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misiones espaciales con cable

Imagen del satélite de cable TiPS del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. Nótese que solo se muestra desplegado una pequeña parte del cable de 4 km. Se han desplegad...

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 Imagen del satélite de cable TiPS del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. Nótese que solo se muestra desplegado una pequeña parte del cable de 4 km.

Se han desplegado varios cables espaciales en misiones espaciales. [ 1 ] Los satélites con cables pueden utilizarse para diversos fines, incluyendo la investigación sobre propulsión por cable , estabilización de mareas y dinámica de plasma orbital.

Las misiones han tenido resultados diversos; algunas han sido muy exitosas.

Descripción

Los satélites con cable se componen de tres partes: el satélite base, el cable y el subsatélite. El satélite base contiene el subsatélite y el cable hasta su despliegue. A veces, el satélite base es otro satélite básico; otras veces, puede ser una nave espacial, una estación espacial o la Luna. El cable es lo que mantiene conectados a los dos satélites. El subsatélite se libera de la base mediante un sistema de eyección por resorte, la fuerza centrífuga o los efectos del gradiente gravitatorio.

Los cables de sujeción pueden utilizarse para diversas aplicaciones, como propulsión electrodinámica, intercambio de momento, gravedad artificial , despliegue de sensores o antenas, etc. Tras el despliegue del cable, puede ir seguida de una fase de mantenimiento de posición (en particular si el estado objetivo es una orientación vertical del sistema) y, a veces, si el sistema de despliegue lo permite, una retracción.

La fase de mantenimiento de posición y la fase de retracción requieren un control activo para garantizar la estabilidad, especialmente cuando se consideran los efectos atmosféricos. Cuando no existen suposiciones simplificadoras, la dinámica se vuelve excesivamente compleja, ya que se rige por un conjunto de ecuaciones diferenciales no lineales, no autónomas y acopladas, tanto ordinarias como parciales . Estas condiciones generan una serie de problemas dinámicos a considerar: [ 2 ]

  • Dinámica tridimensional de cuerpos rígidos (movimiento de libración) de la estación y el subsatélite.
  • Movimientos oscilatorios en el plano y fuera del plano del cable de masa finita
  • Desplazamiento del punto de fijación del cable con respecto al centro de masa del satélite base, así como variaciones controladas del desplazamiento.
  • Vibraciones transversales del cable
  • Fuerzas externas
Ilustración realizada por un artista de la NASA que muestra un satélite acoplado al transbordador espacial.

Vuelos con amarre en misiones espaciales tripuladas

Géminis 11

En 1966, la misión Gemini 11 desplegó un cable de 30 m (98 pies) que se estabilizó mediante una rotación que produjo una fuerza de 0,00015 g.  

Misiones TSS del transbordador

Misión TSS-1

Vista de cerca del Sistema de Satélites Atados (TSS-1) en órbita sobre el transbordador espacial Atlantis .

El Sistema de Satélites Atados-1 (TSS-1) fue propuesto por la NASA y la Agencia Espacial Italiana (ASI) a principios de la década de 1970 por Mario Grossi, del Observatorio Astrofísico Smithsoniano , y Giuseppe Colombo , de la Universidad de Padua. Fue un proyecto conjunto de la NASA y la Agencia Espacial Italiana , y se lanzó en 1992, durante la misión STS-46 a bordo del transbordador espacial Atlantis, del 31 de julio al 8 de agosto. [ 3 ]

