jueves, 2 de febrero de 2017

STS-107. Reentrada Fase 2. Entry Interface hasta Loss Of Signal. 13:44:09 – 13:59:32, EI - EI+923 - IdeasYCiencia

Esta fase de la reentrada comprende desde EI (Entry Interface) hasta la pérdida de contacto (LOS, Loss Of Signal) con el transbordador (pérdida de comunicación de voz y de datos telemétricos) sucedida a las 13:59:32.

crono02 Cronología de la segunda fase de la reentrada. Fuente: NASA.

Debido a las daños producidos en el borde de ataque del ala izquierda (en los paneles RCC, Reinforced Carbon Carbon), el aire supercalentado por las extremas velocidades relativas entraba dentro de la débil estructura de aluminio del ala, debilitándola y produciendo deformaciones y afectando así a su aerodinámica.

ala_izda Estructura del ala izquierda. Fuente: NASA.

En el esquema superior podemos ver numerados los paneles RCC del borde de ataque del ala y la situación del tren de aterrizaje izquierdo. En la parte trasera los dos alerones y detrás en el centro los RCS (Reaction Control System) traseros izquierdos y uno de los tres motores principales.

trayectoria_impactoSegún las simulaciones, los daños se produjeron entre el panel 7 u 8. Fuente: NASA.

ala_izda2 Estructura tridimensional del ala izquierda. Se muestran en rojo los tirantes de aluminio que le dan rigidez estructural. Fuente: CAIB (Columbia Accident Investigation Board).

FlujoTérmico Contornos de velocidad del aire supercalentado que se introducía en el ala izquierda por el agujero en el panel RCC. Fuente: CAIB (Columbia Accident Investigation Board).

El plasma entrante pudo llegar a temperaturas de unos 4400 ºC y velocidades de hasta 9600 Km/h, lo que supera y mucho el punto de fusión del aluminio (unos 650 ºC) comprometiendo severamente la estabilidad estructural del ala y con ella la de la nave.

interior_ala_izda_panel9_10 Interior del ala izquierda, tras los paneles RCC 9 y 10. Fuente: CAIB (Columbia Accident Investigation Board).

Detrás de los RCC se encuentra la estructura de aluminio del ala y sobre ella multitud de sensores de temperatura, vibraciones, tensión,… El primer sensor que detectó datos anómalos es el señalado como sensor 1 en la imagen superior.

sensor_1Datos del sensor. Fuente:  CAIB (Columbia Accident Investigation Board).

Las lecturas de este sensor no fueron notificadas a la tripulación ni al control de tierra pues pertenecía a un sistema único en el Columbia de recogida de datos para análisis posterior en tierra (MADS).

13:46:48 Velocidad Mach 24.66.

13:47:52 Empiezan a ser operativos los alerones para dirigir el curso de la nave. El sistema de navegación activa su control sobre las superficies de vuelo.

13:48:45 Final del Flight Deck Video.

13:49:16 Desactivación de los roll jets por el sistema automático de vuelo. Los jets del RCS que controlan el roll de la nave.

13:50:53 Velocidad Mach 24.12. Altitud 74080 m.

A las 13:52:05 se empiezan a notar los primeros efectos de los daños en el ala en la actitud del Columbia, detectándose una guiñada o rotación (yaw) hacia la izquierda, el FCS (Flight control System) envió comandos para intentar controlar esta deriva no nominal a los alerones.

FDV01Captura del Flight Deck Video, se observa el plasma a través de la ventanilla superior de la nave.

Las temperaturas en el borde de ataque de las alas (RCC) y en el frontal de la nave (RCC Nose Cap) alcanzaban los 1538 ºC.

A las 13:52:17 la temperatura del circuito de frenado del tren de aterrizaje principal izquierdo empezó a mostrar una subida anormal (no nominal).

Entre las 13:53:10 y las 13:53:36 fallaron cuatro sensores térmicos de líneas hidráulicas del ala izquierda indicando daños producidos por entrada de plasma supercalentado. En el MCC (Centro de control de la misión) recibieron estos datos y empezaron a analizarlos, en cambio la tripulación no fue notificada; ni en sus pantallas o ni en los indicadores había información sobre ello.

A las 13:53:38 la actitud del transbordador excedía la experiencia de los vuelos previos por la degradación estructural del ala izquierda, pese a que, el sistema de guiado automático (Flight Control System) del transbordador estaba corrigiendo la actitud y trayectoria de vuelo mediante órdenes a las superficies de control.

El transbordador guiñaba hacia la izquierda (left yaw) debido al arrastre creado por el ala izquierda dañada.

Flight_dynamics_with_text Yaw, roll y picth. Dinámica de una aeronave. Fuente: Wikipedia, ZeroOne.

