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 vuelo número 88 del transbordador espacial y el vuelo número 24 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 un EVA desde Columbia . Los EVA de Columbia se planearon originalmente para STS-5 en 1982 y STS-80 en 1996, pero fueron cancelados debido a problemas con el traje espacial y la esclusa de aire, respectivamente. [1] [2] También marcó el primer EVA realizado por un astronauta japonés, Takao Doi .
STS-87 voló la carga útil de microgravedad de Estados Unidos (USMP-4), el Spartan-201, el experimento de investigación de aceleración orbital (OARE), la prueba de vuelo de demostración 5 de TEVA (EDFT-05), el experimento de envío de miembros de ozono del transbordador (SOLSE), el Loop Heat Pipe (LHP), el experimento de batería de azufre de sodio (NaSBE), el experimento de difusión por chorro de GAS turbulento (G-744) y el experimento de cámara robótica/Sprint autónomo EVA ( AERCam Sprint ). Los experimentos en la plataforma media incluyeron la carga útil Middeck Glovebox (MGBX) y el experimento colaborativo ucraniano (CUE).
La carga útil de microgravedad de Estados Unidos (USMP-4) fue un proyecto de Spacelab administrado por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales , Huntsville , Alabama. El complemento de los experimentos de investigación de microgravedad se dividió entre dos estructuras de soporte para experimentos de misión peculiar (MPESS) en el compartimento de carga útil. La capacidad de misión extendida que ofrece el kit Extended Duration Orbiter (EDO) brinda la oportunidad de dedicar tiempo adicional a la recopilación de datos científicos.
Spartan 201-04 fue una nave espacial de física solar diseñada para realizar sensores remotos de las capas exteriores calientes de la atmósfera del Sol o corona solar . Se esperaba que fuera desplegado en la órbita 18 y recuperado en la órbita 52. El objetivo de las observaciones era investigar los mecanismos que provocan 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 Smithsonian y el coronógrafo de luz blanca (WLC) del Observatorio de Gran Altitud . Spartan 201 tuvo tres experimentos secundarios. El Experimento Tecnológico Augmenting Spartan (TEXAS) fue un experimento de comunicaciones por radiofrecuencia (RF) que proporcionó experiencia de vuelo para componentes basados 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 preciso al WLC basado en imágenes solares transmitidas en tiempo real. El experimento de vuelo del sensor de guía por video (VGS) fue un sistema de guía láser que probó un componente clave del sistema de captura y encuentro automatizado (AR&C). La placa de montaje auxiliar Spartan (SPAM) era una pequeña placa de montaje de equipos que proporcionaba una ubicación de montaje para pequeños experimentos o equipos auxiliares de la estructura de soporte de vuelo Spartan (SFSS). Era una placa alveolar que utilizaba un material de lámina frontal de aluminio de carburo de silicio experimental con un Núcleo de aluminio.
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 congelar 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 longitudinal. Un mecanismo movió la muestra a través de zonas de diferentes temperaturas en el horno. Para comenzar el procesamiento, el horno fundió todos los extremos de la muestra menos un extremo 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 que se encuentran en el material líquido influyen en la composición y estructura final del sólido y en sus propiedades.
El Experimento de Helio Confinado (CHeX) proporcionó una prueba de las teorías sobre la influencia de los límites en la materia midiendo la capacidad calorífica del helio confinado en dos dimensiones.
El Experimento de Crecimiento Dendrítico Isotérmico (IDGE) fue un experimento de solidificación de ciencia de 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 solidificar metales y aleaciones. Cuando los materiales cristalizan o solidifican bajo ciertas condiciones, se congelan de manera inestable, lo que da como resultado formas diminutas cristalinas parecidas a árboles 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.