Los objetivos de la misión TSS-1 fueron verificar el concepto de cable de estabilización por gradiente gravitatorio y proporcionar una instalación de investigación para estudiar la física espacial y la electrodinámica del plasma. Esta misión reveló varios aspectos sobre la dinámica del sistema de cable, aunque el satélite no se desplegó por completo. Se atascó a 78 metros; una vez resuelto este problema, su despliegue continuó hasta una longitud de 256 metros (840 pies) antes de volver a atascarse, donde finalmente terminó el esfuerzo [ 4 ] (la longitud total propuesta era de 20 000 metros (66 000 pies) ). Un perno que sobresalía [ 5 ] , debido a una modificación tardía del sistema de carrete de despliegue, atascó el mecanismo de despliegue e impidió el despliegue a su extensión completa. A pesar de este problema, los resultados demostraron que el concepto básico de cables largos estabilizados por gradiente gravitatorio era sólido. También resolvió varios problemas de dinámica de despliegue cortos, redujo las preocupaciones de seguridad y demostró claramente la viabilidad de desplegar el satélite a largas distancias. [ 2 ]  

El voltaje y la corriente alcanzados con la longitud corta del cable resultaron demasiado bajos para la mayoría de los experimentos. Sin embargo, se realizaron mediciones de bajo voltaje, además de registrar las variaciones de las fuerzas y corrientes inducidas por el cable. Se obtuvo nueva información sobre la corriente de retorno del cable. La misión se repitió en 1996 como TSS-1R. [ 6 ]

Misión TSS-1R

Cuatro años después, como misión de seguimiento de TSS-1, el satélite TSS-1R fue liberado a finales de febrero de 1996 desde el transbordador espacial Columbia en la misión STS-75 . [ 6 ] El objetivo de la misión TSS-1R era desplegar el cable a 20,7 km (12,9 millas) por encima del orbitador y permanecer allí recolectando datos. La misión TSS-1R tenía como objetivo realizar experimentos exploratorios en física de plasma espacial. Las proyecciones indicaban que el movimiento del cable conductor largo a través del campo magnético terrestre produciría un campo electromagnético que impulsaría una corriente a través del sistema de cable.  

El TSS-1R fue desplegado (durante un período de cinco horas) a 19,7 km (12,2 millas) cuando se rompió el cable. La rotura se atribuyó a una descarga eléctrica a través de una rotura en el aislamiento. [ 7 ]  

A pesar de la terminación del despliegue del cable antes de la extensión completa, la extensión lograda fue lo suficientemente larga como para verificar numerosas especulaciones científicas. Estos hallazgos incluyeron las mediciones del EMF de movimiento, [ 8 ] el potencial del satélite, [ 9 ] el potencial del orbitador, [ 10 ] la corriente en el cable, [ 11 ] la resistencia cambiante en el cable, [ 12 ] las distribuciones de partículas cargadas alrededor de un satélite esférico altamente cargado, [ 13 ] y el campo eléctrico ambiental . [ 8 ] Además, un hallazgo significativo se refiere a la recolección de corriente en diferentes potenciales en una masa terminal esférica. Las corrientes medidas en el cable superaron con creces las predicciones de modelos numéricos anteriores [ 14 ] hasta en un factor de tres. Una explicación más descriptiva de estos resultados se puede encontrar en Thompson, et al. [ 15 ] Se han hecho mejoras en el modelado de la carga electrónica del transbordador y cómo afecta la recolección de corriente, [ 11 ] y en la interacción de cuerpos con el plasma circundante, así como la producción de energía eléctrica. [ 16 ]

Se había propuesto una segunda misión, TSS-2, para utilizar el concepto de cable para la experimentación en la atmósfera superior, [ 17 ] pero nunca se llevó a cabo. [ 18 ]

Cables de sujeción en misiones satelitales

También se han utilizado sistemas de cables más largos en misiones satelitales, tanto operativamente (como sistemas de desrotación tipo yo-yo) como en misiones diseñadas para probar conceptos y dinámicas de cables.

