IMPORTANT: Si us voleu donar d'alta, escriviu-nos a wiki@matadejonc.cat

Apollo 13

(Diferència entre revisions)
Dreceres ràpides: navegació, cerca
(El diòxid de carboni)
(El temps d’ignició i la reentrada)
Línia 87: Línia 87:
 
Però en canvi entrar amb una velocitat massa alta faria que el fregament amb l’atmosfera fos tan extremadament fort que les temperatures assolides tant a la superfície com a l’interior de la nau serien d’escàndol, de fet, amb una entrada normal la nau suporta unes temperatures d’uns 3000 graus Celsius.  
 
Però en canvi entrar amb una velocitat massa alta faria que el fregament amb l’atmosfera fos tan extremadament fort que les temperatures assolides tant a la superfície com a l’interior de la nau serien d’escàndol, de fet, amb una entrada normal la nau suporta unes temperatures d’uns 3000 graus Celsius.  
  
Ara l'escut tèrmic de la càpsula estava orientat per a plantar cara a l'impacte dels àtoms de l'atmosfera. Hi havia la possiblilitat que l'escut hagues resultat danyat per l'explosió del mòdul de servei, en aquest cas, l'escut es desintegraria abans de l'esperat i la càpsula Apol•lo amb tota la tripulació es calcinaría irremediablement.
+
Ara l'escut tèrmic de la càpsula estava orientat per a plantar cara a l'impacte dels àtoms de l'atmosfera. Hi havia la possibililitat que l'escut hagues resultat danyat per l'explosió del mòdul de servei, en aquest cas, l'escut es desintegraria abans de l'esperat i la càpsula Apol·lo amb tota la tripulació es calcinaría irremeiablement.
  
El primer fet es degut a que la nau, en aquells moments, és del tot similar a una bolla de foc i el fortíssim fregament amb els gasos i el camp magnètic que crea no deixa ni entrar ni sortir cap tipus de comunicació.   
+
El primer fet es degut a que la nau, en aquells moments, és del tot similar a una bola de foc i el fortíssim fregament amb els gasos i el camp magnètic que crea no deixa ni entrar ni sortir cap tipus de comunicació.   
  
El segon fet és degut a que a l’hora de entrada la nau no anava exactament amb l’angle estipulat (amb perill a rebotar), A les 11:53, totes les comunicacions amb la càpsula Apol•lo es van interrompre al iniciar-se la fricció amb les capes de l'atmosfera; l'excessiva calor i la ionització al voltant de la càpsula van aturar momentàniament qualsevol transmissió. Durant quatre minuts i mig, ningú va saber res sobre la sort dels astronautes. A més tarden més del previst en superar el temps en el qual travessen l’atmosfera, perque un angle més agut del que tocava els fa tardar més temps en travessar tota l’atmosfera. <p align="right">'''Alumnes 4t ESO Física i Química'''</p>
+
El segon fet és degut a que a l’hora de entrada la nau no anava exactament amb l’angle estipulat (amb perill a rebotar), A les 11:53, totes les comunicacions amb la càpsula Apol·lo es van interrompre al iniciar-se la fricció amb les capes de l'atmosfera; l'excessiva calor i la ionització al voltant de la càpsula van aturar momentàniament qualsevol transmissió. Durant quatre minuts i mig, ningú va saber res sobre la sort dels astronautes. A més tarden més del previst en superar el temps en el qual travessen l’atmosfera, perquè un angle més agut del que tocava els fa tardar més temps en travessar tota l’atmosfera. <p align="right">'''Alumnes 4t ESO Física i Química'''</p>

Revisió de 19:58, 16 març 2006

Èxit o fracàs; és relatiu

Contingut

Dades

Abans de l'Apol·lo 13, hi hagueren més coets que arribaren a allunitzar. El primer, en el qual hi havia tripulació, fou l'Apol·lo 11(comandat per Neil Amstrong i Buzz Aldrin), el 20 de juliol de 1969. Els tripulants de l'Apol·lo foren James Lowel, Jack Swigert i Fred Haise. La nau de l'Apol•lo 13 constava de tres parts: L'Odissea, l'Aquari i el Saturn V, o el que és el mateix, el mòdul de comandament, el de servei i el lunar. El mòdul de comandament era el centre de control de la nau i l’habitacle dels tres astronautes durant el viatge de la Terra a la lluna. Tenia forma cònica, de 3,7 m d’altura i 4 de diàmetre, i pesava més de 4,5 tones. Sota el mòdul de comandament es trobava el mòdul de servei, de 3,9 m de diàmetre i 6,7 m d’altura, contenint el sistema de propulsió per a la correcció de l’òrbita, retropropulsió per a frenar l’entrada a l’òrbita lunar i la propulsió per a retornar a la Terra.

