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Misión ICTE "Pantera X1 V-150"
Operativo "Anthropos 1"
Cálculos de
altura del vuelo
Desde hace varios años, el Instituto Civil de Tecnología
Espacial (ICTE) informa que su cohete Pantera X1 V-150 llegó a una
altura de 20.000 metros (veinte mil metros, veinte kilómetros).- Existen al respecto declaraciones del ICTE en
numerosos medios escritos, y en particular hay un resumen de esa misión en
su página web, en línea desde fines del año 2003.- Allí se
detalla que el 1° de febrero de 1970 se produjo lo que
esa entidad califica como la "mayor experiencia
civil argentina" en cuanto a exploración aeroespacial: el "Operativo
Anthropos 1".- Más allá de todo cálculo, lo complejo de la
misión encarada hace que esa autocalificación sea merecida.
La idea central era lanzar a un mono como pasajero
de un cohete civil experimental, y para esto el personal del ICTE preparó un cohete
ad hoc y a la
pequeña mona "Cleo" o "Cleopatra", un ejemplar de la selva misionera, de raza
caí y de 1,5 Kgr. de peso.-
El objeto de esta sección no
constituye una invitación al debate, ya que aquí se representan
números, ecuaciones y constantes
físicas que no están sujetas a la opinión de las personas, sino que el único ánimo es reproducir
aquí -mediante sencillos cálculos- los resultados anunciados por el ICTE
en lo referente al vuelo del cohete Pantera X1 V-150.
Esto sólotiene el fin
de aprender y quizá poder emular de alguna manera esa experiencia.
En mi humilde opinión, y además de mi oposición personal CONTRARIA a la
experimentación con animales (en especial con vertebrados sometidos a aceleraciones extremas),
entiendo que las diferencias halladas -si bien son muy grandes- no restarían mérito técnico al
ICTE en cuanto a diseñar, construir y hacer funcionar un cohete de ese porte
hace ya tanto tiempo, aunque innegablemente ese logro pierde mérito cuando se
sostienen durante años valores que se sabe a ciencia cierta que no pueden ser
reales
Posibles motivaciones del ICTE para efectuar esta prueba
¿Búsqueda de apoyo oficial o privado?
Algunos historiadores y comentaristas opinan que
esta experiencia del ICTE fue una suerte de "respuesta civil" al Operativo Navidad de
1969 efectuado por la Fuerza Aérea Argentina; el operativo de la Fuerza Aérea consistió en llevar un pequeño mono al Espacio,
tratando de alcanzar los 100 Km de altura (y logrando algo menos en la práctica), medir sus parámetros vitales a distancia y recuperarlo con vida.-
En
aquellas épocas, el Estado Argentino y en particular la Fuerza Aérea disponían de fondos para destinar a diversas
iniciativas científicas y tecnológicas e -indudablemente- las autoridades de
aplicación destinarían esos fondos a ayudar a quienes demostraran la
mayor capacidad de gestión y las mejores iniciativas.-
En ese entorno, era
altamente probable que quienes venían trabajando en temas que podrían ser
similares se disputaran el financiamiento eventualmente disponible, siendo una
de las posibles vías la demostración de logros similares, pero con presupuestos
económicos diferentes.-
Los hechos históricos documentados:
El 23 de diciembre de 1969, menos de dos meses antes de la presentación en
público del "Operativo Anthropos 1" por parte del ICTE, la Fuerza Aérea Argentina y
algunos técnicos y
científicos de la Universidad Nacional de Tucumán efectuaron el lanzamiento de
un cohete Rigel (potente vector de dos etapas, con propelentes de alta
eficiencia), en el que viajaba un mono caí de
dos años de edad, 1,400 Kg de peso y 30 centímetros de estatura, quien recibió el
nombre de "Juan".-
El cohete empleado por la Fuerza Aérea fue un "Rigel" de dos etapas y
que medía 6.23 metros
de largo, tenía un peso al despegue de 330 kilogramos y empleaba propelentes
mucho más eficientes (y más caros, por cierto) que los empleados por el ICTE;
ese cohete "Rigel" podía alcanzar alturas de
casi 300 Km con una carga de pago de 30 kilogramos.-
Quizá estas cifras expliquen el porqué de la posible idea de proponer -para
una iniciativa civil- metas y alturas que si bien podrían ser de un órden de magnitud menor, se podían asemejar
de alguna manera a lo alcanzado por el Estado Argentino a través de la Fuerza
Aérea.- Considerando la diferencia enorme de medios económicos entre una
nación y cualquier organización civil privada, de ser esta suposición una
realidad, el ICTE
proponía una alternativa que bien podía ser valedera: la idea podría ser
alcanzar objetivos similares a
costos mucho más moderados que los erogados por el gobierno argentino en la
misión realizada por la Fuerza Aérea.-
¿Publicidad y Recaudación de dinero?
