La STS-87 fue una misión del transbordador espacial lanzada desde el complejo de lanzamiento 39B del Centro Espacial Kennedy el 19 de noviembre de 1997. Fue el 88.º vuelo del transbordador espacial y el 24.º vuelo del Columbia . Los objetivos de la misión eran realizar experimentos utilizando la carga útil de microgravedad de los Estados Unidos (USMP-4), realizar dos EVA y desplegar el experimento SPARTAN-201. Esta misión marcó la primera vez que se realizó una EVA desde el Columbia . Las EVA desde el Columbia se planearon originalmente para STS-5 en 1982 y STS-80 en 1996, pero se cancelaron debido a problemas con el traje espacial y la esclusa de aire, respectivamente. [1] [2] También marcó la primera EVA realizada por un astronauta japonés, Takao Doi .
El STS-87 voló la carga útil de microgravedad de los Estados Unidos (USMP-4), el Spartan-201, el Experimento de investigación de aceleración orbital (OARE), el Vuelo de prueba de demostración TEVA 5 (EDFT-05), el Experimento de envío de extremidades de ozono del transbordador (SOLSE), el Tubo de calor de bucle (LHP), el Experimento de batería de azufre de sodio (NaSBE), el experimento de difusión de chorro de gas turbulento (G-744) y el experimento de cámara robótica/Sprint de EVA autónoma ( AERCam Sprint ). Los experimentos de cubierta intermedia incluyeron la carga útil de caja de guantes de cubierta intermedia (MGBX) y el Experimento colaborativo ucraniano (CUE). [5]
La carga útil de microgravedad de los Estados Unidos (USMP-4) fue un proyecto de Spacelab administrado por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de Huntsville , Alabama. El conjunto de experimentos de investigación de microgravedad se dividió entre dos estructuras de soporte para experimentos peculiares de la misión (MPESS) en la bahía de carga útil. La capacidad de misión extendida que ofrece el kit del orbitador de duración extendida (EDO) brinda la oportunidad de contar con tiempo adicional para recopilar datos científicos. [5]
Spartan 201-04 fue una nave espacial de física solar diseñada para realizar teledetección de las capas exteriores calientes de la atmósfera del Sol o corona solar . Se esperaba que se desplegara en la órbita 18 y se recuperara en la órbita 52. El objetivo de las observaciones era investigar los mecanismos que causan el calentamiento de la corona solar y la aceleración del viento solar que se origina en la corona. Dos experimentos principales fueron el Espectrómetro Coronal Ultravioleta del Observatorio Astrofísico Smithsoniano y el Coronógrafo de Luz Blanca (WLC) del Observatorio de Gran Altitud . Spartan 201 tuvo tres experimentos secundarios. El Experimento de Tecnología que Aumenta a Spartan (TEXAS) fue un experimento de comunicaciones de Radio Frecuencia (RF) que proporcionó experiencia de vuelo para componentes de referencia en futuras misiones Spartan, y un enlace de control y comunicaciones en tiempo real con los experimentos primarios Spartan 201. Este enlace se utilizó para proporcionar un ajuste de precisión al WLC basado en imágenes solares transmitidas en tiempo real. El experimento de vuelo del sensor de guía de video (VGS) era un sistema de guía láser que probaba un componente clave del sistema de encuentro y captura automatizados (AR&C). La placa de montaje auxiliar Spartan (SPAM) era una placa de montaje de equipo pequeño que proporcionaba una ubicación de montaje para pequeños experimentos o equipo auxiliar de la estructura de soporte de vuelo Spartan (SFSS). Era una placa de panal que utilizaba un material de lámina frontal de aluminio de carburo de silicio experimental con un núcleo de aluminio. [5]
El horno de solidificación direccional automatizado avanzado (AADSF) era una instalación sofisticada de ciencia de materiales utilizada para estudiar un método común de procesamiento de cristales semiconductores llamado solidificación direccional. La solidificación es el proceso de congelación de materiales. En el tipo de solidificación direccional utilizado en AADSF, la muestra líquida, encerrada en ampollas de cuarzo , se solidificó lentamente a lo largo del eje largo. Un mecanismo movió la muestra a través de zonas de temperatura variable en el horno. Para comenzar el procesamiento, el horno fundió todos los extremos de la muestra menos uno hacia el otro. Una vez cristalizada, la muestra permaneció en el horno para ser examinada después del vuelo. El frente de solidificación fue de particular interés para los científicos porque los flujos encontrados en el material líquido influyen en la composición y estructura finales del sólido y sus propiedades. [5]
