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¡Felices fiestas desde IdeasYCiencia! – IdeasYCiencia

2011-12-25T09:12:00.000-08:00

¡Felices fiestas a todos desde IdeasYCiencia!

Como es obligada tradición estos días estoy con la familia celebrando las fiestas pero desde el día 27 empiezo a sustituir 12 de mis Sistemas de Altas Prestaciones basados en CPUs Sandy Bridge Core i7 2600K @ 4.4 GHz por antiguos, venerables y probados Nehalem Core i7 930 y 950 @ 4 GHz.

¿Extraño? Simplemente los Sandy Bridge son un 30% más lentos que los Nehalem en los cálculos matemáticos intensivos que emplea uno de mis mejores clientes… he descubierto un “defecto” en la excelentísima nueva arquitectura de Intel.

Tras semanas de testing he descubierto la causa, recordáis la caché de micro operaciones de 1500 uOps nueva en SB, pues en estos algoritmos crea un GRAVE problema prestacional.

Lo denomino “micro code cache inter thread thrashing”. Un thread expulsa de la uOp cache los datos del otro thread constantemente y hace que la velocidad de cálculo sostenida del procesador baje alarmantemente.

Un Core i7 Nehalem @ 4 GHz realiza 1000 iteraciones del cálculo con ocho threads simultáneos en 3100 s, un SB @ 4.4 GHz tarda unos absurdos 4050 s.

Es un resultado absolutamente repetible con una variación de máquina a máquina máxima de 50 s y lo he probado con 12 CPUs distintas SB y 24 Nehalem y con placas base SB P67 y Z68. Única opción: volver a los antiguos i7…

El venerable y efectivo Nehalem de 45 nm.

Disfrutemos de estos días antes de ponernos manos a la obra… lo dicho, ¡Felices Fiestas!

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Etiquetas de Technorati: SAT,IT,Sandy Bride,uop cache,Nehalem,Navidad

Estructura a gran escala del universo – IdeasYCiencia

2011-03-06T10:37:00.000-08:00

Todos conocemos a grandes rasgos, incluso los no muy duchos en física y cosmología, la estructura de nuestro sistema solar: un astro central con una gran masa a la que orbitan, normalmente sobre el mismo plano y en la misma dirección varios cuerpos (planetas) a distancias cada vez mayores. El astro central lo llamamos Sol y uno de los planetas la Tierra.

Aquí no hablaré de nuestro sistema solar sino de estructuras mayores, significativamente mayores.

Cada estrella suele estar integrada en una estructura mayor que llamamos galaxia, las hay de múltiples tipos según su origen, masa, dinámica y edad en millones o miles de millones de años. Nosotros viajamos con nuestro sistema solar dentro de la Vía Láctea, nuestra galaxia.

La Vía Láctea, la zona más brillante esconde su centro, con un agujero negro super masivo.

La Vía Láctea

Con un diámetro de unos 100000 años luz y un espesor sobre los 1000 años luz contiene aproximadamente unos 500000 millones de estrellas, aproximadamente la mitad de las de Andrómeda, nuestra galaxia más cercana.

La galaxia M32 Andrómeda.

El Sol, situado a 26000 años luz del centro de la Vía Láctea, completa una revolución cada 225 millones de años. A su vez tiene un movimiento de oscilación de arriba a abajo con un periodo de 70 millones de años a través del plano galáctico. La velocidad de traslación del Sol se cifra en unos 220 km/s.

El punto amarillo marca la posición del sistema solar.

Su edad estimada es de cerca de 14000 millones de años. Comparativamente nuestro planeta ronda los 4500 – 5000 millones de años.

Vista de la Vía Láctea en la que se aprecia los brazos espirales.

Nuestra galaxia es espiral con brazos curvados y barrada, es decir, con una acumulación lineal de estrellas en su centro. El Sol se sitúa en una brazo local, no en ninguno de los dos brazos espirales principales (Perseus y Scutum-Centaurus). El punto rojo marca el centro galáctico y el amarillo la posición del Sol.