Desgiro de yo-yo

Los sistemas de cables cortos se utilizan comúnmente en satélites y sondas espaciales robóticas. En particular, los cables se utilizan en el mecanismo de " desgiro yo-yo ", a menudo empleado en sistemas donde una sonda comienza a girar durante el encendido del motor de inyección de un cohete sólido , pero necesita que se elimine el giro durante el vuelo. [ 19 ] En este mecanismo, se despliegan pesas en los extremos de cables largos lejos del cuerpo del satélite giratorio. Cuando se cortan los cables, gran parte o la totalidad del momento angular del giro se transfiere a las pesas desechadas. Por ejemplo, la tercera etapa de la misión Dawn de la NASA utilizó dos pesas de 1,44 kg (3,2 lb) cada una desplegadas en cables de 12 metros (39 pies) . [ 20 ]   

Experimentos del Sistema Desplegador Desechable Pequeño de la NASA

En 1993 y 1994, la NASA lanzó tres misiones utilizando el "Sistema Desplegador Desechable Pequeño" (SEDS), que desplegó cables de 20 km (12 millas) (SEDS-1 y SEDS-2) y 500 metros (1600 pies) (PMG) unidos a la segunda etapa de un cohete Delta-II ya utilizada . Estos tres experimentos fueron los primeros vuelos exitosos de cables largos en órbita y demostraron el funcionamiento tanto mecánico como electrodinámico de los mismos .   

SEDS-1

La primera prueba de vuelo orbital totalmente exitosa de un sistema de cable largo fue SEDS-1, que probó el sencillo Sistema Desplegable Pequeño (SPDS) de despliegue único. El cable se balanceó hasta la vertical y se cortó después de una órbita. Esto impulsó la carga útil y el cable desde Guam hacia una trayectoria de reentrada frente a la costa de México. La reentrada fue lo suficientemente precisa como para que un observador preposicionado pudiera grabar en video la reentrada y la combustión de la carga útil. [ 21 ]

SEDS-2

SEDS-2 fue lanzado en un cohete Delta (junto con un satélite GPS Block 2) el 9 de marzo de 1994. Un sistema de frenado por retroalimentación limitó la oscilación tras el despliegue a 4°. La carga útil transmitió datos durante 8 horas hasta que se agotó su batería; durante este tiempo, el par del cable la hizo girar hasta 4 rpm. El cable sufrió un corte 3,7 días después del despliegue. La carga útil reingresó (como se esperaba) en cuestión de horas, pero la longitud de 7,2 km (4,5 millas) en el extremo del Delta sobrevivió sin cortes adicionales hasta el reingreso el 7 de mayo de 1994. El cable era fácilmente visible a simple vista cuando estaba iluminado por el sol y se observaba contra un cielo oscuro. [ 21 ]  

En estos experimentos, se verificaron los modelos de cables y las pruebas demostraron que un vehículo de reentrada puede desplegarse hacia abajo en una órbita de reentrada utilizando cables. [ 22 ]

PMG

En un experimento posterior, el Generador de Motor de Plasma (PMG) utilizó el desplegador SEDS para desplegar un cable de 500 m para demostrar el funcionamiento del cable electrodinámico. [ 21 ] [ 22 ]

El PMG se diseñó para probar la capacidad de un conjunto de cátodo hueco (HCA) para proporcionar una corriente eléctrica bipolar de baja impedancia entre una nave espacial y la ionosfera. Además, se esperaba demostrar que la configuración de la misión podía funcionar como motor de propulsión orbital y como generador, al convertir la energía orbital en electricidad. El cable de conexión era un cable de cobre aislado de calibre 18 de 500 m de longitud. [ 21 ]

La misión se lanzó el 26 de junio de 1993 como carga útil secundaria en un cohete Delta II. El experimento completo duró aproximadamente siete horas. Durante ese tiempo, los resultados demostraron que la corriente es totalmente reversible y, por lo tanto, capaz de generar energía y modos de propulsión orbital. El cátodo hueco proporcionó una forma de baja potencia para conectar la corriente con el plasma ambiente. Esto significa que el HC demostró sus capacidades de recolección y emisión de electrones. [ 23 ]