El Experimento de Helio Confinado (CHeX) proporcionó una prueba de las teorías de la influencia de los límites en la materia midiendo la capacidad térmica del helio cuando está confinado en dos dimensiones. [5]
El experimento de crecimiento dendrítico isotérmico (IDGE, por sus siglas en inglés) fue un experimento de solidificación de la ciencia de los materiales que los investigadores utilizaron para investigar un tipo particular de solidificación llamado crecimiento dendrítico. La solidificación dendrítica es una de las formas más comunes de solidificación de metales y aleaciones. Cuando los materiales cristalizan o se solidifican bajo ciertas condiciones, se congelan de manera inestable, lo que da como resultado formas cristalinas diminutas con forma de árbol llamadas dendritas . Los científicos están particularmente interesados en el tamaño y la forma de las dendritas y en cómo las ramas de las dendritas interactúan entre sí. Estas características determinan en gran medida las propiedades del material. [5]
Diseñado para la investigación sobre la solidificación direccional de aleaciones metálicas, el experimento Material pour l'Étude des Phénomènes Intéressant la Solidification sur Terre et en Orbite (MEPHISTO) se interesó principalmente en medir la temperatura, la velocidad y la forma del frente de solidificación (el punto donde el sólido y el líquido entran en contacto durante la solidificación). MEPHISTO procesó simultáneamente tres muestras cilíndricas idénticas de aleación de bismuto y estaño . En la primera muestra, se midieron eléctricamente las fluctuaciones de temperatura de la solidificación en movimiento, lo que perturbó la muestra. La posición del límite sólido-líquido se determinó mediante una técnica de resistencia eléctrica en la segunda muestra. En la tercera muestra, el frente de solidificación facetado se marcó a intervalos seleccionados con pulsos de corriente eléctrica. Las muestras fueron devueltas a la Tierra para su análisis. Durante la misión, los datos de MEPHISTO se correlacionaron con los datos del Sistema de medición de aceleración espacial (SAMS). Al comparar los datos, los científicos determinaron cómo las aceleraciones a bordo del transbordador perturbaron la interfaz sólido-líquido. [5]
El Sistema de Medición de Aceleración Espacial (SAMS), patrocinado por el Centro de Investigación Lewis de la NASA (ahora Centro de Investigación Glenn de la NASA ), era un sistema de adquisición de datos impulsado por microprocesador diseñado para medir y registrar el entorno de aceleración de microgravedad del portaaviones USMP. El SAMS tenía tres cabezales de sensor triaxial que estaban separados del paquete electrónico para el posicionamiento remoto. En funcionamiento, el cabezal del sensor triaxial producía señales de salida en respuesta a las entradas de aceleración. Las señales se amplificaban, filtraban y convertían en datos digitales. Los datos de aceleración digital se transferían a la memoria de disco óptico para su análisis en tierra y se enviaban a tierra para su análisis casi en tiempo real. Cada acelerómetro tenía una masa suspendida por un elemento de cuarzo que permitía el movimiento a lo largo de un solo eje. Se adjuntó una bobina a la masa y el conjunto se colocó entre dos imanes permanentes. Una aceleración aplicada desplazó la masa de su posición de reposo. Este movimiento fue detectado por un detector, lo que provocó que la electrónica del SAMS enviara un voltaje a la bobina, produciendo exactamente el campo magnético necesario para restaurar la masa a su posición original. El voltaje aplicado era proporcional a la aceleración aplicada y se enviaba a la electrónica SAMS como datos de aceleración. [5]
