Hoja de datos del RedBull Stratos
En esta nota todos los datos sobre el intento de Felix Baumgartner de llegar a la velocidad supersónica.
Barrera del sonido. Supersónica. Mach 1. Estos términos nos resultan familiares, pero qué quieren decir exactamente? Es realmente posible para Felix Baumgartner o para cualquier otro ser humano llegar a velocidad supersónica una caída libre?
Esta hoja de datos explica lo que Felix debería experimentar en su intento de escribir un nuevo capítulo de la historia aeroespacial. Qué desafíos se encontrará? Cómo podrá conseguir los objetivos de la misión sin comprometer su seguridad? Cómo puede ayudar a Felix el equipo de expertos de primer nivel que trabajan en la Red Bull Stratos y qué es lo que esperan aprender de esta misión?
Qué significa supersónico?
Supersónico significa lo que la propia palabra implica: viajar más rápido que la velocidad del sonido (o velocidad acústica). Así pues, a qué velocidad viaja el sonido? La respuesta es compleja. La velocidad a la que viajan las ondas sonoras está afectada por la condiciones del entorno: la altitud y la que más va a afectar la misión de Felix, la temperatura.
Por ejemplo, a nivel del mar, con temperaturas alrededor de los 15 grados centígrados, el sonido viaja a unos 1.222 kilómetros por hora. Pero en altitudes mayores, donde el aire es más frío, el sonido viaja más lentamente. En la altitud donde se espera que Felix Baumgartner pueda romper la barrera del sonido (a poco más de 30 kilómetros por encima del nivel del mar), y en un día con condiciones climáticas normales, el sonido viaja a 1.110 kilómetros por hora (poco más de 300 metros por segundo). Por tanto, en condiciones estándar, Felix tendrá que alcanzar una velocidad de 1.100 kilómetros por hora para igualar la velocidad del sonido, conocida científicamente como Mach 1. Si mientras vuela, su velocidad aumenta lo suficiente y pasa la barrera del sonido o Mach 1, entonces Felix será supersónico.
Existe una verdadera barrera del sonido?
A mitad del siglo XX, en un momento en que los aviones fueron aumentando sus prestaciones mecánicas y aerodinámicas y empezaron a acercarse a la velocidad del sonido, se empezó a registrar un fenómeno alarmante. De repente, algunos de los aviones caían de morro, perdían el control y se desplomaban sin remedio, mientras que otros se desintegraban inexplicablemente en pleno vuelo. Los pilotos notaron que, en ocasiones, sus máquinas estaban sujetas a sacudidas muy violentas y que los controles respondían erróneamente o, simplemente, no respondían. En aquel tiempo, algunos investigadores expresaron su temor a que hubiera algún tipo de obstrucción física que impidiera a los aviones alcanzar el Mach 1. Y así fue como nació el concepto de barrera del sonido.
Actualmente, con el beneficio de los datos recogidos del vuelo de Chuck Yeager a bordo de un avión de investigación X-1 de propulsión a cohete (fue el primer hombre en romper la barrera del sonido en 1947) y el progreso resultante de seis décadas de diseño de aviones supersónicos, sabemos que no hay una barrera literal. Pero, de todos modos, la transición a velocidades supersónicas está llena de peligros, sobre todo si hablamos de un hombre en caída libre. Volar o tirarse en paracaídas y llegar a la gama de velocidades en la que se creía que existía la barrera llamada gama de velocidad transónica puede resultar, en algunos casos, en inestabilidad extrema para el saltador o la máquina. Por ello, el equipo de la misión Red Bull Stratos está poniendo especial énfasis en que Felix pueda llegar de la manera más segura posible a la gama de velocidad transónica.
Qué es la gama de velocidad transónica?