Diseñado para investigar la solidificación direccional de aleaciones metálicas, el experimento Material pour l'Étude des Phénomènes Intéressant la Solidification sur Terre et en Orbite (MEPHISTO) estaba principalmente interesado en medir la temperatura, la velocidad y la forma del frente de solidificación (el punto donde el sólido y el líquido entran en contacto entre sí durante la solidificación). MEPHISTO procesó simultáneamente tres muestras cilíndricas idénticas de bismuto y aleación de estaño . En la primera muestra se midieron eléctricamente las fluctuaciones de temperatura de la solidificación en movimiento, perturbando 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 la aceleración espacial (SAMS). Al comparar datos, los científicos determinaron cómo las aceleraciones a bordo del transbordador perturbaban la interfaz sólido-líquido.
El Sistema de Medición de la 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 un microprocesador diseñado para medir y registrar el entorno de aceleración de microgravedad del portaaviones USMP. El SAMS tenía tres cabezales sensores triaxiales separados del paquete electrónico para posicionamiento remoto. En funcionamiento, el cabezal sensor triaxial producía señales de salida en respuesta a las entradas de aceleración. Las señales fueron amplificadas, filtradas y convertidas en datos digitales. Los datos de aceleración digital se transfirieron a una memoria de disco óptico para su análisis en tierra y se conectaron a tierra para un 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 se colocó el conjunto 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 SAMS enviara un voltaje a la bobina, produciendo exactamente el campo magnético necesario para restaurar la masa a su posición original. El voltaje aplicado fue proporcional a la aceleración aplicada y se envió a la electrónica SAMS como datos de aceleración.
Mientras volaba por separado en la bahía 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 del 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 en altitudes orbitales y en el régimen de transición durante el reingreso. Los datos de OARE también se descargaron durante la misión para realizar análisis casi en tiempo real en apoyo de los experimentos científicos del USMP. Los datos de OARE respaldaron los avances en el procesamiento de materiales espaciales al proporcionar mediciones del entorno de perturbaciones de bajo nivel y baja frecuencia que afectan 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.
El objetivo del Shuttle Ozone Limb Sounding Experiment (SOLSE) era determinar la distribución altitudinal del ozono en un intento de comprender su comportamiento para poder predecir cambios cuantitativos en la composición de la atmósfera. SOLSE estaba destinado a realizar la distribución de ozono que puede lograr un instrumento nadir. Esto se realizó utilizando la tecnología de dispositivo acoplado cargado ( CCD ) para eliminar las piezas móviles en un instrumento de mapeo de ozono más simple y de bajo costo. El experimento se alojó en un recipiente Hitchhiker (HH/GAS) con un anillo de extensión y estaba equipado con un conjunto de puerta motorizada Hitchhiker (HMDA). La instrumentación incluía un espectrógrafo ultravioleta (UV) con un detector de matriz CCD, cámaras de luz visible y matriz CCD, lámpara de calibración, óptica y desconcertantes. Una vez en órbita, un miembro de la tripulación activó SOLSE, que realizó observaciones de las extremidades y de la Tierra. Las observaciones de las extremidades 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 la Tierra permitieron a SOLSE correlacionar los datos con otros instrumentos de observación del nadir y del ozono.
El Loop Heat Pipe (LHP) prueba tecnología avanzada de gestión de energía térmica y valida la preparación de la tecnología para próximas aplicaciones de naves espaciales comerciales. El LHP funcionó con amoníaco anhidro como fluido de trabajo para transportar energía térmica con alta conductividad efectiva en gravedad cero. LHP era un dispositivo pasivo de transferencia de calor de flujo bifásico capaz de transportar hasta 400 vatios a una distancia de 5 metros a través de tubos semiflexibles de pequeño diámetro. Utilizó fuerzas capilares para hacer circular el fluido de trabajo de dos fases. El sistema era autocebante y de funcionamiento totalmente pasivo. Cuando se aplicó calor al evaporador LHP, parte del fluido de trabajo se vaporizó. El vapor fluyó a través de las líneas de transporte de vapor y se condensó, liberando calor. La condensación regresaba al evaporador por acción capilar a través de las líneas de transporte de líquido.