Visión de la Vía Láctea desde Andrómeda.

El Grupo Local

Nuestra galaxia, con una masa y tamaño respetable, viaja por el universo en compañía. Edwin Hubble, uno de los mejores astrónomos de la historia acuñó el término de Grupo Local para describir este conjunto de galaxias.

El Grupo Local, su centro de masas se localiza entre Andrómeda y Vía Láctea.

Este grupo está formado por alrededor de 30 galaxias (actualmente se cifra en 36) y sus integrantes más destacados son Andrómeda y la vía Láctea. Al ser estas dos las de mayor importancia, el centro de masas del grupo Local se encuentra en algún punto de la línea entre ambas.

La distancia entre Andrómeda y la Vía Láctea se estima en 2.5 millones de años luz.

El Grupo Local también tiene un movimiento propio y una velocidad de traslación respecto al fondo de radiación de microondas (el verdadera referencia de medida de velocidad en el universo).

El Súper Clúster local. Súper Clúster de Virgo

El Grupo Local junto con otras agrupaciones de galaxias similares forman un súper cúmulo o súper clúster de galaxias, es el llamado súper cúmulo de Virgo. Su tamaño ronda los 110 millones de años luz de diámetro.

Súper Clúster de Virgo, dentro de él se acomoda el Grupo Local.

Como observaréis se adivina una estructura filamentosa, los grupos de galaxias se colocan en el espacio a lo largo de estructuras alargadas con grandes vacíos aproximadamente esféricos alrededor de ellos. Es consecuencia de las fluctuaciones de densidad en los primeros momentos tras el Big Bang, en los tiempos en que se emitió la radiación que ahora forma el omnipresente fondo de radiación de microondas.

Esta radiación primordial se emitió a 3000 K (Kelvin) cuando el universo contaba con unos 380 000 años de vida, fue en el momento en que el universo se volvió transparente a la radiación y los fotones pudieron vagar libremente sin ligaduras con la materia. Su temperatura actual es de unos 2.73 K (curiosamente la temperatura de fusión del hielo de agua entre 100…)

El súper clúster de Virgo se mueve por el espacio a una velocidad de unos 600 km/s hacia un gran conjunto de galaxias llamado el Gran Atractor, una súper estructura cuya masa está cifrada en unas 10 000 Vías Lácteas.

El Súper Clúster Local

El Súper Clúster de Virgo forma con otros un conjunto mayor llamado Súper Clúster local.

El Súper Clúster Local.

El tamaño de esta estructura ya resulta difícilmente imaginable,

Parte de Abell 3558, el centro del súper clúster Shapley. La mayor concentración de masa del universo.

El movimiento aparente del Súper Clúster de Virgo es el que se muestra en la imagen, hacia el Súper Clúster de Shapley del que nos separan unos 550 M años luz:

Como vemos, la macro dinámica del universo y sus componentes la marca la fuerza de la gravedad, cuyo alcance espacial es infinito y transmite su influencia a velocidad e la luz.

Por otro lado quiero resaltar que la materia convencional se sitúa sobre estructuras filamentosas que rodean ingentes espacios vacíos de simetría aproximadamente esférica.

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Recuperación de datos extrema: El disco duro del transbordador Columbia – IdeasYCiencia

2010-08-20T11:15:00.001-07:00

En el año 2003, inmediatamente después del trágico accidente del transbordador espacial Columbia comenzó una exhaustiva búsqueda de restos (debris) para esclarecer en lo posible las causas del fatal desenlace del vuelo STS-107 y acotar exactamente la cadena de acontecimientos que llevó al desastre aquella misión.

El estado original del disco duro.

El transbordador Columbia llevaba entre otros un “flamante” disco duro Seagate de 340 MB (si MB, no GB) donde se guardaron datos y resultados de algunos experimentos sobre física realizados durante la misión.

Jon Edwards, un especialista en recuperación de datos de Kroll Ontrack se embarcó en la tarea de recuperar los datos de este maltratado (y venerable por otro lado) disco duro cuando, unos seis meses después del accidente, le fue enviado por la NASA.