En declaraciones a Pablo de León (ver su obra "Historia de la Actividad
Espacial en la Argentina", ISBN 0557017823, 9780557017829), el ex
director del ICTE señor Roberto Jorge Martínez dice que el Instituto Civil de Tecnología Espacial
siempre buscó
apoyo
económico y publicitario (privado, gubernamental y/o militar) para poder hacer cohetes,
siendo esto una constante permanente en las propuestas del ICTE, todo esto
siempre según las declaraciones de Martínez en la obra citada.- Reforzando este concepto, esto se ve también reflejado en la
permanente búsqueda de aparición en los medios de comunicación, inclusive en la actualidad; en cuanto a la recaudación de
dinero, es una permanente preocupación en esa entidad a lo
largo de toda su trayectoria, cosa que se
vió reflejada en su página web durante años, en la cual se solicitan colaboraciones económicas
y se anunció desde la reaparición del ICTE en 2003 que dentro del organigrama del ICTE existe una empresa
denominada "Tecnologías Espaciales S.A." dedicada a comercializar las
eventuales investigaciones del ICTE. Eso fue anunciado en charlas desde el año
2003 en oficinas de la sede del ICTE en la calle Lavalle y en su sitio web.-
De todos modos, es posible que estas sean sólo publicaciones
en internet que no reflejen la realidad, o meras suposiciones y/o comentarios
de analistas y/o testigos o simples afirmaciones públicas del Sr.Roberto
J.Martínez.-
Todo esto puede no tener ningún
asidero real, pero quizá al menos describa de alguna manera el posible escenario de aquellos
años y su reflejo en la actualidad.-
Resultados
En cuanto a la experiencia en general, aquí simplemente se
analiza un hecho de
hace varias décadas, y se lo hace tal cual lo refieren sus autores; al momento
de escribir esto -primera edición en el año 2008- los integrantes
de cualquier grupo o asociación que efectue o publique una operación de
este tipo involucrando a un mono, seguramente enfrentarían de inmediato demandas civiles provenientes
de organizaciones de defensa de los derechos del animal, se haya
concretado o no el hecho.- En los años '60 y '70, las posiciones
científicas, sociales y éticas eran diferentes a las actuales y -por lo tanto-
son muy complejas de criticar desde una óptica moderna.-
Más allá de eso, en lo personal ya he expresado aquí y en otra página de esta misma web que no comparto para nada la idea de efectuar experimentos no protocolizados con
vertebrados (en este caso, el ICTE empleó una pequeña mona "caí" de 1.5
Kg, de modo similar a lo efectuado por la Fuerza Aérea).- En el experimento aquí
citado, es probable que la
mona haya muerto casi de inmediato en el propio lanzamiento, en razón de la enorme aceleración
impartida por el motor de micrograin (Zn-S) del cohete del ICTE (pueden
haber sido más de 24 g en los instantes
iniciales del vuelo).- Existen estudios que aseguran que un mono pequeño,
adecuadamente entrenado y munido de un arnés eficiente puede soportar
aceleraciones que un ser humano jamás sortearía, pero en mi opinión...
habría que preguntarle al mono qué le pareció la experiencia...
Más allá de lo anterior, reitero lo dicho al inicio de esta
sección: el objeto de esta investigación no
constituye una invitación al debate, porque aquí se representan
números, ecuaciones y constantes
físicas que no están sujetas a la opinión o a las creencias de las personas, sino que mi único ánimo es reproducir aquí, mediante sencillos cálculos, los resultados anunciados por el ICTE
en lo referente sólo al vuelo del cohete Pantera X1 V-150, con el fin
de aprender y quizá poder emular de alguna manera esa experiencia.