Experimentos de NRL, TiPS y ATEx

Consejos

El experimento TiPS (Tether Physics and Survivability Experiment) se lanzó en 1996 como un proyecto del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos ; incorporaba un cable de 4000 metros. Los dos objetos unidos por el cable se denominaron "Ralph" y "Norton". TiPS era visible desde tierra con binoculares o un telescopio y, ocasionalmente, era avistado accidentalmente por astrónomos aficionados. El cable se rompió en julio de 2006. [ 24 ] Este dato estadístico a largo plazo concuerda con los modelos de desechos publicados por J. Carroll tras la misión SEDS-2 y con las pruebas terrestres realizadas por D. Sabath de la TU München. Las predicciones de una supervivencia máxima de dos años para TiPS, basadas en otras pruebas terrestres, han demostrado ser excesivamente pesimistas (por ejemplo, McBride/Taylor, Penson). El corte prematuro de la SEDS-2 debe considerarse una anomalía, posiblemente relacionada con el impacto de los desechos de la etapa superior. [ 24 ]

ATEx

El Experimento de Cable Avanzado (ATEx), fue una continuación del experimento TiPS, diseñado y construido por el Centro Naval de Tecnología Espacial. ATEx voló como parte de la misión STEX (Experimento de Tecnología Espacial). ATEx tenía dos masas en los extremos conectadas por un cable de polietileno que debía desplegarse a una longitud de 6 km (3,7 millas) , y tenía como objetivo probar un nuevo esquema de despliegue del cable, un nuevo material para el cable, control activo y capacidad de supervivencia. ATEx se desplegó el 16 de enero de 1999 y finalizó 18 minutos después tras desplegar solo 22 m de cable. El desprendimiento fue activado por un sistema de protección automático diseñado para salvar a STEX si el cable comenzaba a desviarse de su ángulo de salida previsto, [ 25 ] lo cual fue causado finalmente por una holgura excesiva del cable. [ 26 ] Como resultado del fallo en el despliegue, no se logró ninguno de los objetivos previstos de ATEx. [ 27 ]  

Satélite de Jóvenes Ingenieros (YES)

Representación artística del despliegue del experimento de amarre YES2 y la cápsula Fotino desde la nave espacial Foton.

SÍ

En 1997, la Agencia Espacial Europea lanzó el Satélite de Jóvenes Ingenieros (YES), de aproximadamente 200 kg (440 lb), a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO ) con un cable de doble hebra de 35 km (22 mi) , y planeó desorbitar una sonda a una velocidad cercana a la interplanetaria mediante el despliegue oscilante del sistema de cable. [ 28 ] La órbita alcanzada no fue la prevista inicialmente para el experimento con el cable y, por razones de seguridad, este no se desplegó. [ 28 ]    

SÍ2

Reconstrucción del despliegue del cable YES2, es decir, la trayectoria de la cápsula Fotino en relación con la nave espacial Foton. El movimiento orbital se muestra hacia la izquierda. La Tierra está abajo. El Monte Everest se muestra varias veces para referencia de escala. La cápsula Fotino se liberó verticalmente, 32  km por debajo de Foton, a unos 240  km sobre la superficie de la Tierra, y reingresó a la atmósfera en dirección a Kazajistán.

Diez años después del lanzamiento de YES, se lanzó su sucesor, el satélite Young Engineers' Satellite 2 (YES2). [ 29 ] El YES2 era un  satélite de cable de 36 kg construido por estudiantes, parte de la misión de microgravedad Foton-M3 de la ESA . El satélite YES2 empleó un cable de 32 km para desorbitar una pequeña cápsula de reentrada, "Fotino". [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] El satélite YES2 fue lanzado el 14 de septiembre de 2007 desde Baikonur . El sistema de comunicaciones de la cápsula falló y la cápsula se perdió, pero la telemetría de despliegue indicó que el cable se desplegó a su longitud completa y que la cápsula presumiblemente desorbitó según lo planeado. Se ha calculado que Fotino fue insertado en una trayectoria hacia un lugar de aterrizaje en Kazajistán , pero no se recibió ninguna señal. La cápsula no fue recuperada. [ 28 ] 

