¿Hasta dónde sube?

Muy bien, el globo empieza a volar pero... ¿hasta dónde sube?

Otro poquito de física, todos hemos oído eso de que "los gases se expanden", y vamos a ver cómo nos afecta:

Hemos visto que la gravedad hace de las suyas y atrae todo, por eso, en la Troposfera hay más gases que en la Estratosfera, porque pesan y caen al fondo. A medida que subimos hay cada vez menos y menos gases. Hay cada vez menos y menos Presión.

Cuando nuestro globo asciende porque su fuerza ascensorial es mayor que la fuerza de su peso, encontrará que cada vez hay menos presión, por lo tanto el gas de dentro del globo se va sintiendo cada vez menos presionado y, como cualquier gas, quiere expandirse. Y lo hace, lo consigue porque nuestro globo es flexible, no es rígido. Por lo tanto el globo empieza a hincharse y a hacerse cada vez más grande con la altura.

Si tuviéramos un globo que aguantara todo, que dejara hincharse todo lo que quisiéramos, conseguiríamos salir por completo del planeta y llegar al espacio. Pero el globo, aunque está hecho de un material super elástico, también acaba rompiéndose. Este punto es el límite elástico del material del globo.

Proceso de ascenso/descenso del globo [MDE]

Así que llegado a una altura, el globo estratosférico explota, el Helio de dentro sale al exterior y la sonda, al no tener ya una fuerza que la haga ascender y tener únicamente la fuerza que la atrae a la Tierra, empieza a caer en picado.

Continúa leyendo en la siguiente entrada:

¿Qué ocurre después?¿Cómo sobrevive la sonda a esa caída?

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¿Cómo funciona?

¿Cómo funciona un globo estratosférico? Un poco de física

Hemos dicho que la atmósfera es un montón de gases, es decir, un fluido. Cuando introducimos algo de densidad menor en ese fluido, lo que ocurre es que "flota", se va hacia arriba. Es lo mismo que le ocurre al hielo en el agua, lo intentas hundir pero sube hacia arriba.

Lo que ocurre realmente es que la parte del fluido que hay encima del objeto "pesa" más, y por tanto quiere ocupar el espacio del objeto, y éste es empujado hacia arriba.

Los gases densos empujan a los menos densos ocupando su lugar [MDE]

El gas que se utiliza en los globos estratosféricos (Helio o Hidrógeno) tienen menor densidad que el conjunto de gases de la atmósfera, por ello cuando llenamos el globo, los gases de fuera, que "pesan" más, quieren ocupar ese espacio que les está siendo arrebatado, así que lo hacen y empujan al globo hacia arriba. Hay por tanto una fuerza que empuja al globo hacia arriba.

Pero el globo no va solo.

A ese globo va unida una carga a la que llamamos sonda, una caja llena de instrumentos (cámaras, sensores, etc), y por lo tanto también pesa, también hace una fuerza hacia abajo, hacia tierra.

Si las fuerza hacia abajo es mayor que la de hacia arriba, el globo no conseguirá despegarse del suelo, o si lo lanzamos al aire, caerá rápidamente.

Si las fuerzas son iguales y lo lanzamos al aire, se quedará ahí, flotando en el mismo sitio, pues estará en equilibrio.

Pero si la fuerza hacia arriba es superior a la que hace el peso hacia abajo, el globo empezará a subir y subir. Hemos conseguido que el globo vuele.

Diagrama de fuerzas [MDE]

¿Quieres saber más? Continúa leyendo cómo funciona en la siguiente entrada:

Muy bien, el globo empieza a volar pero... ¿hasta dónde sube?

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¿Qué es un globo estratosférico?

¿Qué es realmente un globo estratosférico?

Nuestro planeta, la Tierra, es un planeta rocoso con un envoltorio de gases variados al que llamamos en su conjunto "atmósfera". Pero la atmósfera no es homogénea, se puede dividir en capas diferentes, y cada una de ellas es un ambiente muy diferente.

Capas de la atmósfera. Interactivo. Atmosphere layers. Interactive. [IGEO.TV]

Prácticamente toda la vida de la Tierra se desarrolla dentro de la primera capa, llamada "troposfera". Es la capa en contacto con la corteza terrestre y el mar. Se extiende hasta poco más de los 10Km de altura. Incluso los aviones vuelan dentro de esta capa.

