Centro de Investigación Langley de la NASA: Pioneros en innovación aeronáutica

La instalación ahora conocida como Centro de Investigación Langley fue fundada bajo el predecesor de la NASA — el Comité Asesor Nacional para la Aeronáutica (NACA) — en 1917, convirtiéndose en el primer laboratorio aeronáutico civil en los Estados Unidos. La construcción comenzó cerca de Hampton, VA en Langley Field ese mismo año.

En 1931, se completó el que entonces era el túnel de viento más grande del mundo con una sección de prueba de 30 × 60 pies conocido como el Túnel de Escala Completa Langley. El túnel podía estudiar aviones completos de tamaño real de la época e fue fundamental en estudios de limpieza de arrastre para casi todos los diseños de aviones de combate estadounidenses en la era de la Segunda Guerra Mundial. El Túnel de Escala Completa pasó a probar la cápsula espacial Mercury, el vehículo de prueba del módulo lunar, F-16, conceptos para transportes supersónicos y el transbordador espacial.

El Centro Nacional Transónico de Langley usa nitrógeno líquido para modelar más de cerca las condiciones de vuelo y proporciona algunos de los datos de túnel de viento más precisos del mundo. Desde que el túnel comenzó operaciones a principios de los 80, ha proporcionado datos para Boeing 777 y 767, la configuración de lanzamiento del transbordador espacial, conceptos de jets de negocios y el sistema de aborto de lanzamiento Orión.

Cuando la NASA comenzó a lidiar con los desafíos de poner personas en el espacio, Langley contribuyó al esfuerzo. El Grupo de Tareas Espacial, situado en Langley hasta un traslado a Houston a principios de los 60, se dispuso a planificar el programa espacial temprano de los Estados Unidos. El personal de Langley diseñó la Instalación de Aterrizaje Lunar, un pórtico de armadura de 250 × 400 pies de largo con un módulo lunar suspendido por un sistema de cables que soportaba todo menos 1/6 del peso del módulo y se usó para entrenar a todos los astronautas del Apolo para aterrizar en la Luna. Cuando el Programa Apolo disminuyó, la instalación se convirtió para suspender aviones y helicópteros de tamaño completo instrumentados, que se liberaron en condiciones de choque para mejorar la resistencia a choques de aeronaves. Con el desarrollo del concepto Orión, la instalación se usó para entender los esfuerzos en el aterrizaje de Orión primero en suelo y con la adición de una cuenca de impacto hidro, para entender un aterrizaje en agua.

A mediados de los 60, Langley diseñó un Simulador de Rendezvous y Acoplamiento para entrenar astronautas de Géminis y Apolo. El sistema suspendía una cápsula Géminis de tamaño completo y luego Apolo desde el techo del Hangar de Investigación Langley. El simulador ha sido desmantelado pero el sistema de suspensión permanece en el techo del hangar.

Langley hoy apoya los objetivos de la NASA para exploración aeronáutica, ciencia y tecnología espacial, con una variedad de simuladores de vuelo, túneles de viento, laboratorios y software computacional.

Aeronáutica

Ya sea trabajando para hacer posibles vuelos comerciales supersónicos costa a costa o ayudando a hacer aeronaves más seguras, silenciosas y eficientes en combustible, los expertos en aeronáutica de Langley guían ideas desde la mesa de dibujo a la realidad.

Trabajando con la Administración Federal de Aviación (FAA), investigadores de Langley realizaron una prueba que ayudará a expertos a evaluar la seguridad de choque de aeronaves. Con miras a reducir fatalidades, investigadores dejaron caer un avión de transporte Fokker F-28 a escala completa en la Instalación de Investigación de Aterrizaje e Impacto de Langley para generar datos para modelos computacionales que miden la resistencia a choques. Los datos ayudarán a establecer estándares para aeronaves innovadoras del mañana.

La NASA continuó abriendo posibilidades para futuros vuelos supersónicos silenciosos a través de su Misión de Demostración de Vuelo Bajo Estruendo. Para esta misión, Langley comparte responsabilidad de gestión para desarrollar el avión X-59 Quiet SuperSonic Technology y encabeza planes para evaluar la respuesta al sonido del X-59 a través de varias comunidades estadounidenses, un paso hacia levantar las prohibiciones actuales de vuelos supersónicos sobre tierra.

Investigadores de Langley probaron con éxito el Sistema de Visión Externa eXternal del X-59. Reemplaza una ventana de cabina orientada hacia adelante con una combinación de sensores, cámaras y pantallas computarizadas, dando al piloto una vista de realidad aumentada hacia adelante. Estará listo para el primer vuelo del X-59 programado para este año.