Mientras volaban por separado en la bodega de carga , el Experimento de Investigación de Aceleración Orbital (OARE), patrocinado por el Centro de Investigación Lewis de la NASA (ahora Centro de Investigación Glenn), fue una parte integral de USMP-04. Era un instrumento altamente sensible diseñado para medir la aceleración aerodinámica de bajo nivel a lo largo de los ejes principales del orbitador en el régimen de flujo molecular libre a altitudes orbitales y en el régimen de transición durante el reingreso. Los datos de OARE también se transmitieron durante la misión para su análisis casi en tiempo real en apoyo de los experimentos científicos de USMP. Los datos de OARE respaldaron los avances en el procesamiento de materiales espaciales al proporcionar mediciones del entorno de perturbaciones de baja frecuencia y bajo nivel que afecta a varios experimentos de microgravedad. Los datos de OARE también respaldaron los avances en la tecnología de predicción de la resistencia orbital al aumentar la comprensión de los fenómenos de flujo fundamentales en la atmósfera superior. [5]
El objetivo del Experimento de Sondeo de Ozono en el Limbo del Transbordador Espacial (SOLSE) era determinar la distribución de la altitud del ozono en un intento de entender su comportamiento para que se puedan predecir cambios cuantitativos en la composición de la atmósfera. SOLSE tenía como objetivo realizar la distribución de ozono que un instrumento de nadir puede lograr. Esto se realizó utilizando tecnología de Dispositivo Acoplado Cargado ( CCD ) para eliminar las partes móviles en un instrumento de mapeo de ozono más simple y de bajo costo. El experimento estaba alojado en un contenedor Hitchhiker (HH/GAS) con un anillo de extensión de contenedor y equipado con un Conjunto de Puerta Motorizada Hitchhiker (HMDA). La instrumentación incluía un espectrógrafo ultravioleta (UV) con un detector de matriz CCD, matriz CCD y cámaras de luz visible, lámpara de calibración, óptica y deflector. Una vez en órbita, un miembro de la tripulación activó SOLSE que realizó observaciones de visión de la Tierra y del limbo. Las observaciones del limbo se centran en la región de 20 kilómetros (12 millas) a 50 kilómetros (31 millas) de altitud sobre el horizonte de la superficie de la Tierra. Las observaciones de observación de la Tierra permitieron a SOLSE correlacionar los datos con otros instrumentos de observación del nadir y del ozono. [5]
El sistema Loop Heat Pipe (LHP) prueba una tecnología avanzada de gestión de energía térmica y valida la preparación de la tecnología para futuras aplicaciones en naves espaciales comerciales. El LHP funcionaba con amoníaco anhidro como fluido de trabajo para transportar energía térmica con una conductividad alta y efectiva en gravedad cero. El LHP era un dispositivo pasivo de transferencia de calor de flujo bifásico que era capaz de transportar hasta 400 vatios a una distancia de 5 metros a través de tubos semiflexibles de diámetro pequeño. Utilizaba fuerzas capilares para hacer circular el fluido de trabajo bifásico. El sistema era autocebante y de funcionamiento totalmente pasivo. Cuando se aplicaba calor al evaporador del LHP, parte del fluido de trabajo se vaporizaba. El vapor fluía a través de las líneas de transporte de vapor y se condensaba, liberando calor. La condensación regresaba al evaporador mediante acción capilar a través de las líneas de transporte de líquido. [5]
El experimento de baterías de sodio y azufre (NaSBE) caracterizó el rendimiento de cuatro celdas de baterías de sodio y azufre de 40 amperios-hora , lo que representa la primera prueba de la tecnología de baterías de sodio y azufre en el espacio. Cada celda estaba compuesta por un ánodo de sodio, un cátodo de azufre y un electrolito y separador de iones de sodio de cerámica sólida. Las celdas se calentaron a 350 grados Celsius para licuar el sodio y el azufre. Una vez que el ánodo y el cátodo se licuaron, las celdas comenzaron a generar energía eléctrica. Una vez en órbita, un miembro de la tripulación activó el NaSBE y luego el experimento fue controlado por el Centro de Control de Operaciones de Carga Útil (POCC) del GSFC. [5]
La carga útil de difusión de llamas por chorro de gas turbulento (TGDF) era una carga útil secundaria que utilizaba el portador estándar Get Away Special . Su propósito era comprender las características fundamentales de las llamas de difusión de chorro de gas turbulento y de transición en condiciones de microgravedad y adquirir datos para ayudar a predecir el comportamiento de las llamas de difusión de chorro de gas turbulento y de transición en entornos normales y de microgravedad. TGDF impuso perturbaciones controladas a gran escala en llamas de difusión de microgravedad laminar bien definidas. Se trataba de perturbaciones axisimétricas de llamas laminares. Las variables para las pruebas propuestas fueron la frecuencia del mecanismo de perturbación, que era de 2,5 Hz, 5 Hz o 7,5 Hz. [5]