Cuando volamos como pasajeros en un avión comercial, generalmente viajamos a velocidades transónicas (cercanas al umbral de la velocidad del sonido). Un objeto que se mueve a velocidad transónica se mueve tan rápido que el flujo de aire que hay a su alrededor alcanza la velocidad del sonido en algunas de sus partes, dando lugar a ondas de choque esto es, cambios muy abruptos en la presión del aire, la densidad, la velocidad y la temperatura. Si estuviéramos sentados en una ala y el sol cayera sobre nosotros en el ángulo adecuado, en algunos momentos podríamos ver una onda de choque o su sombra sobre el ala, cuyo diseño está muy estudiado para evitar que esa onda de choque no cree inestabilidad o excesiva resistencia aerodinámica.
El cuerpo humano no está preparado para soportar las velocidades transónicas y las ondas de choque producidas por un cuerpo humano en caída libre pueden ser realmente bruscas. Esto resulta en numerosos peligros tales como:
Flameo. Vibraciones extremas y a veces incontrolables puede ser el resultado de un flujo de aire irregular.
Efectos de la presión del aire. La formación y el movimiento de las ondas de choque alteran en gran medida la manera en que la presión del aire actúa sobre un cuerpo o un objeto. En determinados tipos de aviones, no sólo se ha observado que las partes flexibles se mueven o experimentan oscilaciones importantes, sino también que las altas presiones en determinadas zonas del avión han causado daños en su estructura. En este caso, un saltador como Felix podría encontrar serias dificultades para poner sus extremidades en la postura correcta y así controlar su trayectoria.
Inestabilidad. Incluso a velocidad subsónica alta (la gama de velocidad que está por debajo de la transónica), se han observado inestabilidades que han causado que saltadores como Felix hayan empezado a dar vueltas en el aire de manera incontrolable (lo que se conoce como entrar en barrena). A velocidades transónicas estas inestabilidades pueden llegar a ser muy severas, complejas e irregulares, cambiando al mismo tiempo que cambia la velocidad del saltador.
El Director Médico de la misión Red Bull Stratos, Jonathan Clark, quien ha realizado un intenso trabajo de documentación a partir de numerosos desastres aéreos, explica que nuestra mayor preocupación es que no sabemos cómo un cuerpo humano, que saltará desde esa enorme altitud a la que llegará mediante una cápsula, va a reaccionar durante todo este proceso. Y eso es lo que queremos averiguar exactamente para beneficio de futuras misiones espaciales.
Qué es la interacción de choque?
La interacción de choque es un aspecto de especial importancia a la hora de considerar los peligros que hay cuando se intenta volar a velocidades transónicas y supersónicas. Se puede definir como un estado en el que las ondas de choque colisionan y crean una reacción similar a la de la onda expansiva de una explosión (un ejemplo de los efectos de la interacción de choque se encuentra en la documentación del caso de un avión SR-71 Blackbird que, trágicamente, se desintegró en pleno vuelo en 1966).
Einar Enevoldson, un americano que estableció ocho records mundiales durante su carrera como piloto de investigación y que, actualmente, es Analista y Consejero de Seguridad de la Misión Red Bull Stratos, explica que uno de nuestros objetivos principales es establecer un plan de seguridad y pruebas que no exponga a Felix a los efectos de las temperaturas o presiones extremas, pero que a la vez sea un valioso paso adelante en la predicción del carácter de esos efectos en saltos futuros que se realicen desde mayores altitudes.
Cuáles son las condiciones que hay en la estratosfera?
Las condiciones en la estratosfera superior no son especialmente favorables. Cuando Felix salte de su cápsula, la temperatura estará alrededor de los 23 grados centígrados bajo cero, valor que será aún menor en la primera parte del descenso, mientras se aleje del sol y no haya llegado a la zona de aislamiento térmico de la atmosfera inferior. Durante el periodo supersónico del vuelo de Felix, el austriaco podría llegar a soportar temperaturas de hasta 40 grados bajo cero (sin incluir el factor de la sensación térmica que puede causar que la temperatura sea aún menor). Tales temperaturas pueden ser peligrosas no sólo para Felix, sino también para la funcionalidad de su equipo (en el caso del desastre del SR-71 Blackbird de 1966 el piloto, que sobrevivió gracias a su traje presurizado y su paracaídas de apertura automática, explicó que durante su descenso no vio nada porque el visor de su casco se heló.)
