¿Por qué son tan grandes las ventanas del SpaceShipTwo de Virgin Galactic?

De Virgin Galactic en SpaceShipTwo:

Las ventanas en el compartimiento de pasajeros tendrán 13 pulgadas (33 centímetros) de ancho por 17 pulgadas (43 centímetros) de alto.

En mi opinión, eso es enorme para un avión, ¡especialmente para un avión espacial! Pero, ¿las ventanas tan grandes no causarían problemas? El Concorde tenía ventanas particularmente pequeñas (los pasajeros dicen que es casi del tamaño de un pasaporte) para mantener la integridad de la estructura del avión y la presión de la cabina si una ventana se rompiera a 60,000 pies AMSL.

Pero una ventana tan grande que se agrieta a 110 km AMSL en SpaceShipTwo, ¿no causaría definitivamente que la presión de la cabina se igualara a la presión atmosférica en segundos? ¿Qué redundancia tiene SS2 para prevenir una catástrofe en tal evento?

el parabrisas de un transbordador espacial también es bastante grande
¡Pero los astronautas tienen la opción de usar trajes espaciales! (pero los trajes espaciales son inútiles si no se usan durante un evento de descompresión repentina). Virgin Galactic SS2 solo requerirá mangas de camisa.
Concorde no es realmente un buen ejemplo: esa tecnología fue hace mucho, mucho tiempo.
En mi opinión, la idea del Concorde era muy simple y a prueba de fallas. El área de las válvulas de salida coincide con el área de dos ventanas, por lo que si explotan dos ventanas, simplemente podría cerrar las válvulas de salida y retener (la mayor parte) de la presión de la cabina en altitud.
¿Mi conjetura? Son muy, muy gruesos (y muy posiblemente tengan dos ventanas en caso de que una se rompa). ¡Y los quieren a lo grande porque esto es un vuelo turístico!

Respuestas (3)

Aqui hay algunas ideas:

  • En primer lugar, aquí no manejamos metales. Los materiales compuestos tienen la ventaja de poder fortalecerse agregando algunas capas alrededor del área de alta tensión, como las ventanas. Esto era difícil con los metales, ya que necesitaba algún tipo de sujetadores o adhesivos. Este refuerzo se ve en la foto de abajo.

  • Las ventanas están diseñadas para mantener una presión uniforme alrededor en el contexto de la forma del fuselaje en ese punto. Notarás el diseño de la brida que mantiene la forma del fuselaje y evita que se abra. Esto es un poco como la parte más gruesa del cuello de una botella. Esto es muy difícil (si es posible) hacerlo bien en un fuselaje de metal en esta medida.

Nave EspacialDos
(fuente: msn.com )

  • El uso es completamente diferente. Concorde era un avión comercial, destinado a muchos años de operación. Este es un avión de ciclo muy bajo que verá una fracción de ese vuelo. El número de ciclos de presurización es mucho menor , poniendo mucha menos fuerza en las ventanas.

  • En cuanto a la seguridad, el estilo de vuelo es completamente diferente. Probablemente volado por pilotos de prueba, es posible que la aeronave ni siquiera experimente lluvia y volará en condiciones muy predecibles, con muy pocos ciclos de vuelo .

  • Los períodos de temperaturas elevadas degradan gradualmente muchos materiales, esto es mucho menos preocupante con vuelos cortos . Si entiendo correctamente, este es el principal problema con el vuelo sostenido de alta velocidad, como se ve en Concorde y SR-71 y otros aviones.

perfil
(fuente: guardian.co.uk )

  • Los compuestos tienen una expansión térmica mucho más baja (CFRP vs. Aluminio es un orden de magnitud más bajo) lo que reduce los problemas con la expansión en el fuselaje.

  • Concorde era un avión comercial con peso y precio operativo en mente. Este avión está construido para este propósito, con las ventanas consideradas como una característica principal desde el principio . Probablemente podría haber hecho las ventanas mucho más grandes en Concorde, al precio inaceptable del peso, la producción y el costo operativo.

  • No hace falta decir que el conocimiento de materiales y estructuras ha avanzado sustancialmente, todas nuestras características se pueden modelar en detalle en computadoras, sin necesidad del enfoque conservador tradicional.

  • En cuanto a la redundancia, el predecesor SpaceShipOne tenía ventanas de doble panel y sellos dobles en todas partes. Para los pasajeros sin trajes, si una ventana explotara por completo, lo más probable es que no tenga suerte.

@JanHudec puede haber una falla en el sello o algo similar. No catastrófico. No veo por qué se arriesgarían a ir sin uno. Sin embargo, estoy de acuerdo en que es bastante peligroso para los segmentos de gran altitud. Sin embargo, los pasajeros no usarán trajes presurizados.
"Supongo que el piloto tiene su máscara durante todo el vuelo".: Las máscaras de presión no son suficientes por encima de los 14 km/46 000 pies (y eso es la mayor parte del vuelo). Por encima de esa altitud, la presión total es menor que la presión parcial normal de oxígeno en la sangre humana (14 kPa), por lo que respirar oxígeno puro por encima de los 14 km no es suficiente para mantener la sangre saturada de oxígeno. Por encima de unos 19 km, el punto de ebullición del agua cae por debajo de los 37 °C, lo que provoca más problemas graves con la ebullición de varios líquidos corporales (la sangre no hierve, porque tiene una presión de 8-10 kPa más alta).
@JanHudec: Las máscaras pueden funcionar por encima de los 46000 pies AMSL. Nuevamente, Concorde tenía máscaras CPAP para suministrar aire a los pilotos. ¡Debe haber sido incómodo de usar!
@Manfred: esta es una buena respuesta y +1. Me interesa saber, ¿por qué dijo "es posible que la aeronave nunca experimente lluvia y volará en condiciones muy predecibles, con muy pocos ciclos de vuelo". ¿Es la lluvia muy perjudicial para el rendimiento y la integridad estructural de los aviones supersónicos? Además, ¿habría funcionado el Concorde tan bien como lo hizo si estuviera hecho de CFRP (es decir, en términos de economía de combustible, número de ciclos de presurización de por vida y rendimiento sostenido de Mach 2)?
@shortstheory lo que dicta los márgenes de seguridad es qué tan buen control puede mantener sobre el uso. El Concorde tuvo que incluir márgenes de seguridad para lluvia, hielo, etc. que sin duda se podían esperar. Si se usa normalmente, es cuestión de tiempo antes de que las enormes ventanas se rayen o dañen y haya que cambiarlas.
@shortstheory Por supuesto, el agua está bien en los aviones CFRP si no ingresa al compuesto donde puede degradar la resina, pero esto no es un problema mayor que la corrosión del metal. Construido hoy, principalmente mejores motores ahorrarían mucho combustible. Concorde tenía 27 años cuando se jubiló. Los compuestos supersónicos se utilizan, por ejemplo, en el F35, por lo que no veo por qué un nuevo Concorde tendría problemas. Los metales también fueron un dolor debido a la expansión térmica. De por vida, creo que tampoco debería ser un problema. Ciertamente no soy un experto en compuestos, pero no veo ninguna razón por la que no funcione.
¡Estoy encantado de escuchar eso! ¡Espero que podamos obtener el próximo Concorde dentro de nuestras vidas! De nuevo, gracias por la respuesta!
@JanHudec: La presión parcial de oxígeno puede bajar con seguridad al menos un poco por debajo de 14 kPA, ya que incluso los humanos no aclimatados pueden llegar a 8 kft (donde la presión parcial de oxígeno es considerablemente más baja que al nivel del mar) sin ninguna problemas (razón por la cual los aviones de metal están presurizados a una altitud de cabina de 8 kft, en lugar de MSL).

Creo que en última instancia es una cuestión de negocios. Virgin Galactic está vendiendo recorridos a un precio superior, mientras que Concorde se vendió para trasladar a las personas del punto a al punto b.

Con Concorde, dado que el objetivo de la nave era llevar a las personas del punto A al punto B muy rápidamente, invirtieron dinero en motores grandes y aerodinámica eficiente. La vista realmente no importa en esa ecuación, pero sí necesita integridad estructural. Entonces optaron por la forma más económica de obtener esa integridad estructural, ventanas pequeñas.

Virgin Galactic, por otro lado, está vendiendo una experiencia. Y, francamente, si va al espacio, los dos puntos de venta más importantes serán la gravedad cero y, sinceramente, la vista. Por lo tanto, a pesar de que hará que la embarcación sea más costosa para reforzar adecuadamente, están instalando ventanas muy grandes.

Como nota, los fabricantes de aviones también podrían instalar ventanas grandes y antiguas si quisieran, pero ¿quieres pagar otros $ 50 por vuelo solo para tener una ventana más grande? Para la mayoría de la gente, la respuesta es no... de ahí las ventanas pequeñas.

Básicamente, es solo una cuestión de averiguar qué está tratando de vender y, luego, poner dinero en ese punto de venta. Es lo que le da un buen retorno de su inversión :).

PD: lol, y después de tanto escribir, parece que he respondido el "por qué" y no el "cómo". Bueno, deja que Internet me juzgue como quiera, dejaré esta respuesta por ahora :).

Por si sirve de algo, las ventanas del Boeing 787 son incluso más grandes que las que se mencionan aquí (19" de altura): gizmodo.com/5829395 /...
Sí, los cambios tecnológicos no son realmente de lo que estaba tratando de hablar, de ahí mi pequeña nota final allí... Pero sí, como la tecnología ha mejorado, puedes hacer ventanas más grandes por el mismo precio que las más pequeñas de antaño.

El Concorde tuvo mucha expansión térmica debido a la fricción aire/piel, que puede haber afectado el tamaño de la ventana. SpaceShipTwo viaja a velocidades mucho más bajas y no tiene ese problema.

En última instancia, el problema es si la ventana está diseñada para soportar la diferencia de presión entre la cabina y el espacio. Siempre que sea lo suficientemente grueso y esté hecho de materiales lo suficientemente fuertes, deberían funcionar de manera segura.

Buen punto, Space Ship 2 es un avión compuesto, por lo que no tendrá los problemas de expansión térmica como los tiene un avión de metal.
De acuerdo con este diagrama , parece que el Concorde viajó más lento que el SpaceShipTwo.
¿¡Qué!? SS2 viaja a Mach 4 a través de la atmósfera, y el Concorde solo alcanza Mach 2.04. SS2 es mucho más rápido que el Concorde.