STS-87

• Scott y Doi – EVA 1
• Inicio de EVA 1 : 25 de noviembre de 1997 - 00:02 UTC
• Fin de EVA 1 : 25 de noviembre de 1997 - 07:45 UTC
• Duración : 7 horas, 43 minutos
• Scott y Doi – EVA 2
• EVA 2 Inicio : 3 de diciembre de 1997 – 09:09 UTC
• Fin de la EVA 2 : 3 de diciembre de 1997 – 14:09 UTC
• Duración : 4 horas y 59 minutos

La Carga Útil de Microgravedad de los Estados Unidos (USMP-4) fue un proyecto de Spacelab gestionado por el Centro de Vuelos Espaciales Marshall , en Huntsville , Alabama. El conjunto de experimentos de investigación en microgravedad se dividió entre dos Estructuras de Soporte para Experimentos Específicos de la Misión (MPESS) en la bahía de carga útil. La capacidad de misión extendida que ofrece el kit del Orbitador de Duración Extendida (EDO) brinda la oportunidad de disponer de tiempo adicional para la recopilación de datos científicos. ^{[ 5 ]}

Spartan 201-04 fue una nave espacial de física solar diseñada para realizar teledetección de las capas exteriores calientes de la atmósfera del Sol o corona solar . Se esperaba que se desplegara en la órbita 18 y se recuperara en la órbita 52. El objetivo de las observaciones era investigar los mecanismos que causan el calentamiento de la corona solar y la aceleración del viento solar que se origina en la corona. Dos experimentos principales fueron el espectrómetro coronal ultravioleta del Observatorio Astrofísico Smithsoniano y el coronógrafo de luz blanca (WLC) del Observatorio de Gran Altitud . Spartan 201 tenía tres experimentos secundarios. El Experimento Tecnológico para Aumentar Spartan (TEXAS) fue un experimento de comunicaciones por radiofrecuencia (RF) que proporcionó experiencia de vuelo para componentes de referencia en futuras misiones Spartan, y un enlace de comunicaciones y control en tiempo real con los experimentos principales de Spartan 201. Este enlace se utilizó para proporcionar un ajuste de puntería fino al WLC basado en imágenes solares transmitidas en tiempo real. El experimento de vuelo del sensor de guiado por vídeo (VGS) fue un sistema de guiado láser que probó un componente clave del sistema de encuentro y captura automatizados (AR&C). La placa de montaje auxiliar Spartan (SPAM) era una placa de montaje de equipo pequeño que proporcionaba una ubicación de montaje para pequeños experimentos o equipos auxiliares de la estructura de soporte de vuelo Spartan (SFSS). Era una placa de panal que utilizaba un material experimental de lámina frontal de aluminio y carburo de silicio con un núcleo de aluminio. ^{[ 5 ]}

El Horno Avanzado de Solidificación Direccional Automatizada (AADSF) era una sofisticada instalación de ciencia de materiales utilizada para estudiar un método común de procesamiento de cristales semiconductores llamado solidificación direccional. La solidificación es el proceso de congelación de materiales. En el tipo de solidificación direccional utilizado en el AADSF, la muestra líquida, encerrada en ampollas de cuarzo , se solidificaba lentamente a lo largo del eje longitudinal. Un mecanismo movía la muestra a través de zonas de temperatura variable dentro del horno. Para iniciar el procesamiento, el horno fundía toda la muestra excepto un extremo hacia el otro. Una vez cristalizada, la muestra permanecía en el horno para ser examinada posteriormente. El frente de solidificación era de particular interés para los científicos porque los flujos presentes en el material líquido influyen en la composición y estructura finales del sólido y sus propiedades. ^{[ 5 ]}

El experimento de helio confinado (CHeX) proporcionó una prueba de las teorías sobre la influencia de los límites en la materia al medir la capacidad calorífica del helio cuando está confinado en dos dimensiones. ^{[ 5 ]}

El Experimento de Crecimiento Dendrítico Isotérmico (IDGE, por sus siglas en inglés) fue un experimento de solidificación en ciencia de materiales que los investigadores utilizaron para estudiar un tipo particular de solidificación llamado crecimiento dendrítico. La solidificación dendrítica es una de las formas más comunes de solidificación de metales y aleaciones. Cuando los materiales cristalizan o solidifican bajo ciertas condiciones, se congelan de forma inestable, dando como resultado pequeñas estructuras cristalinas ramificadas llamadas dendritas . Los científicos están particularmente interesados ​​en el tamaño y la forma de las dendritas, así como en cómo interactúan entre sí sus ramificaciones. Estas características determinan en gran medida las propiedades del material. ^{[ 5 ]}

