La primera iniciativa científica en Venezuela, por parte de las universidades, para el desarrollo de cohetes sondas totalmente diseñados y construidos en Venezuela, proviene de la Universidad de Los Andes con el apoyo directo del Rectorado, como parte de las actividades que desarrolla la Comisión Rectoral del Programa de Ciencias Espaciales y el Proyecto Centro de Investigaciones Atmosféricas y del Espacio (CIAE). A partir de enero de 2006, se conformó un equipo de investigadores multi- e interdisciplinario el cual ha venido trabajando en el desarrollo de un cohete propulsado por combustible sólido, con aplicaciones científicas y que ha sido bautizado con el nombre de cohete sonda-ULA. El objetivo del presente trabajo es describir los alcances y logros obtenidos durante el desarrollo del proyecto de cohetes-sondas de combustible sólido, y las implicaciones sociales y científico-técnicas que tiene para el país.

The first scientific initiative from the Venezuelan universities to fully develop probe rockets comes from the Universidad de Los Andes by the support of the Chancellor’s Commission Space Science Program. A team of multi- and interdisciplinary researchers was conformed in January 2006 in order to develop a solid propellant rocket having scientific applications and named Probe Rocket ULA. The objective of this paper is to describe the scopes and achievements obtained during the development of the project of the probe rockets of solid propellant and the social and scientific-technological implications that such project have for Venezuela.

En toda la América Latina, quizá ha sido Venezuela el país de mayor retraso en lo referente a la aplicación de programas tecnológicos en las ciencias atmosféricas y espaciales. Las primeras aplicaciones conocidas para cohetes de combustible sólido en América Latina, se remontan a la década de los 50 y 60, con el desarrollo de cohetes sondas estratosféricos con propósitos estrictamente científicos, por parte de Brasil y Argentina, los cuales habrían impulsado el desarrollo de su moderna industria aeroespacial [1, 2].

Muy a pesar de los problemas económicos de pobreza, inflación y deuda externa que han atravesado desde hace varias décadas países como Argentina, Brasil, Perú, México y Chile, ellos han sabido cosechar grandes logros en el campo de la coheteria, que incluyen el diseño y el lanzamiento de cohetes y la puesta en órbita de satélites a partir del trabajo coordinado del Estado, la Aviación Militar y de las Universidades. Tal es el caso, por ejemplo, de los cohetes Centauro (alfa, beta y gamma), Orión, Canopus, Rigel, Castor, Cóndor I y II y satélites SAC argentinos; los cohetes SONDA I-IV y VLS y satélites SCD, SSR y SACI brasileños; los satélites FASat-alpha (1995) y FASat-Bravo (1998) chilenos; los satélites Morelos (1985), UNAM I (1995) y UNAM II (1996) mexicanos; el satélite CONIDASAT (2003) y del cohete sonda Paulet-1 (2006) peruanos. Este esfuerzo ha sido orientado principalmente para investigaciones concernientes a la observación de recursos naturales, quemas, inundaciones, desastres naturales, vigilancia fronteriza, aeropuertos clandestinos, prospección geológica, aerobiología, investigaciones de la ionosfera y de la capa de ozono, cambio climático, aerosoles atmosféricos, meteoritos y telecomunicaciones [1].

los Espacios Aéreos Continental, Insular y Marítimo y el Espacio Ultraterrestre Suprayacente los menos estudiados y desarrollados, a pesar de ser una obligación fundamental del Estado, cómo lo establece el artículo 127 de la Constitución, garantizar el desenvolvimiento de la población en un ambiente libre de contaminación, en donde particularmente el aire, el clima y la capa de ozono sean especialmente protegidos.

No podemos negar que nuestro país ha alcanzado grandes progresos durante las últimas décadas en los campos de las telecomunicaciones, sensores remotos, geofísica, astrobiología, astrofísica y astronomía. De igual manera, la Republica Bolivariana de Venezuela ha pasado ha formar parte de tratados internacionales relativos a cambio climático (e.g. Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, creada en el seno de la Cumbre sobre la Tierra, celebrada en Río de Janeiro en 1992). Sin embargo, no se ha reconocido la debida importancia que tiene la tecnología de los cohetes-sondas y los beneficios que esta puede generar para la población en el campo de las telecomunicaciones, prevención de desastres, control de incendios, deforestación y desarrollo urbano, monitoreo ambiental, salud y ciencias básicas.

