El dron Dragonfly de la NASA se prepara para volar en Titán, la luna helada de Saturno rica en metano
Con su densa atmósfera y baja gravedad, la luna Titán de Saturno es un gran lugar para volar.Pero mucho antes de que el módulo de aterrizaje del helicóptero Dragonfly de la NASA surque los cielos de Titán, los investigadores en la Tierra, dirigidos por el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, se están asegurando de que sus diseños y modelos para el dron de propulsión nuclear del tamaño de un automóvil funcionen en un entorno verdaderamente único.
Pero mucho antes de que el módulo de aterrizaje del helicóptero Dragonfly de la NASA surque los cielos de Titán, los investigadores en la Tierra, dirigidos por el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, se están asegurando de que sus diseños y modelos para el dron de propulsión nuclear del tamaño de un automóvil funcionen en un entorno verdaderamente único.
Los miembros del equipo de Dragonfly revisan el modelo de módulo de aterrizaje a media escala después de que se sometiera a pruebas en el túnel de viento en el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia. En la foto están (de izquierda a derecha) Art Azarbarzin, Juan Cruz, Wayne Dellinger, Zibi Turtle, Chuck Hebert, Ken Hibbard, Bernadine Juliano y Bruce Owens. Johns Hopkins APL/Ed Whitman
Dragonfly, la única misión de la NASA a la superficie de otro mundo oceánico, está diseñada para investigar la compleja química que es la precursora de la vida. El vehículo, que APL construirá y operará, estará equipado con cámaras, sensores y muestreadores para examinar franjas de Titán que se sabe que contienen materiales orgánicos que, en algún momento de la compleja historia de Titán, pueden haber entrado en contacto con agua líquida debajo de la superficie helada rica en materia orgánica.Para transportar esos instrumentos científicos a través de la Luna, los cuatro pares de rotores coaxiales de Dragonfly (lo que significa que un rotor está apilado sobre el otro) tendrán que atravesar la densa atmósfera rica en nitrógeno de Titán. Cuatro veces en los últimos tres años, el equipo de la misión se ha dirigido a Virginia para probar sus sistemas de vuelo en instalaciones únicas en el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia.
Para transportar esos instrumentos científicos a través de la Luna, los cuatro pares de rotores coaxiales de Dragonfly (lo que significa que un rotor está apilado sobre el otro) tendrán que atravesar la densa atmósfera rica en nitrógeno de Titán. Cuatro veces en los últimos tres años, el equipo de la misión se ha dirigido a Virginia para probar sus sistemas de vuelo en instalaciones únicas en el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia.Los ingenieros de la misión han llevado a cabo dos campañas de prueba en el Túnel Subsónico Langley de 14 por 22 pies de la NASA y dos en el Túnel de Dinámica Transónica (TDT) de 16 pies. Utilizan el túnel subsónico para validar los modelos de dinámica de fluidos computacional y los datos recopilados de las plataformas de prueba integradas: drones terrestres equipados con electrónica de vuelo diseñada por Dragonfly. Utilizan las capacidades de gases pesados de densidad variable del TDT para validar sus modelos en condiciones atmosféricas simuladas de Titán: una prueba de estabilidad aerodinámica de la aerocapa que se utiliza para llevar el módulo de aterrizaje a un punto de liberación sobre la superficie de Titán y otra para modelar la aerodinámica de los rotores del módulo de aterrizaje.
Los ingenieros de la misión han llevado a cabo dos campañas de prueba en el Túnel Subsónico Langley de 14 por 22 pies de la NASA y dos en el Túnel de Dinámica Transónica (TDT) de 16 pies. Utilizan el túnel subsónico para validar los modelos de dinámica de fluidos computacional y los datos recopilados de las plataformas de prueba integradas: drones terrestres equipados con electrónica de vuelo diseñada por Dragonfly. Utilizan las capacidades de gases pesados de densidad variable del TDT para validar sus modelos en condiciones atmosféricas simuladas de Titán: una prueba de estabilidad aerodinámica de la aerocapa que se utiliza para llevar el módulo de aterrizaje a un punto de liberación sobre la superficie de Titán y otra para modelar la aerodinámica de los rotores del módulo de aterrizaje.
