El ballute (un compuesto de las palabras globo y paracaídas ) es un dispositivo de frenado similar a un paracaídas optimizado para su uso a grandes altitudes y velocidades supersónicas .
La configuración original de ballutes fue inventada en 1958 [1] por la empresa Goodyear . La innovación pronto llamó la atención de otras organizaciones, incluida la NASA ; la agencia incorporó ballutes al sistema de escape de la nave espacial Gemini . Posteriormente, se ha utilizado ampliamente en el sector aeroespacial como un medio para retardar el descenso de varias cargas útiles, como secciones de cohetes y sondas atmosféricas. En las últimas décadas se han publicado varias propuestas que incluyen ballutes, como para desorbitar/recuperar satélites de baja masa y programas de investigación interplanetaria.
El ballute es un dispositivo inflable que se utiliza para generar resistencia. [2] En términos de su configuración básica, es un globo en forma de cono, que presenta una barrera de burbujas toroidal (una estructura inflada destinada a garantizar la separación del flujo ) que se ajusta alrededor de su punto más ancho. [3] La barrera de burbujas actúa para estabilizar el ballute a medida que desacelera a través de diferentes regímenes de flujo, generalmente descendiendo de flujos más rápidos (incluso supersónicos) a velocidades subsónicas. [3] [4] El diseño del ballute, particularmente su forma de gota, lo hace más adecuado para desacelerar a velocidades extremas que un paracaídas convencional. [5]
Los ballutes se pueden clasificar en tres configuraciones principales: ballutes tipo capullo que encierran sus cargas útiles, ballutes unidos que se fijan directamente a la base de sus cargas útiles y ballutes remolcados que siguen a sus cargas útiles. [2] El ballute isotensoide se ha reconocido como la configuración estándar, aunque se han probado otras configuraciones. Se ha propuesto que los ballutes se puedan disponer tanto en factores de forma toroidal apilados como en cono de tensión. [6] Algunas configuraciones de ballutes están especializadas para ciertos propósitos o industrias, como el sector aeroespacial. [7] [8]
Al colocar un ballute en un objeto lanzado desde el aire, como una bomba o una carga útil aeroespacial, debería (siempre que tenga el tamaño suficiente y se haya desplegado correctamente) limitar su velocidad de descenso, minimizando potencialmente el daño a la carga útil al entrar en contacto con el suelo. [3] [9] Pueden generar una cantidad relativamente alta de resistencia para su masa, lo que los hace atractivos en escenarios con restricciones de peso típicos de las aplicaciones aeroespaciales. [2]
El inflado de un ballute se logra normalmente mediante un generador de gas o mediante la introducción forzada de aire externo en la estructura mediante una disposición de entradas de aire forzado. [3] El diseño del mecanismo de inflado es particularmente crítico para su aplicación exitosa; si las entradas son demasiado pequeñas o demasiado pocas, el ballute no mantendrá su forma y colapsará, mientras que un flujo de entrada excesivo probablemente resulte en una sobrepresión y aumente el riesgo de estallido. [5] En consecuencia, el ballute tiene que estar diseñado con precisión para ajustarse a las condiciones ambientales a las que estará expuesto; de manera similar, el despliegue debe realizarse con un cuidado similar, por ejemplo en lo que respecta al tiempo. Es probable que un despliegue inadecuado provoque fallas, ya que las fuerzas de desaceleración excesivas corren el riesgo de romper los puntos de fijación y rasgar la tela; el enredo es otro riesgo potencial. [5] [10]
El ballute se desarrolló originalmente en respuesta a la inestabilidad de los primeros paracaídas supersónicos, demostrando ser una alternativa atractiva. [2]
El ballute se ha utilizado en bombas de caída libre lanzadas desde un avión, ayudando a retardar y estabilizar el descenso. [2]
El ballute ha sido ampliamente utilizado en la industria aeroespacial. [3] Uno de sus primeros usos en el sector fue como elemento del equipo de escape de lanzamiento de los astronautas a bordo de la nave espacial Gemini de la NASA ; [11] También se estaba utilizando para ralentizar el descenso de los Arcas , una de las primeras sondas de cohetes estadounidenses , a mediados de la década de 1960. [12] Durante la década de 1960, la agencia realizó una investigación detallada sobre el ballute como un sistema desacelerador aerodinámico en otros planetas, como Marte . [3]
En la película de 1984 2010: El año en que hacemos contacto , se utiliza un ballute en la nave espacial Leonov para protegerla de los efectos del calentamiento durante el frenado aerodinámico , lo que le permite reducir su velocidad sin gastar combustible y establecer una órbita alrededor de la luna Io de Júpiter . [13]
En 2000, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA estaba investigando el ballute, destacando su potencial para su uso tanto en operaciones de aerocaptura como de aerofrenado . [2] [14] Alrededor de ese mismo período, la Agencia Espacial Europea también estaba evaluando el uso de blindaje inflable como un medio para facilitar el reingreso controlado de naves espaciales. [15]
Varias sondas atmosféricas interplanetarias propuestas han incorporado balutas; para las misiones previstas a Venus , actuarán no solo para controlar la entrada atmosférica sino también para proporcionar soporte flotante para la carga útil del sensor. [2] [16] Los aterrizadores en Marte también pueden usar balutas durante la entrada atmosférica directa, mientras que las balutas de estilo capullo también pueden adoptarse para vehículos de transferencia orbital en órbita alrededor de la Tierra . Las balutas particularmente grandes pueden usarse para fines de aerocaptura planetaria en varios cuerpos planetarios alrededor del Sistema Solar . [2] Además, se han propuesto diseños extendidos que utilizan tecnología de balutas de cono de tensión inflable para desorbitar NanoSats y recuperar satélites de baja masa (<1,5 kg o 3,3 lb) de la órbita terrestre baja . [6] [17]
A principios de 2012, Armadillo Aerospace utilizó un ballute durante las pruebas de su cohete STIG-A. [18] [19] En febrero de 2015, la organización aeroespacial sin fines de lucro danesa Copenhagen Suborbitals participó en la prueba de un ballute para sus cohetes Nexø. [20] En abril de 2018, Elon Musk tuiteó que SpaceX recuperaría las segundas etapas del Falcon 9 con la ayuda de un "globo de fiesta gigante", [21] después de que la compañía comenzara a aterrizar las primeras etapas del cohete de manera rutinaria . Sin embargo, el plan fue cancelado. En agosto de 2019, Peter Beck , fundador y director ejecutivo de Rocket Lab , anunció que intentarían recuperar la etapa inferior de su cohete Electron utilizando un ballute para la desaceleración supersónica, lo que permitiría que la etapa fuera capturada en el aire por un helicóptero. [22]
No tenemos suficiente combustible para reducir la velocidad, por lo que estamos a punto de utilizar una técnica llamada aerofrenado. La teoría es que entraremos en la capa exterior de la atmósfera de Júpiter utilizando lo que se llama un "balute" como escudo. La atmósfera nos frenará y la gravedad de Júpiter nos atrapará y nos lanzará por detrás del lado oscuro.