Diseñado para la investigación sobre la solidificación direccional de aleaciones metálicas, el experimento Material pour l'Étude des Phénomènes Intéressant la Solidification sur Terre et en Orbite ( MEPHISTO ) se centró principalmente en medir la temperatura, la velocidad y la forma del frente de solidificación (el punto donde el sólido y el líquido entran en contacto durante la solidificación). MEPHISTO procesó simultáneamente tres muestras cilíndricas idénticas de aleación de bismuto y estaño . En la primera muestra, se midieron eléctricamente las fluctuaciones de temperatura de la solidificación en movimiento, perturbando la muestra. En la segunda muestra, se determinó la posición del límite sólido-líquido mediante una técnica de resistencia eléctrica. En la tercera muestra, se marcó el frente de solidificación facetado a intervalos seleccionados con pulsos de corriente eléctrica. Las muestras fueron devueltas a la Tierra para su análisis. Durante la misión, los datos de MEPHISTO se correlacionaron con los datos del Sistema de Medición de Aceleración Espacial (SAMS). Al comparar los datos, los científicos determinaron cómo las aceleraciones a bordo del transbordador perturbaban la interfaz sólido-líquido. ^{[ 5 ]}

El Sistema de Medición de Aceleración Espacial (SAMS), patrocinado por el Centro de Investigación Lewis de la NASA (ahora Centro de Investigación Glenn de la NASA ), era un sistema de adquisición de datos controlado por microprocesador diseñado para medir y registrar el entorno de aceleración en microgravedad del vehículo portador del USMP. El SAMS contaba con tres cabezales sensores triaxiales separados del paquete electrónico para su posicionamiento remoto. Durante su funcionamiento, el cabezal sensor triaxial generaba señales de salida en respuesta a las entradas de aceleración. Estas señales se amplificaban, filtraban y convertían en datos digitales. Los datos de aceleración digitales se transferían a una memoria de disco óptico para su análisis en tierra y se transmitían a tierra para su análisis casi en tiempo real. Cada acelerómetro tenía una masa suspendida por un elemento de cuarzo que permitía el movimiento a lo largo de un solo eje. Una bobina estaba unida a la masa y el conjunto se colocaba entre dos imanes permanentes. Una aceleración aplicada desplazaba la masa de su posición de reposo. Este movimiento era detectado por un detector, lo que provocaba que la electrónica del SAMS enviara un voltaje a la bobina, produciendo así el campo magnético necesario para restaurar la masa a su posición original. El voltaje aplicado era proporcional a la aceleración aplicada y se enviaba a la electrónica SAMS como datos de aceleración. ^{[ 5 ]}

Mientras volaba por separado en la bodega de carga , el Experimento de Investigación de Aceleración Orbital (OARE), patrocinado por el Centro de Investigación Lewis de la NASA (ahora Centro de Investigación Glenn), fue parte integral de la misión USMP-04. Era un instrumento de alta sensibilidad diseñado para medir la aceleración aerodinámica de bajo nivel a lo largo de los ejes principales del orbitador en el régimen de flujo molecular libre a altitudes orbitales y en el régimen de transición durante la reentrada. Los datos del OARE también se transmitieron durante la misión para su análisis casi en tiempo real en apoyo de los experimentos científicos de la USMP. Los datos del OARE contribuyeron a los avances en el procesamiento de materiales espaciales al proporcionar mediciones del entorno de perturbación de bajo nivel y baja frecuencia que afecta a diversos experimentos de microgravedad. Los datos del OARE también contribuyeron a los avances en la tecnología de predicción de la resistencia orbital al aumentar la comprensión de los fenómenos de flujo fundamentales en la atmósfera superior. ^{[ 5 ]}

El objetivo del Experimento de Sondeo del Limbo del Ozono del Transbordador (SOLSE) era determinar la distribución altitudinal del ozono para comprender su comportamiento y predecir cambios cuantitativos en la composición de la atmósfera. SOLSE estaba diseñado para medir la distribución del ozono con la precisión de un instrumento nadir. Esto se logró utilizando tecnología de Dispositivo de Carga Acoplada ( CCD ) para eliminar las partes móviles y obtener un instrumento de mapeo de ozono más sencillo y económico. El experimento se alojó en un contenedor Hitchhiker (HH/GAS) con un anillo de extensión y equipado con un Conjunto de Puerta Motorizada Hitchhiker (HMDA). La instrumentación incluía un espectrógrafo ultravioleta (UV) con un detector de matriz CCD, cámaras de luz visible y de matriz CCD, lámpara de calibración, óptica y deflectores. Una vez en órbita, un miembro de la tripulación activó SOLSE, que realizó observaciones del limbo y de la Tierra. Las observaciones del limbo se centran en la región comprendida entre los 20 kilómetros (12 millas) y los 50 kilómetros (31 millas) de altitud sobre el horizonte de la superficie terrestre. Las observaciones de la Tierra permitieron a SOLSE correlacionar los datos con otros instrumentos de observación nadiral y de ozono. ^{[ 5 ]}  