Según el Informe de la Comisión sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos de las Naciones Unidas (A/55/20), de la cual Venezuela forma parte desde el año 2000, los beneficios derivados de la tecnología e investigación espacial, incluyendo el uso de cohetes-sondas, han dado lugar al desarrollo y mejora de múltiples productos y procesos en los últimos 10 años (A/55/20/173). En la esfera de la salud humana, la Comisión reconoció los nuevos métodos empleados para tratar enfermedades óseas, derivados de la ciencia de la microgravedad; el uso de trajes refrigerados, utilizados originalmente por los astronautas, para el tratamiento de la displasia ectodérmica hipohidrótica y otros desórdenes; aparatos de creación de imágenes por resonancia magnética, que se usan para detectar el cáncer y que son derivados de la tecnología empleada para mejorar imágenes con ayuda de computadoras; aparatos miniaturizados de asistencia ventricular para mejorar el bombeo del corazón, derivados de la tecnología utilizada en las bombas de combustible; y un mayor conocimiento de la cristalización de las proteínas relacionadas con la enfermedad de Chagas, merced a experimentos de microgravedad. La Comisión también reconoció los beneficios ambientales derivados de las nuevas tecnologías, incluso el desarrollo de un nuevo brazo robótico empleado en operaciones de limpieza nuclear y ambiental; el perfeccionamiento de un nuevo aparato robótico para despintar buques sin contaminar el medio ambiente; y las aplicaciones de la teleobservación en la exploración de los recursos naturales, agricultura, hidrología, supervisión de desastres, protección ambiental, vigilancia del agujero de la capa de ozono e investigaciones relativas al cambio climático. De igual modo, la Comisión reconoció las aplicaciones de las telecomunicaciones por satélite en la industria del entretenimiento, información, transporte aéreo y marítimo, sistemas de navegación para automóviles y seguridad del tráfico aéreo. La Comisión reconoció las aplicaciones de la tecnología espacial en otros ámbitos, entre ellos una nueva cámara espectral que se utiliza en el proceso de deshielo de las alas de aeronaves, derivada de la tecnología de la visión espacial; un sistema basado en el radar que se monta en vehículos de rescate; y un nuevo termoplástico, que brinda protección contra la radiación ultravioleta, por ejemplo, a obras de arte y estatuas al aire libre.

Tanto la UNISPACE III celebrada en 1999 como la Comisión sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos de las Naciones Unidas (A/55/20/175), instaron a los países en desarrollo a emplear más sus posibilidades en el ámbito de las investigaciones básicas y aplicadas, a fin de promover la creación de capacidades para las aplicaciones de la tecnología espacial y aprovechar los beneficios derivados de dicha tecnología.

A partir de los compromisos adquiridos por la República Bolivariana de Venezuela durante la Asamblea General de la Comisión de las Naciones Unidas sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos (UNISPACE, 1999 y 2000), el Gobierno de la República Bolivariana de Venezuela decidió incorporar como materia de prioridad nacional una serie de políticas orientadas a promover la exploración, investigación y utilización del espacio ultraterrestre suprayacente para el progreso científico y tecnológico del país. Como parte de estas iniciativas, se promulgó durante el año 2004 el decreto con el cual se crea la Comisión Presidencial Venezolana para el Uso Pacífico del Espacio. Fue una de las principales metas de esta Comisión, determinar las condiciones necesarias para la creación de una Agencia Espacial Venezolana y su respectiva Agenda, a partir del análisis del recurso humano, proyectos, experiencias e instituciones nacionales relacionadas con la investigación espacial. Un logro importante de la Comisión Presidencial, es haber establecido por vez primera como política de Estado la necesidad de promover programas pedagógicos de formación en todos los niveles de la educación venezolana sobre esta materia e investigaciones y trabajos técnicos sobre el tema del uso pacífico del Espacio. De igual manera, esta Comisión culmino un Proyecto de Ley para el Uso Pacífico del Espacio Ultraterrestre Suprayacente, el cual incorpora posteriormente la creación de la Agencia Bolivariana de Asuntos Espaciales (ABAE), dependiente del Ministerio de Ciencia y Tecnología, a fin de desarrollar proyectos de investigación y de desarrollo tecnológico concernientes al sector espacial.

Entre 1999 y 2000, se estudió por parte del Gobierno Venezolano la Propuesta de Uso de Tecnología Aeroespacial para el Desarrollo de la Amazonía. La propuesta del satélite SAT-AMAZONAS fue elaborada y presentada por Investigadores de la Universidad de Los Andes en la X Asamblea General del Parlamento Amazónico celebrada en junio del 2000 en Lima, Perú, la cual contó con la aprobación unánime por parte de los representantes y dignatarios de más de 10 países allí presentes. Posteriormente, en 2004 el Ejecutivo Nacional presentó la Propuesta Presidencial del Satélite Simón Bolívar, el cual ha sido puesto en órbita recientemente a partir de un convenio de transferencia tecnológica con la República Popular de China.

