Battelle diseña materiales para velocidades hipersónicas revolucionarias
por Tim McMillan
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| Crédito: The Debrief |
La carrera mundial por el vuelo hipersónico continúa calentándose. Actualmente, Estados Unidos, Rusia, China, Australia, India, Francia y Alemania están desarrollando activamente tecnologías para permitir el vuelo a más de cinco veces la velocidad del sonido.
Pero diseñar un vehículo capaz de viajar de forma rutinaria a casi 4.000 millas por hora es solo una parte del problema; diseñar un exterior que pueda sobrevivir a estas velocidades extremas es otro. Las temperaturas de la superficie de un avión que se mueve a velocidades hipersónicas pueden alcanzar hasta 5.000 grados Fahrenheit (2.760 grados Celsius). Temperaturas tan extremas son suficientes para destruir casi cualquier material utilizado actualmente para el vuelo.
Para enfrentar este desafío, el Battelle Memorial Institute anunció el mes pasado que se asociaría con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU. (U.S. Air Force Research Laboratory - AFRL) para respaldar la fabricación de nuevos materiales capaces de resistir estas temperaturas extremas en vuelo.
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Vuelo hipersónico de Battelle (Fuente: DARPA) |
En septiembre, el Departamento de Defensa le otorgó al Battelle Memorial Institute un contrato potencial de $ 46,3 millones por siete años para "apoyar la fabricación de materiales de protección térmica que pueden soportar entornos hipersónicos extremos".
El Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea seleccionó a Battelle entre otros cinco postores para "el contrato de Entrega Indefinida/Cantidad Indefinida (ID/IQ) para la fabricación de compuestos de carbono-carbono (CC) para aplicaciones hipersónicas", lo que hace que $ 6,3 millones estén inmediatamente disponibles para investigación y desarrollo, pruebas y evaluación.
En un comunicado de prensa, Battelle señala: “La urgencia de cumplir y superar las capacidades de los pares en los sistemas de armas hipersónicas ha elevado la importancia de resolver los abrumadores desafíos científicos y de ingeniería que han hecho esquivo el vuelo confiable a velocidades hipersónicas (Mach 5+)."
El interés en lograr un vuelo hipersónico se remonta a décadas. En 1967, un proyecto conjunto de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la NASA, el North American X-15, alcanzó una velocidad máxima de Mach 6,7 a una altitud de 102.100 pies. Hasta la fecha, el X-15 ostenta el récord mundial por ser el vuelo tripulado más rápido. Sin embargo, después de una serie de problemas, incluida la muerte del piloto de la USAF Michael J. Adams durante un vuelo de prueba, el programa X-15 se canceló en diciembre de 1968.
En los últimos años, China y Rusia han hecho del desarrollo de armas Mach 5+ una prioridad absoluta. Un informe del Servicio de Investigación del Congreso sobre armas hipersónicas publicado el 1 de diciembre señala que actualmente se cree que ambas naciones tienen armas hipersónicas operativas.
En 2018, el ex Subsecretario de Defensa para Investigación e Ingeniería Michael Griffin testificó ante el Congreso que Estados Unidos no “tiene sistemas que puedan mantener a [China y Rusia] en riesgo de la manera correspondiente, y no tenemos defensas contra [sus] sistemas".
El Pentágono se ha movido rápidamente para hacer de las armas hipersónicas una prioridad en respuesta a las preocupaciones sobre las capacidades de velocidad extrema de Rusia y China. En el presupuesto del Pentágono para el año fiscal 2021, las solicitudes relacionadas con la investigación hipersónica totalizan $ 3,2 mil millones, en comparación con $ 2,6 mil millones en el año fiscal anterior. De esa financiación, al menos 206,8 millones de dólares se destinan a programas de defensa hipersónica.
El Departamento de Defensa ya tiene seis programas hipersónicos reconocidos diferentes en diversas etapas de desarrollo.
The Debrief se acercó a Battelle en busca de comentarios; sin embargo, la portavoz de los medios Katy Delaney dijo que "los expertos están contractualmente restringidos para hablar sobre este tema".
Si bien los científicos no pueden discutir su trabajo actual, algunos avances recientes en la ciencia de los materiales podrían indicar cómo Battelle intenta resolver algunos de los problemas estructurales asociados con la velocidad hipersónica.