Desde que era yo un niño en los años en los cuales se
iniciaban estas actividades, me vienen llamando la atención las alturas que dicen haber alcanzado algunos grupos
de cohetería amateur;
hoy conozco lo difícil que es lograrlas y de allí mi atención sobre el tema:
Según información publicada por el ICTE, la altura alcanzada por
su cohete Pantera X1 V-150 fue de 20 Kilómetros.
Pero según diversos
cálculos efectuados (que cualquiera puede realizar) empleando los datos suministrados por el propio ICTE,
ese cohete difícilmente pudo haber superado unos 3,5 Km de altura, lo cual
-insisto- no deja de ser meritorio.
Información - Memoria y Composición de datos:
En la información publicada desde hace años por el ICTE se expresa
que el cohete "Pantera X1 V-150" era un vector de una etapa, según lo
siguiente (web del
ICTE): "CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULO (monoetapa
experimental)...".-
Además, según la morfología del cohete que se puede
observar en las fotografías publicadas por el ICTE y en el antes citado libro de
Pablo de León (Op. Cit), se puede
confirmar que
se trató de un vector de una sóla
etapa.
En cuanto al motor, en la obra citada (Pablo de León), el Sr.
Roberto Martínez (ex director del ICTE) refiere que "... estaban armando
un cohete con 70 Kg. de propulsante, le metieron como ocho kilos de
instrumentos, ya que había un par de miembros [del ICTE, N. de G.D.] que sabían mucho de electrónica..."
Como contrapartida, la información publicada por el ICTE habla de 52 Kg de
propergol y 8 kilogramos de carga útil, incluyendo al tripulante.-
Afortunadamente, a partir de la información publicada por el ICTE y de las
referencias brindadas por el Sr. Roberto Martínez en la obra de Pablo de León se
puede arribar a algunas conclusiones que aclaran estas dudas; por ejemplo, se informa que para el motor
se usó un tubo que -según su web- se denominó "OXS", y se informa que ese tubo tiene un peso de
12,2 Kg por metro lineal.- Si se toma en cuenta la masa informada para el propelente (52 kilogramos),
más las medidas del grano publicadas por el ICTE, más el uso de una tapa y una tobera, harán falta como
mínimo 1,6 metros de
tubo para confeccionar ese motor.- Adjudicando los pesos correspondientes y
sumando todos esos elementos se obtiene para el motor completo una cifra final
de alrededor de 76,52 Kgr.- Considerando que el Sr. Roberto Martínez puede
haber confiado únicamente en su memoria al referirse a "70 kg. de propulsante",
vemos que las cifras publicadas y sus referencias comienzan a acercarse,
proporcionando cierta precisión a todo el conjunto de datos en lo referente a
la planta propulsora.-
Estos son los datos textuales que el ICTE refiere en relación a
esta
experiencia, según informacion publicada desde 2003 en
la página web del ICTE :
|
"... Eran las 10,15 horas cuando la
cuenta regresiva llegó a su fin. Con una cola de llamas de más de diez
metros de longitud el móvil se elevó vertiginosamente hacia los 20 Km de
altura. ..."
