Noise and vibration of spacecraft structures

Ruido y vibración de estructuras de vehículos espaciales

El lanzamiento de los vehículos espaciales genera condiciones extremas, tales como de vibración y acústica, que pueden afectar la torre de lanzamiento, los vehículos espaciales y sus cargas. El ruido en el despegue y durante los dos minutos de ascenso y fase transónica causa intensas cargas acústicas. Estas cargas acústicas son el resultado del intenso medio ambiente acústico generado por la interacción del chorro de salida del motor del cohete y su mezcla con la atmósfera. Los choques pirotécnicos, que ocurren cuando las etapas de un vehículo espacial se separan, causan problemas adicionales de vibración. En este artículo se presenta una revisión de los principales aspectos relacionados con los problemas de ruido y vibración vividos por las estructuras de las naves espaciales. La mayoría de la información está basada en las experiencias con el trasbordador espacial en el Centro Espacial John F. Kennedy (KSC), de la NASA. Además, se presenta una revisión de la investigación en vibro acústica realizada en el KSC. Estos programas de investigación apuntan a diseñar futuras instalaciones de lanzamiento de naves espaciales, en donde los costos y el ruido de los cohetes durante el despegue sean reducidos significativamente.

INTRODUCCIÓN

El ruido acústico intenso y las vibraciones son subproductos inevitables e indeseables generados por el lanzamiento de una nave espacial, como los transbordadores espaciales. El ruido generado durante el encendido de los motores de los cohetes se manifiesta en el vehículo de lanzamiento, en las naves espaciales sensibles y en la plataforma de lanzamiento en forma de acústica aérea y vibración transmitida por la estructura. Por lo tanto, para que una misión espacial tenga éxito es necesario tener en cuenta la compleja interacción entre el sonido y las vibraciones de los efectos vibroacústicos.

El ruido y la vibración causados por los motores de los cohetes de las naves espaciales en las plataformas de lanzamiento son extremadamente intensos (aproximadamente 180 dB) y producen vibraciones no sólo en el vehículo espacial, sino también en la torre de lanzamiento y en las instalaciones de apoyo relacionadas. Estos niveles de vibración pueden ser de suficiente magnitud como para provocar la fatiga y el eventual fallo de algunas piezas. El ruido en el lanzamiento (también durante los dos minutos de despegue y la fase de ascenso transónico a través de la atmósfera a causa de los gases de escape del cohete y la excitación de la capa límite turbulenta, los flujos separados, los flujos de estela y los choques) provoca un entorno hostil de ruido y vibración no sólo para la propia nave espacial, sino también para los delicados componentes electrónicos y los paquetes de carga útil a bordo [1]. Por tanto, la principal fuente de vibraciones estructurales y cargas internas durante el lanzamiento se debe a estas cargas acústicas.