Este miércoles, la última misión de la ESA, el cubesat Qarman (QubeSat for Aerothermodynamic Research and Measurements on Ablation), será lanzada al espacio, no a bordo de un cohete, sino que va a ser liberada desde la Estación Espacial Internacional (ISS).
La primera tarea del cubesat Qarman, del tamaño de una caja de zapatos, es simplemente caer. Si bien las misiones espaciales típicas resisten la descomposición orbital, Qarman irá a la deriva mes a mes hasta que vuelva a entrar en la atmósfera, momento en el que reunirá una gran cantidad de datos sobre la ardiente física de la reentrada atmosféerica.
Técnicamente, este cubesat de la ESA, Qarman, alcanzó la órbita el 5 de diciembre, volando como carga en la nave Dragon de SpaceX a la ISS. El nanosatélite es un cubesat compuesto por cajas estandarizadas de 10 centímetros con solo 30 centímetros de longitud, se ajusta fácilmente a bordo, almacenado dentro del sistema de despliegue comercial Nanoracks CubeSat.
Pero el miércoles, llega el ambicioso salto gigante de la mini-misión. El astronauta norteamericano Andrew Morgan tomará el dispensador de Nanoracks y lo colocará en la esclusa de aire del módulo japonés Kibo. Desde ahí, el brazo robótico del módulo, el sistema de manipulador remoto del módulo experimental japonés posicionará el dispensador para una orientación segura lejos de la estación, luego Qarman será lanzado al espacio.
“A partir de ahí, creemos que tardará unos seis meses en volver a entrar en la atmósfera; descubrir con qué precisión podemos pronosticar la descomposición orbital de Qarman es parte de la razón por la que estamos volando en la misión, relevante para el estudio de los desechos espaciales”, explica el profesor Olivier Chazot, jefe del Departamento Aeroespacial del Instituto Von Karman en Bélgica. Este centro de excelencia para dinámica de fluidos patrocinado internacionalmente desarrolló la misión Qarman en asociación con los especialistas técnicos de la ESA en la Dirección de Tecnología, Ingeniería y Calidad de ESTEC en los Países Bajos.
La forma sigue a la función: el distintivo perfil tipo volante de Qarman, con su cuarteto de paneles cubiertos desplegables de paneles solares, está diseñado para aumentar la resistencia atmosférica en el pequeño cubesat, acelerando su caída de regreso a la Tierra.
“Luego, una vez que comience el proceso de reentrada, a unos 90 kilómetros de altitud, estos paneles mantendrán la orientación del satélite estable, minimizando cualquier caída“, agrega el profesor Chazot. “Para obtener la máxima estabilidad, necesitamos tener su centro de gravedad hacia el frente y el centro de presión en la parte posterior y desplegar los paneles mueve el centro de presión hacia atrás. Esto ayudará a enfocar el calentamiento en la cara cuadrada de Qarman, que está hecha de corcho, no del tipo que se encuentra en las botellas de champán, sino de una variedad aeroespacial cuidadosamente diseñada, suministrada por la compañía portuguesa Amorim y utilizada en numerosos sistemas de protección térmica de naves espaciales”.
Cuando el corcho se calienta, el material primero se hincha, luego los caracteres finalmente se desprenden, llevándose consigo el calor no deseado. Es este proceso de “ablación” lo que el equipo de Qarman quiere estudiar.
“La ablación es un método probado de protección térmica, utilizado, por ejemplo, por el vehículo experimental intermedio de la ESA, IXV”, dice el profesor Chazot. “Comprobaremos nuestra comprensión clásica del proceso contra la realidad observada utilizando termopares, sensores de presión y también un espectrómetro incrustado debajo del corcho en la cara de Qarman”. Mirando con una pequeña cámara, podremos medir los espectros de la radiación de flujo en la capa de choque, así como las especies emitidas por el corcho en llamas”.
La estabilidad proporcionada por los paneles laterales y el centro de gravedad frontal de Qarman también debería permitir que el CubeSat transmita sus hallazgos a los satélites comerciales de telecomunicaciones Iridium, planeando transmitir alrededor de 20 minutos de datos de reentrada en tres a cinco minutos.
Un “kit de supervivencia” interno que contenga instrumentos y componentes electrónicos y forrado con una matriz protectora de carbono cerámico con protección de aerogel probablemente sobrevivirá al reingreso, pero no se recuperará, lo más probable es que salpique en el mar.
“Hemos jugado un papel en muchos programas de la ESA, como el IXV, la próxima nave espacial reutilizable Space Rider, así como los lanzadores Vega-C y Ariane 6″, señala el profesor Chazot, “pero hasta ahora hemos enfocado en el modelado y simulación experimental.
“Sin embargo, este tipo de pruebas no pueden decirle todo lo que queremos saber: para validar realmente nuestros códigos y comprender la realidad de la física involucrada, necesitamos volar en el espacio. La idea surgió al diseñar nuestro propio CubeSat cuando ejecutamos el programa QB50, liderado por la Comisión Europea, que era una red internacional de CubeSat para llevar a cabo una investigación de baja atmósfera y reentrada. Diseñamos y construimos toda la misión, comprando piezas y experiencia según sea necesario, con un valioso apoyo técnico y organizativo proveniente de la ESA. Como seguimiento estamos interesados en el diseño”.