Hace unos años, investigadores de la Universidad de Manchester en el Reino Unido y la Universidad Central del Sur de China anunciaron que habían creado un nuevo tipo de recubrimiento cerámico utilizando carburo de circonio (ZrC). Conocida como cerámica refractaria debido a su extrema resistencia al calor, el ZrC se usa comúnmente en la fabricación comercial de brocas y herramientas de corte por esta razón, así como por su extrema resistencia y dureza.
Los investigadores utilizaron un proceso llamado infiltración de fusión reactiva para acelerar el proceso de fabricación y reforzaron aún más el material con un compuesto carbono-carbono. Se utilizaron compuestos de carbono reforzados con fibra de carbono para el cono de la nariz y los bordes de ataque del orbitador del transbordador espacial. El carbono-carbono también ha sido el material estándar utilizado para discos de freno y pastillas de freno en los autos de carrera de Fórmula Uno durante más de 40 años.
Según los investigadores, el recubrimiento cerámico con infusión de carburo de circonio que crearon puede mitigar eficazmente los problemas estructurales causados por la oxidación y la ablación durante el vuelo hipersónico. Como resultado, se dice que el material innovador es doce veces más eficaz para disipar el calor que otros materiales actualmente disponibles.
Jordan Kenny, portavoz de la Universidad de Manchester, dijo que el nuevo revestimiento "podría revolucionar los viajes hipersónicos con fines aéreos, espaciales y de defensa".
Queda por ver si los científicos de Battelle planearán usar compuestos ZrC en su trabajo o si tendrán algo más exótico bajo la manga. Brent Carey, un científico investigador senior que lidera el programa, dijo: "Al final del día, nuestro objetivo es mejorar el rendimiento y acortar el tiempo de producción para aumentar la disponibilidad de estos materiales críticos".
Según el Departamento de Defensa, se espera que Battelle complete el trabajo en el contrato para el 25 de septiembre de 2027.
El video "Origins" de la US Space Force es bastante impresionante
Las cosas continúan avanzando para la recién creada Fuerza Espacial de Estados Unidos.
por Tim McMillan
La semana pasada, en la octava reunión del Consejo Nacional del Espacio en Cabo Cañaveral, se anunció que dos importantes bases de la Fuerza Aérea en Florida serían redesignadas oficialmente como instalaciones de la Fuerza Espacial. Hablando en el evento, el vicepresidente Mike Pence dijo que la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral y la cercana Base de la Fuerza Aérea Patrick ahora se conocerán como "Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral y Base de la Fuerza Espacial Patrick".
La Administración Trump también lanzó una nueva política espacial nacional la semana pasada, destacando los objetivos de Estados Unidos en exploración civil, crecimiento comercial y seguridad nacional en el espacio.
Eso no quiere decir que haya sido un camino completamente tranquilo desde el año pasado, cuando el Congreso ordenó formalmente que el Comando Espacial de los EE. UU. se convirtiera en una rama militar completamente nueva e independiente bajo el Departamento de la Fuerza Aérea.
Casi inmediatamente después del anuncio de su formación, comenzaron a aparecer memes en línea comparando la rama militar recién designada con la película Starship Troopers de 1997. Esto fue seguido por críticas una vez que el Departamento de Defensa anunció que los uniformes de la Fuerza Espacial emplearían el mismo patrón de camuflaje que usan el Ejército y la Fuerza Aérea, a diferencia de algunas de las ideas más exóticas propuestas por el público.
Una controversia similar se produjo a principios de este año cuando se reveló que el servicio de transmisión Netflix había asegurado con éxito la marca comercial del nombre "Space Force" ante el gobierno de los Estados Unidos. Además, en el momento en que se reveló su sello oficial, muchos llamaron la atención sobre el hecho de que la nueva insignia de la rama se parecía mucho a la empleada por el Comando de la Flota Estelar ficticia representada en Star Trek. Sin embargo, el Comando Espacial de la Fuerza Aérea había comenzado a usar el logotipo delta años antes de que la Flota Estelar ficticia comenzara a ir a donde ningún hombre había ido antes.
Dejando de lado estos contratiempos, con SETI apostando a que encontraremos extraterrestres para 2036 y Elon Musk de SpaceX diciendo que tendrá humanos en Marte para 2026, está claro que el espacio va a tener una influencia significativa en el futuro cercano de la humanidad (y eso sin contar esos misteriosos objetos voladores que el Departamento de Defensa ahora está investigando). Como tal, el papel futuro de la Fuerza Espacial en la protección de los intereses estadounidenses será sin duda significativo, en lo que se está convirtiendo rápidamente en el próximo dominio en disputa importante.
