Ingeniaritza aeroespazial

[thumb|250px|[Eurofighter Typhoon gerra-hegazkina, ingeniaritza aeroespazialaren aplikazio militarren eta aerodinamika aurreratuaren adibide garbia.]]
**Ingeniaritza aeroespaziala** hegazkinak, helikopteroak, sateliteak, suziriak, misilak eta espazio-ontziak diseinatzen, garatzen, eraikitzen, probatzen eta mantentzen dituen ingeniaritzaren arlo nagusia da. Bereziki arduratzen da Lurraren atmosferaren barruan zein kanpoan (espazioan) funtzionatzen duten ibilgailuen garapen teknologikoaz eta ikerketa zientifikoaz.

Diziplina hau oso konplexua da, eta izaera diziplinartekoa du. Bere oinarriak ingeniaritza mekanikoarekin, ingeniaritza elektronikoarekin, ingeniaritza informatikoarekin eta materialen zientziarekin partekatzen ditu. Horrez gain, ezinbesteko lotura du aerodinamikarekin, fluidoen mekanikarekin, termodinamikarekin, propultsio-sistemekin eta egituren analisiarekin. Ibilgailu aeroespazialek muturreko baldintzak jasan behar izaten dituzte (presio-aldaketak, tenperatura oso altuak edo oso baxuak, karga estruktural izugarriak), eta horrek eskatzen du ingeniaritza honetan erabiltzen diren teknologiak abangoardiakoak izatea.

## Adar nagusiak 
Ingeniaritza aeroespaziala bi adar nagusi eta independente baina elkarri estuki lotuta daudenetan banatzen da, ibilgailuaren funtzionamendu-ingurunearen arabera:

* **Ingeniaritza aeronautikoa:** Lurraren atmosferaren barruan hegan egiten duten ibilgailuak diseinatzeaz eta garatzeaz arduratzen da. Honen barnean sartzen dira hegazkin komertzialak, gerra-hegazkinak, helikopteroak, tripulatu gabeko aireko ibilgailuak (UAV edo dronak), eta globo aerostatikoak. Adar honetan, airearen eta ibilgailuaren gainazalaren arteko elkarrekintza (aerodinamika) eta atmosferako hegaldiaren mekanika dira aztergai nagusiak.
* **Ingeniaritza astronautikoa:** Lurraren atmosferatik kanpo, espazio hutsean, funtzionatzen duten ibilgailu eta artefaktuak lantzen ditu. Eremu honek satelite artifizialak, espazio-zundak, suziri-jautitzaileak, espazio-estazioak eta planetarteko ibilgailuak hartzen ditu barne. Espazioko ingurune gogorra (tenperatura muturrekoak, erradiazio kosmikoa, hutsa, mikrogGrabitatea) eta orbiten mekanika edo astrodinamika kontuan hartu behar ditu adar honek.

## Historia 
Ingeniaritza aeroespazialaren historia zientziaren eta teknologiaren garapen azkarrenetako bat izan da, gizakiaren hegan egiteko nahitik hasi eta unibertsoa esploratzeko gaitasuneraino.

### Hastapenak eta lehen hegaldiak 
Hegan egiteko ametsa antzinetik dator, greziar mitologiako Ikaro eta Dedaloren kondairetan ikus daitekeen bezala. Hala ere, ikuspegi zientifiko batetik, Leonardo da Vinci izan zen XV. eta XVI. mendeetan hegan egiteko makinen (ornitopteroen eta helikopteroen antzekoak) lehen zirriborro arrazionalak egin zituena. 

XVIII. mendean, Montgolfier anaiek aire berozko lehen globo aerostatikoa asmatu zuten 1783an, gizakiaren lehen hegaldi arrakastatsua lortuz. Baina benetako ingeniaritza aeronautikoaren mugarria 1903ko abenduaren 17an iritsi zen, Wright anaiek (Orville eta Wilbur) motordun eta kontrolatutako lehen hegaldia burutu zutenean beren *Wright Flyer* hegazkinarekin, Ipar Carolinan.

