Una prueba de caída es un método para probar las características en vuelo de prototipos o aeronaves y naves espaciales experimentales , que consiste en elevar el vehículo de prueba a una altitud específica y luego soltarlo. Los vuelos de prueba que involucran aeronaves con motor, en particular aeronaves propulsadas por cohetes , pueden denominarse lanzamientos de caída debido al lanzamiento de los cohetes de la aeronave después de soltarlos de su avión portador.
En el caso de aeronaves sin motor, el vehículo de prueba cae o planea después de su liberación en un descenso sin motor hasta un lugar de aterrizaje. Las pruebas de caída se pueden utilizar para verificar el rendimiento aerodinámico y la dinámica de vuelo del vehículo de prueba, para probar sus sistemas de aterrizaje o para evaluar la capacidad de supervivencia de un aterrizaje planeado o de emergencia. Esto permite a los diseñadores del vehículo validar modelos de vuelo por computadora , pruebas en túnel de viento u otras características de diseño teóricas del diseño de una aeronave o nave espacial.
Las pruebas de caída a gran altitud se pueden realizar llevando el vehículo de prueba a bordo de una nave nodriza hasta una altitud objetivo para su liberación. [1] Las pruebas de caída a baja altitud se pueden realizar soltando el vehículo de prueba desde una grúa o pórtico . [2]
El tren de aterrizaje de los aviones utilizados en portaaviones debe ser más resistente que el de los aviones terrestres, debido a las mayores velocidades de aproximación y tasas de caída durante los aterrizajes en portaaviones. [3] [4] Ya en la década de 1940, se realizaron pruebas de caída elevando un avión con base en portaaviones como el Grumman F6F Hellcat a una altura de diez pies y luego dejándolo caer, simulando el impacto de un aterrizaje a diecinueve pies por segundo (5,8 m/s). El F6F finalmente se dejó caer desde una altura de veinte pies (6,1 m), lo que demostró que podía absorber el doble de fuerza de un aterrizaje en portaaviones. [5] [6] Las pruebas de caída todavía se utilizan en el desarrollo y prueba de aviones con base en portaaviones; en 2010, el Lockheed Martin F-35C Lightning II se sometió a pruebas de caída para simular su velocidad máxima de descenso de 26,4 pies por segundo (8,0 m/s) durante los aterrizajes en portaaviones. [7] [8]
Numerosos aviones experimentales y prototipos han sido probados o lanzados desde el aire. Muchos aviones X con motor , incluidos el Bell X-1 , Bell X-2 , North American X-15 , Martin Marietta X-24A y X-24B , Orbital Sciences X-34 , Boeing X-40 y NASA X-43A , fueron diseñados específicamente para ser lanzados desde el aire. Los artículos de prueba del NASA X-38 sin motor también fueron probados desde altitudes de hasta 45 000 pies (14 000 m), con el fin de estudiar sus cualidades aerodinámicas y de manejo, capacidades de vuelo autónomo y el despliegue de su parafoil dirigible . [9]
Algunas aeronaves experimentales diseñadas para lanzamientos aéreos, como el Northrop HL-10 , han realizado pruebas de caída sin motor y lanzamientos con motor. Antes de los vuelos con motor utilizando su motor cohete, el HL-10 realizó 11 vuelos de caída sin motor para estudiar las cualidades de manejo y la estabilidad del cuerpo sustentador en vuelo. [10]
Los primeros aviones experimentales, como el X-1 y el X-2 , fueron transportados a bordo de bombarderos B-29 y B-50 modificados. [11] [12] En la década de 1950, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos proporcionó a la NASA un bombardero B-52 para que se utilizara como nave nodriza para el X-15 experimental . Construido en 1955, el B-52 fue solo el décimo en salir de la línea de ensamblaje y fue utilizado por la Fuerza Aérea para pruebas de vuelo antes de entregárselo a la NASA. [13] Volando con el número de cola de la NASA 008, el avión fue apodado Balls 8 por los pilotos de la Fuerza Aérea, siguiendo una tradición de referirse a los aviones numerados con múltiples ceros como "Balls" más el número final. [14]