Otra acción importante de parte del Ejecutivo Nacional fue establecer la creación del Centro de Investigación y Desarrollo Aeroespacial de la Fuerza Aérea Venezolana (CIDAE-FAV), el cual tiene como principales objetivos desarrollar la tecnología necesaria para la fabricación y lanzamiento de cohetes y satélites con fines pacíficos. Su sede se encuentra en la Base Aérea Mariscal Sucre, Palo Negro, Estado Aragua. El CIDAE organizó en la isla del Burro, Lago de Valencia, el 3 de diciembre del 2004, el Primer Concurso Nacional de Cohetería.

Posteriormente, el 7 de Julio de 2005, en la ciudad de Valencia se celebró el I Congreso Nacional de Astrobiología y Ciencias Espaciales AB INITIO, en donde un grupo de científicos venezolanos de reconocido prestigio, pertenecientes a diversas instituciones de educación superior y centros de investigación, entre los cuales se encuentran algunos de los autores del presente articulo, acordaron crear la Fundación Sociedad Venezolana de Ciencias Espaciales (SVCE). El propósito de la SVCE, es apoyar todas las iniciativas de investigación en el área de las ciencias espaciales y atmosféricas en Venezuela.

Durante el mes de febrero de 2006, se realizó en la ciudad de Mérida el Taller Aplicaciones de Tecnología Satelital, el cual fue impartido por oficiales de la Aviación Militar de Venezuela del CIDAE, donde se presentaron las características y aplicaciones del Satélite VeneSat-1 y los adelantos en el desarrollo de las investigaciones en el área aeroespacial del CIDAE. Es importante destacar que de este intercambio se elaboró una Carta de Intención entre varios grupos de Investigación de la Universidad de Los Andes y el CIDAE, en la cual se estableció el compromiso de parte del CIDAE de asistir y participar en las actividades de desarrollo, investigación y docencia proyectadas en la Universidad de Los Andes para el Centro de Investigaciones Atmosféricas y del Espacio (CIAE-ULA).

A fin de lograr el apoyo necesario para la realización de las pruebas de lanzamiento, se elaboró un acuerdo de cooperación con el CIDAE de la Aviación Militar Venezolana. Es importante destacar que, en vista a la experiencia y conocimientos logrados por parte del equipo de investigadores de la Universidad de Los Andes, el CIDAE solicitó asesoría e instrucción para la fabricación del cohete CIDAE-1, el cual fue lanzado el 26 de abril del 2007 en la Base Aérea “Capitán Manuel Ríos”, ubicada en proximidad a El Sombrero, Estado Guárico.

Cabe destacar, entre los principales logros de la Comisión Rectoral para el Programa de Ciencias Espaciales de la Universidad de Los Andes, el lanzamiento al espacio troposférico y estratosférico entre los años 2006 y 2009 de los Cohetes-Sonda ULA-1 y ULA-2, propulsados por combustible sólido y diseñados y construidos totalmente en la Universidad de Los Andes.

La aplicación de la tecnología endógena de cohete sondas, para atender aspectos fundamentales como son salud, calidad ambiental, telecomunicaciones, seguridad y defensa, constituye una iniciativa sin precedentes en la historia científica y tecnológica de nuestro país. Este hecho, representa un acto de independencia tecnológica soberana que nos sitúa en una posición competitiva ante el resto de los países de América Latina y del mundo. El dominio de la tecnología de los cohetes sondas, se enmarca en un contexto histórico en que la República Bolivariana se inicia en la carrera espacial con la colocación en órbita del satélite Simón Bolívar.

Uno de los mayores aportes de esta iniciativa constituye la utilización, por primera vez en nuestro país, de un recurso tecnológico para el estudio de parámetros físicos, químicos y biológicos de la atmósfera alta. Esta información era hasta ahora desconocida, debido a la falta de instrumentos especializados y los altos costos que conlleva la importación de los mismos, y a las restricciones existentes impuestas hacia Venezuela por el RCTM. De igual manera, el presente proyecto marca el inicio de la industrialización del conocimiento endógeno acerca de la fabricación de la más alta tecnología aeroespacial.