### Mundu Gerren eragina 
Lehen Mundu Gerrak (1914-1918) hegazkinen erabilera militarra bultzatu zuen, egiturak indartuz eta motorren potentzia handituz. Baina Bigarren Mundu Gerran (1939-1945) eman zen benetako jauzi teknologikoa. Bando biek izugarrizko inbertsioak egin zituzten ingeniaritzan: aerodinamika hobetu zen, radarra asmatu zen, eta, batez ere, erreakzio-motorra (jet) garatu zen. Alemaniako *Messerschmitt Me 262* izan zen lehen erreakzio-hegazkin operatiboa. Gainera, Wernher von Braun ingeniari alemaniarrak V-2 suziria sortu zuen, historiako lehen misil balistikoa eta espazioaren mugara iritsi zen lehen artefaktua.

### Gerra Hotza eta Espazioko Lasterketa 
Bigarren Mundu Gerraren ostean, Gerra Hotzarekin batera, **Espazioko Lasterketa** hasi zen Estatu Batuen eta Sobietar Batasunaren artean. Epe horretan ingeniaritza astronautikoak aurrekaririk gabeko aurrekontuak eta bultzada izan zituen:
* 1957an Sobietar Batasunak lehen satelite artifiziala, Sputnik 1, jaurti zuen.
* 1961ean, Juri Gagarin espaziora bidaiatu zuen lehen gizakia bihurtu zen.
* 1969an, Estatu Batuetako Apollo 11 misioarekin, Neil Armstrong eta Buzz Aldrin Ilargiaren gainazalean oinez ibili ziren, Saturn V suziri erraldoiaren bidez (ingeniaritza aeroespazialaren lorpen handienetako bat).

## Oinarrizko diziplinak eta kontzeptu fisikoak 
Ingeniari aeroespazialek hainbat zientzia eta teknologiatan adituak izan behar dute beren lana burutzeko. Ibilgailu baten diseinuan milaka aldagai optimizatu behar dira.

### Aerodinamika eta Fluidoen Mekanika 
Aireak edo beste gas batzuek mugitzen ari den gorputz solido baten inguruan nola jokatzen duten aztertzen du. Hegazkin batek hegan egin dezan, lau indar nagusi orekatu behar dira: Euste-indarra (Lift), Pisua (Weight), Bultzada (Thrust) eta Marruskadura (Drag). 
Hegal baten euste-indarra kalkulatzeko, oinarrizko ekuazio hau erabiltzen da:

L = \frac{1}{2} \rho v^2 S C_L

Non L euste-indarra den, \rho airearen dentsitatea, v ibilgailuaren abiadura, S hegalaren azalera eta C_L euste-koefizientea (hegalaren formaren eta eraso-angeluaren araberakoa).

### Propultsioa 
Ibilgailua aurrera mugitzeko eta marruskadura gainditzeko behar den energia sortzeaz arduratzen da. Aeronautikan, erreakzio-motorrak (turbofan, turbojet) edo motor elektrikoak erabiltzen dira. Espazioan, oxigenorik ez dagoenez, suziri-motorrek beren erregaia eta oxidatzailea eraman behar dituzte. 
Propultsio espazialean, errendimendua eta misio baten bideragarritasuna kalkulatzeko ezinbestekoa da Tsiolkovskiren suziriaren ekuazioa:

\Delta v = v_e \ln \left( \frac{m_0}{m_f} \right)

Non \Delta v suziriak lortu dezakeen abiadura-aldaketa den, v_e ihes-gasen abiadura espezifikoa, m_0 hasierako masa (erregaiarekin), eta m_f amaierako masa (erregairik gabe, egitura eta karga erabilgarria soilik).

### Materialen Zientzia eta Egiturak 
Ibilgailu aeroespazialek indar estruktural oso handiak, presio-diferentziak eta muturreko tenperaturak jasan behar dituzte, eta, aldi berean, ahalik eta arinenak izan behar dute eraginkorrak izateko. Historikoki egurra eta oihala erabili baziren ere, gaur egun aluminiozko aleazioak, titanioa (tenperatura altuak jasateko ezinbestekoa) eta material konposatuak (adibidez, karbono-zuntza edo Kevlar-a) dira nagusi.