Otra vista del disco.

El primer paso consistió en retirar la, fundida y llena de residuos, placa de circuitos.

Aspecto de la parte inferior.

Vista superior con la etiqueta del disco.

Después se procedió a abrir el disco retirando la tapa superior, los sellos anti polvo estaban dañados, literalmente se habían fundido por las temperaturas extremas de la reentrada.

El disco duro abierto.

Se aprecia que la temperatura superó la de la fusión del estaño y por ello los chips se desprendieron de sus alojamientos. Además los sellados anti polvo del disco también se fundieron por las altas temperaturas y permitieron la entrada de polvo y otras partículas externas.

Se aprecia la suciedad que cubría todo el interior.

Las dudas de los profesionales de recuperación de datos eran sobre si las partículas que habían entrado en el encapsulado del disco podían estar magnetizadas, pues ello habría borrado los datos.

Se aprecia corrosión en numerosas áreas.

Cabezas retiradas de los platos.

El resultado final fue un 99% de los datos recuperados de los platos del disco, por suerte los daños en estas áreas fueron casi inexistentes.

Numerosos artículos recogieron la noticia.

Algo que ayudó mucho en el éxito de la operación fue que el PC al que estaba conectado el disco duro utilizaba una antigua versión de MS-DOS.

MS-DOS es conocido por mantener los datos juntos en el principio del disco y no como los sistemas actuales, muy dados a la fragmentación y a extender los datos por toda el área de los platos del disco duro.

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Etiquetas de Technorati: Ciencia,Columbia,NASA,Shuttle

La regla de la raíz de n – IdeasYCiencia

2009-07-14T11:27:00.001-07:00

La física es una ciencia realmente apasionante para los que podemos decir que tenemos un conocimiento, aunque sea elemental en algunos aspectos, de alguna de sus ramas como la física cuántica, la teoría del caos o la relatividad.

La regla de la raíz de n.

Lo más importante que aporta el conocimiento científico a mi modo de ver a una persona es una visión global de la realidad, un conocimiento general del porqué de los acontecimientos del mundo que nos rodea y que permite relativizar los hechos cotidianos.

Releyendo el excelente libro del premio Nobel de física austríaco Erwin Schrödinger “¿Qué es la vida? escrito en 1944, recordé una famosa y sencilla regla general llamada “regla de la raíz de n”.

Física e incertidumbre

Como sabemos, los postulados de la mecánica cuántica fuerzan la inexactitud en la medida simultánea de dos magnitudes físicas de una misma partícula como por ejemplo velocidad y posición. Es el célebre principio de incertidumbre de Heisenberg enunciado del siguiente modo:

Siendo =

h es la constante de Planck, un número extremadamente pequeño haciendo de ella una especie de factor de escala para lo submicroscópico en nuestro universo y un límite inferior insuperable para algunos fenómenos físicos subatómicos.

Además la constante de Planck abre la veda a una estructura de la materia absolutamente compleja y de topología indescriptible a escalas inferiores a la longitud de Planck, inferida de la constante de este modo:

Siendo el producto de la velocidad de la luz (c) por el tiempo de Planck (tp), definido del siguiente modo:

t Planck = 5.39124(27) × 10⁻⁴⁴ segundos

La regla de la raíz de n

La regla de la raíz cuadrada igualmente impone restricciones a la exactitud de las medidas en el mundo macroscópico y lo hace del siguiente modo: en el libro, en la pág. 34 de la edición de Metatemas (Tusquets), Schrödinger propone un ejemplo utilizando la presión de un gas y su número de moléculas por unidad de volumen, yo lo simplificaré en aras de la sencillez:

Un pequeño libro, todo un tesoro, no se puede esperar menos de Erwin Schrödinger.

Supongamos que tenemos un recipiente lleno de agua y seleccionamos un pequeño volumen microscópico que según la densidad molecular del agua líquida contenga unas 10000 (n=10000) moléculas de H2O. Si hacemos medidas repetidas del número de estas moléculas dentro del volumen nos daremos cuenta de que prácticamente nunca son 10000 exactamente.