Experimento de cometas

El experimento de amarre integrado de Kounotori (KITE) fue una prueba de la tecnología de amarre en el vehículo de reabastecimiento de la estación espacial H-II Transfer Vehicle (HTV) 6 japonés, lanzado por la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) en diciembre de 2016. Después de desacoplarse de la Estación Espacial Internacional el 27 de enero de 2016, se pretendía desplegar un amarre electrodinámico de 700 metros (2300 pies), sin embargo, un fallo provocó que el amarre no se desplegara. [ 33 ] El vehículo se desintegró en la atmósfera sin desplegarse. [ 34 ] El experimento sí demostró con éxito un cátodo de emisión de campo de nanotubos de carbono . [ 33 ]

misiones de amarre de CubeSat

Los CubeSats son satélites pequeños y de bajo costo que generalmente se lanzan como cargas útiles secundarias en otras misiones, a menudo construidos y operados como proyectos estudiantiles. Varias misiones CubeSat han intentado desplegar cables de conexión, hasta ahora sin éxito.

MÁSTIL

El cable de supervivencia multiaplicación (MAST) lanzó tres módulos CubeSat de 1 kg con un cable de 1 km. Dos de los módulos CubeSat ("Ted" y "Ralph") estaban destinados a ser masas terminales en el cable desplegado, mientras que el tercero ("Gadget") actuaba como un trepador que podía subir y bajar por el cable. El experimento utilizó un cable multilínea " Hoytether " diseñado para ser resistente a los daños. Los objetivos del experimento MAST fueron obtener datos en órbita sobre la supervivencia de los cables espaciales en el entorno orbital de micrometeoritos y desechos, estudiar la dinámica de formaciones de naves espaciales y sistemas de cables giratorios unidos por cables, y demostrar conceptos de cables de intercambio de momento. [ 35 ] El hardware del experimento fue diseñado bajo una colaboración de Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas (STTR) de la NASA entre Tethers Unlimited, Inc. y la Universidad de Stanford , con TUI desarrollando el cable, el desplegador del cable, el subsistema de inspección del cable, la aviónica del satélite y el software, y los estudiantes de Stanford desarrollando las estructuras del satélite y ayudando con el diseño de la aviónica, como parte del programa CubeSat de la Universidad.

En abril de 2007, el MAST fue lanzado como carga útil secundaria en un cohete Dnepr a una órbita de 98°, 647 km × 782 km (402 mi × 486 mi) . El equipo del experimento estableció contacto con el picosatélite "Gadget", pero no con "Ted", el picosatélite desplegador del cable. [ 36 ] Si bien el sistema fue diseñado para que los satélites se separaran incluso si no se establecían comunicaciones con el desplegador del cable, el sistema no se desplegó por completo. Las mediciones de radar muestran que el cable se desplegó solo 1 metro. [ 37 ] [ 38 ]      

STARS, STARS-II y STARS-C

La misión del Satélite Robótico Autónomo Atado al Espacio (STARS o Kukai ), desarrollada por el Proyecto de Desarrollo de Satélites de Kagawa en la Universidad de Kagawa , Japón, fue lanzada el 23 de enero de 2009 como carga útil secundaria de un CubeSat a bordo del vuelo 15 del H-IIA , que también lanzó el GOSAT . [ 39 ] Después del lanzamiento, el satélite fue denominado KUKAI y constaba de dos subsatélites, "Ku" y "Kai", [ 40 ] que se unirían mediante un cable de 5 metros (16 pies) . Se separó con éxito del cohete y se transfirió a la órbita prevista, pero el cable se desplegó solo hasta una longitud de varios centímetros, "debido a un problema con el mecanismo de bloqueo del carrete del cable". [ 41 ] 