La capa que va justo encima de la troposfera es la que nos importa, la "estratosfera". Va desde los 10 hasta los 50 kilómetros. Por lo tanto, un globo estratosférico es aquel que alcanza esa capa.

Como la Tierra está caliente y el espacio está frío, en la atmósfera, a medida que ganas altura, vas perdiendo temperatura. Esto es así en todas las capas excepto en la Estratosfera debido a que en ella se encuentra la conocida como "capa de Ozono".

El Ozono es un tipo de gas muy especial formado por 3 átomos de oxígeno, que sólo se da bajo determinados parámetros de presión y temperatura. A medida que se van alternando los días y las noches se va destruyendo y creando constantemente nuevas moléculas de este gas.

El ozono es el responsable de absorber la mayor parte de la radiación ultravioleta que emite nuestra estrella y en consecuencia, la capa se calienta. Aunque no lo hace de manera homogénea, se calienta más por la parte superior, que es donde primero chocan las partículas.

Es decir, al contrario que en el resto de capas, en la estratosfera, la temperatura aumenta con la altura. Desde los aprox 50 bajo cero del final de la troposfera, puede llegar incluso a superar los 10 grados en la parte más alta.

Esto tendrá un efecto claro sobre nuestro globo en su viaje de ascenso.

¿Quieres saber más? Continúa leyendo cómo funciona en la siguiente entrada:

¿Cómo funciona? Un poco de física

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Fallo en la impresión de la segunda versión del chasis Altaïr

Buenos días, aficionados al DIY.

En la última entrada os dejé con la intriga, con la segunda versión del chasis imprimiéndose. Me temo que traigo malas noticias, aunque sólo malas en parte.

La dificultad de imprimir el chasis en monobloque (esto es, una sola pieza, sin uniones), reside en la creación de los voladizos. Por mucho que estás máquinas parezcan que pueden imprimir todo, no es así, ya que la gravedad sigue haciendo estragos (irónico el tema, pues el fin último de la sonda cuando esté terminada será vencer a la fuerza de la gravedad).

Las impresoras 3D "fabrican" un objeto de una manera muy parecida a una impresora normal de tinta, ellas pintan dibujos, letras, contornos. Pero, cuando han acabado la "hoja", en lugar de coger otra página para imprimir, lo hacen encima de la anterior. Así poco a poco se van creando capas y se va construyendo en altura.

Por eso, el problema viene cuando quieres imprimir, crear material, en una capa donde en las capas anteriores no hay nada. El material no se va a quedar suspendido en el aire. Es como si estuvieras imprimiendo una fachada de una casa y de repente quieres imprimir un balcón. Estas partes críticas son los voladizos.

Voladizos presentes en el chasis Altaïr v2

Para poder hacerlo, existe la opción de crear falsos soportes con la impresora. Unos soportes para que cuando le llegue el turno de imprimir el voladizo, tenga por debajo donde apoyarse. Esos soportes son suficientemente fuertes como para imprimir encima, y a la vez fáciles de retirar rompiéndolos con la mano cuando la pieza ya está fabricada.

Nuevamente, el problema es ese: la altura que tienen que alcanzar los soportes es tanta, que acaban perdiendo la estabilidad y termina en fracaso.

Chasis fallido v2 - El comienzo de la impresión fue perfecto

Chasis fallido v2 - Se aprecian claramente los soportes creados por la impresora

Por lo tanto, tras dos intentos fallidos y bastante material gastado, me veo obligado a hacer una nueva versión del chasis más apta para la impresora, pensando bien en no crear voladizos y teniendo en cuenta las limitaciones de la misma. Lo más probable es que tenga que desterrar la opción monobloque y pensar en uniones...

Pronto veréis el resultado.

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Primera sonda: ALTAIR-I

Hola, espaciotrastornados!

Ya tenemos nombre para la primera sonda del Proyecto Ícaro: ALTAIR-I,

Empezando por la A y haciendo honor a la estrella del mismo nombre, Altair, la más brillante de la Constelación del Águila. El diseño completo de la misma está en fase de desarrollo pero adelantamos que llevará lo mínimo indispensable para poder recuperarla y, de paso, aprovechar para tomar unas fotos desde la estratosfera.