Las principales aplicaciones que presenta la tecnología de los cohetes-sondas ULA, se pueden ubicar en cuatro áreas principales, las cuales han sido definidas dentro del Plan Nacional de Ciencia y Tecnología 2005-2030, a saber: salud, telecomunicaciones, ambiente, seguridad y defensa.

Para las aplicaciones 1, 2, 3 y 7 se han desarrollado en nuestros laboratorios cargas útiles basadas en sensores electrónicos específicos, los cuales permiten registrar perfiles de temperatura del aire, presiones parciales de gases, radiación UVB y UVA y vapor de agua. En la actualidad, los Cohetes ULA-1 y ULA-2 poseen cargas útiles que los convierten en cohetes-sondas meteorológicos.

Los cohetes ULA-1 presentan, como característica común, un fuselaje de 1,92 metros de largo y 10,5 cm de diámetro, construido en cloruro de polivinilo de alta densidad. La nariz es de tipo ojiva, elaborada en celulosa vegetal sólida y las alas tipo flecha-delta y cruciformes, construidas en aluminio e insertas en el fuselaje en su sección basal inferior. Se emplea por lo general, como combustible (oxidante), nitrato de potasio (Figura 1, Tabla 1). En vista a que los motores presentan empujes diversos basados en las diferencias de masa del combustible y el tamaño del motor, se seleccionan diferentes materiales para su construcción, tales como:

A) Motor 30 cm, aluminio sin costura con tratamiento térmico, espesor 6,5 mm.

B) Motor 45 cm acero al carbono AISI 1020 sin costura, espesor 3,5 mm.

El sistema de sujeción de la tapa de los motores está basado en pernos fundidos y soldadura de argón para garantizar su resistencia antes las altas presiones internas. Las toberas son mecanizadas en torno, elaboradas en acero AISI 1045 (Figura 2) y fijadas al motor con pasadores de alta resistencia grado 8.

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El fuselaje presenta una sección interna la cual contiene la carga de instrumentos científicos que son eyectados junto a la nariz y recuperados mediante un sistema de paracaídas que integra el cohete sonda.

Los cohetes ULA-1 probados fueron:

A) Cohete ULA-1-A: Motor 30 cm, 750 gramos de combustible (KNO₃+Sa, 65/35). Velocidad subsónica.

B) Cohete ULA-1-B: Motor 45 cm, 1675 gramos de combustible (KNO₃+Sa, 65/35). Velocidad subsónica.

Los cohetes ULA-2, presentan como característica un fuselaje de 1,70 metros de largo y 7,6 cm de diámetro en el caso del ULA-2-A, y 1,70 metros de largo y 8,0 cm de diámetro en el caso del ULA-2-B. En ambos cohetes el motor desempeña la función de fuselaje, el cual consiste de un tubo mecánico de acero al carbono (Figura 3). Las toberas son mecanizadas en torno y elaboradas en acero AISI 1045 (Figura 4). La nariz es de tipo ojiva, elaborada en celulosa vegetal sólida y balanceada aerodinámicamente con un núcleo de plomo. Las alas son de tipo flecha-delta y cruciformes, construidas en acero y soldadas al fuselaje en su sección basal inferior. De igual manera, se emplea por lo general como combustible (oxidante) nitrato de potasio (Tabla I). El fuselaje presenta una sección interna la cual contiene la carga de instrumentos científicos que son eyectados junto a la nariz y recuperados mediante un sistema de paracaídas que integra el cohete sonda.

C) Motor 115 cm, tubo mecánico de acero al carbono AISI 1020 sin costura, espesor mínimo 2,5 mm y máximo 5 mm.

D) Motor 120 cm, tubo mecánico de acero al carbono AISI 1020 sin costura, espesor mínimo 2,5 mm y máximo 5 mm.

El sistema de sujeción, tanto de la tapa de los motores como de las toberas es diferente al del cohete sonda ULA 1, consistiendo de un sistema de rosca gruesa más eficiente, lo cual nos garantiza su resistencia antes las altas presiones internas, generadas por la utilización de 4 a 5 kilos de combustible sólido.

Los cohetes ULA-2 probados fueron los siguientes:

A) Cohete ULA-2-A: Motor 115 cm, 4075 gramos de combustible (KNO3+Sa, 65/35). Velocidad supersónica.

B) Cohete ULA-2-B: Motor 120 cm, 5050 gramos de combustible (KNO3+Sa, 65/35). Velocidad supersónica.

2.2) Estimación del Factor de Seguridad del Tubo-Motor

Según Shigley y Mische [6], las propiedades para el acero AISI 1020 son las siguientes:

sm = 380Mpa,

                                                                                                                                                      sg = 210Mpa,

                                                                                          Dureza_Brinell = 111.