Un satélite sucesor, STARS-II, [ 42 ] era un satélite de 9 kg (20 lb) diseñado para volar con un cable electrodinámico de 300 m (980 ft) hecho de cables ultrafinos de acero inoxidable y aluminio. [ 43 ] Uno de los objetivos de este programa era demostrar una posible tecnología para desorbitar desechos espaciales. [ 44 ] La misión se lanzó el 27 de febrero de 2014 como carga útil secundaria a bordo de un cohete H-2A , y reingresó dos meses después, el 26 de abril de 2014. El experimento solo tuvo un éxito parcial, y no se pudo confirmar el despliegue del cable. La órbita decayó de 350 km (220 mi) a 280 km (170 mi) en 50 días, considerablemente más rápido que los otros CubeSats lanzados en la misma misión, una indicación indirecta de que su cable se desplegó, aumentando la resistencia. Sin embargo, la fotografía telescópica del satélite desde tierra mostró el satélite como un solo punto, en lugar de dos objetos. Los experimentadores sugieren que esto pudo deberse a que el cable se extendió, pero se enredó por el rebote. [ 45 ]        

Una tercera misión STARS, el cubesat STARS-C, fue un cubesat 2U diseñado para desplegar un cable de fibra de aramida de 100 m (330 pies) con un diámetro de 0,4 mm (0,016 pulgadas) entre un satélite madre y un satélite hijo. El cubesat fue diseñado por un equipo de la Universidad de Shizuoka . El satélite tiene una masa de 2,66 kg (5,9 lb) . [ 46 ] [ 47 ] Fue lanzado el 9 de diciembre de 2016 desde el Desplegador Orbital de Satélites Pequeños JEM en la Estación Espacial Internacional y reingresó el 2 de marzo de 2018. Sin embargo, la calidad de la señal fue intermitente, posiblemente debido a una falla en el despliegue del panel solar, y no se obtuvieron datos sobre el despliegue del cable. Las estimaciones de las mediciones de arrastre orbital sugieren que el cable se desplegó a una longitud de aproximadamente 30 metros. [ 48 ]      

ESTCube-1

ESTCube-1 fue una misión estonia para probar una vela eléctrica en órbita, lanzada en 2013. Fue diseñada para desplegar un cable mediante despliegue centrífugo, pero el cable no se desplegó. [ 49 ]

TEPCE

El experimento TEPCE (Tether Electrodynamic Propulsion CubeSat Experiment) fue un experimento de cable electrodinámico del Laboratorio de Investigación Naval basado en una configuración de "triple CubeSat " [ 50 ] , que se construyó en 2012 y se esperaba que se lanzara en 2013 [ 51 ] , pero que finalmente se lanzó como carga útil secundaria como parte del lanzamiento STP-2 [ 52 ] en un Falcon Heavy en junio de 2019. El cable se desplegó en noviembre de 2019 para detectar la fuerza electrodinámica en su órbita [ 53 ] . TEPCE utilizó dos masas terminales casi idénticas con un resorte STACER [ 54 ] entre ellas para iniciar el despliegue de un  cable conductor de cinta trenzada de 1 km de longitud. Se utilizó frenado pasivo para reducir la velocidad y, por lo tanto, el retroceso al final del despliegue. El satélite estaba diseñado para impulsar una corriente electrodinámica en cualquier dirección. Estaba diseñado para poder elevar o descender la órbita varios kilómetros por día, cambiar el estado de libración , cambiar el plano orbital y maniobrar activamente. [ 55 ] Un gran cambio en su tasa de desintegración el 17 de noviembre sugiere que el cable se desplegó en esa fecha, lo que provocó su rápida reentrada, que ocurrió el 1 de febrero de 2020. [ 56 ]

MiTEE

El experimento de electrodinámica de cables en miniatura (MiTEE) de la Universidad de Michigan es un experimento de cubesat diseñado para medir la corriente eléctrica a lo largo de un cable en diferentes longitudes entre 10 y 30 metros (33 y 98 pies) . [ 57 ] Consistió en desplegar un subsatélite de aproximadamente 8 cm × 8 cm × 2 cm (3,15 pulg × 3,15 pulg × 0,79 pulg) desde un CubeSat 3U para probar cables electrodinámicos de satélites en el entorno espacial.           

