¿Las naves espaciales tienen requisitos de integridad estructural similares a los de los submarinos?

Diferenciemos "nave espacial" y "cápsula de aterrizaje".

Hay varias fases del vuelo con varios requisitos previos y varios diseños diferentes (considerablemente diferentes) de naves espaciales.

Primero, tomemos la cápsula. Debe soportar una reentrada violenta, presiones de aire desiguales: el lado expuesto se calienta enormemente debido a la fricción del aire, que está relacionada con una presión bastante grande. No necesita ser delgado y aerodinámico, todo lo contrario, es un gran freno de aire con una cabina de pasajeros unida al lado trasero. La presión es en gran medida unidireccional y principalmente sobrecalentada, por lo que las preocupaciones de construcción del submarino están muy lejanamente relacionadas, con su presión omnidireccional, capacidad para soportar ondas de presión inesperadas (explosiones), forma delgada para minimizar la resistencia y refrigeración por agua ubicua que hace que el sobrecalentamiento no sea un problema. .

A continuación, la nave orbital. Para llegar allí debe haber luz. Una patada leve podría haber perforado las paredes del módulo lunar Apolo, la ISS es más resistente, pero aun así debe soportar una diferencia de presión de 1 bar hacia el exterior (eso equivale a una profundidad de inmersión de 10 m), y de nuevo, hacia el exterior, eso significa que no hay necesidad de cruzar -vigas para evitar el pandeo; tiene una tendencia natural a hincharse como un globo. No es delgado ni aerodinámico en lo más mínimo, la resistencia del aire no es una preocupación. Sus problemas de construcción son mucho más cercanos a los del casco de un avión que a los de un submarino.

Y finalmente, el vehículo de lanzamiento. Este tiene que ser magro, pero de nuevo, tiene que ser ligero. No es resistente a las fuerzas laterales (¡su propia onda acústica reflejada desde la torre podría dañarlo!) y, de nuevo, no tiene que soportar altas presiones externas. El tanque de combustible principal del transbordador depende de la presión interna del combustible; en otros casos, la estructura es en su mayor parte un caparazón sin presión que permite que la presión del aire escape cuando sale de la atmósfera, lo que brinda integridad estructural pero no aísla el interior, a excepción del compartimento humano relativamente pequeño.

Realmente, los submarinos con una fracción considerable de un metro de espesor de caparazón de metal sólido y diseñados para condiciones de batalla (sigilo, maniobrabilidad, durabilidad, armas, ambiente acuático) enfrentan desafíos de construcción completamente diferentes. Por otro lado, hay mucha más superposición con los aviones.

Las naves espaciales están diseñadas para contener una presión interna de no más de una atmósfera; Los submarinos están diseñados para soportar decenas de atmósferas de presión externa. Además, los sistemas aeroespaciales tienen presupuestos de peso muy estrictos: el peso adicional significa combustible adicional para hacer funcionar los motores para levantarlo, lo que en sí mismo agrega peso... demasiado y el sistema no podrá lograr el objetivo de su misión, o tal vez ni siquiera despegar. terrestre. Los sumergibles también tienen presupuestos de peso, pero no son tan severos. Los miembros estructurales del casco de una nave espacial funcionan predominantemente en tensión, en una fracción significativa de los límites de rendimiento del material, y el modo de falla más probable sería la fractura por tracción. Los miembros estructurales del casco de un submarino operan predominantemente en compresión, y el modo de falla más probable sería el pandeo.

Obviamente, los entornos espaciales y submarinos son completamente diferentes y presentan desafíos completamente diferentes para los diseñadores de vehículos y los ingenieros estructurales. Entonces, no, los requisitos no son para nada similares.

Teniendo en cuenta todo lo anterior, uno podría deducir razonablemente que si uno (hipotéticamente) sellara y sumergiera una cápsula espacial, su estructura se pandearía (sería aplastada) a una profundidad relativamente baja. Cápsulas como Mercurio, Géminis y Apolo tenían suficiente flotabilidad para flotar en la superficie del océano. Mientras las escotillas y respiraderos permanecieran cerrados para evitar la entrada de agua, podrían permanecer a flote indefinidamente. Solo podrían sumergirse si hubiera oportunidad de que entre agua (y escape de aire desplazado). En tal caso, no habría diferencia de presión en el casco para aplastarlo sin importar qué tan profundo se hundiera.