El contenedor de carga útil Get Away Special (GAS G-036) contenía cuatro experimentos separados que hidrataban muestras de cemento, registraban la estabilidad de la configuración de muestras de fluidos y exponían discos de computadora, discos compactos y muestras de asfalto a condiciones de exosfera en la bodega de carga del orbitador. Los experimentos fueron el Experimento de Mezcla de Cemento (CME), el Experimento de Estabilidad de la Configuración de Fluidos (CSFE), el Experimento de Evaluación de Disco Compacto de Computadora (CDEE) y el Experimento de Evaluación de Asfalto (AEE). [5]
La plataforma del orbitador de duración extendida (EDO) era una estructura de obleas de 4,6 m de diámetro que pesaba 352 kilogramos y servía de soporte para tanques, paneles de control asociados y equipos de aviónica. Los tanques almacenaban 167 kilogramos de hidrógeno líquido a -250 grados Celsius y 1.417 kilogramos de oxígeno líquido a -176 grados Celsius. La masa total del sistema vacío era de 1.620 kilogramos. Cuando se llenaba con criógenos, la masa del sistema era de aproximadamente 3.200 kilogramos. El oxígeno y el hidrógeno se suministraban a las tres celdas de combustible generadoras de energía eléctrica del orbitador , donde se convertían en energía eléctrica suficiente para abastecer a una casa promedio de cuatro miembros de una familia durante aproximadamente seis meses. Las pilas de combustible también produjeron unos 1.360 kilogramos (3.000 libras) de agua potable pura. Con la plataforma EDO, el orbitador podría soportar un vuelo de un máximo de 18 días. Las misiones en órbita más prolongadas benefician la investigación en microgravedad, la investigación en ciencias de la vida, las observaciones de la Tierra y del cielo, la adaptación humana al entorno de gravedad cero y el apoyo a la Estación Espacial. [5]
La caja de guantes de la cubierta intermedia (MGBX) era una instalación diseñada para la manipulación de experimentos de ciencias biológicas y de materiales. Consistía en dos sistemas principales: un marco de interfaz (IF) y una caja de guantes (GB). La instalación MGBX (con la electrónica asociada) proporcionaba un área de trabajo cerrada para la manipulación y observación experimental en la cubierta intermedia del transbordador. Los experimentos MGBX en este vuelo eran WCI: el objetivo de las características de humectación de los inmiscibles era investigar la influencia de las características de humectación de las aleaciones/ampollas en la segregación de líquidos inmiscibles durante el procesamiento en microgravedad. El experimento de llamas laminares cerradas (ELF) tuvo como objetivo validar el modelo de gravedad cero de Burke-Schumann y la extensión de Hegde-Bahadori dependiente de la gravedad del modelo, investigar la importancia del campo de flujo dependiente de la flotabilidad afectado por el flujo de oxidante en la estabilización de la llama, examinar las relaciones de estado de las llamas de difusión de co-flujo bajo la influencia de las condiciones de flotabilidad (gravedad versus presión) y estudiar las interacciones de los vórtices de flujo y las llamas de difusión. Los objetivos del experimento de engullimiento y empuje de partículas por interfaces de solidificación (PEP) fueron generar un valor preciso para la velocidad crítica en un entorno libre de convección, validar el modelo teórico actual, mejorar la comprensión fundamental de la dinámica de partículas insolubles en interfaces líquido/sólido y mejorar la comprensión de la física asociada con la solidificación de mezclas de partículas metálicas líquidas y cerámicas. [5]