El tubo de calor de bucle (LHP) prueba tecnología avanzada de gestión de energía térmica y valida la preparación tecnológica para futuras aplicaciones en naves espaciales comerciales. El LHP funcionó con amoníaco anhidro como fluido de trabajo para transportar energía térmica con alta conductividad efectiva en gravedad cero. El LHP era un dispositivo pasivo de transferencia de calor de flujo bifásico capaz de transportar hasta 400 vatios a una distancia de 5 metros a través de tubos semiflexibles de pequeño diámetro. Utilizaba fuerzas capilares para hacer circular el fluido de trabajo bifásico. El sistema era autocebante y de funcionamiento totalmente pasivo. Al aplicar calor al evaporador del LHP, parte del fluido de trabajo se vaporizaba. El vapor fluía a través de las líneas de transporte de vapor y se condensaba, liberando calor. La condensación regresaba al evaporador por acción capilar a través de las líneas de transporte de líquido. ^{[ 5 ]}

El experimento de baterías de sodio-azufre (NaSBE) caracterizó el rendimiento de cuatro celdas de baterías de sodio-azufre de 40 amperios-hora , lo que representó la primera prueba de la tecnología de baterías de sodio-azufre en el espacio. Cada celda estaba compuesta por un ánodo de sodio, un cátodo de azufre y un electrolito y separador cerámicos sólidos conductores de iones de sodio. Las celdas se calentaron a 350 grados Celsius para licuar el sodio y el azufre. Una vez licuados el ánodo y el cátodo, las celdas comenzaron a generar energía eléctrica. Una vez en órbita, un miembro de la tripulación activó el NaSBE, y luego el experimento fue controlado por el Centro de Control de Operaciones de Carga Útil (POCC) del GSFC. ^{[ 5 ]}

La carga útil de Llamas de Difusión de Chorro de Gas Turbulento (TGDF) era una carga útil secundaria que utilizaba el transportador estándar Get Away Special . Su propósito era comprender las características fundamentales de las llamas de difusión de chorro de gas transicionales y turbulentas en condiciones de microgravedad y obtener datos que ayudaran a predecir el comportamiento de dichas llamas en entornos normales y de microgravedad. TGDF impuso perturbaciones controladas a gran escala en llamas de difusión laminares bien definidas en microgravedad. Estas perturbaciones eran axisimétricas. Las variables para las pruebas propuestas eran la frecuencia del mecanismo de perturbación, que podía ser de 2,5  Hz, 5  Hz o 7,5  Hz. ^{[ 5 ]}

El contenedor de carga útil Get Away Special (GAS G-036) contenía cuatro experimentos separados que hidrataban muestras de cemento, registraban la estabilidad de la configuración de muestras de fluidos y exponían discos de computadora, discos compactos y muestras de asfalto a las condiciones de la exosfera en la bodega de carga del orbitador. Los experimentos fueron el Experimento de Mezcla de Cemento (CME), el Experimento de Estabilidad de la Configuración de Fluidos (CSFE), el Experimento de Evaluación de Discos Compactos de Computadora (CDEE) y el Experimento de Evaluación de Asfalto (AEE). ^{[ 5 ]}

La plataforma del Orbitador de Duración Extendida (EDO) era una estructura de oblea criogénica de 4,6 m (15 pies) de diámetro. Con un peso de 352 kilogramos (776 lb) , proporcionaba soporte para los tanques, los paneles de control asociados y el equipo de aviónica. Los tanques almacenaban 167 kilogramos (368 lb) de hidrógeno líquido a -250 grados Celsius y 1417 kilogramos (3124 lb) de oxígeno líquido a -176 grados Celsius. La masa total del sistema vacío era de 1620 kilogramos (3570 lb) . Cuando estaba lleno de criógenos, la masa del sistema era de aproximadamente 3200 kilogramos (7100 lb) . El oxígeno y el hidrógeno se suministraban a las tres celdas de combustible generadoras de energía eléctrica del orbitador , donde se convertían en energía eléctrica suficiente para abastecer una casa promedio de cuatro miembros durante aproximadamente seis meses. Las celdas de combustible también produjeron aproximadamente 1360 kilogramos (3000 lb) de agua potable pura. Con la plataforma EDO, el orbitador podía soportar un vuelo de hasta 18 días. Las misiones más largas en órbita benefician la investigación en microgravedad, la investigación en ciencias biológicas, las observaciones terrestres y celestes, la adaptación humana al entorno de gravedad cero y el apoyo a la Estación Espacial. ^{[ 5 ]}      