En cuanto a los collares de flotación, se necesitaban para estabilizar la cápsula (mantenerlos en posición vertical en el agua) y garantizar la flotabilidad después de abrir la escotilla.

Que yo sepa, solo un vehículo de aterrizaje no se recuperó antes de que se hundiera hasta el fondo del mar (Liberty Bell 7). Fue recuperada en 1999 tras pasar 38 años en el fondo del mar. El Liberty Bell 7 se hundió después de que la escotilla voló prematuramente y la cápsula se llenó de agua. Debido al hecho de que había agua tanto en el interior como en el exterior de la cápsula, el informe de recuperación no dará mucha información sobre la presión de las profundidades marinas en toda la cápsula. Sin embargo, dará una idea sobre el efecto del agua de mar en el casco y el efecto del agua de mar y la presión en varios instrumentos.

El 1 y 2 de septiembre de 1999 se realizó una inspección de la cápsula Mercury, Liberty Bell 7, y su contenido. La condición de la cápsula y su contenido era consistente con una exposición prolongada al agua salada y altas presiones en el fondo de la Oceano. Muchos de los materiales metálicos sufrieron corrosión, mientras que los materiales a base de polímeros parecen haber sobrevivido notablemente bien. No se encontraron elementos o estructuras identificables que pareciera tener algún valor científico. En este momento, no parece justificarse ninguna evaluación no destructiva adicional.

Resumen "Evaluación de recuperación y pruebas no destructivas de Liberty Bell 7" [1]

Esto se resuelve mejor en el artículo:

La estructura externa estaba en sorprendente buen estado. (Ver fig. 3.) El objeto negro en la parte inferior de la cápsula es un faldón que proporcionó soporte de lastre. El escudo térmico habría estado debajo de la falda, pero faltaba y no se había recuperado. Las estructuras inferiores incluían la falda flexible y varias tiras y resortes de metal, una cubierta que parecía ser un material a base de polímero y la base de la cápsula detrás de eso; todo parecía estar en buenas condiciones. La cubierta externa de los lados en forma de cono de la cápsula consistía en pequeños paneles de chapa ondulada de aproximadamente 0,031 pulgadas de espesor, que no mostraban signos de corrosión.

Y después

La parte superior de la cápsula, que estaba hecha de gruesas placas de aluminio, experimentó una importante pérdida de material causada por la corrosión. Aunque algunas áreas midieron un espesor total de aproximadamente 0,220 pulgadas, la mayoría de las regiones tenían menos, incluidas varias áreas donde el material se perdió por completo. Unidos a estas placas de aluminio había grandes nódulos de productos de corrosión.

Sin embargo, cuando el agua de mar se encuentra con el interior de la cápsula de aterrizaje, destruirá casi cualquier cosa, ya sea por presión o corrosión.

Como última nota: el informe menciona exactamente el grosor exacto de varias partes del casco. Si bien el escudo térmico protegerá del calor la lámina de metal de 0,031 pulgadas (0,7874 mm) de espesor en la parte inferior, dudo que el escudo térmico lo proteja de la presión del mar. Eventualmente, el escudo térmico también se corroerá por completo. Si bien no tengo números exactos, dudo que las láminas de aluminio (¿de grosor?) de 0,220 pulgadas (5,58 mm) protejan incluso contra la más mínima presión del mar si el casco fuera completamente impermeable. Sin embargo, no tengo números exactos para probar esto.

Si bien las cápsulas de aterrizaje se han mejorado mucho desde entonces, dudo que haya habido muchas mejoras en "la capacidad de supervivencia de una cápsula de aterrizaje en el fondo del océano".

[1] Liberty Bell 7 Recovery Evaluation and Nondestructive Testing , E. Madaras & W. Smith, diciembre de 1999. Consultado el 31 de agosto de 2013.