Baile
Dispositivo de frenado tipo paracaídas
Bombas Mark 82 equipadas con Ballute , Mk-82AIR, lanzadas por un avión de ataque estadounidense F-111

El ballute (un compuesto de globo y paracaídas ) es un dispositivo de frenado similar a un paracaídas optimizado para su uso a grandes altitudes y velocidades supersónicas .

La configuración original de ballutes fue inventada en 1958 [1] por la empresa Goodyear . La innovación pronto llamó la atención de otras organizaciones, incluida la NASA ; la agencia incorporó ballutes al sistema de escape de la nave espacial Gemini . Posteriormente, se ha utilizado ampliamente en el sector aeroespacial como un medio para retardar el descenso de varias cargas útiles, como secciones de cohetes y sondas atmosféricas. En las últimas décadas se han publicado varias propuestas que incluyen ballutes, como para desorbitar/recuperar satélites de baja masa y programas de investigación interplanetaria.

Diseño

El ballute es un dispositivo inflable que se utiliza para generar resistencia. [2] En términos de su configuración básica, es un globo en forma de cono, que presenta una barrera de burbujas toroidal (una estructura inflada destinada a garantizar la separación del flujo ) que se ajusta alrededor de su punto más ancho. [3] La barrera de burbujas actúa para estabilizar el ballute a medida que desacelera a través de diferentes regímenes de flujo, generalmente descendiendo de flujos más rápidos (incluso supersónicos) a velocidades subsónicas. [3] [4] El diseño del ballute, particularmente su forma de gota, lo hace más adecuado para desacelerar a velocidades extremas que un paracaídas convencional. [5]

Esquema de los componentes del ballute

Los ballutes se pueden clasificar en tres configuraciones principales: ballutes tipo capullo que encierran sus cargas útiles, ballutes unidos que se fijan directamente a la base de sus cargas útiles y ballutes remolcados que siguen a sus cargas útiles. [2] El ballute isotensoide se ha reconocido como la configuración estándar, aunque se han probado otras configuraciones. Se ha propuesto que los ballutes se puedan disponer tanto en factores de forma toroidal apilados como en cono de tensión. [6] Algunas configuraciones de ballutes están especializadas para ciertos propósitos o industrias, como el sector aeroespacial. [7] [8]

Al colocar un ballute en un objeto lanzado desde el aire, como una bomba o una carga útil aeroespacial, debería (siempre que tenga el tamaño suficiente y se haya desplegado correctamente) limitar su velocidad de descenso, minimizando potencialmente el daño a la carga útil al entrar en contacto con el suelo. [3] [9] Pueden generar una cantidad relativamente alta de resistencia para su masa, lo que los hace atractivos en escenarios con restricciones de peso típicos de las aplicaciones aeroespaciales. [2]

El inflado de un ballute se logra normalmente mediante un generador de gas o mediante la introducción forzada de aire externo en la estructura mediante una disposición de entradas de aire forzado. [3] El diseño del mecanismo de inflado es particularmente crítico para su aplicación exitosa; si las entradas son demasiado pequeñas o demasiado pocas, el ballute no mantendrá su forma y colapsará, mientras que un flujo de entrada excesivo probablemente resulte en una sobrepresión y aumente el riesgo de estallido. [5] En consecuencia, el ballute tiene que estar diseñado con precisión para cumplir con las condiciones ambientales a las que estará expuesto; de manera similar, el despliegue debe realizarse con un cuidado similar, por ejemplo en lo que respecta al tiempo. Es probable que un despliegue inadecuado provoque fallas, ya que las fuerzas de desaceleración excesivas corren el riesgo de romper los puntos de fijación y rasgar la tela; el enredo es otro riesgo potencial. [5] [10]

Aplicaciones

El ballute se desarrolló originalmente en respuesta a la inestabilidad de los primeros paracaídas supersónicos, demostrando ser una alternativa atractiva. [2]

El ballute se ha utilizado en bombas de caída libre lanzadas desde un avión, ayudando a retardar y estabilizar el descenso. [2]