La
mayor experiencia civil argentina
Pantera X1 V-150
Operativo ANTROPHOS-I lanzamiento de la
mona "Cleo"
el día 1-02-1970 a las 10:15 horas
localidad Coronel Brandsen - Provincia de Buenos Aires
CARACTERÍSTICAS
DEL VEHÍCULO (monoetapa
experimental)
| Longitud
total |
3,85
m |
| Diámetro
fuselaje |
228,6
mm |
| Peso
total |
110
Kg |
| Alcance |
20
Km |
| Carga
útil (cápsula Centella) |
8
Kg (instrumentos y tripulante) |
| Estabilización
aerodinámica |
3
aletas |
| Recuperación
de carga útil |
Temporizador
y paracaídas |
CARACTERÍSTICAS
DEL MOTOR
| Peso
del propergol (PS-66) |
52
Kg |
| Densidad |
3,20
gr/cm3 |
| Impulso
específico |
52,500
Kg/seg |
| Presión
de combustión |
70
Kg/cm2 |
| Velocidad
de combustión |
2
cm/seg |
| Tiempo
de combustión |
2
seg |
| Relación
Kn |
380 |
| Diseño
del ánima |
Perforación
central cilíndrica |
| Longitud
del grano combustible |
1,55
m |
| Diámetro
del externo del grano |
121
mm |
| Diámetro
del ánima |
41
mm |
| Grueso
de la tela del grano |
40
mm |
| Cámara
motor |
Tubo
OXS (12,200 Kg/m) |
| Diámetro
externo |
127
mm, pared de 3 mm |
| Diámetro
garganta de tobera |
30
mm |
| Diámetro
de salida |
70
mm |
| Ángulo
convergente |
30º |
| Ángulo
divergente |
15º |
| Impulso
total (en 2 seg.) |
2730
Kg/seg |
| Empuje
máximo |
1954
Kg/seg |
|
Cohete Pantera V150
Fotografía original publicada en página web del ICTE. Puede verse a
una persona agachadadetrás del vector, ultimando detalles. |
| Según el ICTE:
(...) En este primer y único vuelo el mismo se realizó con completo
éxito.
La cápsula se separó en su retorno a la altura prevista, el paracaídas se
desprendió de la misma y la cápsula en caída libre con su tripulante se
destruyó enterrándose a 2 m de profundidad en el suelo. |
Cálculos del vuelo
En base a todo lo anterior, para los cálculos aquí presentados se
define la siguiente configuración de vuelo, que presupone -en general- el mejor
de cada caso:
 | Cohete monoetapa, de acuerdo a lo que puede
inferirse a partir de datos e imágenes; los números finales quizá
podrían mejorar levemente si se supusiera la utilización de un cohete multietapa,
pero hay una sóla referencia muy escueta a esto (una frase en el ya citado
libro de Pablo de León) y ninguno de los demás datos disponibles o
recopilados la corrobora o brinda soporte.- Por lo tanto, se parte de una
base consistente en un cohete monoetapa (información publicada por ICTE).- |
| 52 Kg de propelente, de acuerdo a los datos y
razonamientos antes enunciados en cuanto al impulsor; al emplear los datos
relevantes del motor suministrados por el ICTE (impulso total, empuje
máximo, impulso específico, etc.), suponer una masa de propelente mayor
(70 kilogramos, según lo recordado por Roberto J. Martínez en el libro ya
citado de Pablo de León) empeoraría los
resultados finales.- Por lo tanto, en estos cálculos se define que se usaron 52 kilogramos de
propelente (información también publicada por ICTE, ver más abajo). |
| 8 kilogramos de instrumentos MAS 1.5 kilogramos de
tripulante. Carga útil total: 9,5 Kg.- Este no es el mejor caso
(para mejorar levemente el resultado final sería algo mejor contar con una carga
un poco menor), pero al considerar una carga de 9.5 Kg se evitan errores por
exceso.-
|
Herramientas utilizadas para el cálculo y simulación:
Para los cálculos se han empleado las Ecuaciones de Culp
y Fehskens-Malewicki, y sus resultados fueron contrastados mediante la suite
RockSim
7.0, de Paul Fossey-Tim van Milligan y el excelente WinRoc,
utilitario realizado por un famoso investigador científico, cohetero y escritor estadounidense, el
fallecido Stephen Roberson.
Como decíamos más arriba, es interesante destacar que en lugar
de efectuar una recreación del motor empleando los datos físicos (medidas) del mismo
publicados por el ICTE, simplemente se emplearon de modo directo los valores de
empujes, tiempos, masas y medidas suministrados por ese Instituto; para los cálculos de Culp y Fehskens-Malewicki
se emplearon los
valores de diámetro del cohete, su masa, tiempo de empuje y empuje
máximo del motor (en newtons, ya que el ICTE brinda ese valor en
kilogramos-fuerza).-
Para las comprobaciones y simulaciones en RockSim se cargaron los datos del
motor (también suministrados por el ICTE) en un archivo en formato WRASP.-
Con ese
archivo se alimentó el utilitario RockSim Engine Editor, para completar la información
necesaria y poder graficar una curva de empuje del motor que cumpla con exactitud
lo enunciado por el ICTE en cuanto a duración del quemado, impulso total,
empuje máximo, masa del propelente y pesos del propelente y del motor.