“Todas estas pruebas alimentan nuestras simulaciones y predicciones de rendimiento de Dragonfly Titan”, dijo Ken Hibbard, ingeniero de sistemas de la misión Dragonfly en APL.
En su último viaje a la NASA en Langley, en junio, el equipo instaló un modelo de módulo de aterrizaje Dragonfly a media escala, completo con ocho rotores, en el túnel subsónico de 14 por 22. La líder de la prueba, Bernadine Juliano, de APL, dijo que la campaña se centró en dos configuraciones de vuelo: el descenso de Dragonfly y la transición al vuelo propulsado a su llegada a Titán, y el vuelo hacia adelante sobre la superficie de Titán.
“Probamos las condiciones en toda la envolvente de vuelo esperada a una variedad de velocidades de viento, velocidades de rotor y ángulos de vuelo para evaluar el rendimiento aerodinámico del vehículo”, dijo. “Completamos más de 700 ejecuciones en total, abarcando más de 4.000 puntos de datos individuales. Todos los objetivos de la prueba se lograron con éxito y los datos ayudarán a aumentar la confianza en nuestros modelos de simulación en la Tierra antes de extrapolarlos a las condiciones de Titán”.
Los ingenieros de APL están analizando los datos de prueba de 14 por 22 con socios del equipo de vuelo de la misión en la Universidad de Florida Central, la Universidad Estatal de Pensilvania, Lockheed Martin Sikorsky, la NASA Langley y el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California. Rick Heisler, el líder de pruebas del túnel de viento Dragonfly de APL que dirige las campañas de prueba de TDT, dijo que cada viaje a la NASA Langley le ha dado al equipo la oportunidad de perfeccionar sus modelos y diseños técnicos y, específicamente en el TDT, obtener una mejor idea de cómo se comportarán los rotores de Dragonfly en la atmósfera exótica de Titán.
“El entorno de gases pesados en el TDT tiene una densidad tres veces y media mayor que el aire mientras opera a presión y temperatura ambiente a nivel del mar”, dijo Heisler, “Esto permite que los rotores operen en condiciones cercanas a las de Titán y reproduzcan mejor la sustentación y la carga dinámica que experimentará el módulo de aterrizaje real. Los datos que adquirimos se utilizan para validar las predicciones de la aerodinámica del módulo de aterrizaje, el rendimiento aeroestructural y la vida útil a fatiga del rotor en el duro entorno criogénico de Titán”.
“Con Dragonfly, estamos convirtiendo la ciencia ficción en un hecho de exploración”, dijo Hibbard. “La misión se está uniendo pieza por pieza, y estamos emocionados por cada próximo paso para enviar este revolucionario helicóptero a través de los cielos y la superficie de Titán”.Como parte del Programa New Frontiers de la NASA, Dragonfly está programado para lanzarse no antes de 2027 y llegar a Titán a mediados de la década de 2030. La investigadora principal Elizabeth Turtle de APL lidera un equipo de misión que incluye ingenieros, científicos y especialistas de APL, así como del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland; Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado; el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California; el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia; la Universidad Estatal de Pensilvania en State College, Pensilvania; Universidad de Florida Central en Orlando, Florida; Lockheed Martin Sikorsky en Stratford, Connecticut; Malin Space Science Systems en San Diego; Honeybee Robotics en Pasadena, California; el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California; CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) de París; el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en Colonia, Alemania; y JAXA (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón) en Tokio.
Como parte del Programa New Frontiers de la NASA, Dragonfly está programado para lanzarse no antes de 2027 y llegar a Titán a mediados de la década de 2030. La investigadora principal Elizabeth Turtle de APL lidera un equipo de misión que incluye ingenieros, científicos y especialistas de APL, así como del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland; Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado; el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California; el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia; la Universidad Estatal de Pensilvania en State College, Pensilvania; Universidad de Florida Central en Orlando, Florida; Lockheed Martin Sikorsky en Stratford, Connecticut; Malin Space Science Systems en San Diego; Honeybee Robotics en Pasadena, California; el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California; CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) de París; el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en Colonia, Alemania; y JAXA (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón) en Tokio.
Referencia: http://www.nasa.gov/dragonfly