Más abajo, a 30 kilómetros sobre el nivel del mar, la zona en la que se espera que Felix alcance el Mach 1, el aire solamente tiene un 1 por ciento de la densidad a la que estamos acostumbrados en la superficie de la Tierra. Esa falta de densidad de la atmosfera presentará múltiples problemas: primero, es casi imposible respirar; y segundo, si un piloto no está lo suficientemente protegido, la bajísima presión del aire (aproximadamente 0,042 atmosferas en el punto de salto de la misión) puede ocasionar numerosas enfermedades relacionadas con la altitud, incluyendo la llamada ebullismo (una afección dolorosa y potencialmente letal en la que el fluido de los tejidos se convierte en gas. La gente se refiere a este término cuando se quiere explicar que la sangre hierve a altitudes de unos 19 kilómetros para arriba).
En cuanto a la radiación ultravioleta: la RUV es más de 100.000 veces superior en el punto donde Felix saltará que a nivel del mar. Pero teniendo en cuenta que Baumgartner alcanzará rápidamente la capa de ozono, zona en la que la radiación tiene un efecto inofensivo, éste no será un factor determinante para la misión.
Hay otros peligros con los que Felix Baumgartner tenga que contar?
Sí. Otros peligros incluyen:
Caer en barrena: Como se ha explicado anteriormente, uno de los mayores peligros que Felix tendrá que afrontar será el hecho de que caiga en barrena. Cuando un cuerpo u objeto desciende en un entorno que está casi en vacío, existen muchas probabilidades de que empiece a girar descontroladamente. Joe Kittinger, en el primer salto de la misión Excelsior (cuya tercera tentativa, Excelsior III, le permitió establecer el record mundial de salto en caída libre en 31,33 kilómetros que Baumgartner espera batir), casi perdió la vida cuando el paracaídas que debía estabilizar su caída se abrió prematuramente haciendo que el americano cayera en barrena, dejándole inconsciente. Kittinger salvo el cuello gracias al paracaídas principal, que se abrió automáticamente 3.000 metros antes de llegar a tierra.
Velocidad supersónica: los efectos transónicos persistirán en la gama baja de velocidad supersónica que se espera que Felix alcance durante la misión; así que incluso cuando supere el Mach 1, seguirá teniendo que adaptar su técnica de control a los cambios de velocidad. Su estabilidad seguirá cambiando mientras acelere dentro de la gama baja de velocidad supersónica, pero no de manera tan abrupta como cuando se encuentre justo por debajo del Mach 1, con lo que controlarla será mínimamente más fácil.
Velocidad excesiva: una vez se llega a Mach 1 el flujo de aire tiende a suavizarse, pero eso no quiere decir que Felix deba relajarse porque, de seguir acelerando, podría llegar a una velocidad demasiado difícil de controlar. Por motivos de seguridad, preferimos que Felix no supere el Mach 1,12. Y bajo ningún concepto debe pasar de Mach 1,2, explica Art Thompson, Director Técnico de la misión.
Qué protegerá a Felix de todos estos peligros?
Las estrategias incluyen:
Programa progresivo de pruebas en varias etapas: además de trabajar en túneles de viento y cámaras de baja presión, Felix realizará ensayos saltando con su traje presurizado desde altitudes cada vez mayores, permitiéndole analizar, tanto a él como a los expertos de la misión, el efecto de las condiciones que le rodeen y las reacciones de su cuerpo para realizar los ajustes necesarios.
