23 febrero 2009

Pirotécnicos: separación sin sutilezas

Estoy seguro de que la mayoría sabéis que en astronáutica los dispositivos de separación son a menudo dispositivos pirotécnicos. Es decir, explosivos, para ser más claros. La foto que os traigo hoy es justamente de la prueba de uno de estos dispositivos de separación entre etapas del nuevo cohete Ares I de la NASA.


Espectacular, ¿verdad? Nada de sutilezas, nada de ganchitos que se abren para soltar un anclaje… se le pega un zambombazo y listos, se rompe la estructura y a otra cosa.

¿Y por qué, se suele preguntar el profano? ¿Por qué ser tan bestia, y no hacerlo de forma menos “drástica”, más “comedida”?

Pues principalmente por una razón: fiabilidad. Y es que un dispositivo mecánico de apertura puede fallar: se puede averiar por alguna razón, o simplemente se puede quedar “encasquillado” sin llegar a abrirse del todo, y eso en astronáutica significaría el fracaso en la mayor parte de los casos. En cambio, un explosivo no suele fallar prácticamente nunca. Su fiabilidad es muy superior a la de cualquier dispositivo mecánico alternativo.

Por esta razón, las uniones entre etapas de un lanzador, por ejemplo, se diseñan continuas, sin división física. Solamente una pequeña muesca en la estructura indica dónde termina una etapa y dónde comienza la otra, pero se trata de una única pieza de material, sin uniones. A lo largo de esa muesca con forma de “V” (“entalla”, en términos técnicos) se coloca un cordón de explosivo, que al detonar hace que la pieza se rompa por el vértice de la V.

Esto tiene una ventaja adicional, además de la fiabilidad, y es el ahorro de peso. Una unión convencional significaría peso añadido, por los múltiples remaches o tornillos necesarios, además de por necesitarse un solape en la zona de unión (o una pieza adicional que realice dicho “solape” sobre ambas partes). Hablo, por supuesto, de la unión más convencional, “a cortadura”, con los tornillos o remaches colocados de forma radial, perpendicular a la superficie de los dos cilindros a unir. Podríamos pensar también en hacer una unión “a tensión”, con tornillos en disposición axial uniendo ambas piezas; pero este tipo de unión, aunque elimina el “solape”, también añade peso, no sólo por los propios tornillos sino también por la “solapa reforzada” necesaria para hacer la unión “a tope”. (Disculpad los técnicos que leáis esto por el lenguaje poco riguroso, en aras de un mejor entendimiento por los no especialistas).

Pero los pirotécnicos no sólo se utilizan para separar etapas de lanzadores. Suelen ser utilizados también muy a menudo para la separación final del satélite o sonda de su cohete portador, por ejemplo.

En este caso, la utilización de los pirotécnicos tiene un grave inconveniente: el impacto transmitido sobre la estructura del satélite por la onda expansiva de la explosión. Aunque la estructura a romper en este caso suele ser más débil que en una separación entre etapas (porque la masa que soporta, la del satélite, es menor), y por tanto se requiere una cantidad inferior de explosivo, el efecto sigue siendo importante, suficiente como para dañar buena parte de los equipos electrónicos de a bordo. Para evitarlo, se colocan diversos atenuadores de choque entre la zona de separación y dichos equipos (por ejemplo, en el soportado de los mismos), de forma que la vibración que llegue a estos esté dentro del rango soportable, pero es una de las principales cargas dimensionantes de la carga de pago a la hora de hacer el diseño.

En otras ocasiones, los pirotécnicos no se utilizan a modo de cordón para romper una unión continua, sino para cortar amarres de algún tipo, sean cables o bulones completos. En estos casos, también por razones de fiabilidad, se suelen utilizar cortadores pirotécnicos, una especie de “uñas” de acero que se cierran con violencia sobre el elemento a ser cortado por efecto de una carga explosiva. A menudo la separación en estos casos se completa por medio de una serie de muelles que estaban previamente comprimidos, y que se liberan tras el corte del elemento que mantenía ambas partes cohesionadas.

Sea de una forma o de otra, los pirotécnicos son un elemento común a bordo de lanzadores y vehículos espaciales. Si a esto le unimos las toneladas de compuestos inflamables, en el caso de lanzadores de propulsante líquido, o de más compuestos prácticamente explosivos, en el caso de los de propulsante sólido, no es de extrañar que a menudo se defina a estos vehículos como “bombas en potencia”. Mejor mantenerse a una distancia prudencial… (Foto: NASA)

5 comentarios:

Ango dijo...

Hablando de distancia de seguridad, estaría bien Javier que hablases algún día de las super-medidas de seguridad que ha de seguir el personal cercano a la base de lanzamiento. Uno de los profesores de la facultad que trabaja en EADS CASA espacio nos contó que hicieron hace años una visita con la empresa a ver un lanzamiento del Ariane V desde la Guayana Francesa y entre muchas de las medidas de seguridad que nos dijo (les dan un cursillo acelerado durante la visita) la que más me impresionó fue que en la zona donde introducen el combustible al lanzador (es un complejo enorme separado de la base de lanzamiento varios kilómetros) tienen la obligación de dejar los vehículos aparcados con las ventanillas bajadas y las llaves puestas por si acaso. Jajajaja. La bomba.

Saludos.

Alberto Carrasco Casado dijo...

Vaya, sí que ha sido oportuna esta entrada justo un día antes del accidente de la NASA. No he encontrado mucha información de la causa, ni siquiera en la página de la NASA, ¿sería debido por casualidad al sistema de separación pirotécnico del que hablas en esta entrada?

Javier Casado Pérez dijo...

Pues es posible, aunque yo tampoco he encontrado aún ningún detalle sobre las posibles causas. En cualquier caso, aunque el problema estuviera en el pirotécnico, las causas podrían ser varias, desde que el explosivo mismo falle (lo veo poco probable, aunque no soy experto en explosivos), o que falle el ignitor, o que por alguna razón no haya llegado la señal eléctrica... Pero también puede ser que el pirotécnico haya funcionado y que la cofia se haya quedado trabada por alguna razón... en fin, ni idea por el momento.

Gabriel Garcia Sagario dijo...

Además de las aplicaciones mencionadas en el post, es interesante mencionar el uso de pirotécnicos en las primeras instancias de los viajes tripulados. Por ejemplo en el programa Mercury se utilizaban para abrir la escotilla. Es bueno recordar que en este caso, creo que en vuelo de Grissom casi lo hecha todo a perder.

Javier Casado Pérez dijo...

Efectivamente, Gabriel, el fallo de la escotilla de Grissom provocó no sólo la pérdida de la nave (con todos los importantes datos que portaba), sino casi la muerte del propio Grissom por ahogamiento. Es uno de los casos relatados en "Houston, tenemos un problema", y uno de los pocos cuya causa nunca pudo ser determinada con rotundidad. ¡Saludos!