El Balls 8 recibió modificaciones significativas para poder transportar el X-15. Se instaló un pilón especial , diseñado para transportar y liberar el X-15, debajo del ala derecha entre el fuselaje y el motor interior. También se cortó una muesca en uno de los flaps del ala derecha para que el avión pudiera acomodar la cola vertical del X-15. El Balls 8 fue uno de los dos bombarderos modificados para transportar el X-15; mientras que el otro avión fue retirado en 1969 después del final del programa X-15, la NASA continuó usando el Balls 8 para pruebas de caída hasta que fue retirado en 2004. Durante sus 50 años de carrera, el Balls 8 transportó numerosos vehículos experimentales, incluidos el HL-10, el X-24A, el X-24B, el X-38 y el X-43A. [13]
Durante el diseño del transbordador espacial en la década de 1970, los ingenieros debatieron si diseñar el transbordador para que planeara hasta un aterrizaje sin motor o equiparlo con motores a reacción desplegables para realizar un aterrizaje con motor. Si bien el diseño de aterrizaje con motor requería llevar los motores y el combustible para aviones, lo que agregaba peso y complejidad al transbordador, los ingenieros comenzaron a favorecer la opción de aterrizaje con motor. En respuesta, la NASA realizó pruebas de caída sin motor del X-24B para demostrar la viabilidad de aterrizar una aeronave con fuselaje sustentador en vuelo sin motor. En 1975, el avión X-24B fue lanzado desde un Balls 8 a una altitud de 45.000 pies (14.000 m) sobre el desierto de Mojave , y luego encendió los motores de cohetes para aumentar la velocidad y propulsarlo a 60.000 pies (18.000 m). Una vez que se apagó el motor del cohete, las condiciones de alta velocidad y gran altitud permitieron al X-24B simular la trayectoria de un transbordador espacial en condiciones de reentrada posterior a la atmósfera . El X-24B realizó con éxito dos aterrizajes de precisión sin motor en la base aérea Edwards , lo que demostró la viabilidad de un diseño de cuerpo de sustentación sin motor para el transbordador espacial. Estos éxitos convencieron a los responsables del programa del transbordador espacial a comprometerse con un diseño de aterrizaje sin motor, que ahorraría peso y aumentaría la capacidad de carga útil del transbordador. [15] [16]
En 1977, se llevaron a cabo una serie de pruebas de caída del transbordador espacial Enterprise para probar las características de vuelo del transbordador espacial. Debido a que el transbordador espacial está diseñado para planear sin propulsión durante su descenso y aterrizaje, se utilizaron una serie de pruebas de caída utilizando un orbitador de prueba para demostrar que el orbitador podía controlarse con éxito en vuelo sin propulsión. Estas pruebas de caída, conocidas como el programa de prueba de aproximación y aterrizaje , utilizaron un Boeing 747 modificado , conocido como Shuttle Carrier Aircraft o SCA, para llevar al Enterprise a una altitud de 15.000 a 30.000 pies (4.600 a 9.100 m). Después de una serie de pruebas de vuelo cautivo en las que no se soltó el orbitador, se realizaron cinco pruebas de vuelo libre entre agosto y octubre de 1977. [17]
Aunque las pruebas de vuelo libre del Enterprise implicaban la liberación de una aeronave sin motor desde una aeronave con motor, estas pruebas no eran típicas de las pruebas de caída porque el orbitador en realidad era transportado y liberado desde una posición por encima del SCA. Esta disposición era potencialmente peligrosa porque colocaba al Enterprise en vuelo libre directamente frente a la aleta de cola del SCA inmediatamente después de la liberación. Como resultado, la "caída" se llevó a cabo utilizando una serie de maniobras cuidadosamente planificadas para minimizar el riesgo de colisión de aeronaves. Inmediatamente después de la liberación, el Enterprise ascendería hacia la derecha mientras el SCA realizaba un picado suave hacia la izquierda, lo que permitía una rápida separación vertical y horizontal entre las dos aeronaves. [18]
A mediados de 2013, Sierra Nevada Corporation planea realizar pruebas de caída de su prototipo de avión espacial comercial Dream Chaser . La primera prueba de vuelo no tripulado dejará caer el prototipo Dream Chaser desde una altitud de 12.000 pies (3.700 m) mediante un helicóptero Columbia 234-UT, donde está previsto que el vehículo vuele de forma autónoma hasta un aterrizaje sin motor en el Centro de Investigación de Vuelo Dryden . [19] [20] El Dream Chaser completó con éxito el vuelo libre y pasó la prueba de caída el 11 de noviembre sobre el desierto de Mojave . El vehículo no tripulado realizó un aterrizaje en la Base de la Fuerza Aérea Edwards .