Entre el mòdul de servei i el Saturn V es trobava el mòdul lunar. Amidava 6,4 m d’altura i 3,4 m de diàmetre, i pesava més de 13 tones. Tenia dos motors, un de potència controlable per a frenar el descens i l'altre d’embranzida fixa per a desenganxar i trobar-se amb el mòdul de comandament.

La nau Apol·lo 13 va enlairar-se cap a l'espai el dia 11 d'abril de 1973.

Ja orientats cap a la Lluna, es van activar els perns explosius que subjectaven el mòdul de comandament Odissea amb la tercera etapa del Saturn V. Lliure, l'Odissea va girar 180 graus i va introduir el seu nas cònic en l'habitacle de la tercera etapa. Allí es van enganxar amb el mòdul lunar Aquari, i perfectament subjectes ambdós mòduls, es van separar de la tercera etapa del Saturn V per a realitzar el seu vol lunar de manera independent.

Problemes i fets

El que estava planejat pel viatge

Simulació de la ruta amb els problemes representats. Imatge treta de: http://www.dorlingkindersley-uk.co.uk

El mètode denominat "Trobada a l’Òrbita Lunar" va ser l’escollit. Aquest mètode hauria d’emprar només un vehicle llançador, anomenat Saturn V, per a enviar la nau Apol·lo amb tres homes a la Lluna. La nau seria llançada en una òrbita directa al satèl·lit; l’endemà passat els coets de la nau frenarien el vehicle i el col·locarien a l'òrbita lunar.

Una vegada en òrbita, el mòdul lunar se separaria del mòdul de comandament i descendiria cap a la superfície duent dos astronautes. Després d’un aterratge suau, els dos exploradors farien observacions científiques i recollirien mostres del sòl. Després d’un dia d’operacions, els astronautes ascendirien altre cop per a trobar-se amb el mòdul de comandament en òrbita i acoblar-s’hi.

Llavors els coets de la nau s’encendrien per a escapar de la Lluna i dirigir-se directament cap a la Terra, on farien una reentrada amb un angle d’uns 4 graus (només tenien un grau de marge d'error).

Necessitat de fer una gran força al voler sortir de la Terra

Provocat per la mateixa gravetat que en el moment de sortida de la Terra exerceix una força contrària al moviment, el qual el fa més difícil.

Les forces que hi intervenen

La massa de la totalitat de l’Apol·lo 13 superava les 45 tones, uns 441,000 Newtons, de manera que la força que s’havia de fer per enlairar aquest enorme aparell y allunyar-lo de la influència del camp gravitatori terrestre era doblement gran.

De fet, per accelerar la nau espacial a una acceleració d’un g (9.8 m/s²) s’ha de fer una força igual al doble del pes de la nau, i cada vegada que ascendeix més perd pes degut a que el carburant es consumeix, tot això sense tenir en compte la força del gran fregament que s’oposa a la nau degut al seu volum. Per això, per allunyar alguna nau de la notable influència terrestre es necessita una velocitat de llançament de 40,000 km/h.

NOTA: L’acceleració suportada per un ésser humà no por superar els 6 g, tot tenint en compte que ha d’estar en posició horitzontal, amb el cap i el cor al mateix nivell. Una vegada superada aquesta resistència i assolida la velocitat desitjada, en rumb a l’òrbita lunar, s’apaguen els motors i s’aprofita la velocitat i el moviment per seguir, ja que no hi ha cap força resistent apreciable (el camp gravitacional terrestre ja no és significant) i s’entra a l’òrbita lunar, que l’estira cap a ella.

El trajecte cap a la Lluna

Per arribar a la influència de l’òrbita lunar aprofitarien la velocitat assolida durant la partida per a viatjar sense gastar combustible, el qual ho anomenem moure’s per Inèrcia (Primer Principi de Newton, “Si sobre un cos la sumant de forces o força neta és 0, aquest cos no canvia el seu estat inicial”). Aquesta inèrcia és possible degut a la inexistència de matèria dins l’espai, per tant la impossibilitat de forces resistents.