Y si medimos la dispersión del resultado obtendremos que es del orden de 100 (raíz cuadrada de 10000) moléculas, es decir obtendremos probablemente tantas moléculas como 10100 o tan pocas como 9900 pero muy poco frecuentemente veríamos solo 9000 o tantas como 11000.

Podemos de este modo enunciar que toda ley física tiene una inexactitud en cada caso particular del orden de la raíz de n, siendo n el número de átomos, moléculas o partículas que intervienen en la medida.

Algunas implicaciones generales

La regla de la raíz de n tiene fuertes implicaciones en el tamaño de los organismos vivos (limita sus tamaños mínimos) para conseguir que las leyes físicas que sobre ellos se aplican sean satisfactoriamente exactas dentro de un margen de error de raíz de n (siendo n un número grande).

Actúa como un potente factor de escala del siguiente modo:

Para un pequeño número de partículas, como 100, el error típico de medida será de 10, o un 10%. Es en toda regla un error intolerable para por ejemplo un organismo vivo, por ello los organismos vivos deben de estar dotados de un número muy elevado de átomos o moléculas constituyentes.

Si hablamos de un numero mayor, por ejemplo un millón (1000000), veremos que el error esperable es de 1000 (raíz cuadrada de un millón) sobre 1000000, o de un 0,1 %, algo más tolerable pero insuficiente para algo vivo en sentido amplio.

Por todo lo anterior vemos que un ser vivo aunque sea en su versión más simple, unicelular, que tenga dentro de sí un cierto orden y donde se desarrollen reacciones químicas concretas por medio de enzimas y esté dotado de varios tipos de orgánulos con funciones especializadas tiene para ello un límite inferior estricto en su número de átomos marcado por la regla de la raíz de n.

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

2009-06-21T12:17:00.001-07:00

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.

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.

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.

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

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

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 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.

Datos 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.

Captura 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.

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.

Debris 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.

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.

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).

La 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.

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…

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:

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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STS-107. Reentrada Fase 1. 09:15:30 – 13:44:09, EI-16119 – EI - IdeasYCiencia

2009-06-21T09:44:00.001-07:00

Esta fase comprende desde el inicio de los preparativos para la reentrada hasta el EI y dura unas 4h y 28 minutos.

En el momento de cruzar el límite de la atmósfera EI (122000 m) la velocidad del Columbia superaba el Mach 24 (unos 29400 Km/h). Entry Interface es la altitud convenida a la que la atmósfera comienza a tener algún efecto sobre la trayectoria de la nave y las superficies de control (alerones, timón de cola) empiezan a ejercer algún guiado.

Hasta este punto el transbordador solo puede modificar su trayectoria mediante los cohetes del RCS (Reaction Control System) distribuidos por la nave pues las superficies de control no son efectivas.

Cronología de esta fase.

A las 13:15:30 empieza la deceleración (Deorbit Burn) para salir de la órbita terrestre e iniciar el descenso poniendo el transbordador con los motores empujando en contra de la dirección de avance para reducir la velocidad.

Durante parte de esta fase se grabó un video desde una cámara doméstica (Flight Deck Video) por uno de los tripulantes, este comprende desde las 13:35:34 (EI-515) hasta las 13:48:45 (EI+276), unos 13 minutos de duración durante los cuales el transbordador atraviesa el límite EI.

Los daños de la nave producidos por el impacto de espuma aislante procedente del anclaje del tanque de combustible en el borde del ala izquierda todavía no tenían ningún efecto y no se estaba produciendo ningún daño a la estructura del Columbia.

Daños a un panel RCC tras el impacto de un bloque de espuma en ensayos realizados por la NASA.

Todos los datos telemétricos eran nominales. Simplemente surcaba el vacío en dirección a la atmósfera terrestre con un agujero en el borde de ataque del ala izquierda.