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 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 conductor de iones de sodio cerámico sólido y un separador. Las células 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 NaSBE y luego el experimento fue controlado por el Centro de control de operaciones de carga útil (POCC) del GSFC.
La carga útil de llamas de difusión por chorro de gas turbulento (TGDF) era una carga útil secundaria que utilizaba el transportador estándar Get Away Special . Su objetivo era comprender las características fundamentales de las llamas de difusión por chorros de gas turbulentos y de transición en condiciones de microgravedad y adquirir datos que ayudaran a predecir el comportamiento de las llamas de difusión por chorros de gas turbulentos 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. Estaban en perturbaciones axisimétricas de llamas laminares. Las variables para las pruebas propuestas fueron la frecuencia del mecanismo de perturbación, que era 2,5 Hz, 5 Hz o 7,5 Hz.
El recipiente de carga útil Get Away Special (GAS G-036) contenía cuatro experimentos separados que hidrataron muestras de cemento, registraron la estabilidad de la configuración de muestras de fluidos y expusieron discos de computadora, discos compactos y muestras de asfalto a condiciones de exosfera en la bahía de carga del orbitador. Los experimentos fueron el Experimento de mezcla de cemento (CME), el Experimento de estabilidad de configuración de fluidos (CSFE), el Experimento de evaluación de discos compactos por computadora (CDEE) y el Experimento de evaluación de asfalto (AEE).
La plataforma Extended Duration Orbiter (EDO) era una estructura de oblea de kit criogénico de 15 pies (4,6 m) de diámetro. Con un peso de 352 kilogramos (776 libras), proporcionaba soporte para tanques, paneles de control asociados y equipos de aviónica. Los tanques almacenaron 167 kilogramos (368 libras) de hidrógeno líquido a -250 grados Celsius y 1.417 kilogramos (3.124 libras) de oxígeno líquido a -176 grados Celsius. La masa vacía total del sistema fue de 1.620 kilogramos (3.570 libras). Cuando estaba lleno de criógenos, la masa del sistema era de aproximadamente 3200 kilogramos (7100 libras). Se suministró oxígeno e hidrógeno a las tres pilas de combustible generadoras de energía eléctrica del orbitador , donde se convirtieron en energía eléctrica suficiente para sustentar una casa promedio de cuatro miembros de una familia durante aproximadamente seis meses. Las pilas de combustible también produjeron alrededor de 1.360 kilogramos (3.000 libras) de agua potable pura. Con la plataforma EDO, el orbitador podría realizar un vuelo durante un máximo de 18 días. Las misiones más largas en órbita benefician la investigación en microgravedad, la investigación en ciencias biológicas, las observaciones terrestres y celestes, la adaptación humana al entorno de gravedad cero y el apoyo a la Estación Espacial.
La guantera de cubierta media (MGBX) era una instalación diseñada para el manejo de experimentos de ciencia de materiales y ciencia biológica. Constaba de dos sistemas primarios; un marco de interfaz (IF) y una guantera (GB). La instalación MGBX (con la electrónica asociada) proporcionó un área de trabajo cerrada para la manipulación y observación experimental en la cubierta media del transbordador. Los experimentos MGBX en este vuelo fueron WCI: el objetivo de las características de humectación de inmiscibles era investigar la influencia de las características de humectación de aleaciones/ampollas en la segregación de líquidos inmiscibles durante el procesamiento en microgravedad. El objetivo del experimento Enclosed Laminar Flames (ELF) fue validar el modelo de gravedad cero de Burke-Schumann y la extensión del modelo de Hegde-Bahadori dependiente de la gravedad, investigar la importancia del campo de flujo dependiente de la flotabilidad afectado por el flujo del oxidante en la llama. estabilización, examinar las relaciones de estado de las llamas de difusión de coflujo bajo la influencia de condiciones de flotabilidad (gravedad versus presión) y estudiar las interacciones del vórtice de flujo y la llama de difusión. Los objetivos del experimento de inmersión y empuje de partículas mediante 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 las partículas insolubles en las interfaces líquido/sólido, y mejorar la comprensión de la física asociada con la solidificación de mezclas líquidas de metales y partículas cerámicas.
