Diseño de un avión planetario de transporte

Abstract

[EN] The exploration of the space has been a pursued goal since humanity had developed the technology to travel to outer space. The will to explore the universe is such that many unmanned missions have already explored other planets. New ways to perform space missions more e ciently and safely are being investigated, making it possible, to carry out manned interplanetary missions in the future. The objective of this project is to design an unmanned aircraft to explore the satellite Titan, as there are indications that con rm the existence of invaluable natural resources that can be used for propulsion in space. These facts make attractive not only the idea of exploring Titan for scienti c purposes, but also the study of the possibility of establishing a base of operations there to explore the outer solar system. Classical aerospace design procedures have been followed. Starting from a mathematical modelling of Titan's atmosphere, calculated from the interpretation of the data of the Huygens probe. After obtaining the atmospheric properties, the operation conditions and viability of aircrafts in the satellite have been analysed. Through iterations and changes in the design, the aircraft has been progressively modi ed until the requirements for the mission were met. After the aforementioned procedure, a delta wing aircraft, with a V tail and powered by an electric engine with propellers, capable to accomplish all the mission objectives has been designed. Finally, the feasibility of the project has been dissected from technological and economic point of view, taking into account that an aircraft like the one presented in this project has never been built. The conclusions point to the fact that future work is required to validate the design, however, the possibilities to carry forward the project are high.

[ES] La exploración espacial ha sido un objetivo muy perseguido desde que se tiene acceso a la tecnología para viajar al espacio exterior. Tal es el interés de explorar el universo que ya se han realizado numerosas misiones no tripuladas a otros planetas y se investigan nuevas maneras de hacer más e cientes y seguras este tipo de misiones, haciendo que en un futuro, sea posible el poder realizar misiones tripuladas interplanetarias. El objetivo del presente proyecto es diseñar una aeronave no tripulada para explorar el satélite Titán, pues hay indicios que con rman la existencia de recursos naturales muy valiosos que podrían ser empleados para la propulsión espacial. Esto hace atractiva la idea de, no sólo explorar Titán con nes cientí cos, sino también de poder establecer allí una base de operaciones para explorar el sistema solar exterior. Para alcanzar este objetivo se han seguido los procedimientos clásicos del diseño aeroespacial, partiendo de un modelado matemático de la atmósfera de Titán a partir de la interpretación de los datos de la sonda Huygens. Tras conocer las propiedades atmosféricas de Titán, se analizan las condiciones de operación de una aeronave en el satélite, estudiando su viabilidad, y se da paso al diseño de la aeronave con equipamiento de análisis cientí co. Mediante iteraciones y cambios en el diseño, se va dando forma progresivamente a la aeronave hasta cumplir los requerimientos de la misión. Como resultado, se ha desarrollado una aeronave con ala delta y cola en V, propulsada por un motor eléctrico con hélices que es capaz de cumplir de forma satisfactoria los objetivos de la misión. Por último se plantea la viabilidad del proyecto desde el punto de vista tecnológico y económico, ya que nunca antes ha habido precedentes de aeronaves como la presentada en este proyecto. Las conclusiones obtenidas apuntan a que se requiere de diversos trabajos futuros para validar el diseño, aunque las posibilidades de llevar adelante el proyecto son elevadas.

[CA] L'exploració espacial ha sigut un objectiu molt anhelat d'ençà que es té accés a la tecnologia per a viatjar a l'espai exterior. Tal és l'interés d'explorar l'univers que ja s'han realitzat nombroses missions no tripulades a altres planetes i s'investiguen noves maneres de fer més e cients i segures aquest tipus de missions, i així fent que en un futur, potser siga possible poder realitzar missions tripulades interplanetàries. L'objectiu del present projecte és dissenyar una aeronau no tripulada per a explorar el satèl·lit Tità, perquè hi ha indicis que con rmen l'existència de recursos naturals molt valuosos que podrien ser emprats per a la propulsió espacial. Açò fa atractiva la idea de, no sols explorar Tità amb nalitats cientí ques, sinó també de poder establir-hi una base d'operacions per a explorar el sistema solar exterior. Per a aconseguir aquest objectiu s'han seguit els procediments clàssics del disseny aeroespacial, partint d'un modelatge matemàtic de l'atmosfera de Tità tenint en compte les dades de la sonda Huygens. Després de conéixer les propietats atmosfèriques de Tità, s'analitzen les condicions d'operació d'una aeronau en el satèl·lit, estudiant la seua viabilitat, i es dóna pas al disseny de l'aeronau amb equipament d'anàlisi cientí ca. Mitjançant d'iteraciones i canvis en el disseny, es va donant forma progressivament a l'aeronau ns a complir els requeriments de la missió. Com a resultat, s'ha dissenyat una aeronau amb ala delta y cola en V, propulsada per un motor elèctric amb hèlices, capaç de complir de forma satisfactòria els objectius programats. Finalment es planteja la viabilitat del projecte des del punt de vista tecnològic i econòmic, ja que mai abans hi ha hagut precedents d'aeronaus com la presentada en este projecte. Les conclusions obtingudes apunten a que es requerix de diversos treballs futurs per a validar el disseny, encara que les possibilitats de portar avant el projecte són elevades.