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Protección preventiva contra tormentas durante los lanzamientos de naves espaciales

Los satélites son una necesidad en la vida moderna para una variedad de propósitos (pronóstico del tiempo, exploración científica, comunicaciones de largo alcance, etc.).

Los vehículos que colocan los satélites en órbita son sensibles a las amenazas de rayos naturales e inducidos por cohetes. Es por eso que la NASA desarrolló el conjunto de reglas LLCC para evaluar si las condiciones climáticas permiten los lanzamientos. Desde su aplicación no se han vuelto a producir incidentes como los del Apolo 12 y Atlas-Centaur 67. Dentro de estos criterios, el campo eléctrico ambiental juega un papel fundamental y es medido por una red de molinos de campo (sensores de campo electrostático) en el Centro Espacial Kennedy.

La actividad de lanzamiento de satélites y las misiones de exploración espacial están en continuo crecimiento. Los satélites de comunicación son indispensables para la vida moderna y representan una inversión multimillonaria. Los satélites se ponen en órbita mediante vehículos de lanzamiento diseñados específicamente. Suelen ser cohetes con sistemas de control y guiado1.

Por otro lado, la exploración espacial es un área de creciente relevancia por razones tecnológicas, científicas y, a menudo, también políticas. Como resultado, la demanda de instalaciones y programas de lanzamiento sigue creciendo, lo que la convierte en una propuesta comercial lucrativa1.

Las inclemencias del tiempo son la causa principal de los retrasos y cancelaciones de los lanzamientos. Los vehículos de lanzamiento, así como los transbordadores espaciales, son sensibles a la amenaza de los rayos durante el lanzamiento y el tránsito por la atmósfera inferior. Los cohetes contienen agentes oxidantes, combustible y también dispositivos electro-explosivos para la autodestrucción si es necesario. Por lo tanto, la caída de un rayo podría tener consecuencias catastróficas con pérdidas de vidas, tiempo y costos económicos1.

La amenaza de una tormenta eléctrica motivó el desarrollo de criterios meteorológicos para mitigar el riesgo de rayos durante el lanzamiento. Se conocen como criterios Lightning Launch Commit (LLCC). Desde su implementación, alrededor del 5 % de los lanzamientos en Cabo Cañaveral/Centro Espacial John F. Kennedy (KSC) se han cancelado y el 35 % se han pospuesto2.

De hecho, la misión orbital Artemis I, cuyo lanzamiento estaba previsto para el 29 de agosto de 2022, tuvo que retrasar el reabastecimiento debido a tormentas en el mar. Después de completar la operación de reabastecimiento de combustible, se encontraron problemas de temperatura en uno de los motores del cohete. La misión se retrasó varias veces por problemas técnicos, pero también por la presencia de las tormentas tropicales Ian y Nicole. La misión se lanzó con éxito el 16 de noviembre de 2022.

A continuación, comentamos las reglas de lanzamiento de naves espaciales LLCC de la NASA y la importancia de los detectores de campo electrostático para evaluar el riesgo de caída de rayos en el área.

Criterios de compromiso de lanzamiento de relámpagos de la NASA (LLCC)

Las LLCC son un conjunto de reglas, desarrolladas por la NASA y otras organizaciones federales de EE. UU. para mitigar el riesgo de impactos durante los lanzamientos de naves espaciales. Cubren liberaciones tanto naturales como inducidas por cohetes. La última versión de los LLCC se publica en el estándar3 NASA-STD-4010 de 2017. Sin embargo, las LLCC y sus definiciones asociadas se revisan continuamente en función de los nuevos conocimientos y la experiencia acumulada a lo largo de los años del programa espacial de EE. UU.4.

Si bien la amenaza de tormenta eléctrica se consideró en los primeros días de la era espacial hasta el lanzamiento del Apolo 12 en 1969, no se tuvo en cuenta el rayo inducido por vehículos producido al volar a través de nubes altamente electrificadas que no se descargan naturalmente4.

En el caso del Apolo 12, se observaron dos rayos inducidos durante el primer minuto de vuelo. Estos impactos causaron daños permanentes a los sensores no críticos, así como fallas temporales de los sistemas críticos. La misión se completó gracias a la resolución del problema por parte de la tripulación. Debido a este incidente, se introdujeron nuevas reglas que prohíben volar cerca de tormentas eléctricas o a través de ciertos tipos de nubes que no sean tormentas eléctricas, pero con un riesgo potencial de electrificación1.

En cambio, el cohete Atlas-Centaur 67 (AC 67) de 1987, que contenía el satélite Fleetsatcom, sufrió un impacto inducido por el paso del cohete a través de una nube electrificada. Este rayo provocó una falla en el sistema de guía del vehículo. Como resultado de una rotación no planificada, se generaron tensiones y el cohete comenzó a romperse y se ordenó su autodestrucción. Los escombros recuperados del Océano Atlántico confirmaron que se había producido un rayo1.

Sin embargo, se determinó que, si bien los LLCC vigentes en 1987 eran deficientes, el principal responsable del desastre fue la evaluación errónea, pues la correcta habría impedido el despegue del AC 675.

Un estándar NASA-STD-4010 proporciona requisitos técnicos y de ingeniería uniformes para procedimientos, prácticas y métodos para programas y proyectos de la NASA. Además, la Publicación técnica NASA/TP-2016-219439 de 20165 proporciona la base científica para el estándar, aunque este documento se basa en los LLCC de agosto de 2014 y, por lo tanto, no incluye ninguna enmienda posterior que pueda haber en el estándar de 2017.

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