Se pueden realizar pruebas de caída de prototipos de cápsulas espaciales tripuladas para comprobar la supervivencia del aterrizaje, principalmente comprobando las características de descenso de la cápsula y sus sistemas de aterrizaje posteriores al reingreso . Estas pruebas se realizan normalmente sin tripulación antes de cualquier prueba de vuelo espacial humano.
En 1963, North American Aviation construyó el BP-19A, un módulo de mando Apollo sin tripulación para su uso en pruebas de caída. La NASA llevó a cabo una serie de pruebas en 1964 que implicaron el lanzamiento del BP-19A desde un C-133 Cargomaster para probar los sistemas de paracaídas de la cápsula antes del inicio de las pruebas tripuladas de la nave espacial Apollo. [21]
En 2011 y 2012, la NASA llevó a cabo una serie de pruebas de caída cortas para comprobar la capacidad de supervivencia de los aterrizajes en el agua en su cápsula tripulada Orion , dejando caer repetidamente un vehículo de prueba Orion en una gran cuenca de agua. Las pruebas simularon aterrizajes en el agua a velocidades que variaban de 7 a 50 mph (11 a 80 km/h) modificando la altura del pórtico de caída sobre la cuenca. El rango de velocidades de aterrizaje permitió a la NASA simular una variedad de posibles condiciones de entrada y aterrizaje durante los aterrizajes en el agua. [22] [23] [24] [25]
En 2011 y 2012, la NASA también realizó pruebas de caída de los sistemas de paracaídas y las capacidades de aterrizaje en tierra del vehículo de prueba Orion. En cada prueba, la nave espacial Orion se dejó caer desde un avión de carga C-17 o C-130 . Para la prueba, la cápsula se monta en un sistema de paletas y se coloca dentro del avión de carga. Los paracaídas en la paleta se utilizan para sacar la paleta y la cápsula de la parte trasera del avión; luego, la cápsula se separa de la paleta y comienza su descenso en caída libre. [26]
El 4 de marzo de 2012, un C-17 dejó caer un artículo de prueba de Orion desde una altitud de 25.000 pies (7.600 m). Los paracaídas de la cápsula se desplegaron con éxito entre 15.000 y 20.000 pies (4.600 y 6.100 m), lo que redujo la velocidad de la nave espacial hasta un aterrizaje en el desierto de Arizona. La cápsula aterrizó a una velocidad de 17 mph (27 km/h), muy por debajo de la velocidad máxima de aterrizaje diseñada. [27]
En septiembre de 2011, Boeing llevó a cabo una serie de pruebas de caída, llevadas a cabo en el desierto de Mojave en el sureste de California , para validar el diseño de los sistemas de aterrizaje de amortiguación de paracaídas y airbag de la cápsula CST-100 . Los airbags están ubicados debajo del escudo térmico de la CST-100, que está diseñado para separarse de la cápsula durante el descenso en paracaídas a unos 5.000 pies (1.500 m) de altitud. Las pruebas se llevaron a cabo a velocidades terrestres de entre 10 y 30 millas por hora (16 y 48 km/h) para simular las condiciones de viento cruzado en el momento del aterrizaje. Bigelow Aerospace construyó el banco de pruebas móvil y llevó a cabo las pruebas. [28]
En abril de 2012, Boeing realizó otra prueba de caída de su prototipo de cápsula espacial CST-100 para probar los sistemas de aterrizaje de la cápsula. El vehículo de prueba fue elevado por helicóptero a una altitud de 11.000 pies (3.400 m) y luego liberado; los tres paracaídas principales de la cápsula se desplegaron con éxito y ralentizaron el descenso de la cápsula. Inmediatamente antes del aterrizaje, las seis bolsas de aire de la cápsula se inflaron debajo de la cápsula para absorber parte de la energía del impacto del aterrizaje. Se planean pruebas de caída similares para realizar pruebas adicionales de bolsas de aire, así como pruebas de expulsión del paracaídas de frenado y del escudo térmico . [29]
En 2009 y 2010, la NASA realizó un par de pruebas de caída para estudiar la capacidad de supervivencia de los helicópteros en caso de accidente. Utilizando un helicóptero MD 500 donado por el ejército de los EE. UU., la NASA dejó caer el helicóptero en un ángulo desde una altitud de 35 pies (11 m) para simular un aterrizaje brusco. Se colocaron en el interior del helicóptero sofisticados maniquíes de prueba de choque con órganos internos simulados y se utilizaron para evaluar las lesiones internas en caso de un accidente de este tipo. [30] [31] Debido a los importantes daños que sufrió el helicóptero de prueba después de la segunda prueba, no se planeó una tercera prueba. [31]