En el caso de la simulación con WinRoc, se cargó la información suministrada
por el ICTE en la aplicación Thrust Curve Manager, para emplear los datos
procesados en WinRoc AltiCalc .-
El resto
de los parámetros y medidas del cohete son los directamente los suministrados por el ICTE en su
página web, que está -o estuvo- situada aquí:
http://www.icte.com.ar/amateur.html#mayorexp
(de no funcionar ese link, puede verse la publicación
original en la página archivada aquí)
A continuación se enuncian los datos más relevantes suministrados
por el ICTE, convertidos a los valores y unidades adecuadas para el cálculo y
simulación:
Cohete Pantera V150:
|
Item |
Valores utilizados en los cálculos,
idénticos a la información publicada por ICTE: |
| Largo del Cohete |
385 cm |
| Peso Total |
110 Kg (incluyendo carga útil) |
| Diametro Fuselaje |
22.86 cm |
| Carga util |
9,5 Kg (1,5 Kg de mona más 8 Kg de
instrumentos) |
| Aletas |
3 |
Motor:
|
Item |
Datos ICTE: |
Valores utilizados en los cálculos,
derivados de información proporcionada por ICTE: |
| Propelente |
52 Kgr |
52 Kgr (sin cambios) |
| Peso del motor (completo con propelente) |
1, 6 metros de Tubo OXS @ 12,200 Kg/m, más
tapa y tobera, más propelente |
Sumatoria total = 76,52 Kgr |
| Tiempo de combustión |
2 seg |
2 seg (sin cambios) |
| Impulso Total |
2730 Kg/seg |
26772,15 Newton-seg (en unidades
internacionales - SI) |
| Empuje Máximo |
1954 Kg |
19162.19 Newton (en unidades
internacionales - SI) |
Valores de Altura Calculados - Conclusiones:
Más allá de alguna falencia de interpretación, es posible inferir sin
incurrir en errores importantes que este vuelo no superó alturas mayores a
los 3,5 Kilómetros:
|
|
Calculado
mediante Ecuaciones de Culp y Fehskens-Malewicki
|
Calculado
mediante RockSim 7.0
|
Calculado
mediante WinRoc |
Información
publicada por ICTE |
|
Altura
Total alcanzada
|
3324,46 metros |
3254,76 metros |
2909,10
metros |
20000
metros |
A través de estos botones se puede acceder a
las memorias de cálculo de los diferentes métodos utilizados:
Reitero que entiendo que estas diferencias -si bien son muy grandes- no restarían
mérito técnico al ICTE en cuanto a diseñar, construir y hacer funcionar un cohete de
este porte hace tantos años (dejando nuevamente de lado las consideraciones
éticas ya comentadas acerca del
objeto del experimento).-
En ese sentido, mi admiración técnica hacia el
ICTE sigue intacta, pero no
comprendo cómo se estimó ese alcance ni porqué aún se publicita -AÑOS después- un
apogeo tan
superior a lo posible de lograr con los elementos empleados.-
La gente que tuvo la capacidad de diseñar y volar
un cohete de este porte no pudo desconocer que no es posible llegar a 20 Km con la
tecnología y diseños que ellos mismos presentan como el medio para lograr ese valor de
apogeo. De hecho, tampoco es posible llegar a esas alturas con un motor de
dimensiones similares a las presentadas por el ICTE ni aún utilizando propelentes
mucho más modernos y eficientes, como los propelentes compuestos (o hasta híbridos) de muy alta eficiencia y de tecnologia
actual, es decir que tampoco se puede inferir que el ICTE desarrolló un
nuevo propelente aún no declarado pero apto para lograr los resultados
anunciados.