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STS-107. Accidente del transbordador espacial Columbia 2ª Parte: Cronología del desastre – IdeasYCiencia

2009-06-21T09:31:00.001-07:00

En este artículo voy a detallar la cronología de los acontecimientos previos al fatal desenlace del transbordador Columbia el 1 de febrero de 2003, desde los preparativos previos para la entrada en la atmósfera hasta el impacto sobre el suelo de los restos del módulo tripulado.

STS-107: el comandante y el piloto se colocan los guantes durante la reentrada. Fuente: NASA.

Los horarios son en tiempos GMT y también van relacionados en segundos al tiempo de paso por el límite de la atmósfera (arbitrario) situado en los 121000 m de altitud (Entry Interface, EI).

Este análisis cronológico ha sido dividido en seis fases consecutivas por los investigadores:

Cronología del accidente del Columbia. Fuente: NASA.

Fase 1. 09:15:30 – 13:44:09, EI-16119 – EI. Duración: 4h 28 min 39s

Desde el inicio de los preparativos para la reentrada hasta EI. En el momento de cruzar la EI la velocidad del Columbia superaba el Mach 24 (unos 29400 Km/h).

Fase 2. 13:44:09 – 13:59:32, EI - EI+923, EI - LOS

Desde EI hasta la pérdida de contacto (Loss Of Signal, LOS) con el transbordador (pérdida de comunicación de voz y de datos telemétricos) sucedida a las 13:59:02.

Fase 3. 13:59:32 –14:00:18, EI+923 - EI+969, LOS - CE

Desde la pérdida de contacto (LOS) hasta la ruptura del transbordador en sus componentes primarios o CE, Catastrophic Event (fuselaje frontal incluyendo el compartimento tripulado, medio y trasero incluyendo los motores principales).

Fase 4. 14:00:18 – 14:00:53, EI+969 - EI+1004, CE - CMCE

Durante esta fase el modulo tripulado (Crew Module, CM) mantenía todavía íntegra su estructura pese a que viajaba en trayectoria balística hipersónica literalmente “dando veletas” sin control alguno.

Comprende desde el CE (ruptura del transbordador) hasta la pérdida de integridad del módulo tripulado (CMCE, Crew Module Catastrophic Event).

Fase 5. 14:00:53 – 14:01:10, EI+1004 - EI+1021, CMCE - TD

Desde el CMCE hasta la dispersión total (TD) en restos demasiado pequeños para apreciarse en los videos de la reentrada.

Fase 6. 14:01:10 – 14:35:00, EI+1021 - EI+3051, TD - GI

Desde la dispersión total (TD) hasta el impacto (Ground Impact, GI) en el suelo de los restos de la tripulación y el módulo tripulado.

En los artículos que siguen detallaré cada una de estas fases de la reentrada que desencadenaron en la pérdida de la nave y su tripulación.

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Técnicas de deconvolución - IdeasYCiencia

2009-06-18T12:21:00.001-07:00

Muchas veces tenemos una imagen o video del que queremos extraer más información de la que “en bruto” podemos obtener, un ejemplo concreto son algunas de las imágenes del transbordador Columbia en su reentrada en la atmósfera terrestre.

Todas ellas eran de bastante mala calidad, con sobreexposición y movimientos relativos acusados de la cámara respecto a la nave. Aquí entra en juego la deconvolución.

Reentrada del Columbia (vista inferior) a su paso por la base aérea de Kirtland, New Mexico.

Se aprecian irregularidades en el ala izquierda y un penacho anómalo tras de ella.

Vista del impacto en el ala izquierda durante el lanzamiento.

Y desde otro ángulo.

Otros ejemplos de deconvolución:

M100 vista desde el telescopio espacial Hubble, a la derecha la imagen tratada por deconvolución.

Fuente: School of Physics and Astronomy. Cardiff.

Io capturado desde la sonda Voyager. Tras deconvolución a la derecha.

Fuente: Raoul Behrend, Geneva Observatory

¿Qué es la deconvolución?

