By Boeing Inc.

Jun 26, 2021

Los sistemas de un vehículo espacial requieren un diseño minucioso y una ejecución impecable antes de ensamblarse en una unidad. Recipientes a presión de aluminio, tanques de oxígeno, agua y propulsores de diferentes materiales, y accesorios especializados, son solo algunos ejemplos de estos sistemas. A lo largo de la producción, los ingenieros deben saber que todo está correcto y dependen de un grupo de normas de la industria para ayudarles a orientarse. Después de todo, diseñar, fabricar, probar y luego volar una nave espacial con tripulación humana es un desafío para cualquier equipo.

Boeing se basó en las normas de la industria para una serie de materiales y pruebas desde el inicio de su programa CST-100 Starliner, una asociación con el Programa de Tripulación Comercial (CCP, por sus siglas en inglés) de la NASA para crear una nueva nave espacial capaz de llevar astronautas de ida y vuelta a la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés) de forma segura, confiable y sostenible. A diferencia de los programas anteriores de la NASA, el CCP pidió que el diseño, la operación e incluso la propiedad de la nave espacial permanecieran en manos de las empresas que la desarrollaron en lugar de ser propiedad y operación del gobierno. La NASA proporcionó los requisitos, pero fue responsabilidad de Boeing cumplirlos dentro de las metas de tiempo y costo.

La compañía preparó una propuesta para la NASA utilizando las normas de ASTM International y otras de la industria. Esas normas establecieron lo que los proveedores entregarían a Boeing y le mostraron a la NASA lo qué podía esperar de la nueva nave espacial. Fue una estrategia eficaz que la NASA seleccionó para el desarrollo completo y los servicios de la misión.

Aún hay que desarrollar una gran cantidad de nueva tecnología para simplificar el vuelo del vehículo autónomo en órbita, conectarlo a un vehículo de lanzamiento y todas las conexiones entre los subsistemas complejos.

"Para algunas partes del sistema, realmente no es necesario alcanzar el límite de las nuevas tecnologías", dijo Douglas Skinner, líder de ingeniería e integración de sistemas del programa Starliner. "Entendemos que las normas para la mayoría de los componentes cumplen con exceso los requisitos para un sistema seguro, por lo que no hay necesidad de volver a inventar la rueda. Están comprobadas y nos darán las respuestas que necesitamos. Por ejemplo, incorporamos las normas de prueba en nuestros requisitos para que los proveedores sepan que deben realizar pruebas específicas, y para que nosotros sepamos que lo que entregan es lo que esperamos".

En términos simples, la aplicación de normas conocidas ahorra recursos que van desde el tiempo de los empleados hasta el costo de los proveedores, y estos recursos pueden usarse en los aspectos desconocidos del diseño de una nave espacial. El uso de normas también reduce las posibilidades de obtener accidentalmente un producto que no funcionará correctamente, lo que ayuda a garantizar la seguridad del producto.

"No queremos gastar recursos en una nueva solución si ya existe una solución disponible en la industria, y sabemos que es la correcta. Es bueno disponer de estas normas", dijo Skinner. "Con las normas de la industria, uno sabe que existe una respuesta. Aún hay que hacer el trabajo de ingeniería para definir cómo se desea que funcione un diseño de acuerdo con esa norma, pero no hay que inventar nada nuevo en el diseño, lo que podría agregar algún riesgo".

Una nave espacial con tripulación humana debe cumplir decenas de normas de la industria a lo largo de su diseño. Algunas se relacionan con los sistemas digitales: cómo las computadoras de una nave espacial se comunican entre sí y luego cómo todas se comunican con los sistemas a bordo de la ISS, por ejemplo. Otras se concentran en los sistemas eléctricos. Las normas que indican los mejores materiales y la forma de probarlos son objeto de un riguroso examen durante todo el desarrollo.

Por ejemplo, el recipiente de presión está hecho de dos piezas de aluminio que se conforman por rotación (spin) en las cúpulas superior e inferior, que se atornillan entre sí para dar al Starliner su forma de cápsula. El recipiente a presión contiene la atmósfera para los astronautas durante la misión; proporciona una estructura para todos los propulsores, tanques y computadoras de vuelo que utiliza la nave espacial; y está construido con la suficiente resistencia para soportar un ascenso a Mach 25 hasta llegar a órbita, con un escudo térmico que tolera más de 3.000 °F durante el regreso a la tierra.

Si agregamos los esfuerzos de operar en el vacío durante meses, donde las temperaturas cambian 16 veces al día desde 250 °F bajo la luz del sol hasta –250 °F bajo la sombra de la Tierra, vemos que tiene sentido evaluar el material en la Tierra tanto como sea posible. Ahí es donde entran en juego las normas ASTM, en este caso con un tinte penetrante que se utiliza para detectar fallas en materiales como el aluminio.

"Usamos estas pruebas con tinte penetrante para asegurarnos de que todo lo que no deba fracturarse, no tenga grietas. Debemos verificar que el aluminio o cualquier otro material funcionará de la forma en que lo hemos diseñado", dijo Skinner.

Cuando el primer Starliner voló en una misión de prueba sin tripulación alrededor de la Tierra en diciembre de 2019 y regresó en paracaídas para aterrizar en Nuevo México, Skinner y todos los equipos del Starliner tuvieron la primera oportunidad de ver cómo se comportaban las normas que habían aplicado tan rigurosamente, ante las exigencias reales del espacio.

"Cuando hicimos las inspecciones posteriores al vuelo, examinamos los materiales para ver si se mantenían como se esperaba, y así fue", dijo Skinner. "El vehículo estaba en muy buenas condiciones para volar una y otra vez".