SHEFEX (Sharp Edge Flight Experiment), es un experimento realizado por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), para el desarrollo de algunos principios de diseño nuevos, más baratos y más seguros para cápsulas espaciales , vehículos hipersónicos y aviones espaciales con capacidad de reingreso a la atmósfera y su integración en un sistema completo.
DLR explicó los objetivos de SHEFEX: El objetivo de la investigación es un avión espacial que se pueda utilizar para experimentos en microgravedad a partir de 2020. [1] Está previsto que finalice con un proyecto de avión espacial llamado REX Freeflyer (REX para experimento retornable, alemán: Rückkehrexperiment). [2]
Durante el reingreso de una nave espacial a la atmósfera terrestre, la alta velocidad de la nave, junto con la fricción y el desplazamiento de las moléculas de aire, provocan temperaturas superiores a los 2000 °C. [1] Para evitar fallas catastróficas en el reingreso debido al exceso de calor, las naves espaciales actuales dependen principalmente de materiales muy costosos y a veces frágiles para sus escudos térmicos.
La idea homónima del experimento de vuelo con bordes afilados de Hendrik Weihs, coordinador de tecnologías de retorno DLR, es una forma completamente nueva para una nave espacial, es decir, con esquinas y bordes afilados en lugar de las formas redondeadas que se utilizan habitualmente en los vuelos espaciales actuales. Las formas de baldosas planas se pueden producir a un coste menor que las formas redondeadas muy individuales. [1]
El Dr. Klaus Hannemann, jefe del departamento de naves espaciales del Instituto de Aerodinámica y Tecnología de Flujo del DLR en Göttingen , explica la ventaja fundamental del concepto:
"Un transbordador espacial tiene más de 25.000 tejas de diferentes formas. La forma sencilla de las tejas Shefex debería reducir los costes de mantenimiento del sistema de protección térmica y sería posible una sustitución sencilla de las tejas en el espacio".
Además, el proyecto tiene como objetivo mejorar la aerodinámica. El director general de proyectos, Hendrik Weihs, afirmó:
"La cápsula alcanza casi las características aerodinámicas de un transbordador espacial, pero es más pequeña y no necesita alas". [3]
Programáticamente el DLR dijo:
"A juzgar por la experiencia en el desarrollo de sistemas de protección térmica, los contornos exteriores curvos con requisitos de alta precisión se identificaron como un importante factor de costos. Las estructuras grandes y curvas de fibra cerámica requieren herramientas de producción sofisticadas y requieren moldes auxiliares y una fabricación optimizada para cada componente individual. Por lo tanto, es posible reducir los costes mediante la simplificación teselando el contorno exterior con baldosas planas con pocas formas distintas. En principio, es posible producir diferentes baldosas planas a partir de una baldosa básica mediante recorte. Esto también conduce a importantes ahorros en mantenimiento y sustitución. Los problemas surgen, sin embargo, de la dinámica de los fluidos alrededor de los bordes y esquinas afilados, que dan lugar a temperaturas muy altas que deben controlarse mediante nuevas tecnologías, como elementos enfriados activamente. Los bordes afilados también tienen ventajas aerodinámicas, causando menor resistencia en condiciones de vuelo hipersónico."
SHEFEX I fue el primer vehículo experimental del proyecto SHEFEX [4] y se lanzó el jueves 27 de octubre de 2005 desde Andøya Rocket Range en Noruega . Shefex I alcanzó una altura de unos 200 km sobre el Mar del Norte . En 20 segundos, el vehículo volvió a entrar en la atmósfera terrestre a casi siete veces la velocidad del sonido. Los datos medidos y las imágenes en vivo de la cámara a bordo se transmitieron directamente a la estación terrestre. Sin embargo, durante la activación del sistema de paracaídas ocurrió un error que provocó la pérdida del sistema de paracaídas y consecuentemente la pérdida de la unidad de vuelo. Según el DLR, la evaluación de los datos proporcionó importantes conocimientos para que SHEFEX I pueda considerarse un gran éxito desde la perspectiva del DLR. Para el vuelo se utilizó un sistema de misiles compuesto por un combinado de nivel inferior VS-30 brasileño y un cohete HAWK como segunda etapa. El coste del proyecto de tres años fue de aproximadamente 4 millones de euros. Formaba parte del programa espacial de la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes (HGF) y del DLR.
Con SHEFEX II se evaluaron nueve sistemas diferentes de protección térmica en la piel facetada, principalmente nuevas fibras cerámicas. Además, las empresas aeroespaciales EADS Astrium y MT Aerospace, así como Boeing, utilizaron parte de la superficie de SHEFEX II para sus propios experimentos. El vehículo estaba equipado con sensores para medir la presión, el flujo de calor y la temperatura en la punta del vehículo.
El 22 de junio de 2012, se lanzó SHEFEX II desde la misma estación de lanzamiento, Andøya Rocket Range en Noruega . Alcanzó una altura de unos 180 kilómetros y una velocidad de unos 11.000 kilómetros por hora (once veces la velocidad del sonido). El cohete utilizado fue el brasileño VS-40 . Durante su reingreso, SHEFEX II sobrevivió a temperaturas superiores a 2.500 °C, mientras enviaba datos de 300 sensores diferentes a la estación terrestre.
SHEFEX III es un pequeño vehículo similar a un avión espacial . Debería volar aún más rápido y permanecer en el aire durante 15 minutos, mucho más que los dos experimentos anteriores. [5] Se espera su lanzamiento en la década de 2020 en un cohete VLM brasileño . [6]
El REX-Free Flyer está previsto como una primera aplicación de la experiencia recogida en SHEFEX. Este sistema debería servir como plataforma de vuelo libre para experimentos de microgravedad de alta calidad durante varios días. La posibilidad de un retorno controlado y un diseño modular de las bandejas experimentales, que se parecen mucho a las que se encuentran en los cohetes sonda , deberían brindar a los experimentadores un acceso rápido y económico a sus experimentos. [7]