### Abionika, Gidaritza eta Kontrola 
Hegazkinen eta espazio-ontzien "garun elektronikoa" da. Abionikak bere barnean hartzen ditu nabigazio-sistemak (GPS, inertzia-nabigazioa), komunikazioak, radarrak, sentsoreak eta hegaldi-kontrol autonomorako softwarea (Fly-by-wire sistemak). Kontrol-sistemek ibilgailuaren egonkortasuna bermatzen dute, pilotuaren (edo ordenagailuaren) aginduak gainazal aerodinamikoen mugimendu bihurtuz.

### Astrodinamika (Orbiten mekanika) 
Grabitatearen eraginpean dauden gorputz artifizialen mugimendua eta ibilbideak aztertzen ditu. Satelite bat orbita zirkular egonkor batean mantentzeko behar den abiadura lineala honako ekuazioaren bidez kalkulatzen da (Newtonen grabitazio unibertsalaren legetik eratorria):

v = \sqrt{\frac{G M}{r}}

Non G grabitazio unibertsalaren konstantea den, M planetaren masa (adibidez, Lurrarena), eta r planetaren erdigunetik sateliteraino dagoen distantzia (erradioa).

## Diseinu eta Garapen Prozesua 
Ibilgailu aeroespazial bat (izan hegazkin komertzial bat edo espazio-zunda bat) diseinatzeak hamarkada bat edo gehiago iraun dezake eta milioika dolarreko kostua du. Prozesuak hainbat fase ditu:

1. **Diseinu kontzeptuala:** Misioaren helburuak finkatzen dira (zenbat bidaiari, zein distantzia, zein orbita) eta lehen kalkulu globalak egiten dira.

2. **Diseinu xehatua:** Ordenagailuz lagundutako diseinua (CAD) eta Fluidoen Dinamika Konputazionala (CFD) erabiltzen dira pieza bakoitza zehazteko eta airearen fluxua simulatzeko.

3. **Proba fisikoak:** Maketak **haize-tuneletan** probatzen dira portaera aerodinamikoa neurtzeko, eta osagaiak proba estrukturaletara (neke-probak) menpetzen dira.

4. **Proba-hegaldiak:** Prototipoak eraikitzen dira eta benetako baldintzetan probatzen dira segurtasun-ziurtagiri guztiak lortzeko.

## Gaur egungo eta etorkizuneko erronkak 
XXI. mendean, ingeniaritza aeroespazialak paradigma aldaketa handiak bizi ditu:

* **Jasangarritasuna eta Abiazio Berdea:** Abiazio komertzialak berotegi-efektuko gasen isurketa handiak eragiten ditu. Erronka nagusia erregai fosilen kontsumoa murriztea da. Horretarako, propultsio elektrikoa, hidrogenozko motorrak eta Abiazio Erregai Jasangarriak (SAF - *Sustainable Aviation Fuel*) ikertzen ari dira.
* **Espazioko merkataritza eta Suziri berrerabilgarriak:** NASA edo ESA bezalako agentzia publikoez gain, agentzia pribatuak (SpaceX, Blue Origin, Rocket Lab) sektorea goitik behera aldatzen ari dira. SpaceX-en suziri berrerabilgarrien garapenak (Falcon 9 eta Starship) espaziora pisu baliagarria bidaltzeko kostua modu drastikoan murriztu du.
* **Ilargira itzulera eta Marten esplorazioa:** NASAren **Artemis programaren** helburua Ilargian presentzia iraunkorra ezartzea da, etorkizunean gizakiak Martera eramateko abiapuntu gisa erabiltzeko.
* **Espazioko zaborra:** Orbitan pilatzen ari diren satelite zahar, suziri-zati eta hondakinen kopurua arazo larria bihurtu da (Kessler sindromea izenez ezagutzen den arriskua). Hauek modu seguruan suntsitu edo desorbitatzeko teknologiak garatzea ezinbestekoa izango da hurrengo urteetan.

## Ikus, gainera 
* Aeronautika
* Astronautika
* Espazioko Lasterketa
* Aerodinamika
* NASA
* Europako Espazio Agentzia (ESA)

## Erreferentziak 
## Kanpo estekak 
*  EHUko ingeniaritza mekanikoari lotutako hezkuntza, oinarri aeroespazialekin
*  AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) webgune ofiziala