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TRACE, o TRAnspiration Cooling Experiment, está diseñado para probar la tecnología de refrigeración por transpiración para escudos térmicos. El experimento consiste en una unidad de vuelo libre (FFU) desplegada desde un cohete para medir la disipación de calor durante la reentrada atmosférica a velocidades de hasta Mach 3,2. El objetivo del equipo es mejorar la gestión del calor en la reentrada de las naves espaciales, reconociendo el potencial de la refrigeración por transpiración como alternativa reutilizable y eficaz a los escudos térmicos tradicionales. Este avance podría reducir los costes y las necesidades de material de futuras misiones espaciales.
La promesa del enfriamiento por transpiración
Los escudos térmicos son esenciales para las naves espaciales diseñadas para aterrizar en otros planetas o regresar a salvo a la Tierra. Protegen contra las intensas cargas aerotérmicas provocadas por la elevada energía cinética de la reentrada orbital, garantizando que esta energía se disipe de forma segura antes de que la nave espacial alcance la superficie. Los actuales sistemas de protección térmica suelen requerir un mantenimiento complejo o son de un solo uso, lo que limita su reutilización en una era centrada en la exploración espacial sostenible.
La refrigeración por transpiración ofrece una alternativa revolucionaria a los sistemas ablativos, que dependen de la pirólisis destructiva para gestionar el calor. En su lugar, expulsa gas a través de la superficie de la nave espacial, creando una capa de refrigeración que protege contra las intensas cargas térmicas durante la reentrada.
Del concepto a la realidad: el viaje de TRACE
El concepto TRACE tiene su origen en una tesis de licenciatura desarrollada en colaboración con el Centro Aeroespacial Alemán (DLR). Este trabajo inicial exploraba la viabilidad de un sistema de refrigeración por transpiración para aplicaciones de reentrada en un cohete REXUS. Refinamos estas primeras ideas, estableciendo objetivos experimentales específicos y transformando los diseños teóricos en componentes prácticos y comprobables.
El desarrollo de TRACE supuso superar varios retos técnicos:
- Miniaturización: todos los sistemas caben en una cápsula compacta sin comprometer la funcionalidad.
- Despliegue del paracaídas: Probar y garantizar el despliegue estable del paracaídas de alta velocidad a velocidades supersónicas.
- Aerodinámica: Optimización de la forma de la cápsula para minimizar la resistencia y mantener una trayectoria estable.
- Retrasos en la producción: sortear los retrasos inevitables ajustando los plazos y centrándose en otras áreas del proyecto.
Por qué TRACE es innovador
TRACE incorpora varias características técnicas avanzadas para satisfacer las exigencias extremas de las pruebas de reentrada. La cápsula está diseñada para alcanzar velocidades de hasta Mach 3, generando intensas condiciones de calentamiento en la densa atmósfera para evaluar rigurosamente el sistema de refrigeración. Su elevado coeficiente balístico garantiza la estabilidad y una velocidad sostenida durante todo el descenso.
El núcleo de su innovación es un sistema de refrigeración por transpiración que utiliza gas Argón para proteger las superficies expuestas al calor, salvaguardando la estructura de cargas térmicas severas. Como complemento, un paracaídas supersónico, capaz de desplegarse a Mach 2 a unos 10 km de altitud, garantiza un descenso controlado y permite recoger datos fiables durante la reentrada.
TRACE destaca por sus características pioneras que lo diferencian de otros experimentos. Es uno de los primeros ensayos en vuelo de refrigeración por transpiración como escudo térmico, lo que representa un paso importante hacia sistemas de protección térmica reutilizables para la reentrada a alta velocidad. Su recipiente de presión compacto, con forma de alubia, fabricado mediante impresión 3D metálica (similar a la SLM pero con láser continuo) y Titán Grado 5 (Ti6Al4V), demuestra la precisión y versatilidad de la impresión 3D avanzada para crear configuraciones estructurales complejas.
Además, el paracaídas supersónico, diseñado para desplegarse a Mach 2, garantiza un descenso seguro y permite una transmisión de datos constante incluso en condiciones extremas de alta velocidad.
Lecciones y consejos para futuros innovadores espaciales
Como equipo, nos sentimos inmensamente orgullosos de la ingeniería y la dedicación que culminaron en el exitoso lanzamiento de TRACE desde Esrange (Suecia) en marzo de 2024. Alcanzar este hito exigió una precisión técnica excepcional y un compromiso inquebrantable, lo que convirtió la finalización del proyecto en una experiencia increíblemente gratificante. Igualmente importante fue el apoyo mutuo que nos brindamos durante los contratiempos y desafíos, lo que reforzó nuestra resistencia y unidad. Estos obstáculos nos empujaron a adaptarnos y crecer, y esta perseverancia compartida es uno de nuestros logros más significativos.
De cara al futuro, nos complace embarcarnos en TRACER, una evolución del proyecto TRACE. TRACER se integrará directamente en el cohete, lo que nos permitirá investigar y comparar múltiples medios de refrigeración al tiempo que mejoramos la simplicidad del sistema y la accesibilidad de los componentes. Al evitar diseños excesivamente complejos, TRACER pretende agilizar la construcción, simplificar las actualizaciones y fomentar una mayor innovación en los sistemas de protección térmica.
Para cualquiera que se embarque en un proyecto similar, nuestro consejo clave es iterar y probar lo antes posible. La creación rápida de prototipos proporciona información muy valiosa que permite identificar posibles problemas y perfeccionar el diseño de forma eficaz. Adopte una mentalidad ágil, sea flexible y esté preparado para adaptarse a los resultados de las pruebas. Este enfoque iterativo es esencial para lograr un resultado satisfactorio en cualquier proyecto ambicioso.
Más información sobre el proyecto TRACE y Space Team Aachen.
¿Ha trabajado o estudiado soluciones para sistemas de naves espaciales, desde la gestión del calor hasta la propulsión o la ingeniería de materiales? Comparta sus ideas sobre la creación de la próxima generación de sistemas espaciales reutilizables y eficientes.
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