A las 13:53:46 se detecta el primer resto del transbordador visible en los videos desde tierra (Debris 1). Su masa estimada mediante análisis balísticos y de brillo es de unos 4 kg y procedía con alta probabilidad del ala izquierda.

Debris1Debris 1. Primera indicación visual de problemas en la reentrada. Fuente: NASA.

A las 13:54:24 y después de confirmar y analizar los datos, el oficial del MMACS (Mechanical, Manteinance, Arm and Mechanical Systems) notifica al director de vuelo (FD, Flight director) de los fallos de los sensores de temperatura de las líneas hidráulicas.

A las 13:54:36 es visible el resto más brillante del Shuttle (Debris 6) en esta parte. Su masa calculada es de unos 45 kg. Ni la tripulación en cabina ni ningún sensor mostraron señales del suceso.

Debris6 Debris 6.

A las 13:58:03 el ángulo de los alerones empieza a superar ampliamente los valores nominales para compensar los momentos producidos por el deterioro estructural y aerodinámico del ala izquierda.

aileron_anómalo En rojo el ángulo de alerones en STS-107. En negro una reentrada nominal. Fuente: NASA.

En este momento deducimos que se produjo un gran daño estructural al ala izquierda por fusión de sus componentes estructurales de aluminio y con la consiguiente pérdida de sustentación.

A las 13:58:39 la tripulación recibió el primero de cuatro avisos en los monitores y mediante tonos sonoros. Estos alertaban sobre pérdida de presión en los neumáticos del tren de aterrizaje principal izquierdo.

A las 13:58:48 la tripulación contactó con el centro de control pero fue interrumpida por dificultades en las comunicaciones (dificultades que son habituales por cambios de satélite en esos momentos de la reentrada).

kirtlandLa famosa Columbia Kirtland image. Fuente: CAIB (Columbia Accident Investigation Board).

Aproximadamente en este momento se toma la imagen superior, que muestra una silueta anómala en el ala izquierda del transbordador, desde la base aérea de Kirtland. Foto tomada desde abajo.

A las 13:59:06 la tripulación recibió lecturas de algunos sensores que indicaban el despliegue del tren de aterrizaje izquierdo junto con otras lecturas contradictorias que indicaban posición nominal. Posteriormente se verificó que el tren de aterrizaje estaba en so posición normal.

A las 13:59:29 el Shuttle excedía ya la capacidad máxima de las superficies de control de vuelo de corregir la actitud anómala en guiñada e inclinación (yaw and pitch). Un segundo después (13:59:30.66) el sistema de control de vuelo (FCS) comandó la activación de los cohetes R2R y el R3R a las 13:59:30.68 del OMS (Orbital Maneuving System) Pod izquierdo del RCS (Reaction Control System) pertenecientes al lado derecho trasero del Shuttle para intentar compensar su actitud.

STS001-08-289[1] El OMS Pod izquierdo en la misión STS-1 del Columbia.

Lo anormal es que estos dos jets fueron activados continuamente por el sistema de control de vuelo en lugar de su funcionamiento a base de pulsos durante una reentrada típica nominal. Era un intento desesperado del software de vuelo por conservar dentro de límites la actitud del transbordador…

STS004-23-139[1] Un RCS jet en funcionamiento. Fuente: JSC Digital Image Collection.

En cualquier caso, el combustible disponible para estos jets se limita a pocos segundos (unos 30 – 40 s) de funcionamiento constante.

13:59:31 Últimas posiciones conocidas de los alerones:

elevons_último Izquierdo: –8.11 º, Derecho: –1.15 º

13:59:31.04 El sensor de la posición de los alerones tiende hacia valores nulos. Esto sucede cuando hay daños en el cableado por cortocircuito.

13:59:31.478 Fallo del actuador del servo de los alerones.

A las 13:59:32 la tripulación responde a una llamada del centro de control de la misión pero se corta la comunicación. En este momento se pierde la comunicación verbal y la telemetría, es el momento del Loss of Signal (LOS).

13:59:32:136 Altitud: 61173 m, Velocidad: Mach 18.1 (sobre 22000 km/h), Temperatura de cabina: 22 ºC, Humedad: 37.9 %

Hasta este momento, el vuelo del transbordador era prácticamente nominal para la tripulación. Posiblemente eran conscientes de que algo marchaba mal cuando notaron la inclinación exagerada y las fuerzas anómalas desde las 13:59:29, aunque probablemente estaban bastante ocupados con las lecturas de los sensores del tren de aterrizaje ocurridas segundos antes.

Desde este momento ya no hay transmisiones telemétricas ni habladas con la nave, podemos decir que los astronautas están “solos ante el peligro” y los acontecimientos que rápida y bruscamente se desencadenarán más adelante.

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Carlos Yus Valero – informaticapremium informaticapremium-logo-150px[3]