Langley también prueba nuevos conceptos de aeronaves eficientes y estudia tecnologías totalmente eléctricas para hacer el vuelo más limpio y silencioso. Con Boeing, investigadores de Langley diseñaron, construyeron y probaron un modelo de ala con refuerzo transónico que podría llevar a aeronaves más eficientes en combustible. También contribuyeron con métodos de diseño y análisis para el X-57 Maxwell, el primer avión experimental totalmente eléctrico de la NASA.

Con drones eléctricos asequibles invadiendo el mercado y empresas canalizando dinero en conceptos como taxis aéreos y aeronaves personales autónomas, parece que una nueva era de aviación está amaneciendo. Herramientas de seguridad de drones desarrolladas en Langley abordan las realidades del vuelo sin piloto: cómo mantener vehículos aéreos no tripulados (UAVs) de volar donde no deberían, cómo evitar que se estrellen entre sí y cómo ayudarlos a aterrizar con seguridad en una emergencia.

Para entender cómo operarán nuevos vehículos aéreos en pueblos y ciudades, un equipo de investigadores creó el Aeródromo Langley No. 8, un avión eléctrico que despega como un helicóptero. El vehículo no tripulado, creado con piezas impresas en 3D, fue probado en el Túnel de Viento de Baja Velocidad de 12 pies de Langley. Junto con la autonomía, Langley explora una serie de otros temas vitales para nuevos vehículos aéreos: gestión de tráfico aéreo, zonas de no-vuelo, sistemas de comunicación y guía, procedimientos de vuelo seguro y supresión de ruido.

Langley también desarrolló dos nuevas implementaciones de revestimientos acústicos para reducción de ruido de aeronaves mediante los cuales canales curvos dentro de espacios estrechos pueden equiparse para proporcionar reducción de ruido. Las dos implementaciones son revestimientos de borde de flap y revestimientos de puerta de tren de aterrizaje para reducción de ruido de fuselaje. En estas aplicaciones, el revestimiento acústico está diseñado principalmente para reducir el ruido de aeronaves que ocurre durante el aterrizaje, lo que ayudará a las aeronaves a cumplir con restricciones de ruido aeroportuario cada vez más estrictas.

Espacio

Langley está activamente reuniendo innovadores, arquitectos, científicos e ingenieros para llevar pequeñas cargas útiles al espacio rápida y eficientemente. Pequeños satélites (smallsats) — definidos por la NASA como naves espaciales que pesan 180 kilogramos (397 libras) o menos — pueden ayudar a la agencia a avanzar en ciencia y exploración humana proporcionando nuevas opciones para reducir costos de misiones espaciales y expandir el acceso al espacio.

Shields-1, una demostración de protección contra radiación, se convirtió en el primer proyecto exitoso de smallsat de vuelo libre de Langley. Viajando en un lanzamiento de 2018 por Rocket Lab, despegó a órbita junto con un conjunto de otras demostraciones y experimentos. Shields-1 probó nuevo material de blindaje desarrollado en Langley.

El poderoso cohete Space Launch System iniciará misiones pioneras de la NASA. El equipo de aerosciencias de Langley probó configuraciones en el Túnel de Viento de Plano Unitario del centro, Túnel Subsónico de 14 × 22 pies y el túnel de viento del Centro Nacional Transónico.

El exitoso vuelo de prueba Ascent Abort-2 de la NASA fue un paso importante hacia la protección de los astronautas que pronto embarcarán en misiones a la Luna y, un día, a Marte. El programa del Sistema de Aborto de Lanzamiento Orión, gestionado en Langley, se asegurará de que el sistema de aborto esté listo si es necesario.

Del tamaño de la mitad de un ratón de computadora, la Cámara Estéreo para Estudios de Superficie de Pluma Lunar (SCALPSS) viajará a la Luna este año como carga útil a bordo de una nave espacial de aterrizaje lunar Nova-C de Intuitive Machines. Cuatro de las diminutas cámaras mostrarán a investigadores de la NASA qué sucede debajo de una nave espacial mientras aterriza en la Luna. SCALPSS proporcionará datos importantes sobre el cráter formado por la pluma del cohete del aterrizador mientras hace su descenso final y aterrizaje en la superficie lunar.

Los datos de SCALPSS proporcionarán modelos computacionales que informarán aterrizajes subsiguientes. Las cámaras SCALPSS, que se colocarán alrededor de la base del aterrizador, comenzarán a monitorear la formación del cráter desde el momento preciso en que la pluma caliente del motor del aterrizador comienza a interactuar con la superficie lunar. Las cámaras continuarán capturando imágenes hasta después de que el aterrizaje esté completo. Esas imágenes estéreo finales, que se almacenarán en una pequeña unidad de almacenamiento de datos a bordo antes de ser enviadas al aterrizador para enlace descendente de vuelta a la Tierra, permitirán a los investigadores reconstruir la forma y volumen finales del cráter.

