Con energía solar por el espacio

Una enorme vela solar se despliega en el espacio y llega hasta un satélite que está explorando el sistema solar. Las conocidas como "velas solares" no son una visión de futuro, sino que pronto podrían ser una realidad en la investigación espacial. Los institutos del Centro Aeroespacial Alemán (DLR en sus siglas en alemán) de Braunschweig y Bremen están trabajando en colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA) y con la Universidad Técnica de Braunschweig en el proyecto Gossamer. Los investigadores quieren probar el funcionamiento de las velas solares. La capacidad de carga de los palos de las velas solares, las  botavaras, se examina con el sistema tridimensional de medición de coordenadas de AICON MoveInspect HR. 

Las botavaras están hechas de plástico reforzado con fibra de carbono, material conocido como CFK. Este es muy ligero y, al mismo tiempo, muy rígido. Actualmente, los palos se fabrican de una sola pieza con una longitud entre 2,8 m y 14 m y solo pesan, como máximo, 70 gramos por metro. Los diámetros varían en función del tipo de palo entre 30 y 150 mm. Están compuestos por dos semicasquillos largos con forma de omega y se pueden enrollar para el transporte. Mediante un mecanismo especial, se despliegan todos los palos de la vela solar automáticamente.

La moderna técnica de medición se une a la avanzada tecnología aeroespacial

¿Cuánto se pueden tensar las velas sin que pandeen los mástiles? Esta es la pregunta en la que trabaja el Instituto de Construcción de Plásticos de Fibra Reforzada y Adaptrónica del DLR. Hasta ahora no podía dar una respuesta completa, ya que el manejo del sistema de medición empleado era muy complicado y solo aportaba datos imprecisos.

Pero desde marzo de 2014 se utiliza MoveInspect HR en el DLR. El MoveInspect HR es un sistema de medición basado en cámaras con una o varias cámaras digitales de alta resolución sobre un trípode o sobre barras. El sistema puede registrar al mismo tiempo tantos puntos de medición como se desee, por lo que recoge la situación global. La medición se realiza con una frecuencia alta; todo el desarrollo de los movimientos es registrado por un vídeo en 3D. 

La botavara que se va a medir se tensa en una instalación para pruebas que está equipada con motores de tracción. En la base de la botavara están los puntos de medición. Hay dos cámaras digitales dirigidas a la botavara que está sobre el armazón. Se arrancan los motores de tracción y estos tiran del extremo inferior de la botavara hacia un lado. En función del tamaño del palo, la elongación máxima estará entre 0,3m y 1,5m. 

MoveInspect está electrónicamente sincronizado con los motores de tracción y con otros sensores; la fuerza, la deformación y el tiempo se registran al mismo tiempo. Las coordinadas medidas se transfieren automáticamente al programa de análisis, donde se analizará la relación entre fuerza y deformación. Los resultados se muestran en forma de diagramas o en tablas de Excel. 

Solamente se tardan unos 2 minutos en realizar una medición completa; una gran ventaja temporal frente a los sistemas de medición por láser o puramente táctiles. Con los sistemas por láser solo se puede medir un punto cada vez, en una dirección. Hay que redirigir varias veces el láser para registrar todos los puntos relevantes. Esto no solo hace que la medición requiera mucho tiempo, sino también que sea menos precisa. Por el contrario, con MoveInspect se pueden registrar tantos puntos al mismo tiempo como se desee. De esta manera se pueden registrar en 3D eficaz y precisamente tanto los procedimientos dinámicos como los estáticos en todas las direcciones del espacio en una única medición. Gracias al principio de medición óptica, también se pueden medir elongaciones grandes sin realizar esfuerzos adicionales. Para obtener una medición precisa de estas estructuras de filigrana, también es muy importante medir sin contacto. Los sistemas de medición táctil influyen en las estructuras ultraligeras durante la medición.

Velas solares: la técnica de propulsión del futuro

Las velas solares son una forma de propulsión espacial que se está desarrollando desde hace décadas como alternativa a las tecnologías clásicas de propulsión. La propulsión se consigue utilizando el impulso de los fotones del Sol. Esta "presión de la luz" es unas mil veces mayor que la presión del viento solar. El atractivo de la propulsión de las velas solares consiste en que esta propulsión no necesita ningún combustible, por lo que la fuerza motriz es inagotable. 

Hasta ahora solo se han realizados dos intentos no europeos para demostrar el funcionamiento de las velas solares: un experimento de simple despliegue en una órbita cercana a la Tierra y una vela solar que podía maniobrar por sí misma, pero que no podía navegar. Por eso, el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Agencia Espacial Europea (ESA) decidieron realizar un proyecto conjunto con estructuras espaciales ultraligeras y desplegables. Está previsto que en los próximos años se realicen diferentes vuelos de demostración que desplegarán estas estructuras con diversos tamaños en la órbita de la Tierra. Para ello se podrán clasificar las estructuras aeroespaciales ultraligeras y desplegables del DLR para misiones comerciales y científicas y, más adelante, se podrán emplear.

Objetivo del desarrollo: Sistemas innovadores de construcción ligera

El Instituto de Construcción de Plásticos de Fibra Reforzada y Adaptrónica del DLR tiende el puente entre la investigación científica básica y la aplicación industrial. La tarea: Rentabilidad, reducción del peso, mejor funcionamiento y compatibilidad con el medio ambiente, así como mayor confort gracias a las estructuras de construcción ligeras adaptables, eficaces, listas y tolerantes. El instituto colabora con industrias, universidades, la Fundación Alemana de Investigación Científica (DFG en sus siglas en alemán), instituciones de investigación, ministerios y oficinas de admisiones en el área de la navegación aérea y espacial entre otras. Los investigadores responden a las preguntas sobre estabilidad, resistencia, análisis térmico y posibilidad de fabricación ayudándose de instalaciones experimentales y de fabricación únicas, como los laboratorios acústicos, el laboratorio de estructuras espaciales del DLR "DLR Space Structures Lab @ UNI“, su agencia aeroespacial en la universidad, así como el autoclave de investigación más grande de Europa de su agencia en Stade.

El equipo de medición MoveInspect se adapta perfectamente a esta serie de dispositivos de ensayo. Martin Zander es el responsable de las mediciones con MoveInspect en el DLR y está muy satisfecho: "Trabajar con MoveInspect HR nos ahorra mucho tiempo y nos ofrece posibilidades totalmente nuevas.  Ahora podemos realizar todas las mediciones con una sola estructura. Al principio trabajábamos con un sistema láser, pero no nos valía para todas nuestras complejas tareas de medición. MoveInspect HR es perfecto para nuestra tarea de medición actual. Además, el sistema se puede utilizar de forma flexible, por lo que también podremos utilizarlo en el futuro en nuestros otros emplazamientos".

 
Queremos agradecer al Centro Aeroespacial Alemán por su amable apoyo e los imágenes.