En 2015, la NASA seleccionó a MiTEE como candidato a misión espacial CubeSat universitaria, [ 58 ] y el proyecto entregó con éxito el hardware para el vuelo. [ 59 ]

En enero de 2021, MiTEE-1 fue lanzado al espacio en el vuelo de prueba LauncherOne de Virgin Orbit . [ 60 ] [ 61 ]

vuelos de cohetes sonda

CARGO 2

El experimento cooperativo de cañón de cohete de gran altitud CHARGE 2 fue desarrollado conjuntamente por Japón y la NASA para observar la recolección de corriente junto con otros fenómenos. El objetivo principal era medir la carga de la carga útil y las corrientes de retorno durante los períodos de emisión de electrones. Los objetivos secundarios estaban relacionados con los procesos de plasma asociados con disparos de corriente continua y pulsados ​​de una fuente de haz de electrones de baja potencia. El 14 de diciembre de 1985, la misión CHARGE fue lanzada en el Campo de Misiles de White Sands , Nuevo México. [ 62 ] Los resultados indicaron que es posible mejorar la capacidad de recolección de corriente de electrones de vehículos con carga positiva mediante liberaciones deliberadas de gas neutro en un plasma espacial no perturbado. Además, se observó que la liberación de gas neutro o argón en la región de plasma no perturbado que rodea una plataforma con polarización positiva provoca mejoras en la recolección de corriente de electrones. Esto se debió a que una fracción del gas se ionizó, lo que aumentó la densidad local del plasma y, por lo tanto, el nivel de corriente de retorno. [ 9 ]

EDIPO

OEDIPUS ("Observaciones de la distribución del campo eléctrico en el plasma ionosférico  : una estrategia única") consistió en dos experimentos con cohetes sonda que utilizaron cables conductores giratorios como sonda doble para medir campos eléctricos débiles en la aurora. Fueron lanzados con cohetes sonda Black Brant de tres etapas. OEDIPUS A se lanzó el 30 de enero de 1989 desde Andøya , Noruega. La carga útil sujeta consistía en dos subcargas útiles giratorias con una masa de 84 y 131  kg, conectadas por un cable giratorio. El vuelo estableció un récord para la longitud de un cable electrodinámico en el espacio en ese momento, 958 m (3143 pies) . [ 63 ] El cable era un alambre de estaño-cobre trenzado recubierto de teflón de 0,85 mm (0,033 pulgadas) de diámetro y se desplegó desde un carrete tipo bobina ubicado en la subcarga útil delantera.    

El OEDIPUS C fue lanzado el 6 de noviembre de 1995 desde el Poker Flat Research Range, al norte de Fairbanks, Alaska, a bordo de un cohete sonda Black Brant XII. El vuelo alcanzó un apogeo de 843 km (524 mi) y desplegó un cable del mismo tipo que el utilizado en el OEDIPUS-A, con una longitud de 1174 m (3852 ft) . Incluyó un experimento de dinámica del cable para derivar teoría y desarrollar software de simulación y animación para el análisis de la dinámica multicuerpo y el control de la configuración giratoria del cable, proporcionar experiencia en dinámica y control para el vehículo suborbital con cable y para las investigaciones científicas, desarrollar un esquema de estabilización de actitud para las cargas útiles y apoyar el desarrollo de la carga útil del OEDIPUS C, y adquirir datos dinámicos durante el vuelo para compararlos con la simulación previa al vuelo. [ 63 ]    

T-Rex

El 31 de agosto de 2010, la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) lanzó un experimento de cable espacial denominado "Tether Technologies Rocket Experiment" (T-REX), patrocinado por la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (ISAS/JAXA), a bordo de un cohete sonda S-520-25 desde el Centro Espacial de Uchinoura , Japón, alcanzando una altitud máxima de 309 km (192 millas) . T-REX fue desarrollado por un equipo internacional liderado por el Instituto Tecnológico de Kanagawa/Universidad de Nihon para probar un nuevo tipo de cable electrodinámico (EDT). El cable de cinta de 300 m (980 pies) se desplegó según lo previsto y se transmitió un vídeo del despliegue a tierra. Se verificó el despliegue exitoso del cable, así como el encendido rápido de un cátodo hueco en el entorno espacial. [ 64 ]    