Saltos coreografiados: Durante los primeros 30 segundos de la misión, la poca densidad del aire hará que casi no haya resistencia aerodinámica, lo que dificultará que Felix pueda ajustar su posición usando el flujo de aire a su favor. Eso significa que el austriaco tendrá que coreografiar sus movimientos para saltar desde la cápsula en la posición óptima, una tarea complicada por culpa del voluminoso traje presurizado que deberá llevar y porque la cápsula no estará fijada rígidamente al globo que la impulsará hasta el punto de inicio de la misión, con lo que Felix tendrá que evitar movimientos innecesarios. Por eso, una parte del entrenamiento de Felix está dedicada a perfeccionar esta coreografía.
Traje y casco presurizados: El traje y el casco presurizados que Felix usará están diseñados para proporcionarle oxígeno, protección del frío extremo y también para darle una cierta rigidez y apoyo cuando se encuentre en la gama de velocidades transónicas, justo antes de llegar a la velocidad del sonido. Este equipo de última generación incorpora algunas mejoras y protecciones que no estaban disponibles en anteriores misiones.
Paracaídas de frenado especial: aunque es posible que no lo necesite, se ha desarrollado y probado un paracaídas de frenado especial que Felix podrá usar para estabilizar la caída, incluso a velocidad supersónica, si fuera necesario. Si el paracaídas principal se abriera demasiado pronto, este hecho podría tener consecuencias nefastas que el paracaídas de freno podría evitar gracias a su diseño especial.
Jon Clark comenta que con lo que contamos es que a gran altitud el aire esté enrarecido y que, gracias a ello, las ondas de choque no tengan el mismo efecto perjudicial y violento que sí tendrían a una altitud más baja. Pero, en definitiva, esta misión es un vuelo de prueba y significa que sabremos más una vez haya finalizado.
Dada la falta de propulsión que tendrá Felix Baumgartner al inicio de la misión es realmente posible que su cuerpo llegue a romper la velocidad del sonido en una caída libre?
Aunque no es posible asegurar el éxito de la misión porque nadie ha completado con éxito una caída libre supersónica , los miembros del equipo que trabajan en la Red Bull Stratos están de acuerdo en que un factor clave para conseguir los distintos objetivos de la misión es la altitud prevista para el salto de Felix. La misma atmósfera escasa en oxígeno descrita anteriormente y que presenta tantos peligros fisiológicos puede ser, por otro lado, la aliada de Felix cuando éste salte e intente llegar a la barrera del sonido.
Aunque Felix estará a una altitud que le situará al límite de la atmósfera de la Tierra, cuando salte de la cápsula, a unos 36 kilómetros y medio por encima del nivel del mar, seguirá estando sujeto a la fuerza de la gravedad. De hecho, a esa altitud, la atracción que ejerza la Tierra será solamente un 1% más débil que en el suelo. Y eso quiere decir que Felix se beneficiará de:
Fuerza de la gravedad: Felix no experimentará la gravedad cero de los astronautas. En el momento en que salga de la cápsula, la gravedad tirará de él implacablemente y de manera irreversible hacia el suelo a un ritmo elevadísimo.
Resistencia limitada: la primera parte del salto de Felix transcurrirá en una zona de la atmosfera con condiciones cercanas al vacío. La resistencia aerodinámica del aire será muy pequeña y, por tanto, el descenso será más rápido que en un salto normal desde una altura mucho menor. Y se espera que esas condiciones ayuden a paliar los efectos de las ondas de choque que se experimentan en las velocidades transónicas y supersónicas.
Además, los expertos de la misión Red Bull Stratos están ayudando al austriaco a desarrollar técnicas que le permitan controlar su cuerpo en condiciones extremas. Felix debe evitar caer en barrena y, al mismo tiempo, ha de mantener una posición corporal que sea lo más aerodinámica posible. Y es posible que tenga dificultades al intentar controlar las oscilaciones de sus extremidades si las ondas de choque interactúan de manera adversa con las respuestas neuromusculares normales de su cuerpo.
Si los cálculos son correctos y si Felix logra controlar la posición de caída, su cuerpo acelerará de 0 a Mach 1 supersónica es decir, de cero a 1.100 kilómetros por hora en apenas 35 segundos. La longitud de la sección supersónica del vuelo dependerá de si es necesario desplegar el paracaídas de freno para estabilizar la caída, lo cual podría causar una sensible desaceleración.