Langley también moldea tecnologías para construcción robótica en el espacio, permitiendo misiones más largas y distantes. El Sistema de Manipulación de Superficie Ligero será usado por empresas seleccionadas para aterrizar cargas útiles en la Luna. A través de un conjunto de proyectos de Servicio, Ensamblaje y Manufactura Orbital, los investigadores aprenderán cómo usar robótica y autonomía para construir infraestructura en la Luna y en el espacio.

LiDAR

La detección y rango por luz (LiDAR) ha emergido como una herramienta poderosa y versátil para la NASA. Langley desarrolló Flash LiDAR para mapeo de terreno en tiempo real y navegación basada en visión sintética. Para aprovechar la información inherente en una secuencia de imágenes 3D adquiridas a tasas de video, Langley también desarrolló un algoritmo de procesamiento de imagen embebido que puede corregir, mejorar y derivar movimiento relativo simultáneamente procesando esta secuencia de imágenes en una imagen sintética 3D de alta resolución.

Las técnicas tradicionales de LiDAR de escaneo generan un marco de imagen por escaneo raster de una imagen un pulso láser por píxel a la vez, mientras que Flash LiDAR adquiere una imagen muy parecido a una cámara ordinaria, generando una imagen usando un solo pulso láser. Los beneficios de Flash LiDAR permiten guía y control autónomos basados en visión para sistemas robóticos.

El LiDAR Doppler de Navegación (NDL) se está considerando para asegurar aterrizajes seguros y precisos en cuerpos planetarios. NDL, que mide con precisión la velocidad y posición del vehículo, podría ayudar a la NASA a aterrizar a la primera mujer y al próximo hombre en la Luna.

Tecnologías

• Rastreador Remoto No Invasivo de Actividad Cardíaca (RENCAT) — Este sensor vibrométrico láser monitorea actividades cardíacas remota y no invasivamente; específicamente, funciones cardíacas de ciclos de apertura/cierre de válvula/cámara (ciclos cardíacos). El dispositivo proporciona información precisa de magnitud y tiempo lejos de la región cardíaca sin interferencia por prendas del paciente.

• Recubrimiento Epóxico Hidrofóbico para Mitigación de Adhesión de Insectos — Epóxidos que contienen éter alquilo fluorado sirven como recubrimiento anti-insectos. El recubrimiento robusto y duradero fue desarrollado para mejorar la eficiencia de aeronaves pero podría ser útil en una variedad de aplicaciones donde la reducción de adherencia de residuos de insectos es deseable, como en industrias automotriz y eólica.

• Mitigación de Rayos y Detección de Daños — La tecnología patentada de Sensor SansEC es una plataforma de detección inalámbrica probada capaz de medir la impedancia eléctrica de materia física en proximidad al sensor basado en un cambio en su respuesta de resonancia. El sensor exhibe una característica única para dispersar la corriente de rayo para ayudar a mitigar daño por rayo. En una aplicación de pala de turbina, un array de sensores SansEC cubrirá el área de superficie de la pala compuesta, proporcionando tanto mitigación de rayo como detección de daños.

• Sensor de Temperatura Inalámbrico sin Conexiones Eléctricas — Este sensor no requiere conexión eléctrica y está construido en la plataforma de sensor SansEC, que aprovecha la medición de cambios dieléctricos. El sensor es tolerante a daños, flexible, preciso e económico. Una aplicación prometedora es para sensores de temperatura de neumáticos.

• Estación de Prueba de Impresora 3D — Se desarrolló una estación de prueba capaz de prueba in-situ de deposición de material y adhesión de capas en un proceso de manufactura aditiva por extrusión. La tecnología aborda el problema de monitorear calidad de pieza durante el proceso de impresión 3D. La novedad es que la prueba ocurre in-situ mientras el componente se está construyendo.

• Sensor Inalámbrico para Empaquetado y Monitoreo Farmacéutico — El sensor SansEC puede usarse para aplicaciones farmacéuticas sin necesidad de contacto físico. Muchos atributos de un contenedor pueden monitorearse como niveles de líquido o polvo, temperatura de contenidos y cambios causados por deterioro. La manipulación también puede detectarse.

Transferencia de Tecnología

El conocimiento técnico y datos del Centro de Investigación Langley están disponibles para licenciatarios para comercialización. Contacte al Concierge de Licencias de la NASA en [email protegido] o llame al 202-358-7432 para iniciar discusiones de licenciamiento. Aprenda más sobre NASA Langley aquí .