Durant tot el viatge, com és normal, necessiten controlar i corregir el rumb constantment, ja que si no les conseqüències podrien ser greus.

Per això la nau té, tot tenint en compte els eixos x, y i z, uns casquets per on deixen anar algun tipus de gas, per així poder fer de reactor i canviar el seu rumb, Acció i Reacció (Tercer Principi de Newton, “Quan un cos fa una força sobre un altre, el segon fa una força sobre el primer igual i de sentit contrari”). De totes maneres, es necessitaria molta energia per aturar la nau ja en moviment dins l’espai, i aquestes forces són simplement forces deflectores.

Perquè l’avaria que pateixen és un problema?

L’explosió que sofreix la nau al mòdul de servei (vegeu-lo a la part esquerra) i que a la vegada danya el subministrament principal de potencia té dos principals problemes:

Mòdul de servei danyat. Imatge de: www.angelfire.com
  • Si el subministrament d’energia queda danyat, es perd energia inútilment i el mòdul principal es queda inservible.
  • Aquella explosió va provocar que es deixessin anar gasos per aquella zona, això funciona de la mateixa manera que un casquet de control de rumb, mitjançant el principi d’Acció i Reacció, els gasos fan canviar el rumb.

Les conseqüències del problema

Les conseqüències de la pèrdua d’energia són la impossibilitat de poder arribar a la Lluna amb el mòdul lunar, les baixes temperatures dins la nau a l’espai, les dificultats per maniobrar bé, ...

A la Lluna no hi poden arribar degut a la pèrdua d’energia, i sense energia la nau espacial és com un tros de ferro enmig de l’espai.

Després de calcular els angles de desviament del rumb de la nau i estudiar la situació, s'ordena als astronautes que tanquin l'accés als tancs. El que provoca que ja no puguin anar a la Lluna, ja que no poden parar fins a l’aterratge. Mentre a terra buscaven una solució al problema de l'òrbita de retorn al planeta. Finalment, es decideix que la nau ha de mantenir el rumb preestablert, és a dir, fer una volta a la Lluna i tornar a la Terra en lloc de donar automàticament la volta ja que provocaria una despesa molt gran d'energia que no posseïen. Va ser activat el motor de descens del mòdul lunar, de tal forma que donessin la volta a la Lluna a una distància de 240 quilòmetres en lloc dels inicials 115. D'aquesta manera, lluny de passar a 550 quilòmetres del planeta, la tripulació podia aterrar en l'Oceà Índic. La solució va funcionar bé i el motor de descens de l'Aquari es va activar a la perfecció gràcies a la computadora d'abord. El dimarts 14 d'abril a les 18:15 hores de Houston, l'Apol·lo 13 va passar per darrere la Lluna, allà també estan un temps incomunicats. Els astronautes van observar la superfície de la Lluna, tal vegada amb nostàlgia de no poder tocar el seu sòl grisenc. Dues hores després activaven novament el coet per a una correcció de trajectòria, agafant com a referència la Terra.

Les baixes temperatures es deuen a l’inexistència d’una atmosfera protectora i degut a això els canvis de temperatura entre les zones de sol i ombra són extrems.

El diòxid de carboni

Una alarma va indicar que el diòxid de carboni en l'atmosfera de la cabina havia arribat al límit de tolerància. De no fer qualque cosa, els astronautes podien morir enverinats pel diòxid de carboni. Per solucionar això, els astronautes havien d'acoblar en el sistema ambiental un filtre d'hidròxid de liti. Les sals de liti tenen la característica d'absorbir el diòxid de carboni exhalat per dos astronautes en 53 hores, però amb un tercer ocupant, la durada disminuïa dramàticament a 36 hores. La tripulació va acudir a un dels dipòsits del mòdul de comandament, però va sorgir un nou problema: l'obertura dels dipòsits de l'Odissea era quadrada, mentre que els de l'Aquarius eren rodons. La tripulació hagué d'improvisar: van desmuntar tubs de plàstic dels vestits espacials i van fer un entroncament. A suggeriment dels tècnics de la NASA, ho reforçaren amb cinta adhesiva que anaven a emprar originalment per tancar les bosses amb mostres de material lunar. Amb això el problema del diòxid de carboni va quedar solucionat.

