El Simulador de Flotabilidad Neutral era una piscina de flotabilidad neutra ubicada en el Centro de Vuelos Espaciales George C. Marshall (MSFC) de la NASA. Los ingenieros y astronautas desarrollaron hardware y practicaron procedimientos en este tanque desde su finalización en 1968 hasta su desmantelamiento en 1997. Marshall reconoció la necesidad de simulaciones submarinas de actividades extravehiculares (EVA) y desarrolló tres tanques sucesivamente más grandes para ese propósito. El Simulador de Flotabilidad Neutral contribuyó significativamente al programa espacial tripulado estadounidense. Skylab , el Transbordador Espacial , el Telescopio Espacial Hubble y la Estación Espacial Internacional se han beneficiado del Simulador de Flotabilidad Neutral. Hasta que el Centro Espacial Johnson construyó la Instalación de Pruebas de Entornos de Ingravidez a mediados de la década de 1970, el MSFC tenía la única instalación de pruebas propiedad de la NASA que permitía a los ingenieros y astronautas familiarizarse con la dinámica del movimiento del cuerpo en condiciones de ingravidez. [2] [3] : 1968-03 p.39 [4]
El agua dentro del simulador tenía una temperatura controlada , recirculaba y filtraba continuamente. Se integraron sistemas especiales en el tanque para audio y video submarinos, control ambiental del traje de presión y rescate y tratamiento de emergencia. Estos sistemas proporcionaban soporte vital simultáneamente a hasta cuatro sujetos con trajes de presión. Los sistemas adicionales incluían adquisición y registro de datos, iluminación subacuática, operaciones especiales de energía neumática y eléctrica subacuática de motor, válvulas, controles e indicadores que se requerían para maquetas y entrenadores de ingeniería funcionales y de alta fidelidad.
La flotabilidad neutra simula el entorno sin gravedad del espacio. [5] Primero se baja el equipo a la piscina utilizando una grúa aérea . Luego, los astronautas con traje se meten en el tanque y los buzos de apoyo agregan peso a los astronautas para que no experimenten ninguna fuerza de flotación ni momento de rotación sobre su centro de masa . [5]
Una desventaja de usar la flotabilidad neutra para simular la microgravedad es la cantidad significativa de resistencia que presenta el agua. [6] Generalmente, los efectos de la resistencia se minimizan al realizar las tareas lentamente en el agua. Otra desventaja de la simulación de flotabilidad neutra es que los astronautas no son ingrávidos dentro de sus trajes, por lo que es fundamental elegir el tamaño exacto del traje.
La NASA ha realizado vuelos en gravedad cero en varios aviones durante muchos años. En 1959, los astronautas del Proyecto Mercury se entrenaron en un avión C-131 Samaritan , que fue bautizado como el " Vomit Comet ". La ingravidez de los aviones está limitada a 25 segundos por vez, lo que dificulta los intentos de practicar EVAs que pueden durar horas. [7] [8]
Antes de mayo de 1960, la NASA reconoció la posibilidad de realizar simulaciones de flotabilidad neutra bajo el agua y comenzó a probar su eficacia. La NASA contrató a Environmental Research Associates de Baltimore para probar simulaciones de flotabilidad neutra primero en una piscina cerca del Centro de Investigación Langley . Los visitantes y otros problemas perturbaron esos esfuerzos, y trasladaron la operación a la Escuela McDonogh , donde Scott Carpenter fue el primer astronauta en participar. Luego, después de difíciles EVAs a través de Gemini 11 a mediados de septiembre de 1966, el Centro de Naves Espaciales Tripuladas comprendió plenamente la importancia de probar los procedimientos bajo el agua y envió a la tripulación de Gemini 12 a entrenarse en McDonogh. [9] [10] [11] [12]
Mientras tanto, el MSFC estaba pensando en el Programa de Aplicaciones Apolo , que implicaría ejercicios de flotabilidad neutra para convertir una etapa de cohete S-IVB casi vacía en una estación espacial, y las personas que diseñaban el hardware necesitaban un conocimiento profundo de los desafíos de la ingravidez. Charlie Cooper en el MSFC teorizó que los ejercicios de flotabilidad neutra podrían ayudar con la planificación de los ejercicios de flotabilidad neutra mientras revisaba la película del ejercicio de flotabilidad Gemini 4. Él y Charles D. Stocks llevaron a cabo la idea con un par de trajes de buceo de la NASA y una piscina de 2,4 m (8 pies) de diámetro y 2,4 m (8 pies) de profundidad que se había utilizado anteriormente para formar piezas de metal de forma explosiva . Las pruebas de noviembre de 1965 incluyeron la extracción del ST-124 y una válvula de utilización de propulsor del motor J-2 , los primeros pasos de una misión Skylab naciente , entonces llamada taller orbital S-IVB. [3] : 1965-11 p. 18 [13] : p. 189
En enero de 1966, después de demostrarse la utilidad de la técnica, los trabajadores readaptaron un tanque de formación de explosivos más grande para realizar pruebas de flotabilidad neutra. La piscina más grande tenía 7,6 m de diámetro y 4,6 m de profundidad. Una sección corrugada dañada del Saturno V, de 3 m de alto y 11 m de diámetro , con un techo cónico en la parte superior, encerraba la instalación, ahora climatizada, con iluminación adecuada y más espacio para equipos más grandes que el tanque inicial.
