuvo graves repercusiones en todo el mundo, en particular para el tráfico aéreo, y los vuelos del Concorde se resintieron muchísimo. Desde aquel momento, la sentencia de muerte estuvo firmada. En el año 2003, tanto British Airways como Air France retiraron sus Concordes del servicio.


Concorde G-BOAD on en una balsa bajo el puente de Verrazano Narrows en Nueva york, en noviembre del 2003, en dirección al Intrepid Sea-Air-Space Museum.

Y de momento no hay ningún avión que lo sustituya, así que ya no se puede llegar a los lugares «antes de haber salido» (eslogan que British Airways blandía en referencia al vuelo Londres-Nueva York). Hay algún proyecto de SST comercial en desarrollo, propulsado con hidrógeno y con velocidades de crucero de Mach 4 en adelante. Aunque, en mi opinión, al menos al prototipo, le falta el sex-appeal del Concorde.


Lapcat, el proyecto de Reaction Engines para un futuro SST.

Sólo uno de los Concordes de Air France permanece ahora en las condiciones adecuadas para volver a volar. La mayoría se exhiben en distintos museos alrededor del mundo. Y otros han sido divididos en lotes de piezas y serán subastados después de este verano. Si tenéis pasta y os dais prisa a lo mejor podéis conseguir una pequeña pieza del mito. No parece un fin muy digno para un avión que era sinónimo de elegancia, glamour y rapidez, un símbolo nacional y esas cosas… pero así son los humanos. Si les pones dinero delante, olvidan todo y se lanzan a por él como buitres (sin ánimo de ofender a los buitres).


Último vuelo del Concorde, escoltado por los Red Arrows de la RAF.

Muchas gracias a El Otro por el enlace a la subasta que inspiró este artículo. Más información acerca del Concorde aquí.


domingo, 10 de junio de 2007

VELAS SOLARES
y otros artilugios curiosos para viajar por el espacio


Ya hemos hablado alguna vez, chorlitos, sobre las dificultades de viajar por el espacio exterior. Uno tiene que poder empujar contra algo para poder moverse (tercera ley de Newton), y en el vacío no hay nada contra lo que empujar. De modo que, si quieres moverte, debes empujar contra ti mismo. Pero, según la segunda ley de Newton (un humano un poco fastidioso, este Newton), sólo con las fuerzas internas que uno puede ejercer es imposible mover el centro de masas propio, así que la única solución es lanzar parte de lo que lleves encima en dirección contraria a la que quieres seguir, de forma que, aunque el centro de masas del sistema uno-mismo/cacho-de-uno-mismo permanezca en el mismo sitio, el cacho y uno mismo sean capaces de moverse por el espacio. Éste es el principio que utilizan la mayoría de los sistemas de propulsión espacial actuales.


Ariane 5 ECA despegando de la Guayana francesa el 27 de mayo del 2006

Cuando el empuje necesario es muy grande, como en los despegues, no queda más remedio -con la tecnología actual- que utilizar motores cohete de combustión química (los más típicos, de los que ya hemos hablado), que son los que más consumen. Hasta el momento no se ha encontrado un sistema de propulsión que pueda sustituirlos. Así que, para salir de la atmósfera, lo que hay que hacer es, básicamente, montarse en un tanque enorme de combustible y prenderle fuego.


Despegue del Shuttle americano

Pero en órbita la cosa cambia, ya que cobra importancia el impulso específico, que mide la eficiencia del motor. La cantidad de combustible que se puede llevar al espacio está muy limitada (ya sabéis que los humanos prefieren no gastarse un duro si pueden), así que son necesarios motores que con poco consumo de combustible produzcan mucho empuje. O mejor, sistemas que ni siquiera necesiten combustible. Fue por esto que a algún humano especialmente inspirado se le ocurrió la idea de la vela solar.