El Experimento Colaborativo Ucraniano (CUE) fue una carga útil de cubierta intermedia diseñada para estudiar los efectos de la microgravedad en el crecimiento de las plantas. El CUE estaba compuesto por un grupo de experimentos que volaron en la Instalación de Crecimiento de Plantas (PGF) y en la Investigación Biológica en Contenedores (BRIC). Los experimentos también requirieron el uso de un Congelador de Nitrógeno Gaseoso (GN2) y el hardware de fijación. Los investigadores de Ucrania y los Estados Unidos (Universidad Estatal de Kansas y Universidad Estatal de Luisiana) seleccionaron los experimentos como un modelo para la colaboración científica entre los dos países. El PGF respaldó el crecimiento de las plantas durante hasta 30 días al proporcionar condiciones ambientales aceptables para el crecimiento normal de las plantas. El PGF estaba compuesto por los siguientes subsistemas: Subsistemas de Control y Gestión de Datos (CDMS), Módulo de Luz Fluorescente (FLM), Módulo de Control Atmosférico (ACM), Cámaras de Crecimiento de Plantas (PGC), Conjunto de Estructura de Soporte (SSA) y la Carcasa Externa Genérica (GES). El PGF completo reemplazó un armario de la mitad de la cubierta y funcionó con una corriente continua (CC) de 28 V. La muestra de planta estudiada en el PGF fue Brassica rapa (nabo). [5]
La prueba de vuelo de desarrollo de actividad extravehicular – 05 (EDFT-05) consistió en los elementos de hardware de la bahía de carga útil del Objetivo de prueba detallado (DTO) 671, Hardware de EVA para futuras misiones extravehiculares programadas. El objetivo principal de EDFT – 05 fue demostrar el ensamblaje de EVA de extremo a extremo en órbita de la Estación Espacial Internacional (ISS) y las operaciones de mantenimiento. Las otras DTO incluidas en esta prueba fueron DTO 672, Lista de verificación del manguito eléctrico de la unidad de movilidad extravehicular (EMU) y DTO 833, Confort térmico de la EMU y Entorno térmico del lugar de trabajo de EVA. Otro objetivo fue expandir la base de experiencia de EVA para las tripulaciones de tierra y de vuelo. Se realizaron dos EVA en esta misión para lograr estos DTO. [5]
La cámara robótica autónoma EVA/Sprint (AERCam/Sprint) era una plataforma de cámara pequeña, discreta y de vuelo libre para su uso fuera de una nave espacial. El vehículo volador libre tenía un sistema de propulsión de gas frío autónomo que le daba la capacidad de ser propulsado con 6 grados de libertad del sistema de control. A bordo del vehículo volador libre había sensores de velocidad para proporcionar datos para una capacidad de mantenimiento automático de la actitud. AERCam/Sprint era un vehículo esférico que se movía lentamente y estaba cubierto de un material de amortiguación suave para evitar daños en caso de impacto. La filosofía de diseño era mantener la energía baja manteniendo bajas las velocidades y la masa mientras se proporcionaba un mecanismo para absorber cualquier energía de un impacto. La plataforma del vehículo volador libre se controlaba desde el interior del orbitador mediante una pequeña estación de control. El operador introducía comandos de movimiento desde un único controlador de dispositivo de ayuda para rescate EVA (SAFER). Los comandos se enviaban desde la estación de control al vehículo volador libre a través de un enlace de módem de radiofrecuencia (RF) que operaba en el rango de frecuencia ultraalta (UHF). [5]
La misión marcó un hito menos conocido por tener un personaje de cómic creado para una misión espacial, el primero en volar al espacio y el primero en regresar a salvo a la Tierra. El patrocinador y gerente del experimento Enclosed Laminar Flames, Lewis Stocker, notó la abreviatura del experimento como ELF y, siendo un lector declarado de la serie de cómics Elfquest , pidió a los creadores de la serie , Richard y Wendy Pini , que crearan un logotipo. Originalmente, esperaba que se pudiera usar el astrónomo de la serie, Skywise , pero para evitar problemas de derechos de autor, se creó un personaje único para acompañar la insignia del experimento, cuyo nombre fue bautizado como Starfire. [6] [7]
Los astronautas del transbordador que dormían eran despertados a menudo con una breve pieza musical, una tradición que comenzó durante las misiones Gemini y Apollo . [8] Cada pista era elegida especialmente, a veces por sus familias, y por lo general tenía un significado especial para un miembro individual de la tripulación o era aplicable a sus actividades diarias. Los astronautas Bill McArthur , Ellen Ochoa , Chris Hadfield y Marc Garneau fueron los CAPCOM de la misión y llamaron a los astronautas del Columbia todos los días. [8] [9]
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público . Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio .
