 |
| Representación artística del NF-104 AST. Notar las toreras del RCS activadas en la nariz y puntas de alas. Fuente: Lockheed NF-104A Aerospace Trainer (Air Force Legends Number 204) |
Empezamos el 2020 continuando con la temática que nos había dejado el último post, el de aviones simuladores.
La aeronave de la que hablaremos es sin duda muy singular ya que fue específicamente diseñada con el fin de entrenar astronautas; estamos hablando del Lockheed NF-104A
Sin lugar a dudas, el vuelo espacial tripulado fue un hecho que definió la década del 60; tanto social como culturalmente. El ámbito militar también recibió su influencia, ya que se habría un nuevo frente en la tensa guerra fría entre occidente y la Unión Soviética; el espacio.
Este nuevo campo de batalla requeriría de aeronaves que fueran capaces de realizar vuelos tanto dentro como fuera de la atmósfera, una suerte de híbrido entre avión y nave espacial, tales como el North American X-15 y el más avanzado Boeing X-20 Dyna-Soar que se encontraba en sus primeras fases de desarrollo. Era claro que para probar estas nuevas aeronaves, se requería una gran cantidad de pilotos de prueba con conocimientos de vuelo espacial.
 |
| North American X-15 sobre el lecho del lago seco. Este ejemplar (Registro USAF: 56-6670) actualmente se encuentra en el Museo del Aire y del Espacio en Washington D.C. Fuente: NASA vía Wikimedia Commons |
Adaptandose a los tiempos, la Fuerza Aérea de los E.E.U.U. decidió, el 12 de octubre de 1961, re designar su Escuela de Pilotos de Prueba de la base Edwards a Escuela de Pilotos para Investigación Aeroespacial (el nombre en ingles es: Aerospace Research Pilot's School o ARPS); de esta manera, el nuevo programa de estudios agregaba al programa tradicional de piloto de pruebas un curso de 8 meses de duración especialmente enfocado en el vuelo espacial. ARPS aceptaría también candidatos provenientes de la Escuela de Pilotos de Prueba de la Armada y de la Escuela Imperial de Pilotos de Prueba del Reino Unido.
 |
| Concepción artística del Boeing X-20 separándose de su booster. Fuente: U.S. Navy All Hands Magazine vía Wikimedia Commons |
Dentro de su material didáctico, la escuela contaba con varios F-104 Starfighters excedentes de los escuadrones de caza de la USAF que servían para que los alumnos se familiarizaran con el perfil de aterrizaje del X-15 y del X-20 de baja sustentación y alta resistencia aerodinámica; estas aeronaves tenían alas cortas y angostas o eran lifting bodies que tenían una capacidad de sustentación marginal en el mejor de los casos.
El corazón del programa de entrenamiento era dominar el vuelo sub-orbital; el cual se realizaba con el X-15 que se encontraba en etapa de pruebas en Edwards, siendo capaz de alcanzar Mach 6 a altitudes de 108 km siendo el primer paso hacia esta nueva generación de aeronaves, y con el X-20 en el horizonte, siendo diseñado para llevar un tripulante junto a lo que podía ser carga, bombas o equipamiento fotográfico.
Pero la necesidad de entrenar esta nueva generación de pilotos se hacia difícil para la escuela debido a la falta de aeronaves que pudieran reproducir efectivamente esta nueva envolvente de vuelo; especialmente para los instructores de la ARPS; entre los que podemos contar al Mayor Frank Borman (quien luego volaría en las misiones Gemini y Apolo); debido a que faltaba una aeronave de entrenamiento de bajo costo y alta disponibilidad.
North American propuso una versión biplaza del X-15, si bien era una propuesta interesante resulto descartada casi inmediatamente por su valor de adquisición y operación. Lockheed por su parte presentó estudios sobre una versión impulsada por cohete de su Starfighter, la cual demostró ser más económica y si bien no igualaba en velocidad ni en altitud al X-15, lo compensaba con la capacidad de despegar y aterrizar con su propia potencia; no requiriendo una aeronave nodriza, reduciendo aun más el costo de operación.
 |
| 56-760 durante un vuelo de prueba, notar que el número "5" fue borrado del registro en la deriva. Créditos a quien corresponda. |
La metamorfosis de Starfighter a AST
Tres F-104A fueron seleccionados del AMARC (números de registro: 56-0756, 56-0760 y 56-0762) para ser convertidos al estándar Aerospace Trainer o AST. Las modificaciones fueron extensivas, para empezar todo el equipo que no resultaba esencial para la misión fue removido, esto incluye: radar, el cañón y su sistema de alimentación, el sistema de control de tiro y el tanque de combustible auxiliar.La deriva del modelo A, fue sustituida por la del modelo biplaza TF-104G que era más alta; debido a que esta tenía un timón más alto que compensaba por el espacio ocupado por el motor cohete que sería instalado en la base de la deriva.
Instalado con un ángulo de 8.5º hacia arriba, alineando con el centro de gravedad de la aeronave para evitar cabeceos subidos durante su encendido o apagado, el motor cohete AR2-3 producido por Rocketdyne era capaz de generar 2.722 kg de empuje. Utilizando una mezcla de JP4 como propelente y peróxido de hidrogeno (H2O2) como oxidante; este último era almacenado en dos tanques que ocupaban el espacio del tanque de combustible auxiliar del F-104 y tenían una capacidad de 855 litros, suficiente para 100 segundos de operación.
 |
| Esta foto muestra la instalación del motor AR2-3 en la base de la deriva, justo debajo del timón. Fuente: Lockheed NF-104A Aerospace Trainer (Air Force Legends Number 204) |
Otra de las modificaciones importantes fue la instalación de un sistema de control reactivo (o RCS por sus siglas en inglés). Este sistema era crucial, ya que durante la fase sub-orbital del vuelo la baja presión atmosférica hacia que las superficies de control se volvíeran inútiles.
Para instalarlo, se reemplazó la nariz de fibra de vidrio original por una totalmente metálica donde se instalarían 8 toberas del sistema RCS, 2 apuntando en cada dirección. Las alas recibirían una extensión en sus puntas para instalar dos toberas (una hacia arriba y otra hacia abajo); estas extensiones ademas de hacer lugar al sistema, reducían la carga alar de la aeronave. El control del sistema RCS estaba instalado en el tablero, junto al indicador de actitud.
 |
| La NASA había modificado en 1959 un F-104 (denominado JF-104, registro USAF: 55-2961) con un sistema RCS. La experiencia resultaría muy benéfica para el AST. Fuente: NASA/Dryden Flight Research Center vía Wikimedia Commons |
Una de las soluciones más creativas fue el indicador de actitud (llamados "All Attitude Reference System" o AARS), comúnmente los mismos indican el alabeo y el cabeceo de la aeronave, pero durante el vuelo sub-orbital se requiere la indicación de deriva vertical (alfa) y horizontal (beta). En una experiencia anterior estas indicaciones se representaban con dos instrumentos diferentes, lo que resultaba confuso para el piloto.
Los AARS estándar de la Marina de aquella época, incluía dos indicadores adicionales que forman parte del ILS (una linea horizontal indica el ángulo de planeo y otra vertical la desviación sobre el centro de la pista); los ingenieros lo que hicieron fue simplemente tomar este instrumento y conectarlo con las aletas de la lanza que estaba en la nariz del avión para obtener las indicaciones Alfa y Beta.
 |
| Detalle del panel de instrumentos, donde podemos ver el AARS (en el centro) y a su izquierda el pequeño mando del sistema RCS. Fuente: Lockheed NF-104A Aerospace Trainer (Air Force Legends Number 204) |
Otras modificaciones en la cabina incluían: la instalación de osciloscopio de 50 canales y una cámara que servían para registrar y luego calificar la performance del alumno. El sistema de presurización estándar funcionaba con aire sangrado del compresor del J79, pero para suplementarlo durante la etapa de vuelo que se realizaría con el motor apagado, se instalo un sistema de presurización con nitrógeno.
El sistema estándar funcionaba hasta los 13.000 metros, y a partir de esa altura, el sistema de nitrógeno entraba en acción manteniendo la presurización. Asimismo, los pilotos volaban con trajes de presión para que se vayan acostumbrando a las restricciones de movimiento que les impondría durante una misión real.
 |
| 56-0756 trepando con el motor cohete encendido, la autonomía del mismo era de 100 segundos. Fuente: USAF vía Wikimedia Commons |
Con todas estas modificaciones, el AST era capaz de reproducir las cuatro etapas del vuelo, despegue, trepada asistida por el motor cohete, vuelo sub-orbital y un planeo hasta el aterrizaje, el costo total de las modificaciones fue de U$S 5.363.322 ( unos U$S 45.105.538 actualmente).
 |
| Primer plano de las extensiones en los conos de admisión. Fuente: Lockheed NF-104A Aerospace Trainer (Air Force Legends Number 204) |
Zooming hacia el espacio
Para pasar el curso, los pilotos del AST debían volverse maestros de lo que se conocía como Zoom climbing o Zooming, lo que les permitía alcanzar grandes altitudes en sus NF-104; la maniobra consistía básicamente en obtener alta velocidad a la mayor altitud posible ganando energía kinética para después convertirla en energía potencial al trepar en un ángulo pronunciado y utilizar el motor cohete para mantener una alta tasa de ascenso y velocidad durante el mayor tiempo posible.
El perfil de misión típico comenzaba con una aceleración constante a 10.700 m hasta alcanzar Mach 1.9, en ese momento el motor cohete era encendido y al alcanzar Mach 2.1; la aeronave comenzaría un ascenso con un ángulo de 50 a 70º, aplicando una carga equivalente a 3.5g. Al alcanzar los 21.300 m de altitud, el motor J79 sería desacelerado progresivamente hasta ser apagado al llegar a los 25.900 m; la idea era prevenir la sobre temperatura y posterior daño de la turbina. En este punto, la aeronave se encontraría en el cenit de su trayectoria balística, y experimentaría la ingravidez por unos 2 minutos aproximadamente. Finalmente el avión empezaría a perder altura, hasta alcanzar una atmósfera más densa que permitiera reencender la turbina, aunque no era raro que este fallase y la aeronave planeara todo el descenso hasta la pista.
 |
| La maniobra de zooming explicada en el manual de operación del NF-104. Fuente: Partial Flight Manual: Aerospace Trainer T.O. 1F-104A-1-2 |
La historia operacional de los NF-104 AST
El primer AST (registro 56-0756), fue aceptado por la USAF el 1 de octubre de 1963 y estableció dos records no oficiales de altitud; el primero fue de 36.230 metros, y el segundo realizado el 6 de diciembre de 1963 donde alcanzó una altitud de 36.800 metros. Durante su vida operativa esta aeronave tendría dos accidentes graves. El primero ocurrió en junio de 1963 cuando una fuga de oxidante se acumuló en la parte trasera del fuselaje y exploto desgarrando parte del revestimiento; la aeronave pudo ser reparada y volver al servicio. Sin embargo, en junio de 1971 el motor cohete explotó durante un vuelo dañando la deriva. Si bien el avión accidentado pudo regresar a tierra, se decidió dar de baja la aeronave y con ella todo el programa AST fue cancelado.Actualmente se encuentra exhibida en el "Nevada County Air Park" en Grass Valley, California con el registro ficticio "56-0751".
 |
| La explosión del motor cohete destruyó el timón y si bien el piloto pudo aterrizar, esto marcó el fin del programa AST. Fuente: Lockheed NF-104A Aerospace Trainer (Air Force Legends Number 204) |
El segundo ejemplar, 56-0760 sería recibido por la USAF el 26 de octubre de 1963. Luego de gozar de una vida operativa sin incidentes de importancia sería retirada y puesta como "gate guardian" en la entrada de la Escuela de pilotos de prueba de la USAF en la Base Edwards, lugar que todavía ocupa. Sin embargo, partes del 56-0760 siguieron volando por un tiempo; ya que las extensiones de las alas y el cono de nariz de esta aeronave fueron prestados a Darryl Greenamyer e instaladas en su altamente modificado F-104 Red Baron (N104RB) con el cual trató de romper el récord de velocidad en 1978. Desafortunadamente, durante el vuelo del record el tren de aterrizaje no quedó trabado y como aterrizar en esta configuración era peligroso, Greenamyer se vio obligado a eyectarse y el Red Baron terminó totalmente destruido y las partes del 0760 se perdieron para siempre.