El ballute ha sido ampliamente utilizado en la industria aeroespacial. [3] Uno de sus primeros usos en el sector fue como elemento del equipo de escape de lanzamiento de los astronautas a bordo de la nave espacial Gemini de la NASA ; [11] También se estaba utilizando para ralentizar el descenso de los Arcas , una de las primeras sondas de cohetes estadounidenses , a mediados de la década de 1960. [12] Durante la década de 1960, la agencia realizó una investigación detallada sobre el ballute como un sistema desacelerador aerodinámico en otros planetas, como Marte . [3]

En la película de 1984 2010: El año en que hacemos contacto , se utiliza un ballute en la nave espacial Leonov para protegerla de los efectos del calentamiento durante el frenado aerodinámico , lo que le permite reducir su velocidad sin gastar combustible y establecer una órbita alrededor de la luna Io de Júpiter . [13]

Prueba de recuperación de una bola de arrastre como parte del programa de desaceleración supersónica de baja densidad de la NASA

En 2000, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA estaba investigando el ballute, destacando su potencial para su uso tanto en operaciones de aerocaptura como de aerofrenado . [2] [14] Alrededor de ese mismo período, la Agencia Espacial Europea también estaba evaluando el uso de blindaje inflable como un medio para facilitar el reingreso controlado de naves espaciales. [15]

Varias sondas atmosféricas interplanetarias propuestas han incorporado balutas; para las misiones previstas a Venus , actuarán no solo para controlar la entrada atmosférica sino también para proporcionar soporte flotante para la carga útil del sensor. [2] [16] Los aterrizadores en Marte también pueden usar balutas durante la entrada atmosférica directa, mientras que las balutas de estilo capullo también pueden adoptarse para vehículos de transferencia orbital en órbita alrededor de la Tierra . Las balutas particularmente grandes pueden usarse para fines de aerocaptura planetaria en varios cuerpos planetarios alrededor del Sistema Solar . [2] Además, se han propuesto diseños extendidos que utilizan tecnología de balutas de cono de tensión inflable para desorbitar NanoSats y recuperar satélites de baja masa (<1,5 kg o 3,3 lb) de la órbita terrestre baja . [6] [17]

A principios de 2012, Armadillo Aerospace utilizó un ballute durante las pruebas de su cohete STIG-A. [18] [19] En febrero de 2015, la organización aeroespacial danesa sin fines de lucro Copenhagen Suborbitals participó en las pruebas de un ballute para sus cohetes Nexø. [20] En abril de 2018, Elon Musk tuiteó que SpaceX recuperaría las segundas etapas del Falcon 9 con la ayuda de un "globo de fiesta gigante", [21] después de que la compañía comenzara a aterrizar las primeras etapas del cohete de manera rutinaria . Sin embargo, el plan fue cancelado. En agosto de 2019, Peter Beck , fundador y director ejecutivo de Rocket Lab , anunció que intentarían recuperar la etapa inferior de su cohete Electron utilizando un ballute para la desaceleración supersónica, lo que permitiría que la etapa fuera capturada en el aire por un helicóptero. [22]

