Aviación Digital, Sp.- HERCCULES, que estudia la transferencia de calor por convección en la estratosfera, se lanzará en globo estratosférico en septiembre. Ha sido diseñado y sesarrollado por un equipo multidisciplinar de estudiantes de la Universidad Politécnica de Madrid.
El experimento HERCCULES (Heat-transfer and Environment Radiative and Convective Characterization in a University Laboratory for Experimentation in the Stratosphere), propuesto por un equipo de estudiantes de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), fue seleccionado por la Agencia Espacial Europea (ESA) a finales de 2021 para participar en su programa BEXUS.
Los programas REXUS/BEXUS, en virtud de un acuerdo bilateral entre el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Agencia Espacial Nacional Sueca (SNSA) y a través de una colaboración con la ESA, permiten que los estudiantes de universidades y escuelas superiores de toda Europa realicen experimentos científicos y tecnológicos siguiendo todas las fases de desarrollo de un proyecto espacial: diseño, construcción, ensayos y vuelo.
HERCCULES estudia la transferencia de calor por convección en la estratosfera, con el objetivo de mejorar la fase de modelización térmica de este tipo de experimentos para reducir la incertidumbre asociada a la transferencia de calor y el entorno térmico y al mismo tiempo optimizar los diseños actuales.
Consta de cuatro elementos principales: el Heat Transfer Lab, un experimento para evaluar la transferencia de calor por convección en la estratosfera; el Environmental Lab, que caracterizará el entorno térmico durante el vuelo; el Attitude Lab, que consta de una serie de sensores para medir la orientación de la góndola, y un sensor de nadir experimental para globos estratosféricos.
Puesta a punto para el lanzamiento
HERCCULES, que ya ha sido integrado, se encuentra actualmente inmerso en la fase de ensayos cuya finalidad es analizar y comprobar el comportamiento térmico de los diferentes sistemas en unas condiciones muy parecidas a las que se enfrentará el experimento durante el vuelo.
Por un lado, es necesario comprobar la compatibilidad entre la estación de tierra y del software de a bordo, estudiando la telemetría, así como comprobando que los telecomandos enviados permiten controlar el experimento de forma adecuada.
Por otro lado, “debido a las cargas que pueden aparecer durante el lanzamiento y el aterrizaje de la góndola, es necesario verificar que la estructura que sobresale de la misma y que soporta los sensores de radiación resistirá las cargas durante el vuelo”, explica Blanca Boado, estudiante de doctorado encargada del diseño estructural. Esto se corroborarña mediante un ensayo de vibraciones en las instalaciones del Instituto Universitario de Microgravedad Ignacio Da Riva en el campus de Montegancedo.
Finalmente, el experimento tiene que probarse bajo las condiciones térmicas que se darán durante el vuelo. “Estas se caracterizan principalmente por una caída de presión durante el ascenso hasta los 600 Pa, lo cual cambia la forma mediante la cual se transmite el calor y unas temperaturas de hasta -50ºC en la tropopausa. Una vez alcanzada la altitud de crucero (unos 35 km) la baja densidad del aire hace que la disipación de calor al entorno se produzca principalmente por radiación. Sin embargo, en zonas internas la convección puede aún tener un peso importante (es precisamente esto lo que el Heat Transfer Lab pretende medir)”. Para ello, el experimento será analizado dentro de una cámara de vacío térmico, en el laboratorio de Termodinámica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE).
Los datos adquiridos durante los ensayos serán usados posteriormente para corregir los modelos térmicos desarrollados a ordenador. Carlos Arroyo, estudiante del Máster Universitario en Sistemas Espaciales (MUSE) es el encargado de llevar a cabo estos ensayos como parte de su TFM.
HERCCULES tiene que estar completamente listo para el próximo 30 de junio, día que la encargada de la integración del vuelo BEXUS32, de la SNSB, acudirá a la ETSIAE-UPM para la revisión final.
Una multisiciplinariedad necesaria
Este experimento consigue aunar varias de las disciplinas que intervienen en el desarrollo de sistemas espaciales. Detrás de HERCCULES hay un equipo multidisciplinar de estudiantes de varios centros de la UPM, capitaneados por David González Bárcena, profesor ayudante en el departamento de Mecánica de Fluidos y Propulsión Aeroespacial de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE) que cuando comenzó el proyecto era estudiante de doctorado en esta misma Escuela.
Juan Manuel Redondo y Pedro Barba, orientados por el profesor de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Sistemas de Telecomunicación (ETSIST) Javier Malo, han sido los encargados del diseño completo de la electrónica. De la misma Escuela, Álvaro Morán y Javier Garrido han desarrollado la estación de tierra desde la cual se recibirán y enviarán datos durante el vuelo.
El diseño del software de a bordo ha sido desarrollado por Ángel Pérez, actualmente estudiante de doctorado de la ETSII y miembro del grupo de investigación STRAST de la UPM.
El resto de subsistemas necesarios, así como la integración del experimento lo han desarrollado estudiantes de la ETSIAE, en su mayoría, alumnos o exalumnos del MUSE.
“El proyecto HERCCULES, que comenzó como un pequeño boceto en una hoja en blanco, está cerca ya de convertirse en una realidad. Es ahora cuando ponemos en valor lo que significa para nosotros y sin duda se trata de una experiencia única para todos los estudiantes involucrados. Nuestro equipo es el único procedente de una universidad española que fue seleccionado en la convocatoria y es la primera vez que la Universidad Politécnica de Madrid participa en este programa”, explica David González.
El proyecto ha contado además con el apoyo técnico y económico del Instituto Universitario de Investigación Ignacio Da Riva (IDR/UPM).
Lanzamiento
Si la campaña de ensayos es satisfactoria, y en todo caso, tras las pertinentes correcciones o mejoras que se deriven de las pruebas realizadas, HERCCULES estará preparado para ser lanzado a la estratosfera en el mes de septiembre desde la base espacial de Esrange, en Kiruna (Suecia). El experimento será enviado a esta región de Laponia a finales de julio. A la campaña de lanzamiento asistirán varios de los integrantes del equipo del 15 al 25 de septiembre, para integrarlo en la góndola junto a otros 3 experimentos de otras universidades europeas. HERCCULES ascenderá en un globo de helio hasta los 35 km durante aproximadamente 90 minutos. La duración total del vuelo será de unas 7 horas, tiempo suficiente para tomar datos del entorno térmico y de los sensores a bordo. Finalizado el vuelo, todos los experimentos serán recuperados.
El lanzamiento de este experimento, financiado por el programa BEXUS, estaba programado para septiembre de 2022, sin embargo, la guerra de Ucrania causó su aplazamiento hasta este 2023.