La nueva rama militar también tiene la misión de mantener, proteger y expandir la flota estadounidense de satélites espaciales avanzados. Estos satélites constituyen la columna vertebral de las operaciones militares globales de EE. UU. y representan en gran medida una serie de comodidades modernas que la mayoría desconoce o da por sentado.
Si bien todavía no existe una especialidad ocupacional para "Starship Infantrymen", después de ver el video de "Origins" recientemente publicado y vinculado a continuación, tenemos que admitir: la fuerza de defensa cósmica de Estados Unidos está comenzando a verse un poco más ruda.
También puede ver el montaje del Comando Espacial de la Fuerza Aérea a continuación y obtener más información sobre algunas de las misiones militares de los Estados Unidos en el espacio:
"Superautopista" cósmica puede acelerar los viajes espaciales futuros
La superestructura espacial plantea preguntas sobre el potencial de los futuros viajes espaciales.
por Collin Jones
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| Imagen: Nataša Todorović, Di Wu, Aaron J. Rosengren |
Los astrónomos han descubierto que las estructuras invisibles creadas por interacciones gravitacionales dentro de nuestro sistema solar han creado una red de "superautopistas espaciales", según un estudio en Science Advances. Estos canales cósmicos aparentemente permiten el rápido viaje de los cuerpos celestes a través del espacio, y se especula que este descubrimiento podría ayudar en nuestra propia exploración del cosmos.
Antecedentes
Un equipo de científicos, dirigido por Nataša Todorović, del Observatorio Astronómico de Belgrado en Serbia, observó que estas superautopistas están formadas por una serie de arcos conectados llamados colectores espaciales. Se descubrió que cada planeta crea sus propias variedades, y cuando las variedades de cada planeta se combinan, forman lo que se ha denominado "una verdadera autopista celestial".
Los objetos que viajan a lo largo de esta red de variedades pueden pasar de Júpiter a Neptuno (una distancia de 1.301.969.708 millas) en solo una cuestión de décadas, en lugar de la alternativa, que podría llevar desde miles de años hasta millones. Los colectores espaciales forman canales entre los objetos gravitacionales en el espacio, y estas conexiones permiten el transporte rápido de varios objetos en el sistema solar.
Análisis
Se sabe que las regiones de estabilidad gravitacional son condiciones fértiles para las variedades. Esto es lo que motivó a Todorović y su equipo a comenzar a investigar los detalles de estas variedades.
El equipo utilizó una herramienta conocida como indicador rápido de Lyapunov (FLI), que a menudo se utiliza para detectar el caos en el cosmos. Dado que el caos en el Sistema Solar está típicamente vinculado a la presencia de variedades estables e inestables, en escalas de tiempo cortas, el FLI resultó útil para localizar estas variedades.
El equipo hizo el descubrimiento cuando analizaron datos numéricos de millones de órbitas en el sistema solar. Estas órbitas estaban contenidas en los colectores espaciales conocidos. Los investigadores señalaron en el documento que utilizaron “el FLI para detectar la presencia y la estructura global de las variedades espaciales y capturar inestabilidades que actúan en escalas de tiempo orbitales; es decir, utilizamos esta herramienta numérica sensible y bien establecida para definir de manera más general las regiones de transporte rápido dentro del Sistema Solar".
Luego, los investigadores realizaron simulaciones para calcular cómo las partículas se verían afectadas a medida que se acercaran a diferentes planetas como Júpiter o Neptuno y si se verían afectadas por posibles colisiones y las variedades mismas. Los resultados indican que estas partículas viajaron mucho más rápido, llegando hasta Plutón en menos de un siglo.
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Imagen: NASA |
Este nuevo descubrimiento puede ayudarnos a comprender mejor cómo se mueven los cometas y asteroides alrededor del Sistema Solar, así como su potencial amenaza para la Tierra.
“Estudios cuantitativos más detallados de las estructuras de espacio de fase descubiertas... podrían proporcionar una visión más profunda del transporte entre los dos cinturones de cuerpos menores y la región del planeta terrestre”, informaron los investigadores.
Esta información también podría resultar útil para futuras misiones de viajes espaciales, donde los humanos podrían explorar los confines del espacio que nunca antes se creyeron posibles.
Modificado por orbitaceromendoza
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