La caja de guantes de la cubierta intermedia (MGBX) era una instalación diseñada para el manejo de experimentos de ciencia de materiales y ciencias biológicas. Constaba de dos sistemas principales: un marco de interfaz (IF) y una caja de guantes (GB). La instalación MGBX (con la electrónica asociada) proporcionaba un área de trabajo cerrada para la manipulación y observación experimental en la cubierta intermedia del transbordador. Los experimentos MGBX en este vuelo fueron WCI: el objetivo de las características de humectación de inmiscibles era investigar la influencia de las características de humectación de aleación/ampolla en la segregación de líquidos inmiscibles durante el procesamiento en microgravedad. El objetivo del experimento de Llamas Laminares Confinadas (ELF) fue validar el modelo de Burke-Schumann de gravedad cero y la extensión de Hegde-Bahadori dependiente de la gravedad del modelo, investigar la importancia del campo de flujo dependiente de la flotabilidad afectado por el flujo de oxidante en la estabilización de la llama, examinar las relaciones de estado de las llamas de difusión de flujo concurrente bajo la influencia de las condiciones de flotabilidad (gravedad versus presión) y estudiar las interacciones del vórtice de flujo y la llama de difusión. Los objetivos del experimento de Absorción y Empuje de Partículas por Interfaces Solidificantes (PEP) fueron generar un valor preciso para la velocidad crítica en un entorno sin convección, validar el modelo teórico actual, mejorar la comprensión fundamental de la dinámica de partículas insolubles en interfaces líquido/sólido y mejorar la comprensión de la física asociada con la solidificación de mezclas de metales líquidos y partículas cerámicas. ^{[ 5 ]}

Liderado por Kadenyuk , el Experimento Colaborativo Ucraniano (CUE) fue una carga útil de cubierta intermedia diseñada para estudiar los efectos de la microgravedad en el crecimiento de las plantas. El CUE estaba compuesto por un grupo de experimentos que se llevaron a cabo en la Instalación de Crecimiento de Plantas (PGF) y en el Sistema de Investigación Biológica en Contenedores (BRIC). Los experimentos también requirieron el uso de un Congelador de Nitrógeno Gaseoso (GN2) y el hardware de fijación. Investigadores de Ucrania y Estados Unidos (Universidad Estatal de Kansas y Universidad Estatal de Luisiana) seleccionaron los experimentos como modelo de colaboración científica entre ambos países. La PGF permitió el crecimiento de las plantas durante un máximo de 30 días al proporcionar condiciones ambientales adecuadas para su crecimiento normal. La PGF estaba compuesta por los siguientes subsistemas: Subsistemas de Control y Gestión de Datos (CDMS), Módulo de Luz Fluorescente (FLM), Módulo de Control Atmosférico (ACM), Cámaras de Crecimiento de Plantas (PGC), Conjunto de Estructura de Soporte (SSA) y la Cubierta Externa Genérica (GES). El PGF completo reemplazó un compartimento de la cubierta intermedia y funcionaba con corriente continua (CC) de 28 V. El espécimen vegetal estudiado en el PGF fue Brassica rapa (nabo). ^{[ 5 ]}

La cámara robótica autónoma para actividades extravehiculares (AERCam/Sprint) era una plataforma de cámara pequeña, discreta y de vuelo libre, diseñada para su uso fuera de una nave espacial. Contaba con un sistema de propulsión de gas frío autónomo que le permitía propulsarse con un sistema de control de 6 grados de libertad. A bordo, disponía de sensores de velocidad para proporcionar datos para el mantenimiento automático de la actitud. La AERCam/Sprint era un vehículo esférico de movimiento lento, recubierto de un material amortiguador suave para evitar daños en caso de impacto. Su diseño se basaba en minimizar la energía mediante la reducción de la velocidad y la masa, a la vez que incorporaba un mecanismo para absorber la energía del impacto. La plataforma se controlaba desde el interior del orbitador mediante una pequeña estación de control. El operador introducía las órdenes de movimiento desde un controlador SAFER (Ayuda para Rescate en Actividades Extravehiculares). Las órdenes se enviaban desde la estación de control a la plataforma mediante un enlace de módem de radiofrecuencia (RF) que operaba en la banda de ultra alta frecuencia (UHF). ^{[ 5 ]}