Sin ser estrictos, podríamos definir la deconvolución como un proceso iterativo basado en un algoritmo (sistema de ecuaciones) que se aplica a una fuente o datos iniciales para “refinar” su calidad o ver detalles no visibles en el original (también es aplicable al sonido o cualquier otra señal).

Siendo matemáticamente más correctos, deconvolución es una operación numérica sobre un conjunto de datos iniciales para recuperar la información original (señal) presente en ellos, que está enmascarada por un proceso (ruido) que puede ser descrito por una convolución (o superposición – combinación de datos reales más las degradaciones propias del instrumento y de las condiciones de la toma de datos).

Es un proceso extremadamente exigente en tiempos de cálculo y con un coste de software muy elevado.

Orgánulos secretores de una célula. Imagen tras la deconvolución a la derecha.

Fuente: Institute of Inherited Metabolic Disorders

Lo que realiza este proceso de deconvolución es extraer la señal de entre el ruido, preferiblemente conociendo el patrón de éste o sus características y en su defecto “a ciegas” (Blind Deconvolution).

Creo que con este pequeño inciso no son necesarios más detalles para comprender la dinámica del proceso, o más bien sus resultados que es lo que pretendo para más adelante en este blog.

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STS-107. Accidente del transbordador espacial Columbia. 1ª Parte – IdeasYCiencia

2009-06-15T10:09:00.001-07:00

En esta primera parte introduciré someramente el tema, para en artículos sucesivos ir ahondando en el análisis técnico y las causas del fatal accidente que conllevó la pérdida del transbordador espacial Columbia.

El 1 de febrero de 2003 fue un día aciago para la exploración espacial, el transbordador espacial Columbia se desintegró durante su reentrada en la atmósfera terrestre mientras cruzaba a velocidades superiores a mach 18 el espacio aéreo de los Estados Unidos después de completar su última misión, la STS-107.

Dispersión total del transbordador Columbia en una nube de fragmentos incandescentes.

Parte 1. Introducción.

Me centraré en los aspectos de ingeniería y no entraré en la tragedia humana que significó la pérdida de la tripulación, daría para otro tipo de valoraciones.

Vista general del transbordador espacial.

Es el análisis técnico, particularmente las lecturas de los sensores, la infografía (tanto imagen como video), y el análisis de los restos del suceso los que explican por sí solos la dinámica del accidente y ayudan a extraer conclusiones.

Al lector atento, estos artículos le ayudarán a comprender el funcionamiento del complejo sistema Shuttle en sus distintas fases desde el despegue a la reentrada en la atmósfera terrestre y el posterior aterrizaje así como desarrollar un conocimiento general de sus sistemas.

Columbia el 20 de noviembre de 2002, durante su preparación para la misión STS-107.

Los riesgos de la exploración espacial

En primer lugar, puntualizar que hay pocas profesiones más arriesgadas que la de astronauta. Ciertamente estar rozando los límites de la ciencia y de los materiales se convierte en un juego delicado y cuando los lanzamientos se multiplican el riesgo de fallo aumenta peligrosamente.

Después de cada misión, los Shuttle sufren daños y deben pasar por un proceso largo y tedioso para preparar el siguiente lanzamiento.

El procesado requerido para el lanzamiento de un transbordador espacial de la serie Shuttle es caro, lento (unos 67 días de promedio) y muy complejo necesitando de medios de la más alta tecnología y un ejército de técnicos de alta cualificación… y presupuestos ingentes.

Siendo claro: el equilibrio entre éxito y fracaso en las misiones espaciales de cualquier clase y particularmente en los Shuttle es extremadamente precario, el riesgo es muy elevado para la nave y la tripulación. Todo esto conlleva a una tasa de fallos de hasta un 5 % o cinco accidentes por cada 100 lanzamientos.

En la dilatada historia de los Shuttle se han perdido dos transbordadores (Challenger en 1986 y Columbia en 2003) en más de 100 misiones, menos de un dos por ciento. En cierto modo podríamos calificarlo como cifras satisfactorias…

El transbordador Columbia OV-102

Columbia, en la misión STS-1, fue el primer Shuttle en viajar al espacio el 12 de abril de 1981, casi 22 años antes del fatal desenlace. Fue una misión exitosa excepto por desperfectos mayores de los previstos en el TPS (el sistema de protección térmica) por la desmesurada presión ejercida por los SRB (cohetes de combustible sólido) en el momento del despegue.