Referencias

  1. ^ "Balloon (Balloon-Parachute)" (Globo-Paracaídas) en Stratocat . Stratopedia . Consultado el 22 de agosto de 2023 .
  2. ^ abcdefgh Hall, Jeffery L. (2 de mayo de 2000). "Una revisión de la tecnología Ballute para la aerocaptura planetaria" (PDF) . Laboratorio de Propulsión a Chorro .
  3. ^ abcdef Mayhue, Robert J.; Eckstrom, Clinton V. (mayo de 1969). "Resultados de las pruebas de vuelo del despliegue supersónico de un desacelerador de bola de 18 pies de diámetro (5,49 metros)" (PDF) . ntrs.nasa.gov.
  4. ^ Mastromarino III, Anthony R.; Carnasciali, Maria-Isabel (2014). "Estudio aerodinámico de un ballute mediante dinámica de fluidos computacional" (PDF) . newhaven.edu.
  5. ^ abc von Bengtson, Kristian (30 de enero de 2014). "Un bastardo llamado Ballute". cableado.com.
  6. ^ ab "Sistema de desorbitación y recuperación de nanosats (DRS) para permitir nuevas misiones". Documento de conferencia . Small Sat 2011. 2011 . Consultado el 22 de enero de 2012 .
  7. ^ Griebel, Hannes (2011). "Opciones de configuración de la nave espacial Ballute". Alcanzando grandes altitudes en Marte con un globo de arrastre hipersónico inflable (Ballute) . Vieweg+Teubner. págs. 33–43. doi :10.1007/978-3-8348-9911-8_4. ISBN 978-3-8348-1425-8.
  8. ^ Ian Clark y Erich Brandeau (29 de junio de 2019). «Grandes cohetes supersónicos: pruebas y aplicaciones» (PDF) . Laboratorio de Propulsión a Chorro .
  9. ^ "La vanguardia de la fabricación de balines supersónicos". Copenhagen Suborbitals . Consultado el 28 de junio de 2020 .
  10. ^ "Prueba de caída de un diseño mejorado de Ballute". Copenhagen Suborbitals . Consultado el 28 de junio de 2020 .
  11. ^ "Un conjunto de avances". hq.nasa.gov . Consultado el 28 de junio de 2020 .
  12. ^ JJ Graham, Jr. (diciembre de 1965). "Desarrollo de Ballute para retardación de sondas de cohetes Arcas" (PDF) . Laboratorios de investigación de la Fuerza Aérea de Cambridge. Archivado desde el original (PDF) el 29 de junio de 2020.
  13. ^ "Película: 2010. El año en que nos pusimos en contacto (1984), Roy Scheider: Dr. Heywood Floyd". IMDb . Consultado el 31 de diciembre de 2022. No tenemos suficiente combustible para reducir la velocidad, por lo que estamos a punto de utilizar una técnica llamada aerofrenado. La teoría es que entraremos en la capa exterior de la atmósfera de Júpiter utilizando lo que se llama un "balute" como escudo. La atmósfera nos frenará y la gravedad de Júpiter nos atrapará y nos lanzará por detrás del lado oscuro.
  14. ^ Christensen, Bill (21 de abril de 2009). "Estudio de esferas para vehículos espaciales hipersónicos". space.com.
  15. ^ Marraffa, L.; Kassing, D.; Baglioni, P.; Wilde, D.; Walther, S.; Pitchkhadze, K.; Finchenko, V. (agosto de 2000). "Tecnologías de reentrada inflables: demostración de vuelo y perspectivas futuras" (PDF) . Agencia Espacial Europea .
  16. ^ Medlock, Kristin L. (Gates); Longuski, James M.; Lyons, Daniel T. (2005). "Un Ballute de doble uso para entrada y descenso durante misiones planetarias" (PDF) . engineering.purdue.edu.
  17. ^ "Balón inflable acoplado para desaceleración de naves espaciales". IEE Xplore. Febrero de 2000.
  18. ^ "Armadillo lanza un cohete STIG-A y captura una imagen impresionante de Ballute" . Consultado el 17 de julio de 2012 .
  19. ^ "Sistema de reentrada: sistema de recuperación de CubeSat". Andrews Space. 2008. Archivado desde el original el 1 de enero de 2012. Consultado el 24 de diciembre de 2011 .
  20. ^ "¡A toda velocidad, señor Zulu!" (en danés). Ingeniøren . 25 de febrero de 2015 . Consultado el 22 de abril de 2018 .
  21. ^ Elon Musk (16 de abril de 2018). "SpaceX intentará que la etapa superior del cohete regrese de la velocidad orbital utilizando un globo gigante para fiestas". Twitter .
  22. ^ "¿Puede Rocket Lab realmente atrapar un cohete con un helicóptero?". Everyday Astronaut . 10 de agosto de 2019 . Consultado el 15 de octubre de 2019 .
  • Ballute en parachutehistory.com
  • Noticias de Ballute en scitechdaily.com
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