La presión interna de cámara escogida fue de 100 atmósferas (10,13 Mpa). En recipientes cilíndricos sujetos a presión, se presentan esfuerzos radiales y tangenciales cuyo valor depende del radio del elemento en consideración. Los recipientes cilíndricos, se clasifican según su relación radio interno-espesor de pared, en Cilindro de Pared Delgada (C.P.D.), y Cilindro de Pared Gruesa (C.P.G.). Según la mayoría de la bibliografía especializada, si esta relación es mayor a 10 se trata de un C.P.D. y si esta relación es menor o igual a 10 se trata de un C.P.G.

Partiendo de la hipótesis de que la deformación en dirección axial es constante, se obtuvieron las siguientes ecuaciones para los esfuerzos radial y tangencial en C.P.G:

El 26 de abril del 2007 se efectuó la SEGUNDA PRUEBA DE RENDIMIENTO AERODINÁMICO Y PROPULSIÓN DE LOS COHETES SERIE ULA, también en la Base Aérea “Capitán Manuel Ríos”, ubicada en proximidad a El Sombrero, Estado Guárico. Los cohetes ULA-1 probados fueron:

A) Cohete ULA-1-A: Motor 30 cm, 800 gramos de combustible (KNO₃+Sa, 65/35)

]]> B) Cohete ULA-1-B: Motor 45 cm, 1600 gramos de combustible (KNO₃+Sa) + Al (90/10)

C) Cohete ULA-1-C: Motor 90 cm, 3800 gramos de combustible (KNO3+Sa) + Al (90/10)

Posteriormente a esta prueba dinámica se realizaron, entre los meses de junio y octubre del 2007, varias pruebas en estática en el Laboratorio de Tecnología Aeroespacial del CIAE-ULA, a fin de evaluar y mejorar el rendimiento de propulsión de los cohetes diseñados para la TERCERA PRUEBA DE RENDIMIENTO AERODINÁMICO Y PROPULSIÓN DE LOS COHETES SERIE ULA, la cual se efectuó el 13 de febrero de 2008 en el Centro de Adiestramiento Militar "G/J José Laurencio Silva", ubicado en proximidad a El Pao, estado Cojedes. Los resultados nos permitieron lograr definir un desempeño óptimo para los cohetes ULA-1 y ULA-2 (Figura 5).

Los resultados obtenidos con el ULA-1, mostraron un rendimiento de vuelo y una trayectoria balística de tipo parabólico [7], lo cual va en concordancia con las observaciones obtenidas en las pruebas en estática y de simulación en el laboratorio. En relación al cohete ULA-2, se logró un ascenso uniforme, el cual fue compensado por la excelente disposición aerodinámica de las alas tipo flechadelta [7] (Tablas 1 y 2).

Una observación que corrobora la eficiencia del rendimiento aerodinámico de los cohetes sondas durante el vuelo, es el alcance horizontal conseguido que se ajusta a las estimaciones obtenidas a partir de cálculos y simulaciones computacionales.

Los resultados del cohete ULA-2, muestran el inmenso poder de empuje que proporciona el uso del combustible seleccionado, otorgándole al tubo-motor una velocidad supersónica [8]. Considerando que el motor presentó un empuje mayor a 5800 Newton, hemos estimado una altura superior a los 10,000 metros en un tiempo de vuelo de 43 segundos (Tabla II).

Cabe destacar que el combustible sólido empleado asegura un mínimo impacto ambiental, debido a que entre los productos de la reacción no se emiten sustancias ácidas o nocivas para la salud y el entorno [9]. Tampoco se generan los malignos cloróxidos, compuestos demostrados de altísimo poder tóxico y destructor de la capa ozono [10].

4. Esta 4ta Prueba de Rendimiento Aerodinámico y Propulsión esta prevista a realizarse para el primer semestre del 2010, a fin de alcanzar la estratosfera media (~ 50 km de altura). Este propósito está a nuestro alcance, en vista a los logros obtenidos y la experiencia acumulada durante tres años de trabajo continuo.

Expresamos nuestro mayor reconocimiento a todo el personal administrativo, técnico y obrero del Rectorado de la Universidad de Los Andes por todo su apoyo en el desarrollo del presente proyecto. De igual manera, expresamos nuestro reconocimiento a todo el personal civil y militar del CIDAE de la Aviación Militar por su apoyo logístico durante las pruebas de lanzamiento.