Simplemente, con un cohete de este tipo, con las medidas publicadas (y que
se pueden corroborar en las imágenes) y con un motor acorde a lo anterior, no
es posible llegar a 20 Km, ni siquiera con las tecnologías actuales.-
Como explicación a esto, es muy probable que el comentario que se expresó
al inicio de esta página en cuanto a parangonar lo logrado por la Fuerza Aérea
Argentina y la Universidad Nacional del Tucumán, sumado a NO alcanzar lo que en
apariencia era el objetivo central del experimento (lanzar un
vertebrado mayor en un cohete civil y recuperarlo con vida), hayan sido los elementos iniciadores de la idea de
anunciar una altura que en realidad no fue la lograda.-
En mi humilde opinión, se que llegar a una altura determinada o a una mucho
mayor es cuestión de dinero y de tiempo, y por eso creo que la experiencia tecnológica alcanzada
tendría el mismo valor
tanto si aquel cohete llegó a 3 o 4 kilómetros como si se alcanzaron los 20 Km...
Lo que también es notable es lo siguiente: ese logro pierde mérito cuando se sostienen valores que se sabe a ciencia cierta que no
pueden ser reales.-
Este tipo de anuncios y cálculos deben servir para reflexionar
acerca de la tentación de imaginar o publicar valores elevados sólo porque
"suenan mejor".-
Quizá si el fin de este proyecto consistía en competir por
algún fin (ya sean fondos económicos o cualquier otro motivo), eso podría entenderse -aún sin compartirlo- hace 40 años, pero
hoy ya no tiene sentido seguir sosteniendo lo mismo.-
Cálculos y Simulaciones
En las páginas siguientes se ofrecen las memorias de
cálculo, modelado y simulación mediante tres metodologías diferentes que
indican las alturas calculadas y alcanzables:
|
|
Nota: según lo expresado en el
año 2007 por algunos miembros
directivos del ICTE
(Jorge Romero y Roberto J. Martínez) durante su participación en el Congreso Argentino de Tecnología
Espacial 2007, el propelente que siempre -y según ellos hasta
esas fechas - empleó ese
grupo es el micrograin
de Zinc y Azufre; la relación de masas típica para este propelente es de 67.1%
de Zinc y 32.9% de Azufre.-
Se trata de un propelente económico pero como
contrapartida es poco energético, es decir que posee un muy bajo impulso
específico (esa es la razón por la cual no es la mejor elección para alcanzar
objetivos ambiciosos); en razón a ese bajo impulso específico y a su
tasa de quemado incontrolable (según los investigadores que lo han
ensayado a conciencia, el micrograin no acepta aditivos con
facilidad), en la actualidad el micrograin tiene un atractivo muy
bajo entre los coheteros más avanzados: se sabe a ciencia cierta, se lo
ha comprobado y se puede calcular que es prácticamente imposible
alcanzar resultados ambiciosos con un propelente de tan bajo factor de
mérito como lo es el micrograin.-
|
| El micrograin fue un
propelente muy popular en los años '50 y '60 y su manejo y uso
fue metodológicamente presentado por el Capitán Bertrand
Brinley en su libro Rocket manual for amateurs (382 páginas,
idioma inglés, prologado por Willy Ley, ASIN B0007E5M1Q, Ballantine
Books, 1960), libro cuya portada se exhibe aquí.- Este es un libro
fuertemente recomendado por el ICTE (así lo hicieron el el CATE 2007) y puede valer la pena leerlo, al
menos por su significación histórica y por el hecho de cubrir un
amplio rango de asuntos relativos a la cohetería experimental (diseño
básico, propelentes, pruebas y diagramación del campo de lanzamientos,
seguimiento básico, etc.)
Por mi parte, comparto plenamente lo expresado por Richard
Nakka en el sentido de que en su libro, Brinley tiende a hacer un
exagerado hincapié en ciertos aspectos de seguridad, los cuales
son presentados con un criterio militar en cuanto a la mano de obra
necesaria.- De ese modo, el Capitán Brinley hace (quizá
involuntariamente) un flaco aporte a la promoción de la cohetería experimental, sobre
todo teniendo en cuenta que su elección de zinc y azufre es igual de
peligrosa que muchos otros propelentes de uso amateur, simplemente
debido a que está constituído por componentes finamente pulverizados.-
|
|