Vela solar

Las velas solares se basan en el principio de que la presión de radiación producida por la luz cuando incide y se refleja en una superficie (que, al estilo típicamente humano, es la forma fina de decir: «la fuerza que producen los fotones cuando rebotan a mogollón contra una superficie») es suficiente para que esa superficie se mueva, aunque sólo sea un poquito (nada que ver, ojo, con el viento solar, que es otra cosa distinta). Y como en el espacio no hay fuerzas de fricción que se opongan al movimiento, con una superficie reflectante (en chorlito, un espejo) lo suficientemente grande, una fuente de luz y un poco (mucho) de paciencia, se pueden alcanzar velocidades bastante elevadas (porque la velocidad aumenta despacio, pero sin pausa). Y cuanto mayor sea la vela, mayor será el empuje (también será mayor cuanto más cerca se encuentre de la fuente de luz, o cuanto más perpendicularmente incida la luz sobre la vela). El principal inconveniente es que la vela debe viajar plegada dentro del vehículo hasta que sea necesaria, y además debe pesar poco. Los problemas de almacenaje y despliegue derivados son bastante serios (dos animaciones muy chulas de la NASA: aquí y aquí). Los humanos incluso se plantean fabricarlas y montarlas directamente en el espacio para evitarse esos problemas, aunque por el momento hacer eso está lejos de su alcance. Así que este invento se utiliza más bien poco, aunque el pricipio sí que se aplica en los satélites para control de actitud, utilizando los paneles solares a modo de vela para corregir errores de orientación.



El vídeo sobre estas líneas, aunque está en inglés y es un poco largo, merece la pena. Habla de un concepto bastante curioso, el heliogiro, que fue abandonado debido a problemas de estabilidad, pero que no deja de ser una idea muy interesante. Su funcionamiento es muy parecido al de un helicóptero.


El único proyecto de vela solar en ser construido y lanzado fue el Cosmos-1 (colaboración de Rusia y Estados Unidos -os recomiendo que visitéis la página-), enviado al espacio en junio del 2005. Por desgracia, el cohete que debía colocarlo en órbita falló y la vela solar nunca pudo desplegarse.


TIE Fighter (Star Wars)

Hay más sistemas curiosos. Como supongo que la mayoría de los chorlitos son un poco frikis, asumo que no hará falta que dé muchas explicaciones sobre lo que es un TIE Fighter. Las siglas «TIE» vienen del inglés «Twin Ion Engine», o motores gemelos de iones. Ciertamente, los motores de iones de verdad no pueden hacer las maniobras que hace un TIE (eso es ciencia-ficción, al menos de momento), pero son motores de muy alto impulso específico, aunque las aceleraciones que pueden proporcionar son bajas, al igual que ocurre con las velas solares. Estos motores aceleran un flujo de iones (partículas cargadas eléctricamente) a muy altas velocidades. De esta manera, aunque la masa expulsada sea pequeña, como su velocidad es muy grande, la reacción que impulsa al vehículo es apreciable y el consumo de combustible muy bajo. De este tipo son también los motores de plasma. La diferencia es que en el caso de un motor de iones, como sólo acelera partículas de carga positiva, se hace necesario introducir un flujo de electrones en la salida para mantener neutra la carga eléctrica del satélite; mientras que el motor de plasma, que acelera tanto partículas positivas como negativas, no necesita neutralización. El VASIMR, otro motor que funciona con el mismo principio, podría ofrecer una alternativa a los anteriores, ya que es capaz de trabajar tanto en régimen de alto empuje/bajo impulso específico como en régimen de bajo empuje/alto impulso específico.


Prueba en banco de un motor de iones

Por supuesto, los cohetes de propulsión química también se utilizan en órbita, aunque su vida es bastante limitada porque también lo es la cantidad de combustible que un satélite puede llevar. Por ello suelen utilizarse sólo puntualmente a lo largo de la vida útil del satélite. Los motores nucleares, que también pueden prescindir de la atmósfera para funcionar, son otra solución muy comúnmente utilizada en el espacio (y en submarinos, por exactamente la misma razón).


Prueba en banco de un sistema de control de actitud con cohetes de propulsión química

Hay más formas de moverse, aunque ya no sirven para viajes interplanetarios. Son principalmente sistemas de control de actitud que ayudan al satélite a cumplir su misión con la precisión requerida: volantes de inercia y ruedas de momento, par magnético y gravitatorio, etc. Casi todos estos sistemas funcionan con energía eléctrica, así que los paneles solares son siempre un elemento imprescindible en cualquier satélite.


Estación Espacial Internacional (ISS) fotografiada en el 2006 desde el Space Shuttle

Los humanos trabajan incansablemente para encontrar el modo de viajar grandes distancias en poco tiempo, de unos planetas a otros y más allá. Sueñan con, algún día, poder salir del sistema solar y conquistar otros mundos, extendiéndose por el resto del Universo como lo han hecho por la Tierra.


La verdad; mejor que sigan soñando y que se dejen de historias raras, que con un planeta lleno de humanos el Universo tiene más que suficiente.


Despegue de la lanzadera americana en la base de Cabo Cañaveral



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