Cabe preguntarse si una vida útil tan dilatada no incrementa demasiado los riesgos operativos del sistema Shuttle, lo que sí es cierto, es que debido a esta gran longevidad han aumentado exponencialmente los costes y tiempos de procesado antes de cada misión.

El primer transbordador construido, el Enterprise (OV-101), solo hizo vuelos de aproximación y aterrizaje, nunca ascendió a órbita terrestre ni fue probado en despegue estándar (en vertical) con el resto de componentes del sistema Shuttle acoplados.

Enterprise separándose del 747 para las pruebas de vuelo y aproximación.

Estaba diseñado solamente para tests de vibraciones, vuelo y validación de sistemas y aerodinámica. Muchos de los componentes clave en un Shuttle no estaban montados en Enterprise, como por ejemplo las losetas de cerámica porosa que integran el TPS (Thermal Protection System), los motores o muchos de los complejos (para la época) sistemas de navegación.

El Columbia debía realizar su primer lanzamiento en 1978, pero diversos problemas con los tres motores principales y el TPS (Thermal Protection System) lo retrasaron hasta abril de 1981.

Despegue del Columbia en la misión STS-1. 12 de abril de 1981.

STS-1, el primer lanzamiento con tripulación fue (aunque parezca increíble.) la primera prueba del transbordador en su configuración completa (no se ensayo antes en una misión no tripulada). Os presento el Shuttle System, consta de tres componentes principales:

El Shuttle o transbordador.
El depósito de gases licuados criogenizados (hidrógeno y oxígeno) para los tres motores principales.
Los dos cohetes de combustible sólido (SRB o Solid Rocket Boosters).

El Columbia con su configuración en la misión STS-1.

El lanzamiento STS-107. 16 de Enero de 2003.

Liftoff! Despegue del Columbia desde el KSC en Florida. 16 de enero de 2003.

Todo sucedió según lo previsto y aparentemente hubo un despegue sin complicaciones, en lenguaje técnico, un lanzamiento nominal.

Fue después de investigar y repasar una por una las grabaciones de las cámaras que siguen cada instante del proceso de lanzamiento que se observó, vagamente, un impacto de material sobre el borde de ataque del ala izquierda…

Imagen (mejorada mediante deconvolución) del fragmento de espuma (en naranja) antes de golpear el ala.

No se consideró inicialmente de importancia y la misión siguió sin cambios en su programación, ya que su timing es de lo más apretado y cada segundo de tiempo en el espacio cuesta ingentes cantidades de dinero.

Imagen en la que se aprecia el brutal impacto de espuma procedente del tanque de combustible.

Como veremos en entregas sucesivas, los daños sufridos en el material aislante que recubre el borde de ataque del ala izquierda produjeron una cascada de acontecimientos que acabaron con el terrible y catastrófico desenlace que todos conocemos.

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Etiquetas de Technorati: NASA,shuttle,Columbia,mishap,accidente

Un nuevo blog: Ideas y Ciencia

2009-06-08T12:53:00.001-07:00

Este blog nace de la inquietud personal de comentar algunos hechos del día a día, fragmentos de lecturas o simples reflexiones rápidas sobre temas científicos, técnicos o de investigación.

No pretendo con ello el máximo rigor, sino compartir en cierto modo algunas de mis inquietudes como amante de la ciencia en sus numerosas disciplinas. No os extrañe por ello encontrar en el futuro en este blog entradas sobre matemáticas o cosmología, teoría del caos o teoría cuántica, relatividad o estructura del espacio-tiempo e incluso biología o química, genética y evolución.

La fotografía bajo el título corresponde a un recorte del horizonte marciano visto desde uno de los rovers de la agencia espacial norteamericana, la NASA (imagen en color real).