El temps d’ignició i la reentrada

Una vegada rumb a la Terra, necessiten, a més a més de saber que podran arribar a la Terra, com fer-ho i on, que és el més important.

Per arribar abans a la Terra i caure allà on volen, al Pacífic, han de controlar per on entren i quan. Per això és realitza una ignició. Una ignició és encendre els motors per a corregir el rumb i arribar quan es vol. Però degut al problema de que no poden usar els computadors, viatgen sense navegador. Per tant, necesiten un punt fix a l'espai per usar-lo com a referència. Decideixen utilitzar la Terra, emmarcant-la a la finestra. A més les tres activacions dels coets per a corregir el rumb obligaven a consumir aigua per a refredar la tobera del coet, per la qual cosa l'existència d'aigua a bord havia disminuït considerablement fins a un terç. Per als astronautes, el ra'aigua d'un aducionar l'aigua era un problema seriós. Només podien consumir sis unces per dia, una sisena part del consum normal d'un adult. L'aigua era essencial perquè els seus ronyons rebutgessin per l'orina les toxines que l'organisme acumula normalment. La permanència d'aquestes nocives substàncies en el cos pot provocar infeccions i altes febres. Fred Haise, el pilot del Mòdul Lunar va començar a presentar símptomes de febre. No obstant això, no va afectar a la seva labor.

Els problemes no acaben aquí. En l'entrada per a aconseguir la velocitat òptima necessiten un determinat pes (ja que en arribar la gravetat, els acceleraria massa o massa poc). Els càlculs estan fets tenint en compte els fragments de roca que la nau duu després d'aterrar a la Lluna, però com que ells no ho han fet han d'agafar objectes del mòdul lunar i transferir-los al mòdul de comandament, que és on estaran a l'entrada. El mòdul lunar el deixaran anar a l'espai.

En el moment d’entrada s’han de tenir en compte dos aspectes importants:

Fitxer:Image952.gif
Angle d'entrada a l'atmosfera. Imatge treta de: http://adaar-astronautica.8m.com/SATELITES.htm
  • L’angle amb el que s’entra a l’atmosfera: Ens imaginem l’atmosfera com una cúpula protectora, no rígida, però si resistent. Per poder endinsar-se en ella es necessita una inclinació determinada, d’uns 4º, per a poder penetrar en ella, i no rebotar. Al no poder encendre els ordenadors, van haver de calcular aquest l’angle d’entrada a l’atmosfera terrestre utilitzant només els pocs recursos que els quedaven, fet que complicà molt la situació.
  • La velocitat: Entrar amb una velocitat massa baixa suposaria estar massa temps dins l’atmosfera i els desintegraria.

Però en canvi entrar amb una velocitat massa alta faria que el fregament amb l’atmosfera fos tan extremadament fort que les temperatures assolides tant a la superfície com a l’interior de la nau serien d’escàndol, de fet, amb una entrada normal la nau suporta unes temperatures d’uns 3000 graus Celsius.

Ara l'escut tèrmic de la càpsula estava orientat per a plantar cara a l'impacte dels àtoms de l'atmosfera. Hi havia la possibililitat que l'escut hagues resultat danyat per l'explosió del mòdul de servei, en aquest cas, l'escut es desintegraria abans de l'esperat i la càpsula Apol·lo amb tota la tripulació es calcinaría irremeiablement.

El primer fet es degut a que la nau, en aquells moments, és del tot similar a una bola de foc i el fortíssim fregament amb els gasos i el camp magnètic que crea no deixa ni entrar ni sortir cap tipus de comunicació.

El segon fet és degut a que a l’hora de entrada la nau no anava exactament amb l’angle estipulat (amb perill a rebotar), A les 11:53, totes les comunicacions amb la càpsula Apol·lo es van interrompre al iniciar-se la fricció amb les capes de l'atmosfera; l'excessiva calor i la ionització al voltant de la càpsula van aturar momentàniament qualsevol transmissió. Durant quatre minuts i mig, ningú va saber res sobre la sort dels astronautes. A més tarden més del previst en superar el temps en el qual travessen l’atmosfera, perquè un angle més agut del que tocava els fa tardar més temps en travessar tota l’atmosfera.

Alumnes 4t ESO Física i Química

Eines de l'usuari
Espais de noms
Variants
Accions
Navegació
Escola
Imprimeix/exporta
Eines