El experimento demostró un «Sistema de Despliegue de Cable Plano Plegable». El experimento educativo presentó el primer despliegue de cable de cinta desnudo ( es decir, sin aislamiento, el propio cable actúa como ánodo y recoge electrones). Se desplegaron 130 m (430 pies) del total de 300 m (980 pies) de cable al estilo de una manguera de bomberos, impulsado únicamente por inercia y limitado por fricción, tras una potente eyección iniciada por resorte. Se registraron datos GPS diferenciales precisos del despliegue y se grabó un vídeo desde los extremos. [ 65 ]    

Misiones propuestas y futuras

ProSEDS

Se ha sugerido el uso de una sección desnuda de un cable electrodinámico espacial para un dispositivo de recolección de electrones [ 66 ] como una alternativa prometedora a los colectores de electrones de cuerpo extremo para ciertas aplicaciones de cables electrodinámicos. El concepto de cable desnudo se iba a probar primero durante la misión ProSEDS (Propulsive Small Expendable Deployer System) de la NASA. [ 67 ] Si bien la misión se canceló [ 68 ] después del accidente del transbordador espacial Columbia de la NASA, el concepto podría llevarse a cabo en el futuro. [ 69 ]

EDDE

El Eliminador Electrodinámico de Desechos (EDDE) se propuso en 2012 como un sistema asequible para desorbitar o recolectar grandes desechos orbitales. [ 51 ] El cable es plano para resistir impactos de micromeroides y transportaría grandes paneles solares.

Lecturas adicionales

  • Stone, Nobie H (2016). "Resultados únicos y lecciones aprendidas de las misiones TSS" . 5.ª Conferencia Internacional sobre Cables en el Espacio – vía NTRS.

Referencias

  1. ↑ Chen, Yi; Huang, Rui; Ren, Xianlin; He, Liping; He, Ye (2013). "Historia del concepto de cable y misiones con cable: una revisión" . ISRN Astronomy and Astrophysics . 2013 : 1–7 . Bibcode : 2013ISRAA2013E...2C . doi : 10.1155/2013/502973 .
  2. 1 2 NASA, Tethers In Space Handbook , editado por ML Cosmo y EC Lorenzini, Tercera edición, diciembre de 1997 (consultado el 20 de octubre de 2010); véase también la versión en NASA MSFC , archivada el 27 de octubre de 2011 en Wayback Machine ; disponible en scribd.
  3. ↑ Dobrowolny, M., Stone, NH (1994). "Una visión técnica general de TSS-1: La primera misión del sistema de satélite atado". Il Nuovo Cimento C . 17 (1): 1– 12. Bibcode : 1994NCimC..17....1D . doi : 10.1007/BF02506678 . S2CID 120746936 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  4. ↑ Heart Breaker , Air & Space/Smithsonian , junio/julio de 1996, págs. 18-23
  5. ↑ Página de misiones científicas de la NASA: Sistema de satélites atados (TSS ) (consultado el 10 de octubre de 2010)
  6. 1 2 El experimento del cable espacial
  7. ↑ Ben Evans, "El segundo vuelo del satélite atado": 'Rock Solid' (Parte 1) y 'El cable se rompió' (Parte 2) , AmericaSpace , febrero de 2014 (consultado el 8 de junio de 2016).
  8. 1 2 Williams, SD, Gilchrist, BE, Aguero, VM (1998). "Campos eléctricos verticales TSS-1R: mediciones de línea base larga utilizando un cable electrodinámico como sonda doble" . Geophysical Research Letters . 25 (4): 445– 8. Bibcode : 1998GeoRL..25..445W . doi : 10.1029/97GL03259 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
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