El presupuesto para el segundo tanque era especialmente ajustado. Incluía un filtro de piscina de Sears y un grifo para conectarlo a una línea de vapor adyacente para calentar el agua. Algae contrató a químicos durante casi un año para encontrar un equilibrio apropiado de sustancias químicas para este singular sistema. [13] : p. 190
Las pruebas iniciales se centraron nuevamente en el taller del S-IVB: entrada y salida de la esclusa de aire y extracción de la tapa de la escotilla del S-IVB. [3] : 1966-01 p. 35 [13] : pp. 189–90
En el segundo tanque, los astronautas se entrenaron con trajes de presión, comenzando con el Mark IV de la Marina . El laboratorio de Ingeniería de Fabricación (ME) del MSFC desarrolló una válvula de presión constante que "hizo posible mantener la flotabilidad neutra a cualquier profundidad". Los buzos probaron por primera vez el Mark IV en el tanque en julio de 1966, y Alan Bean pasó dos horas "ejecutando actividades típicas de astronautas" en el tanque el 6 de septiembre de 1966. Bean estaba "bastante entusiasmado y hablaba abiertamente sobre la flotabilidad neutra como uno de los métodos obligatorios de simulación para todos los experimentos del Taller S-IVB", según el director de Ingeniería de Fabricación WR Kuers. Stocks, el controlador de ese ejercicio, informó que la inmersión de Bean comenzó con un guante con fugas seguido de su traje Mark IV rasgándose debajo del brazo y requiriendo evacuación asistida por buzos. Bean procedió con los ejercicios con equipo de buceo normal. [3] : 1966-07 p. 79 [13] : p. 190
A principios de 1967, el programa del simulador estaba completo. Aunque Alan Bean había visitado el proyecto y había realizado consultas sobre él, el propósito del simulador no era el entrenamiento de astronautas, sino verificar que "el hardware desarrollado por el MSFC es seguro, fácil de manejar, accesible y sin problemas", escribió F. Belew en su informe del 13 de marzo a von Braun. En ese momento, el enfoque se centró principalmente en el desarrollo temprano de procedimientos para el Programa de Aplicaciones Apolo . Debido en gran parte al entusiasmo de Bean por el proyecto, el Centro de Naves Espaciales Tripuladas se coordinó con el MSFC para proporcionar dos astronautas según fuera necesario, apoyo médico, alojamiento para la tripulación y consultas de seguridad para las simulaciones. [3] : 1967-03 p. 26
En el mismo informe, Belew dijo que la gente consideraba necesario utilizar ambas manos para la mayoría de las tareas: una para hacer el trabajo y la otra para hacer palanca. También describió los planes para instalar un tercer tanque en el edificio 4706. [3] : 1967-03 p. 26
Desde el principio quedó claro que era necesario un simulador más grande para probar los procedimientos con Skylab (21,67 pies (6,61 m) de diámetro por 24,3 pies (7,4 m) de alto) y otros equipos en desarrollo. También quedó claro que su construcción requeriría cierta financiación creativa y maniobras políticas. En su memorando del 12 de septiembre de 1966 a Wernher von Braun , Kuers reveló: "[Bean] aparentemente había sido informado de nuestros planes con respecto al nuevo simulador de flotabilidad neutra de gran tamaño, y en respuesta a sus preguntas directas al respecto, el personal médico responsable le mostró con franqueza los planos de diseño. En consecuencia, Houston ahora está al tanto ". [3] : 1966-07 p. 79
No había presupuesto para instalaciones adicionales, por lo que los gerentes decidieron modificar una instalación existente construyendo un tanque dentro de ella utilizando fondos para herramientas y fabricantes internos. Stocks explicó: "Todo lo que teníamos eran los fondos discrecionales de los directores disponibles en ese momento. No se nos permitió construir un nuevo edificio para el tanque, por lo que se descubrió una fuga debajo del edificio de modelos y prototipos. Esta fuga requirió aproximadamente [8 pies (2,4 m)] de concreto debajo del piso para repararla". Por lo tanto, la base del edificio 4706 se preparó en julio de 1967, para sostener un tanque con capacidad para 1.300.000 galones estadounidenses (4.900.000 L) de agua. [3] : 1967-01 p. 107, 1967-07 p. 56 [13] : pp. 55, 190
Ed Buckbee escribió que las irregularidades en la financiación "motivaron una auditoría y una reprimenda de la GAO (Oficina de Responsabilidad Gubernamental) , pero contribuyeron a la tradición Marshall de creatividad y pragmatismo para hacer el trabajo". [13] : p. 55
La soldadura del nuevo tanque se llevó a cabo en octubre y noviembre de 1967, tras lo cual estuvo casi lista una piscina de 40 pies (12 m) de profundidad y 75 pies (23 m) de diámetro. El trabajo restante, según el informe de Kuers del 20 de noviembre, incluía la instalación de un "polipasto de dos toneladas, un sistema de aire respirable, un sistema de llenado de cilindros de buceo, una nueva cámara de recompresión, la instalación de la instrumentación en un remolque que se ubicará entre los edificios 4706 y 4705, la adquisición e instalación de una campana de buceo y una esclusa de aire y el diseño, adquisición e instalación de un elevador que operaría entre la planta baja y la plataforma superior y que se utilizaría para el movimiento tanto de personas como de equipos". [3] : 1967-11 p. 72
Los preparativos finales para las pruebas duraron varios meses más. Los ingenieros decidieron llenar el tanque lentamente para poder reparar cualquier fuga que encontraran en el camino, y lo llenaron, encontrando y reparando algunas fugas, entre el 29 de febrero y el 11 de marzo de 1968. Una vez preparados, los trabajadores comenzaron a instalar el equipo de prueba. Los trabajadores tuvieron que desarrollar nuevas técnicas para ensamblar las piezas bajo el agua debido al poco espacio libre entre la parte superior del tanque y el techo del edificio que lo rodeaba.