Qué es lo que experimentará Felix Baumgartner?
Esto es, precisamente, lo que todo el equipo de la misión Red Bull Stratos quiere saber y compartir con la comunidad científica: un conjunto de datos que nunca se han conocido y que podrían tener un considerable impacto en futuros avances de la seguridad aeroespacial.
Cómo sabremos que Felix Baumgartner ha superado de verdad la velocidad del sonido?
Un sistema GPS y de registro de datos incorporado en la zona pectoral del traje de Felix captará y registrará la velocidad del austriaco. Entonces, debido a que la velocidad del sonido varía de acuerdo con las condiciones del entorno, el equipo científico considerará la temperatura predominante en determinadas altitudes de acuerdo con los datos registrados por la instrumentación de la cápsula y determinarán si Felix llega a la velocidad del sonido. No es fácil medir la velocidad directamente, apunta Einar Enevoldson, Analista y Consejero de Seguridad de la Misión Red Bull Stratos. A buen seguro, éste será uno de los retos técnicos de la misión. Con los datos que obtengamos del dispositivo GPS relativos a la velocidad y midiendo la temperatura de la atmosfera, sabremos si Felix ha sobrepasado la barrera del sonido.
Además del análisis del equipo de expertos de la Red Bull Stratos, se espera que los datos de velocidad de la misión (que se compartirán con la comunidad científica) sean confirmados por organizaciones nacionales e internacionales oficiales.
Qué se puede aprender de un salto en caída libre supersónico?
Felix comenta que el efecto sobre el cuerpo humano de la transición desde velocidad subsónica hasta la velocidad supersónica y viceversa es desconocido para los científicos. Ésta es una de las cosas que esperamos aprender. Pensando en la misión de manera global, está claro que tenemos ante nosotros una oportunidad única de apoyar a la ciencia en un campo muy específico. Quizá, algún día sea posible traer astronautas de vuelta a la Tierra sin demasiados problemas en caso de que su equipo se averíe.
Einar Enevoldson apunta que si Felix saltara desde una altitud tan sólo un kilómetro y medio mayor que los planeados 36,5 kilómetros de la misión, las condiciones le forzarían a llegar a velocidad supersónica incluso si no mantuviera una posición corporal de descenso aerodinámica. Previendo que futuros aviadores y astronautas quizá no tengan más opción, en un momento dado, que saltar de sus naves y enfrentarse a esas enormes velocidades, Einar apoya la necesidad de aprender a controlar el cuerpo y las posiciones que puede adoptar. Una de las mayores preocupaciones en el pasado ha sido la tendencia del cuerpo humano a entrar en barrena en altitudes peligrosas, lo que puede ser fatal incluso si no se llega a la velocidad del sonido, afirma el americano. Éste es uno de los objetivos de la misión Red Bull Stratos: usando diferentes técnicas a una altitud que consideramos razonable, esperamos aprender mucho sobre el control del cuerpo y, especialmente, sobre cómo afrontar la tendencia a entrar en barrena.
En su papel como Director Médico del Red Bull Stratos, Jon Clark se muestra ansioso por estudiar las reacciones fisiológicas de Felix. Registraremos los datos fisiológicos para estudiarlos una vez haya concluido la misión, afirma Clark. Estudiaremos cómo se verá afectado el ritmo cardíaco, aprenderemos muchas cosas del dispositivo GPS y de los sensores de presión de la altitud y, por supuesto, documentaremos todas las sensaciones físicas que Felix nos describa.
Y concluye: Estamos intentado anticiparnos al máximo a los posibles efectos que pueda ocasionar la velocidad supersónica sobre Felix, pero realmente no sabemos si la misión tendrá éxito porque nadie ha hecho esto antes. Por tanto, esperamos lo inesperado. |
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