El Experimento Colaborativo de Ucrania (CUE) fue una carga útil en el medio de la cubierta diseñada para estudiar los efectos de la microgravedad en el crecimiento de las plantas. El CUE estuvo compuesto por un grupo de experimentos realizados en la Instalación de Crecimiento Vegetal (PGF) y en la Investigación Biológica en Botes (BRIC). Los experimentos también requirieron el uso de un congelador de nitrógeno gaseoso (GN2) y accesorios de fijación. Investigadores de Ucrania y Estados Unidos (Universidad Estatal de Kansas y Universidad Estatal de Luisiana) eligieron los experimentos como modelo para la colaboración científica entre ambos países. El PGF apoyó el crecimiento de las plantas durante hasta 30 días al proporcionar condiciones ambientales aceptables para el crecimiento normal de las plantas. El PGF estuvo 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 Vegetal (PGCs), Conjunto de Estructura de Soporte (SSA) y el Externo Genérico. Concha (GES). El PGF completo reemplazó un casillero en el medio de la cubierta y funcionó con corriente continua (CC) de 28 V. El ejemplar vegetal estudiado en el PGF fue Brassica rapa (nabo).
La prueba de vuelo de desarrollo de actividades extravehiculares – 05 (EDFT-05) consistió en los elementos de hardware del compartimento de carga útil del objetivo de prueba detallado (DTO) 671, hardware EVA para futuras misiones extravehiculares programadas. El objetivo principal de EDFT – 05 era demostrar las operaciones de mantenimiento y ensamblaje de EVA de extremo a extremo en órbita de la Estación Espacial Internacional (ISS). Los otros DTO incluidos en esta prueba fueron DTO 672, Lista de verificación de manguitos eléctricos de la unidad de movilidad extravehicular (EMU) y DTO 833, Confort térmico de EMU y Entorno térmico del lugar de trabajo de EVA. Otro objetivo era ampliar la base de experiencia EVA para tripulaciones de tierra y de vuelo. Se realizaron dos EVA en esta misión para lograr estos DTO.
La Cámara Robótica Autónoma EVA/Sprint (AERCam/Sprint) era una plataforma de cámara pequeña, discreta y de vuelo libre para usar fuera de una nave espacial. El volador libre tenía un sistema autónomo de propulsión de gas frío que le daba la capacidad de ser propulsado con 6 grados del sistema de control de libertad. A bordo del vuelo libre había sensores de velocidad para proporcionar datos para una capacidad de mantenimiento automático de actitud. AERCam/Sprint era un vehículo esférico que se movía lentamente y estaba cubierto con un material acolchado suave para evitar daños en caso de impacto. La filosofía de diseño era mantener baja la energía manteniendo bajas las velocidades y la masa y al mismo tiempo proporcionar un mecanismo para absorber cualquier energía de un impacto. La plataforma de vuelo libre se controlaba desde el interior del Orbiter mediante una pequeña estación de control. El operador ingresa comandos de movimiento desde un único controlador de dispositivo Aid For EVA Rescue (SAFER). Los comandos se enviaron desde la estación de control al vuelo libre a través de un enlace de módem de radiofrecuencia (RF) que opera en el rango de frecuencia ultra alta (UHF).
La misión marcó una primicia menos conocida por tener un personaje de cómic creado para una misión espacial, el primero en volar al espacio y el primero en regresar de manera segura a la Tierra. El patrocinador y director 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 utilizar el propio observador de estrellas 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 se denominó Starfire. [4] [5]
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