Ante la perspectiva de que los astronautas bucearan con trajes presurizados, el Centro de Naves Espaciales Tripuladas (actualmente Centro Espacial Johnson) introdujo un nuevo nivel de seguridad en el MSFC en forma de un comité de Inspección de Preparación Operativa (ORI, por sus siglas en inglés) que evaluaba las instalaciones en busca de problemas de seguridad. El comité se formó en diciembre de 1967. Llevaron a cabo inspecciones y supervisaron ejercicios para demostrar la preparación para una variedad de contingencias. Después de casi un año con el tanque lleno, los procedimientos estaban listos para los astronautas con trajes. [3] : 1967-12 p. 37, 1968-03 p. 15, 39, 1968-04 p. 82, 1968-07 p. 91, 1969-03 p. 69
La primera inmersión de un astronauta con traje en el nuevo tanque fue un ejercicio para desarrollar técnicas de recuperación de películas con el telescopio Apollo . Paul Weitz y Joseph Kerwin se pusieron los trajes Apollo A5L (predecesor del Apollo/Skylab A7L ) y practicaron la recuperación de películas tanto con rieles paralelos como con el sistema de carritos mientras Edward Gibson observaba con equipo de buceo el 4 de marzo de 1969. Sus experiencias condujeron a un sistema de sujeción con correas, un intercambiador de calor en el suministro de aire del traje espacial, el ajuste del cordón umbilical para que flotara de manera neutra, ajustes en el sistema de pesaje para el traje A5L y un nuevo diseño de sujeción para los pies. [3] : 1969-03 pp. 69, 91
Con la incorporación de remolques para salas de control y vestuarios entre los edificios 4705 y 4706, el conjunto pasó a denominarse edificio 4705.
Los ingenieros utilizaron el Simulador de Flotabilidad Neutral para resolver problemas en los diseños y los astronautas proporcionaron comentarios sobre sus experiencias en el simulador. Por ejemplo, el 6 y 7 de agosto de 1969, los astronautas Owen Garriott , Walter Cunningham y Rusty Schweickart evaluaron el sistema de recuperación de películas EVA de la montura del telescopio Apollo. [3] : 1969-08 p. 27
La cámara hiperbárica del simulador se utilizó por primera vez para el propósito previsto la noche del 24 al 25 de septiembre de 1969, cuando un trabajador de la TVA que sufría la enfermedad por descompresión cerca de Knoxville fue trasladado en avión al MSFC para recibir tratamiento y llegó alrededor de la medianoche. Los médicos de la NASA y de la TVA asistieron a los tratamientos. La primera ronda de tratamiento proporcionó cierta mejoría al buzo, pero la recuperación fue lenta a partir del 20 de octubre. El paciente había sufrido una lesión en la columna vertebral y una posterior parálisis de cintura para abajo. La percepción sensorial estaba regresando, pero no la función motora. [3] : 1969-09 p. 125, 1969-10 p. 71
Los astronautas realizaron el entrenamiento Skylab en el Simulador de Flotabilidad Neutral a principios de la década de 1970. [14] Los astronautas Conrad y Kerwin se prepararon para sus misiones EVA Skylab 2 simulando sus requisitos en el Simulador de Flotabilidad Neutral antes de proceder con las reparaciones en el espacio exterior. [15]
La tripulación de la misión del transbordador espacial STS-41-C pasó meses entrenando para la captura, reparación y liberación del satélite Solar Max , incluida la práctica del uso de la unidad de maniobra tripulada . [16]
El Simulador de Flotabilidad Neutral fue declarado Monumento Histórico Nacional en 1985. [2] [17]
Los ingenieros continuaron desarrollando procedimientos y los astronautas continuaron entrenándose en el simulador para las misiones del Telescopio Espacial Hubble y el ensamblaje de la Estación Espacial Internacional hasta el desmantelamiento del tanque en 1997.
...para astronautas en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales ha sido declarado inactivo. El tanque, construido en 1968, fue el primer Simulador de Flotabilidad Neutral de la NASA.
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