La sonda propiamente dicha constará de un chasis de plástico impreso en 3D, donde irán fijadas las cámaras y los demás instrumentos científicos. De esta manera, el corcho aislante no será portante, sino simplemente un recubrimiento térmico y absorbente de impacto.

Le he dado varias vueltas al diseño de la estructura y aunque la integración con los instrumentos científicos va a ser nula, se va a conceder una licencia a respecto por ser la primera vez. Necesito tener la sonda en mis manos para poder avanzar.

Diseño preliminar de la sonda ALTAÏR-I (Proyecto Ícaro)

Después de varios días intentando contactar con tiendas de impresión 3D e incluso con empresas que ofrecen esta posibilidad como una línea de negocio alternativa, no lo he conseguido. Ha sido imposible. Me sorprende mucho que en una ciudad como Pamplona no puedas encontrar este servicio.

Finalmente, en un flash de suerte, me enteré de que en la Casa de la Juventud tenían dos impresoras Witbox-2 y existía la posibilidad de imprimir con ellas, pagando el material consumido.

Me presenté en la Casa y allí conocí a Jesús Elorz, el Informático que lleva la sala y que imparte los cursos de materia tecnológica. Él ha sido quien me ha guiado (y sigue haciéndolo en estos momentos) en el proceso y con el que he podido clarificar mis dudas sobre este tipo de fabricación de piezas que tanto me atrae pero que no había tenido la oportunidad de ver de cerca hasta ahora.

Jesús es también el creador del grupo #Iruña Gaztemaker Space, presentes en Facebook, donde van colgando diferentes proyectos que se van realizando en las instalaciones.

Tras elegir los parámetros de la impresión y hacer algunos ajustes, el programa de la impresora nos calculaba un tiempo de fabricación alrededor de 130 horas. Lo redujimos a 24 apurando al máximo y cruzamos los dedos... Al llegar hoy, la pieza presentaba el siguiente aspecto despeluchado:

Impresión fallida del chasis del modelo ALTAIR (Proyecto Ícaro)

Tras una revisión de daños y análisis de errores, creemos que el error ha sido de la máquina y por lo tanto hemos iniciado de nuevo la impresión. Esta vez, cambiando el color para ver si hay mejor suerte. A mi marcha, la impresión tenía una pinta inmejorable, ¡ojalá siga así!

Segundo intento de impresión del modelo ALTAIR (Proyecto Ícaro)

Con esta imagen ya me despido por hoy, satisfecho del empujón realizado al proyecto. 

Próximamente: vídeo de la impresión

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Un año después...

Hola de nuevo! Lo sabemos, ha pasado demasiado tiempo (¡un año entero!) desde que creamos el blog y definimos el proyecto. No somos gente de ideas fijas, ni constantes, ni monohobbicos, así que a lo largo de este año hemos saltado de una afición a otra satisfaciendo nuestras necesidades de probar cosas nuevas. Pero nos hemos sentado de nuevo para darle otro empujón al proyecto, y esperamos que el definitivo. Así que... vuelve a ponerse en marcha el Proyecto Ícaro

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Objetivos del proyecto Ícaro

El objetivo simplificado del proyecto es conseguir lanzar una sonda unida a un globo estratosférico, que ascenderá hasta una región del límite de la atmósfera llamada "el espacio cercano", donde explotará, su sonda caerá de vuelta a la Tierra y trataremos de hacer el seguimiento y recuperarla.

Una vez dicho esto, se desglosan los objetivos en dos áreas, técnicos y científicos. El primer lanzamiento será prácticamente técnico para adquirir experiencia, si bien se aprovechará el viaje para intentar algún experimento. 

Objetivos técnicos:

1. Conseguir que el globo ascienda con la sonda.
2. Monitorizar en tiempo real la trayectoria de ascenso y de caída con respecto a las teóricas mediante seguimiento GPS.
3. Recuperar la sonda y su contenido

Objetivos científicos:

1. Toma de fotografías de la curvatura de nuestro planeta y la oscuridad del espacio
2. Grabación de vídeo en dirección nadir (hacia la superficie terrestre)
3. Medición de la variación de la temperatura en el exterior de la sonda

Si los objetivos técnicos no se cumplen, el proyecto fracasa. En caso contrario (crucemos los dedos), el proyecto será un éxito aunque los objetivos científicos no se hayan satisfecho y se planificarán progresivamente más lanzamientos incrementando la recopilación de datos científicos.

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