 |
| 56-760 actualmente, como "Gate Guardian" de la Base Edwards. Fuente: Kaszeta vía Wikimedia Commons |
Finalmente, 56-0762 que fuera entregado a la USAF el 1 de noviembre de 1963, tendría una de la carreras operativas más cortas y más espectaculares por así decirlo. El 10 de diciembre de ese mismo año, el Coronel Chuck Yeager, comandante de la ARPS intentaría romper el record mundial de altitud, el cual en ese momento estaba en manos de los Soviéticos; pero el intento termino en un desastre, cuando la aeronave entró en barrena plana y se precipitó a tierra.
Yeager pudo eyectarse, pero sufrió terribles quemaduras en la cara y la aeronave quedo totalmente destruida.
Este incidente quedó inmortalizado en la biografía de Yeager y en el libro "The Right Stuff" de Tom Wolfe y en su posterior adaptación cinematográfica. Como resultado de este accidente, la ARPS aplicaría ciertas restricciones de altitud y velocidad a la maniobra de zooming para evitar que se repita.
 |
| El Coronel Chuck Yeager, en la cabina del NF-104. La foto fue tomada el 4 de diciembre de 1963. Fuente: USAF vía Wikimedia Commons |
El final del programa y los AST
A pesar de su sofisticación el AST no gozó de mucho tiempo en servicio. Los accidentes operaciones, lo complicado del mantenimiento del motor cohete, entre otros factores terminaron acabando con el programa, un hecho no menor es que el X-20 resultaría cancelado en enero de 1963, (¡Cuando la USAF recibió los AST a finales de ese mismo año!) seguido por el Manned orbiting laboratory (MOL) en 1967; por lo que lo que no tenia mucho sentido continuar con el entrenamiento de pilotos-astronautas.
En 1972, la Escuela de Pilotos de Prueba volvió a cambiar su denominación a Escuela de Pilotos de Prueba (o United States Air Force Test Pilots School, en ingles) y reorientando su formación hacia un enfoque más basado en sistemas y no tanto en el vuelo espacial.
La era de las aeronaves sub-orbitales renacería a finales de los 70 con el programa Space Shuttle y curiosamente el programa Boeing X-37 de principios del 2000 utilizado una versión actualizada del motor Rocketdyne AR2-3.
El aporte del AST, aunque breve, fue de gran importancia para el avance del programa espacial. Aproximadamente 50 pilotos volaron las aeronaves a lo largo de 302 misiones, acumulando 8.6 horas de vuelo impulsadas por el motor cohete. 65 de los graduados de la ARPS serían seleccionados para convertirse en astronautas.
 |
| Corte esquemático del NF-104. Fuente: Lockheed NF-104A Aerospace Trainer (Air Force Legends Number 204) |
Prestaciones
Características generales
- Tripulación: Uno (piloto)
- Longitud: 16,6 m
- Envergadura: 7,84 m
- Altura: 4,1 m
- Superficie alar: 19,77 m²
- Perfil alar: Bi-convex 3,36%
- Peso vacío: 6080 kg
- Peso cargado: 9890 kg
- Planta motriz:
- 1× turborreactor General Electric J79-GE-3B de 42,7 kN (4354 kgf; 9600 lbf) de empuje
- 1× motor cohete de combustible líquido Rocketdyne AR2-3 de 26,7 kN (2722 kgf; 6000 lbf) de empuje.
- Velocidad máxima operativa (Vno): Mach 2,2
 |
| Tres vistas del NF-104A. Fuente: Bzuk vía Wikimedia Commons |
Fuentes
- Libis, S. Lockheed NF-104A Aerospace Trainer (Air Force Legends Number 204). Simi Valley, California: Steve Ginter, 1999. ISBN 0-942612-97-3.
- Smith, R.The Aircraft nf-104.com. Consultado el 06 de diciembre de 2019
Disponible en: http://www.nf104.com
No hay comentarios.:
Publicar un comentario